Kleiner Mehlwurm aus Kenia frisst Polystyrol

Eine vielversprechende neue Entdeckung im Kampf gegen die Plastikverschmutzung betrifft Mehlwurmlarven, die Polystyrol fressen können.

Damit gehören sie zu einer kleinen Gruppe von Insekten, bei denen bereits nachgewiesen wurde, dass sie diesen umweltschädlichen Kunststoff abbauen können. Erstmals wurde diese Fähigkeit nun bei einer in Afrika heimischen Insektenart festgestellt.

Polystyrol, oft unter dem Handelsnamen Styropor bekannt, wird häufig für Verpackungen von Lebensmitteln, Elektronikartikeln und Industriegütern verwendet. Das Material ist schwer abbaubar und deshalb besonders langlebig. Herkömmliche Recyclingverfahren – etwa chemische oder thermische Aufbereitung – sind kostspielig und können Schadstoffe freisetzen. Das ist ein Grund, weshalb wir biologische Ansätze für den Umgang mit diesem langlebigen Abfall untersuchen wollten.

Ich gehöre zu einem Forschungsteam des International Centre of Insect Physiology and Ecology. Wir haben festgestellt, dass Larven des kenianischen Kleinen Mehlwurms Polystyrol zerkauen können und in ihrem Darm Bakterien beherbergen, die beim Abbau des Materials helfen.

Der Kleine Mehlwurm ist das Larvenstadium eines Schwarzkäfers der Gattung Alphitobius. Die Larvenphase dauert zwischen 8 und 10 Wochen. Kleine Mehlwürmer kommen überwiegend in Geflügelställen vor, wo Wärme und ein beständiges Nahrungsangebot ideale Voraussetzungen für Wachstum und Fortpflanzung bieten.

Obwohl der Ursprung Kleiner Mehlwürmer vermutlich in Afrika liegt, sind sie heute in vielen Ländern weltweit anzutreffen. Die in unserer Studie bestimmte Art könnte allerdings eine Unterart der Gattung Alphitobius sein. Um diese Möglichkeit zu bestätigen, führen wir weitere Untersuchungen durch.

Unsere Studie befasste sich zudem mit den Darmbakterien der Insekten. Ziel war es, jene Bakteriengemeinschaften zu ermitteln, die den Prozess des Kunststoffabbaus möglicherweise unterstützen.

In einigen afrikanischen Ländern hat die Plastikverschmutzung ein kritisches Ausmaß erreicht. Plastikmüll ist zwar weltweit ein großes Umweltproblem, doch Afrika steht vor besonderen Herausforderungen: Viele Kunststoffprodukte werden importiert, nur wenig wiederverwendet und kaum recycelt.

Indem wir diese natürlichen „Plastikfresser“ erforschen, möchten wir neue Werkzeuge entwickeln, mit denen sich Plastikabfälle schneller und wirksamer beseitigen lassen. Statt riesige Mengen dieser Insekten auf Mülldeponien auszusetzen – was nicht praktikabel wäre –, könnten die von ihnen erzeugten Mikroben und Enzyme in Fabriken, Deponien und an Sanierungsstandorten eingesetzt werden. So ließe sich Plastikmüll in einem Verfahren bekämpfen, das sich in großem Maßstab leichter steuern lässt.

Zentrale Ergebnisse

Wir führten einen Versuch über mehr als einen Monat durch. Die Larven erhielten entweder ausschließlich Polystyrol, ausschließlich Kleie als nährstoffreiche Nahrung oder eine Mischung aus Polystyrol und Kleie.

Bei den Mehlwürmern mit der Polystyrol-Kleie-Ernährung war die Überlebensrate höher als bei Tieren, die nur Polystyrol fraßen. Außerdem verzehrten sie Polystyrol effizienter als die Gruppe mit einer reinen Polystyrol-Ernährung. Dies unterstreicht, wie wichtig es ist, den Insekten weiterhin nährstoffreiche Nahrung bereitzustellen.

Zwar sicherte die reine Polystyrol-Ernährung das Überleben der Mehlwürmer, doch lieferte sie nicht genug Nährstoffe, damit sie Polystyrol effizient abbauen konnten. Dieses Ergebnis bekräftigt die Bedeutung einer ausgewogenen Ernährung, damit die Insekten Kunststoff optimal aufnehmen und zersetzen können. Möglicherweise fressen sie Polystyrol, weil es hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht und ihnen dadurch eine Energiequelle bieten könnte.

