Fragmentation and depolymerization of conventional and biodegradable microplastics in Eisenia fetida and Eisenia andrei
Diese Studie zeigt, dass der Darmpassage durch *Eisenia*-Regenwürmer zwar Polyethylen, Polybutylen und Polylactid-Mikroplastik signifikant fragmentiert und chemisch verändert, das biologisch abbaubare Polymer (PLA) jedoch die schwerwiegendste chemische Degradation und Regenwurmsterblichkeit verursacht, was darauf hindeutet, dass es über kurze Expositionszeiträume in landwirtschaftlichen Böden nicht notwendigerweise die sicherere Option ist.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Der Boden unter unseren Füßen ist eine geschäftige Welt voller winziger Kreaturen, die organisches Material umwälzen, fressen und recyceln und so die Erde fruchtbar und lebendig halten. Unter diesen Arbeitern sind Regenwürmer, die oft als Ingenieure des Ökosystems bezeichnet werden, weil sie gewaltige Mengen an Erde durch ihre Körper bewegen. Seit Jahrzehnten machen sich Wissenschaftler Sorgen darüber, wie Plastikverschmutzung diese Tiere beeinflusst, wobei der Fokus meist darauf liegt, wie das Plastik den Würmern schadet. Doch eine neuere, komplexere Frage ist aufgetaucht: Was passiert mit dem Plastik selbst, wenn es einen Wurm passiert? Kunststoffe sind nicht nur inerte Klumpen von Müll; sie sind lange Molekülketten, die auseinanderbrechen können. Wenn ein Wurm ein Stück Plastik frisst, könnte die raue Umgebung in seinem Darm das Plastik in kleinere Stücke zerlegen oder sogar seine Struktur chemisch verändern. Dieser Prozess ist entscheidend, denn wenn das Plastik in unsichtbare Fragmente oder giftige Chemikalien zerfällt, könnte es für den Boden und die darin lebenden Kreaturen gefährlicher werden, anstatt weniger schädlich zu sein.
Ein Forscherteam setzte sich zum Ziel, diesen Prozess in Echtzeit zu beobachten, indem sie zwei gängige Arten von Kompostregenwürmern verwendete: Eisenia fetida und Eisenia andrei. Sie wollten sehen, was passiert, wenn diese Würmer drei verschiedene Arten von Mikroplastik essen – winzige Partikel, die kleiner als ein Fingernagel sind. Zwei dieser Kunststoffe waren die traditionellen, auf Öl basierenden Sorten, die dafür bekannt sind, sehr zäh und resistent gegen den Abbau zu sein: Polyethylen, das Material, das in vielen Plastiktüten verwendet wird, und Polybutylen. Der dritte war Polylactid, ein aus Pflanzenstärke hergestellter Kunststoff, der als biologisch abbaubar vermarktet wird, was bedeutet, dass er sich in der Natur natürlich abbauen soll. Die Wissenschaftler platzierten die Würmer in Behältern mit Kompost, der mit diesen Kunststoffen gemischt war, und beobachteten sie über 35 Tage hinweg. Danach extrahierten sie die Würmer sorgfältig und holten die Plastikpartikel zurück, die ihre Verdauungssysteme passiert hatten, um genau zu messen, wie sehr sich das Plastik verändert hatte.
Die Ergebnisse erzählten eine überraschende Geschichte darüber, wie sich verschiedene Kunststoffe in einem lebenden Organismus verhalten. Zuerst brachen die Würmer alle Kunststoffe in kleinere Stücke auf. Im Durchschnitt waren die ausgeschiedenen Partikel etwa 58 Prozent kleiner als die, die sie gefressen hatten. Das Material des Kunststoffs spielte jedoch eine große Rolle. Der biologisch abbaubare Kunststoff, Polylactid, wurde am stärksten abgebaut, gefolgt von Polybutylen, während das traditionelle Polyethylen am wenigsten Veränderungen aufwies. Dieses physische Zerbrechen war nur die halbe Geschichte. Als die Forscher die chemische Struktur der Kunststoffe mit einem speziellen lichtbasierten Scanner untersuchten, fanden sie heraus, dass das biologisch abbaubare Plastik auch den stärksten chemischen Schaden erlitten hatte. Seine Molekülketten waren viel stärker gespalten oder zerschnitten worden als die Ketten der anderen beiden Kunststoffe. Tatsächlich war die chemische Veränderung so deutlich, dass die Forscher allein anhand der chemischen Signatur der Überreste genau bestimmen konnten, welchen Kunststoff der Wurm gefressen hatte.
