Mikroplastik verwandelt Antarktis in Bakterien-Paradies
Ein Eisberg in der Antarktis
(Bild: Mozgova/Shutterstock.com)
Mikroplastik macht auch vor der dem Eis nicht halt. Könnten sich davon ernährende Bakterien der Schlüssel zur Rettung der Antarktis sein? Ein Gastbeitrag.
Die Antarktis, der entlegenste, raueste und unberührteste Kontinent der Erde, ist nicht frei von Meeresverschmutzung. Wo menschliche Aktivitäten stattfinden, folgt unweigerlich Plastikmüll.
Was würden die frühen Entdecker dieser eisigen Wildnis heute denken, wenn sie einen Kontinent vorfänden, der durch ständige Fischereiaktivitäten, Forschungsstationen, Militärpräsenz, Tourismus und all ihre Umweltauswirkungen verändert wurde? Darunter sticht die Plastikverschmutzung hervor, die eine einzigartige neue ökologische Nische im Ozean geschaffen hat.
Sobald Plastikmüll ins Wasser gelangt, bietet er Oberflächen, die schnell von mikrobiellen Gemeinschaften besiedelt werden und einen Biofilm bilden. Diese plastikgebundene Lebensgemeinschaft wird als Plastisphäre bezeichnet und stellt eine ernsthafte Bedrohung für marine Ökosysteme dar, insbesondere in den kalten, wenig erforschten Gewässern des Südlichen Ozeans.
Die Plastisphäre: eine wachsende Bedrohung
Während Plastikmüll durch den Ozean treibt, entwickelt sich die Plastisphäre durch typische ökologische Sukzession zu einer komplexen und spezialisierten mikrobiellen Gemeinschaft.
Kunststoffe bieten diesen Mikroorganismen nicht nur Schutz, sondern dienen auch als Vehikel, über das sich potenziell gefährliche Krankheitserreger wie Vibrio spp., Escherichia coli und Bakterien mit Antibiotikaresistenzgenen in der Meeresumwelt ausbreiten und sogar in entlegene, unberührte Gebiete gelangen können.
Die Plastisphäre ist nicht nur Lebensraum für Mikroben, sondern kann auch das natürliche Gleichgewicht des Lebens im Meer auf mikroskopischer Ebene stören. Diese Veränderungen bleiben nicht im Wasser, sondern breiten sich nach außen aus und können die Art und Weise beeinflussen, wie der Ozean Kohlenstoff aufnimmt und Treibhausgase produziert. Dies hat Auswirkungen auf die Luft, die wir auf der ganzen Welt atmen.
Aber es gibt nicht nur schlechte Nachrichten: Bakterien, die für ihr Potenzial bekannt sind, Kunststoffe oder Kohlenwasserstoffe abzubauen – wie Alcanivorax sp., Aestuariicella sp., Marinobacter sp. und Alteromonas sp. – werden häufig auf Kunststoffen nachgewiesen.
Feindliches Forschungsumfeld
Wir wissen derzeit sehr wenig über die Plastisphäre, insbesondere im Südlichen Ozean, wo das Verständnis ihrer Dynamik entscheidend ist, um ihre Auswirkungen auf eine der entlegensten und empfindlichsten Meeresumgebungen der Erde zu verstehen.
Aus diesem Grund haben wir in unserer jüngsten Studie versucht, die Häufigkeit und Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften in der Plastisphäre des Südlichen Ozeans zu untersuchen, insbesondere nach der ersten Besiedlung durch Plastikmüll.
In der Antarktis zu arbeiten ist keine leichte Aufgabe. Schon die Anreise zu diesem Kontinent ist eine Herausforderung, und dort angekommen, müssen die Wissenschaftler mit schwierigen Umweltbedingungen zurechtkommen: eisige Temperaturen, starke Winde, Eisberge und der ständige Druck, unter Zeitdruck zu arbeiten. Diese Herausforderungen machen jeden Moment im Feld anspruchsvoll und wertvoll zugleich.
Aus diesem Grund begannen wir unsere Studie mit einem kontrollierten und überschaubaren Experiment. Wir stellten Aquarien auf, die mit Meerwasser gefüllt waren, das in der Nähe der spanischen Forschungsstation auf Livingston Island, South Shetland, gesammelt worden war.
In diese Aquarien setzten wir kleine, abgerundete Pellets aus den drei häufigsten Kunststoffarten, die das Meer verschmutzen – Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol.
Wir ließen sie fünf Wochen lang unter Umweltbedingungen (etwa 0 ºC und zwischen 13 und 18 Stunden Sonnenlicht) liegen, um die wahrscheinlichsten Ergebnisse im Freiland zu simulieren.
Wir verglichen die Besiedlung der Kunststoffe mit Glas, einer inerten Oberfläche. Proben der Kunststoffe und des Glases wurden regelmäßig entnommen, um die bakterielle Besiedlung zu verfolgen.
Dynamik der antarktischen Plastisphäre
Bakterien zu studieren bedeutet, das Unsichtbare sichtbar zu machen, daher haben wir mehrere Techniken kombiniert, um ein besseres Bild der Plastisphäre zu erhalten.
Mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie erhielten wir Bilder von Biofilmen. Wir kombinierten Durchflusszytometrie und Bakterienkultur, um die Gesamtzahl der Zellen und Kolonien zu zählen, und sequenzierten das 16S rRNA-Gen, um die Abfolge der bakteriellen Besiedler zu identifizieren.
Dieser akribische Ansatz zeigte, dass die Zeit der wichtigste Faktor für die Veränderung war.
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Die Mikroben kolonisierten den Kunststoff schnell, und in weniger als zwei Tagen waren Bakterien wie die Gattung Colwellia bereits auf der Oberfläche fixiert, was eine klare Entwicklung von den ersten Siedlern hin zu einem reifen, vielfältigen Biofilm zeigt, der auch andere Gattungen wie Sulfitobacter, Glaciecola oder Lewinella umfasst.
Diese Arten, die ebenfalls im Wasser nachgewiesen wurden, zeigen eine klare Präferenz für das soziale Leben einer Biofilm-Gemeinschaft. Darüber hinaus konnten wir keine eindeutigen Unterschiede zwischen den Bakteriengemeinschaften auf Plastik und Glas feststellen, was darauf hindeutet, dass jede stabile Oberfläche diese Gemeinschaften beherbergen kann.
Während ähnliche Prozesse auch in anderen Ozeanen ablaufen, scheint der Prozess in der Antarktis langsamer zu sein. Die niedrigeren Temperaturen verlangsamen die Entwicklung der Bakterien.
Plastikfressende Bakterien?
Eine wichtige Entdeckung war das Vorkommen von Oleispira sp. auf Polypropylen. Dieses Bakterium ist ein Kohlenwasserstoffabbauer und gehört damit zu einer Gruppe von Mikroorganismen, die Öl und andere Schadstoffe abbauen können.
Ihre Rolle in der antarktischen Plastisphäre wirft wichtige Fragen auf, zum Beispiel, ob diese Art von Bakterien die Auswirkungen der Plastikverschmutzung mildern könnte. Wenn ja, könnten sie der Schlüssel für die Zukunft der Antarktis und unserer Ozeane sein.
Allerdings gibt es noch viel zu erforschen, insbesondere ihr Potenzial für die Bioremediation in extremen Umgebungen. Das Verständnis dieser Prozesse könnte den Weg für innovative Strategien ebnen, um der wachsenden Herausforderung der Plastikverschmutzung in marinen Ökosystemen zu begegnen.
Pere Monràs i Riera ist Prä-Doktorand im Bereich Erhaltung und Management der biologischen Vielfalt der Universität Barcelona.
Elisenda Ballesté ist außerordentlicher Professorin für Mikrobiologie der Universität Barcelona.
Dieser Text erschien zuerst auf The Conversation auf Englisch und unterliegt einer Creative-Commons-Lizenz.