Neue Entdeckung: Kenianischer Lesser Mealworm frisst Polystyrol gegen Plastikverschmutzung

Eine neue, vielversprechende Beobachtung im Kampf gegen die Plastikverschmutzung: Larven des (Lesser) Mealworms aus Kenia können Polystyrol fressen.

Damit gehören sie zu einer kleinen Gruppe von Insekten, bei denen bereits gezeigt wurde, dass sie diesen problematischen Kunststoff abbauen können – allerdings ist dies das erste Mal, dass eine in Afrika heimische Insektenart mit dieser Fähigkeit beschrieben wurde.

Polystyrol, oft unter dem Namen Styropor bekannt, wird breit in Verpackungen für Lebensmittel, Elektronik und industrielle Produkte eingesetzt. Weil es sich nur schwer zersetzt, gilt es als besonders langlebig. Übliche Recyclingwege – etwa chemische oder thermische Verfahren – sind kostenintensiv und können selbst Schadstoffe erzeugen. Das war ein zentraler Grund, weshalb wir biologische Ansätze zur Handhabung dieses hartnäckigen Abfalls untersuchen wollten.

Ich arbeite in einem Forschungsteam am International Centre of Insect Physiology and Ecology. Wir konnten zeigen, dass die Larven des kenianischen Lesser Mealworms Polystyrol zerkleinern können und zugleich Darmbakterien beherbergen, die den Abbau des Materials unterstützen.

Der Lesser Mealworm ist das Larvenstadium des Schwarzkäfers der Gattung Alphitobius. Diese Larvenphase dauert etwa 8 bis 10 Wochen. Besonders häufig findet man die Tiere in Geflügelställen: Dort ist es warm, und es gibt meist ein kontinuierliches Nahrungsangebot – Bedingungen, unter denen sie gut wachsen und sich vermehren können.

Obwohl man annimmt, dass Lesser Mealworms ursprünglich aus Afrika stammen, kommen sie heute in vielen Ländern weltweit vor. Das von uns in der Studie erfasste Tier könnte jedoch eine Unterart innerhalb der Gattung Alphitobius sein. Um diese Möglichkeit abzusichern, laufen weitere Untersuchungen.

In unserer Arbeit haben wir ausserdem die Bakterien im Darm der Larven analysiert. Ziel war es, jene Bakteriengemeinschaften zu bestimmen, die den Prozess der Plastikzersetzung vermutlich mittragen.

In mehreren afrikanischen Ländern ist die Plastikverschmutzung inzwischen auf einem kritisch hohen Niveau. Plastikmüll ist zwar weltweit ein gravierendes Umweltproblem, doch Afrika ist besonders betroffen: Es werden viele Kunststoffprodukte importiert, sie werden vergleichsweise wenig wiederverwendet, und das Recycling ist unzureichend.

Indem wir diese natürlichen „Plastikfresser“ untersuchen, wollen wir neue Werkzeuge entwickeln, mit denen sich Plastikabfälle schneller und effizienter beseitigen lassen. Statt grosse Mengen dieser Insekten an Müllplätzen auszusetzen (was nicht praktikabel ist), könnten die von ihnen hervorgebrachten Mikroben und Enzyme in Fabriken, Deponien und an Reinigungsstandorten genutzt werden. So liesse sich Plastikmüll auf eine Weise angehen, die im grossen Massstab besser steuerbar ist.

Wichtigste Ergebnisse

Wir führten einen Versuch durch, der sich über mehr als einen Monat erstreckte. Die Larven erhielten entweder ausschliesslich Polystyrol, ausschliesslich Kleie (ein nährstoffreiches Futter) oder eine Mischung aus Polystyrol und Kleie.

Dabei zeigte sich: Die Mealworms, die Polystyrol zusammen mit Kleie bekamen, überlebten häufiger als jene, die nur Polystyrol erhielten. Zudem nahmen sie Polystyrol wirksamer auf als die Gruppe mit reiner Polystyrolkost. Das unterstreicht, wie hilfreich es ist, wenn die Tiere weiterhin Zugang zu nährstoffreicher Nahrung haben.

Zwar reichte eine Ernährung nur mit Polystyrol aus, damit die Mealworms überleben konnten, doch ohne zusätzliche Nährstoffe waren sie beim Abbau von Polystyrol deutlich weniger effizient. Dieses Ergebnis verdeutlichte erneut, dass eine ausgewogene Ernährung wichtig ist, damit die Insekten Kunststoff optimal fressen und zersetzen können. Möglich ist, dass sie Polystyrol auch deshalb aufnehmen, weil es überwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht und ihnen damit potenziell als Energiequelle dienen kann.

