Kenianischer kleiner Mehlwurm frisst Polystyrol: neue Hoffnung gegen Plastikverschmutzung

In der Forschung gegen Plastikverschmutzung gibt es einen bemerkenswerten neuen Fund: Larven von Mehlwürmern, die Polystyrol fressen können.

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 dabei nachgewiesen wurde.

Polystyrol, vielen besser als Styropor bekannt, ist ein Kunststoff, der häufig für Verpackungen von Lebensmitteln, Elektronik sowie in der Industrie eingesetzt wird. Gerade weil er so widerstandsfähig ist, lässt er sich nur schwer zersetzen. Übliche Recyclingverfahren – etwa chemische oder thermische Aufbereitung – sind teuer und können zudem Schadstoffe erzeugen. Das war einer der Gründe, warum wir biologische Ansätze untersuchen wollten, um diesen hartnäckigen Abfall besser zu bewältigen.

Ich arbeite in einem Forschungsteam am Internationalen Zentrum für Insektenphysiologie und -ökologie. Wir haben festgestellt, dass die Larven des kenianischen kleinen Mehlwurms Polystyrol zerkauen können und zugleich Darmbakterien beherbergen, die beim Abbau des Materials helfen.

Der kleine Mehlwurm ist das Larvenstadium des Schwarzkäfers der Gattung Alphitobius. Die Larvenphase dauert zwischen 8 und 10 Wochen. Am häufigsten findet man die Tiere in warmen Geflügelställen, wo es eine stetige Nahrungsquelle gibt – Bedingungen, unter denen sie sich ideal entwickeln und vermehren können.

Obwohl man davon ausgeht, dass kleine Mehlwürmer ursprünglich aus Afrika stammen, kommt die Art inzwischen in vielen Ländern weltweit vor. Die von uns in der Studie untersuchte Population könnte jedoch eine Unterart innerhalb der Gattung Alphitobius sein. Um diese Möglichkeit zu bestätigen, laufen derzeit weitere Untersuchungen.

Ein weiterer Schwerpunkt unserer Studie waren die Darmbakterien der Insekten. Wir wollten herausfinden, welche Bakteriengemeinschaften den Prozess der Kunststoffzersetzung möglicherweise unterstützen.

In einigen afrikanischen Ländern hat die Plastikverschmutzung ein kritisch hohes Niveau erreicht. Auch wenn Plastikmüll weltweit ein gravierendes Umweltproblem ist, steht Afrika vor besonderen Hürden: grosse Mengen importierter Kunststoffprodukte, geringe Wiederverwendung und zu wenig Recycling dieser Produkte.

Indem wir solche natürlichen „Plastikfresser“ genauer untersuchen, wollen wir neue Werkzeuge entwickeln, mit denen sich Kunststoffabfälle schneller und effizienter reduzieren lassen. Statt riesige Mengen dieser Insekten an Müllplätzen auszusetzen (was nicht praktikabel ist), könnten die von ihnen gebildeten Mikroben und Enzyme in Fabriken, Deponien und an Reinigungs- und Sanierungsstandorten genutzt werden. So liesse sich Plastikmüll auf eine Weise angehen, die sich in grossem Massstab besser steuern lässt.

Zentrale Ergebnisse

Wir führten einen Versuch durch, der etwas mehr als einen Monat dauerte. Die Larven bekamen entweder ausschliesslich Polystyrol, ausschliesslich Kleie (ein nährstoffreiches Futter) oder eine Mischung aus Polystyrol und Kleie.

Dabei zeigte sich: Mehlwürmer mit der Polystyrol-Kleie-Ernährung überlebten häufiger als Larven, die nur Polystyrol erhielten. Ausserdem nahmen sie Polystyrol effizienter auf als die Gruppe mit reiner Polystyrol-Diät. Das unterstreicht den Vorteil, wenn den Insekten weiterhin eine nährstoffreiche Nahrung zur Verfügung steht.

Zwar reichte eine reine Polystyrol-Diät aus, damit die Mehlwürmer überleben konnten, doch fehlten offenbar Nährstoffe, die sie für einen effizienten Abbau von Polystyrol benötigen. Dieses Ergebnis verdeutlicht, wie wichtig eine ausgewogene Ernährung ist, damit die Insekten Kunststoff optimal fressen und zersetzen können. Möglich ist, dass die Tiere Polystyrol aufnehmen, weil es überwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht und ihnen damit eine Energiequelle liefert.

