Ein Pilz, der Meeresplastik abbaut

 (nioz.nl)
1 Punkte von GN⁺ 2024-06-16 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Der Meerespilz Parengyodontium album kann Partikel des im Meer am häufigsten vorkommenden Kunststoffs Polyethylen (PE) erst abbauen, nachdem sie der UV-Strahlung des Sonnenlichts ausgesetzt waren
  • Forschende von NIOZ, Utrecht University und der Ocean Cleanup Foundation suchten an einem plastikverschmutzten Gebiet im Nordpazifik nach Mikroorganismen und verfolgten den Abbauprozess mit speziellem Kunststoff, der das 13C-Isotop enthielt
  • Die im Labor gemessene PE-Abbaurate von P. album lag bei etwa 0,05 % pro Tag; der größte Teil des Kohlenstoffs aus dem PE wurde nicht für den Pilzkörper genutzt, sondern in CO2 umgewandelt und freigesetzt
  • Da nur PE abgebaut werden kann, das zumindest kurz UV ausgesetzt war, ist der Einsatz im Meer vor allem auf Kunststoff beschränkt, der zunächst nahe der Oberfläche trieb
  • Die Menschheit produziert jedes Jahr mehr als 400 Milliarden kg Kunststoff; bis 2060 wird mindestens eine Verdreifachung erwartet, wodurch die Suche nach anderen Meerespilzen, die in tieferen Meeresschichten wirken, wichtiger wird

Meerespilz baut UV-behandeltes PE ab

  • Der Meerespilz Parengyodontium album lebt zusammen mit anderen marinen Mikroorganismen in einer dünnen Schicht, die sich auf der Oberfläche von Plastikmüll im Meer bildet
  • Meeresmikrobiologen des NIOZ haben bestätigt, dass dieser Pilz Partikel von Polyethylen (PE) abbauen kann, dem häufigsten Kunststoff unter den ins Meer gelangten Plastikabfällen
  • Die Ergebnisse wurden im Wissenschaftsjournal Science of the Total Environment veröffentlicht
  • P. album gehört zu den bislang identifizierten plastikabbauenden Meerespilzen
    • Bisher wurden nur vier Arten plastikabbauender Meerespilze entdeckt
    • Bakterien, die Kunststoff abbauen können, waren bereits in größerer Zahl bekannt

Wie der Abbauprozess verfolgt wurde

  • Die Forschenden suchten in einem Gebiet mit konzentrierter Plastikverschmutzung im Nordpazifik nach plastikabbauenden Mikroorganismen
  • Aus dem gesammelten Plastikmüll isolierten sie Meerespilze und kultivierten sie im Labor auf speziellem Kunststoff, der markierten Kohlenstoff enthielt
  • Das 13C-Isotop lässt sich innerhalb der Nahrungskette verfolgen und wird genutzt, um festzustellen, wohin der Kohlenstoff aus dem Kunststoff in den Abbauprodukten wandert
  • Mit dieser Methode konnte der PE-Abbauprozess quantifiziert werden

Im Labor gemessene Abbaurate und Produkte

  • In Laborbeobachtungen lag die PE-Abbaurate von P. album bei etwa 0,05 % pro Tag
  • Die Messungen zeigten, dass der Pilz beim Abbau von PE nur wenig des daraus stammenden Kohlenstoffs nutzt
  • Der größte Teil des abgebauten PE-Kohlenstoffs wird in Kohlendioxid (CO2) umgewandelt und wieder freigesetzt
  • Diese CO2-Emission entspricht der geringen Menge, die ein Mensch beim Atmen ausstößt, und wird daher nicht als Ausmaß bewertet, das ein neues Problem schafft

UV als notwendige Bedingung

  • Damit P. album PE als Energiequelle nutzen kann, ist Sonnenlicht erforderlich
  • Im Labor baute P. album nur PE ab, das zumindest für kurze Zeit UV-Licht ausgesetzt war
  • Im Meer können daher nur Kunststoffe zum Abbau durch diesen Pilz in Frage kommen, die zunächst nahe der Oberfläche trieben
  • Dass UV-Licht Kunststoff mechanisch zersetzt, war bereits bekannt; dieses Ergebnis zeigt, dass UV auch den biologischen Abbau durch Meerespilze fördert