Während des Versuchs konnten die Mealworms in der Polystyrol-Kleie-Gruppe rund 11.7 Prozent des insgesamt angebotenen Polystyrols abbauen.

Darmbakterien

Die Untersuchung des Darms der Mealworms zeigte, dass sich die bakterielle Zusammensetzung je nach Ernährung deutlich verschiebt. Solche Veränderungen zu verstehen ist entscheidend, weil sich daraus ableiten lässt, welche Mikroben aktiv am Kunststoffabbau beteiligt sind. Das wiederum ermöglicht es uns, gezielt jene Bakterien und Enzyme zu isolieren, die sich für Anwendungen zur Plastikzersetzung nutzen lassen.

In den Larven, die mit Polystyrol gefüttert wurden, fanden wir erhöhte Anteile von Proteobakterien und Firmicutes – Bakteriengruppen, die sich an unterschiedliche Umwelten anpassen können und in der Lage sind, viele komplexe Substanzen abzubauen.

Auffällig häufig traten zudem Bakterien wie Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter und Klebsiella auf. Von ihnen ist bekannt, dass sie Enzyme bilden können, die synthetische Kunststoffe verdauen. Diese Bakterien werden dem Insekt nicht schaden und auch beim Einsatz im grossen Massstab nicht die Umwelt gefährden.

Die hohe Häufigkeit dieser Mikroorganismen deutet darauf hin, dass sie beim Kunststoffabbau eine Schlüsselrolle spielen. Das könnte bedeuten, dass Mealworms nicht von Natur aus „Plastikfresser“ sind.

Vielmehr könnten sich, sobald die Tiere Plastik fressen, die Bakterien in ihrem Darm so verändern, dass der Abbau erleichtert wird. Damit wären die Mikroben im Verdauungstrakt der Mealworms in der Lage, sich an ungewöhnliche Nahrung – wie Plastik – anzupassen.

Unsere Ergebnisse stützen damit die Hypothese, dass der Darm bestimmter Insekten den Abbau von Plastik ermöglichen kann. Wahrscheinlich liegt das daran, dass Darmbakterien Enzyme produzieren, die Kunststoffpolymere zerlegen.

Daraus ergibt sich die Perspektive, diese Bakterien – und die von ihnen erzeugten Enzyme – zu isolieren, um mikrobielle Lösungen zu entwickeln, die Plastikabfälle im grösseren Massstab adressieren.

Wie geht es weiter

Einige Insektenarten, etwa gelbe Mehlwürmer (Tenebrio molitor) und Superwürmer (Zophobas morio), haben bereits gezeigt, dass sie Kunststoffe fressen können. Mit Unterstützung ihrer Darmbakterien sind sie in der Lage, Materialien wie Polystyrol abzubauen.

Unser Ansatz unterscheidet sich, weil wir uns auf in Afrika heimische Insektenarten konzentrieren, die im Zusammenhang mit Plastikabbau bislang kaum intensiv erforscht wurden.

Dieser regionale Fokus ist bedeutsam, weil sich Insektenarten und Umweltbedingungen in Afrika von anderen Weltregionen unterscheiden können – und daraus möglicherweise neue Erkenntnisse und praxisnahe Lösungen für Plastikverschmutzung in afrikanischen Kontexten entstehen.

Dass der kenianische Lesser Mealworm Polystyrol fressen kann, deutet darauf hin, dass er zur natürlichen Abfallreduktion beitragen könnte – insbesondere bei Kunststoffarten, die sich mit herkömmlichen Recyclingverfahren nur schwer verwerten lassen.

Künftige Studien könnten darauf aufbauen, indem sie die konkreten Bakterienstämme, die am Polystyrolabbau beteiligt sind, isolieren, identifizieren und ihre Enzyme genauer untersuchen.

Wir möchten klären, ob sich diese Enzyme in grossem Massstab herstellen lassen, um Abfälle für Recyclingprozesse nutzbar zu machen.

Ausserdem könnten wir weitere Kunststoffarten testen, um zu prüfen, wie vielseitig sich dieses Insekt für breitere Anwendungen im Abfallmanagement einsetzen liesse.

Für eine Skalierung des Einsatzes von Lesser Mealworms zur Plastikzersetzung wären zudem Strategien notwendig, die die Gesundheit der Insekten bei längerfristigem Plastikkonsum sichern, und es müsste bewertet werden, wie sicher die daraus entstehende Insektenbiomasse als Tierfutter ist.

Fathiya Khamis, Senior Scientist, International Centre of Insect Physiology and Ecology

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von der Plattform »The Conversation« erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.