Der Wurm, der unser Bild vom Kohlenstoffkreislauf auf den Kopf stellt

Okay, ich muss gestehen: Als ich zum ersten Mal von dieser Studie hörte, hat mein Gehirn kurzzeitig gestreikt.

Stell dir Folgendes vor: Du bist ein winziger Meereswurm. Kein Mund. Kein Darm. Nichts. Nur du, treibend im Ozean, umgeben von symbiotischen Bakterien, die unter deiner Haut leben. Deine gesamte Existenz hängt davon ab, diese kleinen bakteriellen Mitbewohner zu verdauen. Aber das ist das Spannende – diese Bakterien sind schlau. Sie horten Kohlenstoffvorräte in sich selbst, packen ihn in kleine biologische Granulate wie ein Eichhörnchen, das Eicheln für den Winter versteckt.

Jahrelang gingen Wissenschaftler davon aus: Wenn diese Bakterien ihre Kohlenstoffvorräte erst mal weggesperrt haben, ist das Ganze so gut wie erledigt. Der Kohlenstoff war im Grunde gefangen – unerreichbar für alles, außer Mikroorganismen, die zufällig die richtigen Enzyme zum Abbau herstellen.

Tja. Wir lagen komplett daneben.

Der Wurm, der alles verändert hat

Der Star dieser Geschichte heißt Olavius algarvensis – ein Meereswurm, so ungewöhnlich, dass er nicht einmal ein Verdauungssystem besitzt. Er ist vollständig abhängig von symbiotischen Bakterien, die unter seiner Haut leben. Bakterien, die übrigens gewaltige Mengen an Kohlenstoff in Form von Polyhydroxyalkanoaten speichern – kurz PHAs.

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Deutschland fragten sich: Kann dieses mundlose Wunder eventuell auf diese eingelagerten Kohlenstoffvorräte zugreifen?

Die Antwort lautet: Ja. Und wie.

Das Team entdeckte, dass der Wurm ein eigenes Enzym produziert – ausdrücklich dafür gemacht, mikrobielle PHAs abzubauen. Und das Beste: Es wird genau dort hergestellt, wo der Wurm seine bakteriellen Partner verdaut. Da hat die Natur mal wieder das perfekte Werkzeug für die Aufgabe geliefert. Sie ist immer raffinierter, als wir ihr zutrauen.

Aber jetzt wird es wirklich verrückt.

66 Arten und es werden mehr

Die Forscher gaben sich nicht mit einem einzigen Wurm zufrieden. Sie wühlten sich durch Tiergenome – schauten weit über den Stammbaum des Lebens hinweg – und fanden verwandte Enzyme in über 66 verschiedenen Arten aus insgesamt neun Stämmen. Neun! Das reicht von Schwämmen über Seesterne bis zu Regenwürmern und kleinen Springschwänzen.

Als sie diese Enzyme im Labor testeten, funktionierten sie. Die Enzyme von Organismen, die sich vor Hunderten Millionen Jahren aufgetrennt hatten, konnten alle mikrobielle PHAs abbauen.

„Wir waren eigentlich davon ausgegangen, vielleicht eine oder zwei Arten mit dieser Fähigkeit zu finden", erzählte ein Forscher. „Stattdessen stießen wir überall darauf."

Meine Damen und Herren, das ist das, was Wissenschaftler einen „Paradigmenwechsel" nennen. So eine Entdeckung, bei der man am liebsten seinen Ökologie-Professor anrufen und sagen möchte: „Weißt du noch, als wir dachten, nur Bakterien könnten das? Ja, äh... nicht so ganz..."

Was zum Teufel sind PHAs?

Gute Frage. Polyhydroxyalkanoate sind im Grunde natürliche Kunststoffe, hergestellt von Mikroorganismen. Wenn Bakterien mehr Kohlenstoff haben, als sie brauchen, lagern sie ihn nicht einfach sinnlos in sich herum – sie polymerisieren ihn zu granulaartigen Verbindungen in ihren Zellen.

PHAs sind eigentlich erstaunlich, wenn man drüber nachdenkt. Sie sind vollständig biologisch abbaubar. Man kann sie in verschiedene Formen gießen. Sie sind wasserresistent. Sie werden eingesetzt in allem – von Lebensmittelverpackungen über medizinische Implantate bis hin zu Agrarperlen, die Dünger langsam freisetzen, während sie sich zersetzen.

Kurz: Sie sind alles, was herkömmlicher Plastik sein sollte.

Das Problem? Die industrielle Produktion ist noch teuer, und PHAs machen nur einen winzigen Teil des aktuellen Biokunststoff-Marktes aus. Aber mit wachsender Nachfrage nach nachhaltigen Materialien bekommen sie immer mehr Aufmerksamkeit.

Warum das alles ändert (irgendwie)

Und jetzt kommt der Teil, der mich wirklich begeistert.

Wir wussten schon länger, dass PHAs in Böden, Sedimenten und Wassersystemen auf der ganzen Erde vorkommen. Wissenschaftler, die diese Materialien untersuchten, konzentrierten sich fast ausschließlich darauf, wie Mikroorganismen sie abbauen. Das machte Sinn – sie stellen das Zeug her, also müssen sie doch die Einzigen sein, die es wieder zersetzen können, oder?

Schon wieder falsch.

Diese Forschung zeigt: Tiere aus praktisch jedem großen Ast des Tierreichs haben die ganze Zeit still und heimlich natürliche Biokunststoffe verdaut. Sie existieren nicht einfach passiv in Umgebungen, in denen PHAs vorkommen – sie wirken aktiv am Abbau dieser Materialien mit.

Mehr noch: Tiere können auf Kohlenstoffvorräte zugreifen, die Wissenschaftler bisher für komplett unerreichbar hielten. Der mikrobielle Kohlenstoffkreislauf ist gerade erheblich komplizierter – und erheblich spannender – geworden.

Was bedeutet das für uns?

Ehrlich? Ich bin mir noch nicht ganz sicher, und genau das finde ich aufregend.

Auf industrieller Ebene könnte diese Entdeckung neue Ansätze für die Produktion und den biologischen Abbau von PHA-basierten Materialien eröffnen. Wenn wir die natürlichen Wege verstehen, die Tiere zum Zersetzen dieser Verbindungen nutzen, können wir vielleicht bessere Systeme entwickeln – oder wir lernen einfach zu schätzen, wie die Natur solche Dinge ganz von allein regelt.

Auf wissenschaftlicher Ebene werden wir das ein oder andere Lehrbuch umschreiben müssen. Der Kohlenstoffkreislauf ist fundamental für das Leben auf der Erde. Wenn Tiere eine viel größere Rolle bei der Verarbeitung mikrobieller Kohlenstoffspeicher spielen, als wir dachten, verändern sich unsere Modelle darüber, wie Ökosysteme funktionieren.

Und persönlich? Ich liebe es einfach, dass es noch so viel gibt, was wir nicht wissen. Wir können Roboter auf den Mars schicken und das gesamte menschliche Genom sequenzieren, aber wir entdecken gerade erst, dass Regenwürmer Dinge verdauen können, von denen wir dachten, sie seien im Grunde unzerstörbar.

Man fragt sich, was da draußen noch wartet – darauf, dass jemand etwas genauer hinschaut.