Unbekannte Pilze in tieferen Meeresschichten

  • Da viele Kunststoffe in tiefere Schichten absinken, bevor sie Sonnenlicht ausgesetzt werden, kann P. album nicht sämtliches Plastik abbauen
  • Annika Vaksmaa geht davon aus, dass es auch in tieferen Meeresschichten noch unbekannte Pilze gibt, die Plastik abbauen
  • Meerespilze können komplexe kohlenstoffhaltige Stoffe abbauen und kommen in vielen Arten vor
  • Neben den bisher identifizierten vier Arten könnten auch weitere Arten zum Plastikabbau beitragen
  • Viele Fragen bleiben offen, mit welcher Dynamik der Plastikabbau in tieferen Schichten abläuft

Ausmaß der Plastikverschmutzung

  • Die Menschheit produziert jedes Jahr mehr als 400 Milliarden kg Kunststoff
  • Die Kunststoffproduktion wird sich bis 2060 voraussichtlich mindestens verdreifachen
  • Viel Plastikmüll gelangt ins Meer, treibt von den Polarregionen bis in die Tropen im Oberflächenwasser, wandert anschließend in tiefere Meeresschichten und sinkt schließlich auf den Meeresboden
  • Subtropische Wirbel (subtropical gyres) sind ringförmige Meeresströmungen, in denen das Meerwasser nahezu stagniert; gelangt Plastik einmal hinein, wird es dort eingeschlossen
  • Allein im Nordpazifischen subtropischen Wirbel, einem der sechs großen Wirbel weltweit, haben sich bereits rund 80 Millionen kg schwimmendes Plastik angesammelt

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-06-16
Meinungen auf Hacker News

  • Ich habe diesen Pilz, Parengyodontium album, tatsächlich aus einer terrestrischen Probe isoliert und sogar sequenziert.
    Fotos und DNA sind hier zu sehen:
    https://www.inaturalist.org/observations/147456216
    https://www.inaturalist.org/observations/150149352

  • Wenn dieser Pilz Polyethylen abbaut, wäre vielleicht auch eine Zweitverwertung der Nebenprodukte als Brennstoff in einem Heizkraftwerk möglich.
    Da aber ein großer Anteil des Mikroplastiks in aquatischen Umgebungen aus dem Abrieb von Autoreifen stammt, braucht es mehr und vielfältigere Pilze.
    sciencenews
    theconversation
    springeropen

    • Der Anteil der Autoreifen ist absurd groß.
      In der Schweiz wird geschätzt, dass etwa 90 % des in die Umwelt freigesetzten Mikroplastiks aus Reifenabrieb stammen: https://www.admin.ch/gov/en/start/documentation/media-releases.msg-id-100009.html
      Würde man Autos hypothetisch radikal verbieten, ließen sich nicht nur Landschaftszerschneidung, die Belegung öffentlichen Raums, Unfälle und Risiken, Schäden an Menschen und Tieren, öffentliche Kosten, Lärm und Feinstaub reduzieren, sondern auch Mikroplastikemissionen etwa im Verhältnis 10:1 senken.
    • Die Menge an Reifenprofil, die weggespült wird und in Wasserläufe gelangt, scheint enorm zu sein.
      Überschlägig gerechnet werden jedes Jahr 20 Millionen Tonnen Reifen produziert; wenn davon 1 % als abgeriebenes Profil oder, je nach Fahrweise, als Seitenwand verschwindet, werden jedes Jahr 200.000 Tonnen Reifenpartikel in der Umwelt verteilt.
    • Es gibt auch Polyester aus Kleidung.
      Ich verstehe nicht, was Patagonia damit bezwecken will, auf recyceltes Polyester umzusteigen und das für umweltfreundlicher zu halten.
    • Wo es andere Optionen gibt, kann man auch aufhören, Autos als individuelles Verkehrsmittel zu nutzen.