In der Gruppe mit Polystyrol und Kleie konnten die Mehlwürmer im Versuchszeitraum ungefähr 11.7 Prozent des gesamten Polystyrols abbauen.

Darmbakterien

Die Analyse des Darms der Mehlwürmer zeigte je nach Fütterung deutliche Veränderungen in der bakteriellen Zusammensetzung. Diese Verschiebungen zu verstehen, ist entscheidend, weil sich daraus ableiten lässt, welche Mikroben aktiv am Kunststoffabbau beteiligt sind. Das hilft uns, gezielt jene Bakterien und Enzyme zu isolieren, die sich für den Einsatz beim Abbau von Plastik nutzen lassen.

Im Darm der Larven, die Polystyrol fraßen, fanden wir erhöhte Anteile an Proteobakterien und Firmicutes – Bakterien, die sich an unterschiedliche Umgebungen anpassen können und ein breites Spektrum komplexer Stoffe abbauen.

Besonders häufig waren zudem Bakterien wie Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter und Klebsiella. Von ihnen ist bekannt, dass sie Enzyme bilden können, die synthetische Kunststoffe verdauen. Diese Bakterien sind weder für das Insekt noch – bei einer Anwendung im grossen Massstab – für die Umwelt schädlich.

Die hohe Häufigkeit dieser Bakterien spricht dafür, dass sie eine zentrale Rolle beim Kunststoffabbau spielen. Das könnte bedeuten, dass Mehlwürmer nicht von Natur aus die Fähigkeit besitzen, Plastik zu fressen.

Vielmehr ist es möglich, dass sich beim Beginn einer Kunststoffernährung die Bakterien im Darm so verändern, dass sie den Abbau unterstützen. Damit würden sich die Mikroben im Verdauungstrakt der Mehlwürmer an ungewöhnliche Kost – wie Plastik – anpassen können.

Diese Ergebnisse stützen unsere Annahme, dass der Darm bestimmter Insekten Kunststoffzersetzung ermöglichen kann. Wahrscheinlich liegt das daran, dass Darmbakterien Enzyme produzieren, die Kunststoffpolymere aufspalten.

Damit rückt die Möglichkeit in den Fokus, diese Bakterien – und die von ihnen erzeugten Enzyme – zu isolieren, um mikrobielle Lösungen zu entwickeln, die Plastikmüll in grösserem Umfang adressieren.

Wie es weitergeht

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

Unsere Arbeit ist deshalb besonders, weil wir uns auf in Afrika heimische Insektenarten konzentrieren, die im Zusammenhang mit Kunststoffabbau bislang kaum untersucht wurden.

Dieser regionale Fokus ist wichtig, weil sich sowohl die Insektenarten als auch die Umweltbedingungen in Afrika von anderen Weltregionen unterscheiden können – und damit potenziell neue Erkenntnisse sowie praktikable Ansätze gegen Plastikverschmutzung in afrikanischen Kontexten liefern.

Dass der kenianische kleine Mehlwurm Polystyrol fressen kann, deutet darauf hin, dass er zur natürlichen Abfallreduktion beitragen könnte – insbesondere bei Kunststoffarten, die mit konventionellen Recyclingmethoden schwer zu behandeln sind.

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

Wir möchten herausfinden, ob sich diese Enzyme in grossem Massstab für das Recycling von Abfällen herstellen lassen.

Ausserdem wollen wir womöglich weitere Kunststoffarten testen, um zu prüfen, wie vielseitig dieses Insekt für breitere Anwendungen im Abfallmanagement ist.

Eine Hochskalierung der Nutzung kleiner Mehlwürmer zur Kunststoffzersetzung würde zudem Strategien erfordern, die die Insektengesundheit bei längerem Plastikkonsum sichern, sowie eine Bewertung der Sicherheit der entstehenden Insektenbiomasse für Tierfutter.

Fathiya Khamis, Leitende Wissenschaftlerin, Internationales Zentrum für Insektenphysiologie und -ökologie

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