Wie Mikroben in der Plastisphäre überleben

Die Plastikverschmutzung stellt ein globales Problem dar, das Ökosysteme beschädigt, Tiere gefährdet und als Nanoplastik gesundheitliche Folgen für den Menschen haben kann. Gleichzeitig hat sich Plastik zu einem neuen Lebensraum für Bakterien, Viren, Pilze und Algen entwickelt – der sogenannten Plastisphere. Deren ökologische Bedeutung für natürliche Lebensgemeinschaften ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, bei denen sich Forschende des UFZ und des GEOMAR unter anderem mit bakteriellen Metagenomen befasst haben. Diese weisen eine bemerkenswerte Komplexität auf: Sie sind größer und enthalten mehr Genkopien für funktionelle Prozesse als die des herkömmlichen Meeresplanktons.

Helmholtz-Expeditionen erforschen die Müllstrudel der Ozeane

Billionen langlebiger Plastikpartikel sammeln sich weltweit in ozeanischen Strudeln, den sogenannten Garbage Patches. Im Jahr 2019 wurden zwei dieser Wirbel Schauplatz umfangreicher Forschungsexkursionen: Unter Leitung des UFZ analysierte das Projekt MICRO-FATE an Bord des Forschungsschiffs SONNE den nordpazifischen Müllstrudel zwischen Singapur und Kanada. Nahezu zeitgleich untersuchten Forschende im Rahmen des Projektes PLASTISEA mit dem Forschungsschiff POSEIDON den nordatlantischen Müllstrudel südwestlich der Azoren. Dr. Mechthild Schmitt-Jansen erläutert die wissenschaftliche Zielsetzung: „Taxonomisch ist die Plastisphäre gut untersucht. Weniger bekannt sind dagegen die funktionellen Strategien, die es den Mikroorganismen im Biofilm ermöglichen, unter den extremen Bedingungen einer nährstoffarmen Umgebung und einer hohen UV-Belastung an der Oberfläche der offenen Ozeane zu überleben.“

Wie die Plastisphäre extreme Ozeanbedingungen meistert

Die Analyse von rund 340 zentralen funktionellen Genen zeigt, dass sich das bakterielle Metagenom der Plastisphäre in Struktur und Funktion signifikant von den natürlichen Plankton-Lebensgemeinschaften des Pazifiks und Atlantiks unterscheidet. Das Metagenom der Plastik-Besiedler weist eine höhere Dichte an Genen auf, die ein Überleben unter extremen Bedingungen begünstigen. Dr. Stefan Lips erklärt hierzu: „Die Mikroorganismen im Biofilm haben mehr Genkopien, um Nährstoffe effektiv aufzunehmen, Kohlenstoff zu nutzen und abzubauen und UV-Strahlung durch effektive Mechanismen abzuwehren oder Schäden am Genom schnell zu reparieren.“ Darüber hinaus sind sie in der Lage, alternative Energiequellen wie die anoxygene Photosynthese zu erschließen. Trotz unterschiedlicher Artenzusammensetzungen innerhalb der Bakteriengruppen im Atlantik und Pazifik erwiesen sich die funktionell relevanten Gruppen in beiden Ozeanen als weitgehend vergleichbar.

Eutrophe Nischen im Ozean: Größere Genome und erhöhte Biomasse in der Plastisphäre

Das Forschungsteam stellte fest, dass die Genome der Mikroben in der Plastisphäre deutlich größer sind als jene des Meeresplanktons, welches seine Genomgröße im Zuge der Evolution an die nährstoffarme Umgebung angepasst und reduziert hat. Die Mikroorganismen auf den Plastikpartikeln unterliegen diesem Anpassungsdruck nicht, da sie von gemeinschaftlichen Stoffwechselprozessen innerhalb des Biofilms und einer damit verbundenen besseren Nährstoffverfügbarkeit profitieren. Zudem wurden im Vergleich zum freien Plankton relativ hohe Chlorophyll-Konzentrationen nachgewiesen. Mechthild Schmitt-Jansen erläutert die ökologische Tragweite dieser Befunde: „Dies zeigt, dass die Mikroben der Plastisphäre das Potenzial haben, relativ gesehen zum umgebenden Plankton mehr Biomasse zu produzieren. Dadurch bilden sich eutrophe Nischen in der nährstoffarmen Wüste der offenen Ozeane.“

Gefahr für das marine Gleichgewicht: Plastik als künstlicher Lebensraum ohne Abbaupotenzial

Die Forschungsergebnisse verdeutlichen, wie sich Mikroorganismen der Plastisphäre erfolgreich an die widrigen Bedingungen in nährstoffarmen subtropischen Meeresstrudeln anpassen. Diese Entwicklung bewertet Stefan Lips kritisch: „Das ist für die Ozeane kein gutes Zeichen, weil nur ihr ursprünglicher, natürlicher Zustand als gesund gilt – und jede Abweichung davon als Verschlechterung.“ Inwieweit dieser Plastikbewuchs das geochemische Gleichgewicht des sensiblen Ökosystems langfristig stört, ist derzeit noch Gegenstand der Forschung. Eine Hoffnung auf eine natürliche Bereinigung durch die Mikroben dämpft Erik Borchert: „Da die Mikroben Plastik vor allem als Lebensraum und weniger als Nährstoffquelle nutzen, ist es auch nicht zu erwarten, dass sie das Plastik in den Ozeanen beseitigen.“ Vor diesem Hintergrund bleibt es dringend geboten, die Plastikverschmutzung schnellstmöglich zu stoppen.

Quelle

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ (04/2026)