  • Wenn es zu einer Anreicherung von Mikroplastik im Körper kommt, frage ich mich, ob natürliche Biopolymere dasselbe Problem haben könnten.
    Wir können Zellulose nicht abbauen; was passiert also mit Mikro-Zellulose im Körper, und wie sieht es mit dem noch schwerer abbaubaren Lignin aus?
    Ich frage mich, ob pflanzliche Mikrofasern sich mit der Zeit im Körper anreichern wie Kunststoff- oder Asbestfasern, und ob man im Alter mit solchen Stoffen voll ist.
    Dass Bäcker früher zu den tödlichen Berufen gehörten, lag daran, dass sie viel Mehlstaub einatmeten.
    Die Art, wie Pilze Lignin abbauen, zeigt, zu welch extremen Mitteln Lebewesen greifen müssen, um schwer abbaubare organische Stoffe zu verarbeiten. Sie geben ein Bündel aus Enzymen und Verbindungen nach außen ab, darunter Wasserstoffperoxid und die stark oxidierenden Hydroxylradikale; daher ist es nicht überraschend, dass Pilze auch Kunststoffe bis zu einem gewissen Grad angreifen können.

    • Es gibt viele Abwehrmechanismen, die verhindern, dass große Moleküle in den Blutkreislauf gelangen; wenn solche Polymere also in den Blutkreislauf zu gelangen beginnen, besteht bereits ein größeres Problem.
      Mikroplastik ist insofern ein Sonderfall, als es chemisch sehr inert ist, wird aber trotzdem von den Nieren herausgefiltert. Für Zellulose oder Lignin gilt sehr wahrscheinlich dasselbe.
      Ehrlich gesagt habe ich nach der Lektüre einiger Mikroplastik-Paper den Verdacht, dass viele davon ziemlich schlampig sind. In modernen Laboren ist Plastik überall, und Paper mit angemessenen Kontrollgruppen sind selten. Petrischalen, Pipetten, Mikroplatten – alles ist aus Plastik, steckt in Plastikverpackungen, wird mit Plastikwerkzeugen gereinigt und von Menschen gehandhabt, die jede Menge synthetische Fasern tragen.
      Als Gensequenzierer erstmals verbreitet wurden, gab es dieselbe Verwirrung; am Ende akzeptierte man, dass DNA-Kontamination allgegenwärtig ist und man bei Probenahme und Statistik sehr vorsichtig sein muss.
      Stoffe, die klein genug sind, um die Lunge zu reizen, haben bei beruflicher Exposition ähnliche Effekte; in manchen Fällen, etwa bei Silikose, sind sie noch schlimmer. Auch vorindustrielle Landarbeiter und Bergleute litten durch das Einatmen von Staub häufig an Pneumokoniose.
    • Auch Holzstaub kann Lungenfibrose verursachen: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/pulmonary-fibrosis/symptoms-causes/syc-20353690
    • Ich frage mich, ob es einen Pilz gibt, den Menschen essen können und der unerwünschte Fasern und Mikroplastik abbaut.
    • Die Mikroplastik-Konzentration ist in der Lunge am höchsten, wurde aber auch im Blut gefunden.
      Soweit ich weiß, weiß man noch nicht, wie lange es in der Lunge, im Blut oder im gesamten Körper verbleibt.
      Da Mikroplastik so verbreitet ist und endokrine Disruptor-Eigenschaften hat, vermute ich stark, dass ein Teil des Anstiegs der Autismus-Prävalenz mit pränataler Mikroplastik-Exposition zusammenhängen könnte. In dieser Phase können Zeitpunkt und Dosiseffekte der Androgenexposition langfristige Entwicklungsprogramme festlegen.
      Die Sache mit den Bäckern kannte ich nicht; ziemlich interessant.

  • Solche Nachrichten höre ich schon seit ziemlich langer Zeit.
    Pilze bauen Plastik ab, Würmer fressen Plastik, aber am Plastik selbst scheint sich nichts zu ändern. Woran liegt das?

