Lange bevor der Mensch Kunststoffe erfand, stellten Mikroorganismen bereits biologisch abbaubare her — und neue Forschung legt nahe, dass Tiere sie seit Hunderten von Millionen Jahren fressen. Eine in Nature Ecology & Evolution veröffentlichte Studie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie stellt die lange gehegte Annahme in Frage, dass nur Mikroben Polyhydroxyalkanoate (PHAs) abbauen können — die natürlichen Biokunststoffe, die Bakterien und Archaeen als Kohlenstoff- und Energiereserven in ihren Zellen speichern.
Die Untersuchung begann mit einem ungewöhnlichen Subjekt: Olavius algarvensis, ein Meereswurm ohne Mund und Darm, der von symbiotischen Bakterien unter seiner Haut lebt. Forscher fragten sich, ob der Wurm einen Weg entwickelt hat, die enormen Kohlenstoffreserven zu nutzen, die seine bakteriellen Partner als PHA speichern. Hatte er: Das Team identifizierte ein Enzym im Wurm, das mikrobielle PHAs in kleinere Moleküle zerlegt, die Tiere nutzen können; hochauflösende Bildgebung zeigte, dass das Enzym genau dort produziert wird, wo der Wurm seine Symbionten verdaut.
Die Entdeckung weitete sich dann dramatisch aus. Als die Forscher Tiergenome untersuchten, fanden sie verwandte Enzyme in mehr als 66 Arten aus neun verschiedenen Stämmen. Labortests bestätigten, dass Enzyme sehr entfernt verwandter Tiere — eines Schwamms, eines Regenwurms und einer Springschwanzart — mikrobielle PHAs abbauen konnten. "Was als Entdeckung in einem einzelnen Meereswurm begann, entpuppte sich als weit verbreitete Fähigkeit, die Tiere aus sehr verschiedenen Zweigen des Lebensbaums teilen", sagt Erstautorin Caroline Zeidler.
Der Befund hat Bedeutung über die Evolutionsbiologie hinaus. PHAs gehören zu den wenigen natürlichen Kunststoffen, die vollständig biologisch abbaubar sind, und die Industrie produziert sie bereits als nachhaltige Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen — eingesetzt in Lebensmittelverpackungen, Hygienematerialien, langsam freisetzenden Agrardüngern, Wundauflagen und resorbierbaren Nähten. Wenn Tiere in der gesamten Nahrungskette diese Materialien verdauen können, verändert das, wie Wissenschaftler über ihr Schicksal in der Umwelt denken, und weist auf einen bisher unerkannten Weg hin, auf dem von Mikroben gespeicherter Kohlenstoff in tierische Nahrungsnetze gelangt.
Mikrobielle PHAs sind weltweit in Böden, Sedimenten und aquatischen Umgebungen verbreitet. "Unsere Studie verändert unser Verständnis davon, wer diese mikrobiellen Kohlenstoffspeicher nutzen kann", sagt die korrespondierende Autorin Maggie Sogin, heute an der University of California, Merced. "Tiere ernähren sich wahrscheinlich seit Hunderten von Millionen Jahren vom ursprünglichen Biokunststoff der Natur — wir entdecken das erst jetzt." Wie viel dieser Prozess zum globalen Kohlenstoffkreislauf beiträgt, ist unbekannt, doch die Entdeckung zeigt, wie Forschung an ungewöhnlichen Organismen biologische Prozesse offenlegen kann, die über Äonen verborgen blieben.