Die Mehlwürmer mit Polystyrol-Kleie-Ernährung konnten während des Versuchszeitraums etwa 11.7 Prozent des gesamten Polystyrols abbauen.

Darmbakterien des Kleinen Mehlwurms

Die Untersuchung des Mehlwurmdarms zeigte je nach Ernährung deutliche Veränderungen in der Zusammensetzung der Bakterien. Diese Veränderungen zu verstehen, ist entscheidend, da sie erkennen lassen, welche Mikroben aktiv am Kunststoffabbau beteiligt sind. Dadurch können wir gezielt die Bakterien und Enzyme isolieren, die sich für Maßnahmen zum Abbau von Plastik nutzen lassen.

In den Därmen von Larven, die Polystyrol fraßen, fanden sich höhere Mengen an Proteobacteria und Firmicutes. Diese Bakterien können sich an unterschiedliche Umgebungen anpassen und eine breite Palette komplexer Stoffe abbauen.

Auch Bakterien wie Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter und Klebsiella waren besonders zahlreich vorhanden. Von ihnen ist bekannt, dass sie Enzyme bilden, die synthetische Kunststoffe verdauen können. Die Bakterien wären weder für das Insekt noch für die Umwelt schädlich, wenn sie in großem Maßstab eingesetzt würden.

Die große Menge dieser Bakterien deutet darauf hin, dass sie für den Kunststoffabbau eine entscheidende Rolle spielen. Das könnte bedeuten, dass Mehlwürmer von Natur aus möglicherweise nicht die Fähigkeit besitzen, Plastik zu fressen.

Vielmehr könnten sich die Bakterien in ihrem Darm verändern, sobald die Tiere beginnen, Kunststoff zu fressen, und dadurch dessen Abbau unterstützen. Die Mikroben im Verdauungstrakt der Mehlwürmer können sich somit an ungewöhnliche Ernährungsweisen wie Plastik anpassen.

Diese Ergebnisse stützen unsere Hypothese, dass der Darm bestimmter Insekten den Kunststoffabbau ermöglichen kann. Wahrscheinlich liegt dies daran, dass die darin vorkommenden Bakterien Enzyme produzieren können, welche Kunststoffpolymere zersetzen.

Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, diese Bakterien und die von ihnen erzeugten Enzyme zu isolieren, um mikrobielle Lösungen gegen Plastikmüll in größerem Umfang zu entwickeln.

Wie es weitergeht

Einige Insektenarten, darunter Gelbe Mehlwürmer (Tenebrio molitor) und Superwürmer (Zophobas morio), haben bereits gezeigt, dass sie Kunststoffe fressen können. Mithilfe der Bakterien in ihrem Darm sind sie in der Lage, Materialien wie Polystyrol abzubauen.

Unsere Forschung ist einzigartig, weil sie sich auf in Afrika heimische Insektenarten konzentriert, die im Zusammenhang mit dem Kunststoffabbau bislang nicht umfassend untersucht wurden.

Dieser regionale Schwerpunkt ist bedeutsam, weil sich die Insekten und Umweltbedingungen in Afrika von denen anderer Weltregionen unterscheiden können. Daraus könnten neue Erkenntnisse und praktische Lösungen für die Plastikverschmutzung unter afrikanischen Bedingungen hervorgehen.

Die Fähigkeit des kenianischen Kleinen Mehlwurms, Polystyrol zu fressen, deutet darauf hin, dass er zur natürlichen Abfallreduzierung beitragen könnte – insbesondere bei Kunststoffarten, die sich mit konventionellen Recyclingmethoden nur schwer behandeln lassen.

Künftige Studien könnten sich darauf konzentrieren, die spezifischen Bakterienstämme zu isolieren und zu bestimmen, die am Abbau von Polystyrol beteiligt sind, sowie ihre Enzyme zu untersuchen.

Wir hoffen herauszufinden, ob diese Enzyme für das Recycling von Abfällen in großem Maßstab hergestellt werden können.

Darüber hinaus könnten wir weitere Kunststoffarten untersuchen, um die Vielseitigkeit dieses Insekts für breitere Anwendungen in der Abfallwirtschaft zu prüfen.

Um den Einsatz Kleiner Mehlwürmer für den Kunststoffabbau auszuweiten, wären außerdem Strategien erforderlich, die ihre Gesundheit bei längerem Kunststoffverzehr sichern. Ebenso müsste die Sicherheit der entstehenden Insektenbiomasse für die Verwendung in Tierfutter bewertet werden.

Fathiya Khamis, Leitende Wissenschaftlerin, International Centre of Insect Physiology and Ecology

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz erneut aus The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.