    • Lebewesen, die Plastik fressen, haben sich in Umgebungen entwickelt, in denen die Plastikkonzentration extrem hoch ist und es kaum etwas anderes zu fressen gibt.
      Sobald es andere Nahrung gibt, entwickeln sie sich wieder dahin, etwas anderes zu fressen.
      Wenn es gar nichts zu essen gibt, könnte auch ein Mensch Plastik ausprobieren und durch ein Wunder zu den Auserwählten gehören, die Plastik abbauen können; sobald möglich, würde er aber sofort wieder zu normaler Nahrung zurückkehren.
    • Viele plastikfressende Mikroorganismen brauchen sehr spezielle Bedingungen.
      Etwa fein zerkleinertes Material, hohe Temperaturen über 55 °C und einen streng kontrollierten pH-Wert.
      Solche Umgebungen entstehen normalerweise nicht außerhalb eines Bioreaktors, daher wird man kaum sehen, dass sie irgendwelches Plastik im Haushalt angreifen.
    • Dann stellt sich noch eine weitere Frage: Was baut diesen Pilz ab?
      Ernst gemeinte Frage. Wenn dieser Pilz sämtliches Plastik frisst, entsteht im Meer eine enorme Menge neuen Lebens, und die Auswirkungen auf das Ökosystem sind nicht absehbar. Es könnte bedeuten, ein Problem durch ein anderes zu ersetzen.

  • Nicht unbedingt nur eine gute Nachricht
    Dank des goldenen Zeitalters des Plastiks, in dem wir leben, sind Lebensmittelverpackungen möglich geworden, in die Mikroorganismen nicht eindringen können; dadurch hat sich die Haltbarkeit mancher Agrarprodukte von etwa einer halben Woche auf mehrere Wochen verlängert.
    Wenn es in den nächsten 100 Jahren mehr solcher Mikroorganismen gibt, könnten Lebensmittelverpackungen Probleme bekommen.
    Plastik lässt sich im Grunde auch als mehrstufiger „Lebensprozess“ von Rohöl betrachten. Statt Heizöl direkt zu Hause zu verbrennen, lebt Plastik zunächst einmal als Verpackungsmaterial und wird später verbrannt, um Wärme für die Fernwärme bereitzustellen.
    Das Problem entsteht natürlich, wenn es nicht verbrannt wird, sondern ins Wasser gelangt.

    • Wenn nicht gerade die Küche überflutet ist, treffen Lebensmittelverpackungen aus Plastik normalerweise nicht auf die warme, feuchte Umgebung, die die meisten Pilze und Mikroorganismen zum Wachsen brauchen.
      Das gilt auch für das Innere von Verpackungen, wenn es steril oder nährstoffarm ist.
      Wahrscheinlich zuerst betroffen sind Anwendungen von Meeresplastik wie Fischernetze, Seile, Badeanzüge und Bojen. Danach dürften Infrastruktur wie Entwässerungspumpen und landwirtschaftliche Bewässerungsanlagen sowie allgemeine Outdoor-Anwendungen folgen.
    • Ob etwas ins Wasser gelangt oder verbrannt wird, ist vollständig eine Frage des Abfallmanagements.
      Die von der EU verbotenen Plastikstrohhalme wären vermutlich ohnehin nicht im Meer gelandet.
      Außerhalb der EU dagegen wird Plastik lastwagenweise in Flüsse gekippt.
    • Wie kann Verbrennung für Fernwärme ideal sein?
      Das erhöht doch den CO2-Gehalt in der Atmosphäre.
    • Ich halte es für weniger schädlich für die Erde, wenn Erdöl als CO2 verteilt wird, als wenn es als erdölbasierter Feststoff überall auf der Erde verstreut wird.
      Beides ist schlecht. Schichten, die sich ursprünglich nicht begegnen sollten, sollte man nicht vermischen.
    • Dann macht man Verpackungen eben aus Nanodiamant-Folie. Na los, Pilz, versuch mal, das zu fressen.
      Vielleicht endet es in 100 Jahren damit, dass das letzte Lebewesen der Erde unter einer Nanodiamant-Folie erstickt.

