Über die Flüsse, die Luft und die Strände gelangen jährlich Millionen Tonnen Plastik in die Meere. Dort verteilen sie sich bis in die entlegensten Bereiche, werden zu Mikroplastik zermahlen und lagern sich am Meeresgrund ab. Andere Plastikteile bilden riesige Müllteppiche in den großen Strömungswirbeln des Pazifiks und Atlantiks. Längst gefährdet die Plastikverschmutzung viele Tiere, schädigt Ökosysteme und auch unsere Gesundheit. Doch es gibt Organismen, die sich angepasst haben: Für sie sind die schwimmenden Plastikteppiche und Plastikpartikel zu einem neuen Lebensraum geworden – der Plastisphäre.
Expedition zu den Müllstrudeln der Ozeane
Doch wie passen sich die plastikbewohnenden Bakterien, Viren, Pilze und Algen an diesen neuen Lebensraum an? „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“, erklärt Co-Autorin Mechthild Schmitt-Jansen vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig.
Um dies zu untersuchen, haben zwei Forschungsteams im Jahr 2019 die beiden großen Plastikmüllstrudel im Nordatlantik und Nordpazifik besucht und dort Proben des umherschwimmenden Makroplastiks gesammelt. Diese Proben analysierten sie anschließend im Labor auf die darin vorhandene DNA. Im Fokus dieser Analysen standen die funktionellen Gene des auf dem Plastik vorhandenen Genmaterials. „Funktionelle Gene enthalten genetische Informationen, dank derer Mikroben beispielsweise Proteine herstellen, Stoffwechselprozesse steuern, Zellstrukturen aufbauen oder Signalprozesse in der Zelle regulieren können“, erklärt Co-Autor Erik Borchert vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.
Größere Genome und mehr Gene
Das Ergebnis: „Unsere Daten enthüllen ein charakteristisches Metagenom der Plastisphäre mit ähnlichen Merkmalen in beiden Meeren“, berichten die Forschenden. Die bakteriellen Biofilme auf den schwimmenden Plastikteilen unterscheiden sich demnach in ihrer genetischen Struktur und Funktion deutlich von denen der frei im Meer schwimmenden Mikroorganismen. „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“, berichtet Erstautor Stefan Lips vom UFZ.
Die Analysen ergaben auch, dass die Genome der mikrobiellen Plastikbewohner im Schnitt deutlich größer sind als die des normalen Meeresplanktons. „Während Plankton-Mikroben ihre Genome verschlankt haben, um die Kosten für ihr Wachstum zu minimieren, zeigt die Plastisphäre weniger Anzeichen für eine solche Anpassung an nährstoffarme Bedingungen“, erklären die Forschenden. „Im Gegenteil: Die Plastisphäre hat größere, stickstoffreiche Genome mit mehr nicht essenziellen Genen.“
Kein Sparen nötig
Den Grund dafür sehen Lips und seine Kollegen in der besseren Nährstoffverfügbarkeit auf den Plastikpartikeln: In den Biofilmen liefern sich verschiedenen Mikrobenarten gegenseitig Bausteine für ihren Stoffwechsel. Auch die Chlorophyllkonzentrationen sind in den Biofilmen höher als im Plankton, zudem können die Plastikbewohner alternative Energiequellen wie die anoxygene Photosynthese nutzen, bei der kein Sauerstoff produziert wird. „Dies legt nahe, dass die Mikroben der Plastisphäre das Potenzial haben, relativ zum umgebenden Plankton mehr Biomasse zu produzieren“, erklärt Schmitt-Jansen. „Dadurch bilden sich eutrophe Nischen in der nährstoffarmen Wüste der offenen Ozeane.“
Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass sich die mikrobiellen Bewohner des Meeresplastiks in mehrerer Hinsicht an ihren künstlich geschaffenen Lebensraum angepasst haben. Das ist für diese Mikroorganismen zwar gut, aber nicht unbedingt für die Meere: „Das ist für die Ozeane kein gutes Zeichen, weil nur ihr ursprünglicher, natürlicher Zustand als gesund gilt – und jede Abweichung davon als Verschlechterung“, sagt Lips. Ob und auf welche Weise der Plastikbewuchs das sensible geochemische Gleichgewicht der marinen Ökosysteme beeinflusst, muss nun weiter erforscht werden.
Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ; Fachartikel: Environmental Pollution, doi: 10.1016/j.envpol.2026.127830