Vielleicht war der frappierendste Befund, wie dieser Abbau die Würmer selbst beeinflusste. Entgegen der Hoffnung, dass biologisch abbaubare Kunststoffe sicherer für die Natur seien, starben die Würmer, die den biologisch abbaubaren Kunststoff fraßen, am häufigsten. Die Sterberate der Würmer, die den pflanzlichen Kunststoff fraßen, war signifikant höher als die derer, die die ölbasierten Kunststoffe fraßen. Die Forscher fanden heraus, dass eine Wurmart, Eisenia fetida, generell empfindlicher auf die Kunststoffe reagierte als die andere, aber dieser Unterschied wurde viel größer, wenn die Würmer die Kunststoffe fraßen, die schneller zerfielen. Je stärker der Kunststoff im Wurm chemisch zerfiel, desto wahrscheinlicher war es, dass der Wurm starb. Dies deutet darauf hin, dass der Abbau des Kunststoffs etwas freisetzt – vielleicht kleine chemische Fragmente oder Nebenprodukte –, das schädlich für die Gesundheit des Wurms ist. Die traditionellen, zähen Kunststoffe verursachten weniger chemische Veränderungen und führten zu weniger Todesfällen, während der „grüne“ Kunststoff, der eigentlich die sicherere Option sein sollte, die meisten physischen und chemischen Störungen sowie die höchste Sterblichkeit verursachte.
Die Studie nutzte auch Computermodelle, um zu sehen, ob sie diese Ergebnisse basierend auf den gesammelten Daten vorhersagen könnten. Die Computer waren sehr gut darin, die chemischen Veränderungen des Kunststoffs vorherzusagen, was bestätigte, dass die Art des Kunststoffs der Hauptfaktor für das Geschehen war. Die Computer hatten jedoch Schwierigkeiten vorherzusagen, wie stark der Kunststoff physisch schrumpfen würde. Dies deutet darauf hin, dass der chemische Abbau ein direktes Ergebnis des Materials des Kunststoffs ist, das physische Zerkleinern des Kunststoffs im Inneren des Wurms jedoch ein chaotischer Prozess ist, der wahrscheinlich von Zufallsfaktoren abhängt, wie etwa der Bewegung des Kunststoffs durch den Darm oder wie stark er zusammengedrückt wurde. Diese Unterscheidung ist wichtig, da sie bedeutet, dass allein das Wissen, dass ein Kunststoff biologisch abbaubar ist, nicht garantiert, dass er kurzfristig harmlos ist.
Letztendlich stellt diese Forschung die einfache Vorstellung infrage, dass biologisch abbaubare Kunststoffe automatisch besser für das Bodenleben sind. Über den Zeitraum von 35 Tagen des Experiments war der biologisch abbaubare Kunststoff nicht die mildere Option; er baute sich am schnellsten ab und tötete die meisten Würmer. Die Studie zeigt, dass die Zwischenstadien der biologischen Abbaubarkeit, in denen der Kunststoff gerade erst zerfällt, aber noch nicht verschwunden ist, tatsächlich eine Phase hoher Risiken für Bodenkreaturen darstellen können. Während diese Kunststoffe über lange Zeiträume gesehen schließlich verschwinden mögen, kann der Prozess ihres Abbaus im Darm eines Bodenbauers schädliche Auswirkungen freisetzen, die herkömmliche, nicht zerfallende Kunststoffe in dieser Weise nicht verursachen. Die Ergebnisse legen nahe, dass wir über die bloße Frage hinausblicken müssen, ob ein Kunststoff schließlich zerfallen kann, und stattdessen berücksichtigen müssen, was während dieses Zersetzungsprozesses mit dem Boden und seinen Bewohnern geschieht.
Ertrinken Sie in Arbeiten in Ihrem Fachgebiet?
Erhalten Sie tägliche Digests der neuesten Arbeiten passend zu Ihren Forschungsbegriffen — mit technischen Zusammenfassungen, in Ihrer Sprache.