  • Es ist zwar eine großartige Entdeckung, aber ich mache mir Sorgen, dass Plastikhersteller sie als Ausrede für noch mehr Plastikproduktion missbrauchen könnten, nach dem Motto: „Plastik ist nicht schädlich, Pilze bauen es ja ohnehin organisch ab.“

    • Langfristig macht mir das noch mehr Sorgen.
      Wenn Lebewesen immer besser darin werden, Plastik abzubauen, werden Hersteller anfangen, schädliche Chemikalien in Plastik zu mischen, um einen vorzeitigen Abbau zu verhindern.
    • Wenn es kein effizienter Prozess ist, stimmt diese Sorge.
      Aber wenn eine Methode entdeckt wird, Plastik sehr effizient zu reinigen und abzubauen, hätten die Hersteller tatsächlich ein Argument. In so einem Fall könnte man die Bequemlichkeit nutzen, in der Gewissheit, dass es vergleichsweise sicher entsorgt werden kann; das zwingend als „Missbrauch“ zu bezeichnen, ist dann schwierig.
    • Hast du den Eindruck, dass Plastikhersteller ihre Produktion derzeit in irgendeiner Weise begrenzen?
    • Jevons-Paradoxon: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Jevons_paradox
    • Ich mache mir eher Sorgen, dass es sich über das Meer hinaus ausbreitet und Schäden im Ausmaß einer Pandemie verursacht.
      Zum Glück scheint es langsam zu sein. Dystopische Science-Fiction zu einem ähnlichen Thema gibt es auch schon.

  • Wenn „der PE-Abbau durch P. album mit einer Rate von etwa 0,05 % pro Tag erfolgt“, wie schnell würde dann das Plastik weltweit weich werden und zu zerbröseln beginnen?

    • Wenn man vereinfacht mit 8,3 Milliarden Tonnen Plastik weltweit und einer Abbaurate von 0,05 % pro Tag rechnet, ergibt sich, dass der Abbau sämtlichen Plastiks etwa 5,48 Jahre dauern würde.

  • Ich stelle mir vor, Bakterien und Pilze würden alles Plastik zu CO2 abbauen.
    Ich weiß nicht, was weniger schlimm ist: Plastik, das in der Umwelt verbleibt, oder weniger Plastik, dafür aber mehr CO2.

    • Verglichen mit der Menge an CO2, die wir weiterhin in die Atmosphäre einbringen, dürfte das CO2 aus sämtlichem Plastik im Meer gering sein.
      Grob nach Zahlen gesucht: Jedes Jahr gelangen etwa 8 Millionen Tonnen Plastik ins Meer. Wenn man 1 Einheit Plastik verbrennt, entstehen 3 Einheiten CO2; würde all das durch Pilze abgebaut oder verbrannt, wären das etwa 24 Millionen Tonnen CO2. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe stoßen wir dagegen jedes Jahr etwa 35 Milliarden Tonnen CO2 aus.
    • Man muss es ja nicht direkt in die Atmosphäre freisetzen. CO2 hat industrielle Anwendungen.
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300223

  • Ich habe das Gefühl, solche Geschichten oft zu hören.
    Vielleicht werden sie übertrieben berichtet, weil sie fälschlich als Ausrede interpretiert werden könnten, weiter Meeresplastik zu produzieren.

    • Hörst du auch von Fällen, in denen wegen solcher Nachrichten Gesetze oder lokale Initiativen zur Verringerung von Meeresplastik gestoppt wurden? Ich jedenfalls nicht.

  • Chemotrophe Organismen, insbesondere chemolithoautotrophe Bakterien, gedeihen in der Nähe extrem heißer hydrothermaler Tiefseequellen.
    Sie können Eisen, Schwefel und verschiedene Elemente und Verbindungen verbrauchen und oxidieren, die wir für giftig oder unveränderlich halten. Als Gegenleistung produzieren sie eine Art Zucker, von dem Röhrenwürmer leben.
    Künftige Forschung zur biologischen Minderung von Plastik sollte sich ebenfalls auf diese Art von Energieumwandlung und -produktion konzentrieren. Statt an ein unmögliches Nullsummen-Ergebnis wie „vollständig beseitigen“ zu denken, ist es zukunftsorientierter, Plastik in etwas Neues und Verbrauchbares zu verwandeln und als Energiequelle zu nutzen.
    Um dieses Problem zu lösen, müssen wir wie Röhrenwürmer denken.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph