Jaarlijks belanden er miljoenen tonnen plastic in de oceaan. Toch vinden onder­zoekers hier maar weinig van terug. Spelen micro-organismes een rol in dit ‘verdwijningsproces’?

Van al het plastic dat in de oceanen eindigt, drijft maar een fractie aan het oppervlak. Waar blijft de rest? Helge Niemann, onderzoeker aan het Koninklijk Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), ontving eind 2017 een ERC-beurs van € 2 miljoen om te onderzoeken of en in hoeverre micro-organismes plastic afbreken in oceaanwater en sediment, en dus verantwoordelijk zijn voor de plasticvermissing.

Niemann: ‘Het is duidelijk dat plasticvervuiling een groot probleem is. Maar zijn we echt gedoemd of is er enige hoop dat micro-organismes ons van onze zondes verlossen?’ De van origine Duitse onderzoeker start een nieuwe onderzoeksgroep in samenwerking met de Universiteit Utrecht, de Universiteit Twente, de universiteit van Tromsø (Noorwegen) en het Alfred Wegener Instituut (Duitsland).

Eerste bewijs

Dat niet al het plastic dat in zee wordt gedumpt ook daadwerkelijk ergens ronddrijft, heeft verschillende redenen. Zo heeft maar de helft van het afval drijvend vermogen en spoelt hiervan weer bijna de helft aan langs de kust. Daarnaast verweert zwerfafval door golfslag en uv-straling, eten dieren het op en zinkt het naar de bodem. Toch verklaren die processen niet de hoeveelheid plastic die verdwijnt.

Omdat plastic voornamelijk bestaat uit koolwaterstoffen, die thermodynamisch gezien rijk zijn aan energie, leent het zich voor biochemische redoxreacties en dus voor microbiële degradatie. De polymeren breken af tot kleinere oligo- of monomeren, zodat ze het celmembraan kunnen passeren en kunnen oxideren in de cel. ‘Degradatie is echter een heel langzaam proces’, legt Niemann uit, ‘en daarom heb je een heel gevoelige methode nodig om dit te kunnen waarnemen.’

‘We vonden 13C-atomen in degradatieproducten van de bacteriën’

De onderzoeker kiest voor ¹³C-labeling, waarbij je ¹²C-atomen in het plastic vervangt door de zwaardere ¹³C-isotoop. Micro-organismes krijgen gelabeld plastic te ‘eten’, waarna de ¹³C-isotoop terug te vinden zou moeten zijn in de microbe als die de kunststof heeft afgebroken.

Behalve plasticafbraak in zeewater, wil Niemann ook onderzoeken of micro-organismes plastic kunnen afbreken in de oceaanbodem onder zuurstofloze omstandigheden. Een proefexperiment waarbij de onderzoeker, in samenwerking met de universiteit van Bremen, zuurstofrijke en zuurstofloze sedimenten incubeerde met ¹³C-gelabeld polyethyleen gaf veelbelovende resultaten. ‘We vonden ¹³C-atomen terug in degradatieproducten van de bacteriën. Dat is het eerste bewijs dat de organismes zich inderdaad te goed doen aan het plastic.’

Overlevingstijd

De onderzoeksgroep gaat het komende jaar op diverse plekken – waaronder de Wadden­zee, Middellandse Zee, Arctische, Stille en Atlantische Oceaan – gelabeld plastic vastmaken aan een kabel op de zeebodem. Zo wil Niemann de invloed van temperatuur, zuurstof, zuurgraad en licht op de potentiële plasticafbraak onderzoeken. Na een jaar halen de onderzoekers de plastics boven water en analyseren ze de micro-organismes die zich daarop hebben genesteld.

Ze gaan meerdere soorten plastic testen (denk aan polyetheen, polypropeen, pvc en nylon) om te kijken of de degradatiesnelheid verschilt per type kunststof. Polaire verbindingen zoals ester-, glycosidische en amideverbindingen zijn bijvoorbeeld typische doelwitten voor bacteriële extracellulaire enzymen. Plastics met dergelijke functionele groepen zijn dus wellicht een korter leven beschoren.

Niemann besluit: ‘Aan het einde van het project in 2023 zouden we een goed beeld moeten hebben van de overlevingstijd van verschillende soorten plastic in de oceaan, welke organismes verantwoordelijk zijn voor plasticafbraak, en in welke oceanen er meer of minder degradatie plaatsvindt.’