Die weltweite Verbreitung von Plastikmüll ist ein drängendes Umweltproblem, das nicht nur Ökosysteme schädigt, sondern auch die Gesundheit von Tieren und Menschen gefährden kann. Interessanterweise hat sich Plastik jedoch auch als Lebensraum für verschiedene Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilze und Algen etabliert. Die Rolle dieser sogenannten Plastisphäre in der Natur steht im Mittelpunkt aktueller Forschungsprojekte. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung haben sich intensiv mit den bakteriellen Metagenomen in dieser neuen Umgebung beschäftigt. Ihre Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift „Environmental Pollution“ veröffentlicht wurden, zeigen, dass diese Metagenome nicht nur umfangreicher sind als die des natürlichen Meeresplanktons, sondern auch mehr genetische Informationen für essentielle Lebensprozesse enthalten.
Im Jahr 2019 führten die Forschenden Expeditionen in zwei große Müllstrudel der Ozeane durch – einen im Nordpazifik und einen im Nordatlantik. Das Projekt MICRO-FATE, geleitet vom UFZ, untersuchte den pazifischen Müllstrudel, während das GEOMAR im Rahmen des Projekts PLASTISEA den atlantischen Strudel analysierte. Die Expeditionen beinhalteten die Sammlung von Makroplastik und die Extraktion von DNA aus der Plastisphäre. Diese DNA wurde sequenziert, um die Metagenome der Mikroben in den verschiedenen Ozeanen zu vergleichen.
Laut Dr. Mechthild Schmitt-Jansen, einer Hydrobiologin am UFZ, ist die taxonomische Vielfalt der Plastisphäre bereits gut dokumentiert. Die funktionellen Strategien der Mikroben, die es ihnen ermöglichen, unter extremen Bedingungen zu überleben, sind jedoch noch weitgehend unerforscht. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf die funktionellen Gene, die entscheidend für die biologischen Prozesse der Mikroben sind. Diese Gene sind für die Bildung von Proteinen, die Regulierung des Stoffwechsels und die Reparatur von DNA-Schäden verantwortlich.
Die Analysen von rund 340 funktionellen Genen ergaben signifikante Unterschiede zwischen dem bakteriellen Metagenom in der Plastisphäre und dem natürlichen Plankton. Mikroben, die in der Plastisphäre leben, verfügen über eine höhere Anzahl an Genkopien, die es ihnen ermöglichen, unter den nährstoffarmen Bedingungen der Ozeane effektiv Nährstoffe aufzunehmen und sich gegen UV-Strahlung zu schützen. Zudem sind viele von ihnen in der Lage, alternative Energiequellen zu nutzen, wie die anoxygene Photosynthese, bei der kein Sauerstoff produziert wird.
Ein weiteres bemerkenswertes Ergebnis der Studie ist, dass die Genome der Mikroben in der Plastisphäre größer sind als die der Planktonorganismen. Während sich das natürliche Plankton im Laufe der Evolution an die nährstoffarmen Bedingungen angepasst hat und seine Genome verkleinert hat, profitieren die Mikroben in der Plastisphäre von den gemeinsamen Stoffwechselprozessen auf den Plastikoberflächen. Dadurch erhalten sie eine bessere Nährstoffverfügbarkeit.
Zusätzlich wiesen die Forscher höhere Konzentrationen von Chlorophyll in der Plastisphäre nach, was darauf hindeutet, dass diese Mikroben in der Lage sind, mehr Biomasse zu produzieren als das umgebende Plankton. Dies führt zur Bildung von nährstoffreichen Nischen in den ansonsten nährstoffarmen Ozeanen, was potenziell weitreichende ökologische Folgen haben könnte.
Die Ergebnisse dieser Studie sind besorgniserregend, denn sie zeigen, dass Mikroben in der Plastisphäre sich an die widrigen Bedingungen anpassen können. Diese Veränderungen sind für die Ozeane alarmierend, da nur der natürliche Zustand als gesund gilt. Die Forscher betonen, dass die Mikroben Plastik in erster Linie als Lebensraum und nicht als Nahrungsquelle nutzen, was bedeutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass sie das Plastik in den Ozeanen abbauen oder beseitigen können. Daher ist es dringend notwendig, die Plastikverschmutzung effektiv zu bekämpfen.
Diese gemeinsame Forschungsarbeit zwischen UFZ und GEOMAR wurde im Rahmen der InnoPool-Projekte P-LEACH und AI MareExplore durchgeführt und durch die Helmholtz-Gemeinschaft sowie die BMFTR-Projekte MICRO-FATE und PLASTISEA finanziert.
