MIT-Studie: Mikroben bauen biologisch abbaubaren Kunststoff im Ozean gemeinsam ab

Die meisten Menschen hören „biologisch abbaubarer Kunststoff“ und stellen sich vor, dass er sich einfach auflöst – wie ein Blatt, das auf dem Waldboden zerfällt. Tatsächlich läuft dieser Vorgang deutlich weniger automatisch ab.

Diese Materialien verschwinden nicht von selbst. Dafür braucht es die passenden Mikroben, geeignete Bedingungen und eine chemische Struktur, die von diesen Mikroben überhaupt genutzt werden kann.

Fehlt diese Kombination, kann „biologisch abbaubar“ eher „verändert sich langsam“ als „ist schnell verschwunden“ bedeuten.

Eine neue MIT-Studie untersucht genauer, wie dieser Prozess im Ozean tatsächlich abläuft. Die Forschenden stießen dabei nicht auf einen einfachen, einstufigen Abbau, sondern auf ein komplexeres und realistischeres Bild.

Mikroben bauen Kunststoff gemeinsam ab

Für die Studie beobachteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie Meeresbakterien mit einem häufig verwendeten biologisch abbaubaren Kunststoff interagieren. Der Ablauf erwies sich als alles andere als unkompliziert.

Nicht ein einzelner Mikroorganismus erledigt die gesamte Arbeit: Der Abbau erfolgt schrittweise. Ein Bakterium zerlegt das Kunststoffpolymer in kleinere Bestandteile, während andere Mikroben die verbleibenden Stoffe verwerten.

Diese „Arbeitsteilung“ erklärt, warum dasselbe biologisch abbaubare Produkt an einem Ort rasch verschwinden kann, an einem anderen jedoch lange erhalten bleibt. Entscheidend ist, ob die passende Zusammensetzung von Mikroben vorhanden ist.

Diese Ungewissheit ist relevant. Biologisch abbaubare Kunststoffe sollen die Umweltverschmutzung verringern, doch die meisten werden unter idealen Kompostierungsbedingungen getestet – nicht im Ozean, wo es kälter und salzhaltiger ist und sich die Bedingungen ständig verändern.

Daher bleibt für Forschende die Frage bestehen: Wie lange halten diese Materialien unter realen Bedingungen tatsächlich? Die Studie liefert einen Schritt in Richtung einer klareren Antwort.

Was das MIT-Team tatsächlich herausfand

Die zentrale Erkenntnis lautet: Bakterien „fressen Kunststoff“ nicht zwingend in einem einzigen, sauberen Schritt. Ein Kunststoffpolymer ähnelt einer langen Kette und ist für viele Mikroben zunächst nicht direkt verwertbar. Zuerst muss es jemand zerschneiden.

In der MIT-Arbeit übernahm ein Mikroorganismus diese Rolle als „Türöffner“ und spaltete das Polymer in seine chemischen Bestandteile auf.

Sobald diese kleineren Moleküle entstanden waren, konnten andere Bakterien übernehmen und sich von den einzelnen Chemikalien ernähren. Vereinfacht gesagt: Ein Bakterium macht aus dem Kunststoff mundgerechte Stücke, andere beenden die Mahlzeit.

Das ist wichtig, weil der biologische Abbau ins Stocken geraten kann, wenn die richtige Mischung von Mikroben fehlt.

Es können Bakterien vorhanden sein, die die Abbauprodukte verwerten, nicht aber das intakte Polymer. Umgekehrt könnte das Polymer spaltende Bakterium vorhanden sein, während Mikroben fehlen, die die entstehenden Chemikalien effizient aufnehmen.

Die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses hängt somit von der kompletten Gemeinschaft ab und nicht nur von einem einzelnen Organismus.

Mikroben bestimmen die Abbaugeschwindigkeit

Mikrobielle Gemeinschaften unterscheiden sich im Ozean erheblich; die Bakterien in einem Wassergebiet entsprechen nicht exakt denen eines anderen.

Temperatur, Nährstoffe, Sauerstoffgehalt und sogar die Jahreszeit beeinflussen, welche Mikroben besonders gut gedeihen. Sind die „richtigen“ Mikroben selten, kann Kunststoff wesentlich länger bestehen bleiben. Sind sie zahlreich und aktiv, beschleunigt sich der Abbau.

Diese Schwankungen zählen zu den wichtigsten Gründen, weshalb Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nur schwer vorhersagen können, wie schnell biologisch abbaubare Kunststoffe unter realen Bedingungen verschwinden.

Nicht alle Kunststoffe werden gleich abgebaut

Biologisch abbaubare Kunststoffe verhalten sich nicht alle gleich. Selbst wenn zwei Produkte dieselbe Kennzeichnung tragen, können Unterschiede in Polymerchemie und Herstellung beeinflussen, wie gut Mikroben darauf zugreifen können.

Manche Rezepturen lassen sich leichter aufspalten, andere widerstehen mikrobiellen Enzymen. Zusatzstoffe, Struktur und Entscheidungen bei der Verarbeitung bestimmen ebenfalls, wie „essbar“ das Material ist.

Deshalb betont Hauptautor Marc Foster, Doktorand im MIT-WHOI Joint Program, dass es keinen einheitlichen Zeitrahmen für den Abbau gibt.

„Es gibt viele Unklarheiten darüber, wie lange diese Materialien tatsächlich in der Umwelt vorhanden sind“, sagte Foster.

„Das zeigt, dass der biologische Abbau von Kunststoff stark von der mikrobiellen Gemeinschaft abhängt, in der der Kunststoff landet. Er hängt auch von den Kunststoffen ab – von der Chemie des Polymers und davon, wie sie als Produkt hergestellt werden.“

Mikroben könnten Lösungen für Kunststoffe weisen

Die Erkenntnis, dass Mikroben im Team arbeiten, beantwortet nicht nur die Frage „Wie lange hält es?“. Sie weist auch den Weg zu besseren Lösungen.

Wenn Forschende bestimmen können, welche Mikroben den ersten Spaltschritt übernehmen und welche die entstehenden Chemikalien verbrauchen, können sie damit beginnen, bessere Materialien zu entwickeln.

Diese Kunststoffe könnten sich dann in realen Umgebungen verlässlicher abbauen – und nicht nur in Laboren oder industriellen Kompostieranlagen.

Zudem besteht Potenzial für kontrollierte mikrobielle „Recyclingsysteme“, in denen Kunststoffabfälle nicht lediglich abgebaut und verteilt, sondern gezielt in nützliche Moleküle umgewandelt werden.

Biologie unter realen Bedingungen ist entscheidend

Die Studie erinnert daran, dass biologischer Abbau Biologie ist: Lebende Organismen führen chemische Prozesse aus.

Sollen biologisch abbaubare Kunststoffe Schäden wirklich verringern, müssen Forschende diese Biologie detailliert verstehen, statt biologische Abbaubarkeit als universelle Eigenschaft zu behandeln.

Die MIT-Arbeit stellt biologisch abbaubare Kunststoffe nicht als Allheilmittel dar. Stattdessen zeigt sie, wie der Prozess unter realen Bedingungen aussieht und weshalb die Ergebnisse so stark variieren können.

Im Ozean könnten Kunststoffe durch die Zusammenarbeit von Mikroben abgebaut werden: Ein Organismus beginnt die Aufgabe, andere führen sie zu Ende. Ob dieses Team dort vorhanden ist, wo der Kunststoff landet, kann den entscheidenden Unterschied ausmachen.