Der ursprüngliche Biokunststoff der Natur mag Hunderte Millionen Jahre lang Tiere gefüttert haben

Eine bahnbrechende Studie zeigt, dass nicht nur Mikroorganismen, sondern auch Tiere mikrobielle Biokunststoffe zersetzen können, die als Polyhydroxyalkanoate (PHAs) bekannt sind. Diese Biokunststoffe, die von vielen Bakterien und Archaea produziert werden, wurden lange Zeit als nur von Mikroorganismen abbaubar angesehen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Meeresmikrobiologie in Bremen (Deutschland) haben jedoch gezeigt, dass eine Vielzahl von Tieren, von Meereswürmern und Meeressternen bis hin zu terrestrischen Arten wie Regenwürmern, Enzyme besitzen, die PHAs abbauen können. Die Ergebnisse, die in Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurden, belegen einen bisher nicht erkannten Weg, durch den mikrobieller Kohlenstoff in die Nahrungsnetze von Tieren gelangt.

Die Entdeckung stammt von einem einzigartigen Meereswurm namens Olavius algarvensis. Diese gutlose Kreatur, die nur etwa zwei Zentimeter lang ist, ist vollständig auf symbiotische Bakterien angewiesen, die unter ihrer Haut für Nahrung und Abfallverarbeitung leben. Diese Bakterien speichern große Mengen an PHA in ihren Zellen. Wissenschaftler vermuteten, dass der Wurm einen Mechanismus entwickelt haben könnte, um auf diese energiereiche Ressource zuzugreifen. Ihre Untersuchung bestätigte diese Hypothese und enthüllte ein Enzym im Wurm, das PHA effektiv in kleinere Moleküle zerlegt, die vom Tier verwendet werden können.

Die Forscher sammelten Proben von Olavius algarvensis vom Meeresboden in der Nähe von Elba, Italien, wo der Wurm unter mediterranen Meeresgraswiesen lebt. Durch die Analyse der Biologie des Wurms identifizierten sie den spezifischen Ort, an dem das Enzym, das für den Abbau von PHA verantwortlich ist, produziert wird, genau dort, wo der Wurm seine bakteriellen Partner verdaut. Dieser Befund zeigt an, dass der Wurm das PHA direkt nutzen kann, das von seinen symbiotischen Bakterien gespeichert wird. Über die ursprüngliche Entdeckung hinaus untersuchte das Team genetische Daten von über 66 Tierarten aus neun verschiedenen Stämmen. Sie fanden ähnliche Enzyme in einer Vielzahl von Organismen, einschließlich Schwämmen, Regenwürmern und Springtails.

Laut Caroline Zeidler, der Erstautorin der Studie, war dieses Ergebnis unerwartet. Was zunächst als eine einzigartige Anpassung in einem Meereswurm erschien, erwies sich als eine weit verbreitete Eigenschaft in mehreren Zweigen des Tierreichs. Mikrobielle PHAs sind in natürlichen Umgebungen verbreitet, existieren in Böden, Sedimenten und aquatischen Ökosystemen weltweit. Diese Biokunststoffe werden gebildet, wenn Mikroorganismen überschüssigen Kohlenstoff für die zukünftige Verwendung speichern.

Die neue Forschung deutet darauf hin, dass Tiere eine Rolle bei der Aufspaltung dieser Materialien neben Mikroorganismen spielen und so zum Gesamtzyklus der Kohlenstoffnutzung in Ökosystemen beitragen. Die Implikationen dieser Studie gehen über das ökologische Verständnis hinaus. Sie stellt frühere Annahmen über die Zugänglichkeit mikrobieller Kohlenstoffreserven in Frage und hebt die komplizierten Beziehungen zwischen Tieren und Mikroorganismen hervor.

Weitere Forschungen werden sich darauf konzentrieren, das Ausmaß dieses Phänomens in verschiedenen Ökosystemen und Arten zu untersuchen. Die Wissenschaftler wollen untersuchen, wie diese Fähigkeit die Dynamik des Nahrungsnetzes beeinflusst und ob sie die umfassenderen Umweltauswirkungen von PHAs beeinflusst. Das Verständnis dieser Wechselwirkungen könnte wertvolle Einblicke in die Entwicklung effektiverer Strategien für die Bewirtschaftung biologisch abbaubarer Kunststoffe in natürlichen und von Menschen verursachten Umgebungen liefern.