Bremen Vom Leben in dunklen Tiefen

Noch Mitte des 19. Jahrhunderts vertraten Meeresforscher die Auffassung, dass es in Wassertiefen von mehr als 500 Metern kein Leben geben könne.
20.12.2016, 00:00
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Vom Leben in dunklen Tiefen
Von Jürgen Wendler

Noch Mitte des 19. Jahrhunderts vertraten Meeresforscher die Auffassung, dass es in Wassertiefen von mehr als 500 Metern kein Leben geben könne. Dieser Schluss lag wegen der lebensfeindlichen Bedingungen in der Tiefe nahe, das heißt unter anderem wegen der Dunkelheit und des hohen Drucks. Alle zehn Meter steigt der Wasserdruck um ein bar, also um ein Kilogramm pro Quadratzentimeter. In 10 000 Metern Tiefe lastet auf einem Qua-
dratzentimeter ein Gewicht von einer Tonne. Anhaltspunkte dafür, dass sich anders als angenommen Leben auch unter den Extrembedingungen in der Tiefsee behaupten kann, lieferte bereits Ende des 19. Jahrhunderts eine deutsche Expedition. Bei ihrer Reise mit dem Forschungsschiff „Valdivia“ gewannen die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über das Leben im Atlantischen und Indischen Ozean. Seitdem der Schweizer Meereskundler Jacques Piccard 1960 mit dem Tauchboot „Trieste“ in den rund 11 000 Meter tiefen pazifischen Marianengraben hinabgetaucht ist, ist bekannt, dass es selbst in den tiefsten Bereichen des Ozeans Leben gibt. Inzwischen verfügen Forscher über Tauchroboter, mit deren Hilfe sie sich ein genaues Bild vom Leben am Meeresgrund und auch davon machen können, was es bedeuten würde, wenn der Mensch anfinge, auch dort in großem Stil Rohstoffe zu gewinnen. Eine Studie, die jetzt von einer Forschergruppe um Autun Purser vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven im Fachjournal „Current Biology“ veröffentlicht worden ist, veranschaulicht dies am Beispiel der Manganknollen.

Rohstoffreiche Knollen

Manganknollen sind kartoffelförmige Klumpen, die in einigen Tausend Metern Tiefe am Meeresboden zu finden sind. Sie entstehen dadurch, dass sich chemische Elemente aus dem Meerwasser oder dem Porenwasser aus dem Untergrund um einen Kristallisationskeim herum anlagern, etwa den Zahn eines Hais. Um einige Millimeter zu wachsen, benötigt eine Knolle Millionen Jahre. Große Mengen solcher Knollen sind im Zentralpazifik und im Indischen Ozean zu finden. Begehrlichkeiten haben sie wegen der in ihnen enthaltenen Rohstoffe geweckt. Einen erheblichen Teil der Knollenmasse machen Mangan und Eisen aus. Weitere Metalle sind in kleineren Mengen enthalten, darunter Kupfer, Nickel, das unter anderem zur Stahlveredelung genutzt wird, und Kobalt, das zum Beispiel als Bestandteil besonders fester Werkstoffe dient. Das Metall, das sich bei den Knollen um einen Kristallisationskeim herum anlagert, stammt nach Erkenntnissen von Geowissenschaftlern häufig von Kontinenten, wo Gestein verwittert. Abgelöstes Material gelangt ins Meer und sinkt dort zu Boden. Eine andere Quelle sind Gesteinsschichten, die sich unter dem Meeresboden befinden. Weil dort Meerwasser zirkuliert, kann Material herausgelöst werden.

Wie die Forschergruppe um Purser erklärt, sind Manganknollen am Grund des Pazifischen Ozeans eine Brutstätte für Tiefseekraken. Kraken gelten als die intelligentesten Weichtiere. Sie werden zu den Tintenfischen gerechnet und verfügen über acht Arme. Nach den Erkenntnissen der Wissenschaftler heften die Tiere am Meeresgrund ihre Eigelege an Schwämme, die nur auf den Manganknollen wachsen.

Kraken in Tausenden Metern Tiefe

Laut Purser war bis vor Kurzem unbekannt, dass es Krakenarten in Wassertiefen von mehr als 2600 Metern gibt. Großes Aufsehen hatten deshalb Anfang dieses Jahres im Internet verbreitete Aufnahmen eines rund zehn Zentimeter großen Kraken mit dem Spitznamen Casper erregt, die der US-amerikanische Tauchroboter Deep Discovery in einer Tiefe von 4290 Metern vor der hawaiianischen Necker-Insel gemacht hatte. Bereits 2015 hatten Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und des Zentrums für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) an der Universität Bremen im Peru-Becken im südöstlichen Pazifik Vertreter bislang unbekannter Krakenarten mithilfe eines Tauchroboters in Tiefen von 4120 bis 4197 Metern gefilmt und fotografiert.

Nach den Worten von Purser ist der Untergrund dort sehr schlammig. Die Manganknollen böten für die Schwämme die einzige Möglichkeit, Halt zu finden. Und ohne die Schwämme gebe es keinen Platz für die Gelege der Kraken. Die Aufnahmen der Wissenschaftler zeigen unter anderem zwei Kraken, die ihr Gelege bewachen. Die Tiere hatten ihre Eier in einer Tiefe von mehr als 4000 Metern an Teile abgestorbener Schwämme auf Manganknollen geheftet. Auch Kraken ohne Brut suchen nach Darstellung der Forscher die Nähe der Knollen.

Zu den Autoren der neuen Studie gehört auch die Meeresbiologin Antje Boetius, die als Professorin an der Universität Bremen lehrt. Wie sie erläutert, legen Tiefseekraken nur sehr wenige Eier. Der Nachwuchs brauche vermutlich viele Jahre, um sich vollständig zu entwickeln. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass der Nachwuchs von Kraken, die bei einer Wassertemperatur von drei Grad Celsius laichen, erst vier Jahre nach der Eiablage schlüpft. Am Grund des Peru-Beckens beträgt die Wassertemperatur etwa 1,5 Grad. Angesichts der schwierigen Verhältnisse am Meeresgrund geht die Wissenschaftlerin davon aus, dass Störungen für die Tiere weitreichende Folgen haben könnten.

Antje Boetius sagt dies vor dem Hintergrund der Überlegungen, Manganknollen wirtschaftlich zu nutzen. Im Auftrag der Bundesregierung erkundet die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe bereits seit Juli 2006 im Nordostpazifik ein Gebiet mit Manganknollen. Deutschland ist nach ihren Angaben arm an Metallrohstoffen. Entsprechend interessant könnten Manganknollenvorkommen sein, die sich in internationalen Gewässern befinden. Bei der Internationalen Meeresbodenbehörde erworbene Lizenzen zur Erkundung solcher Vorkommen könnten irgendwann in Abbaulizenzen übergehen, erklärt die Bundesanstalt.

Experiment mit Folgen

Was in Lebensräumen mit Manganknollen geschieht, wenn sie vom Menschen verändert werden, hat ein Experiment im Peru-Becken gezeigt. Eine Gruppe deutscher Wissenschaftler hatte dort 1989 in mehr als 4000 Metern Wassertiefe ein etwa elf Quadratkilometer großes Gebiet umgepflügt, um Manganknollen zu entfernen, abgelagertes Material aufzuwirbeln und so die Auswirkungen möglicher Bergbauaktivitäten auf das Ökosystem in der Tiefsee zu simulieren. Bei der Reise mit dem Forschungsschiff „Sonne“ im Jahr 2015 haben sich die Wissenschaftler angesehen, welche Spuren die Eingriffe hinterlassen hatten. Schon erste Auswertungen der gewonnenen Daten machten deutlich, dass sich aufgrund der Entfernung von Manganknollen die Verteilung der Organismen am Meeresboden verändert hatte. In den Pflugspuren stießen die Forscher auf eine geringere bakterielle Aktivität als in den Bereichen daneben oder in ungestörten Gebieten. In gewisser Weise sind die Manganknollen nach Darstellung der Experten mit Bäumen an Land vergleichbar. Letztere werden von Vögeln und Insekten besiedelt. An Manganknollen wachsen neben Schwämmen zum Beispiel auch Korallen und Seelilien. Aufgewirbelte Ablagerungen können auch Organismen in anderen Gebieten beeinflussen; sie bilden Schlammwolken, die mit Strömungen fortgetrieben werden.

Reste des Sonnenlichts dringen Expertenangaben zufolge in sehr klarem Meerwasser höchstens bis in eine Tiefe von ungefähr 1000 Metern vor. Meist sei es schon unterhalb von 800 Metern stockfinster. Schon bei solchen Tiefen sprechen die Fachleute von Tiefsee. Um organisches, das heißt kohlenstoffhaltiges, Material aufzubauen, sind Pflanzen auf Sonnenstrahlung angewiesen. Weil diese in der Tiefsee fehlt, ist dort kein pflanzliches Leben zu finden. Das organische Material, das den Lebewesen in der Tiefe als Nahrung dient, stammt zum größten Teil aus oberflächennahen Bereichen des Meeres. Je tiefer es ist, desto geringer ist die Menge an allmählich abgesunkenen Resten abgestorbener Pflanzen und Tiere. Neben der Dunkelheit und dem hohen Druck gehört daher zu den Kennzeichen dieses Lebensraums auch, dass Nährstoffe vergleichsweise knapp sind. Tief im Meer lebende Fische wachsen entsprechend langsam. Granatbarsche zum Beispiel werden im Schnitt etwa 100 Jahre alt. Ihre Geschlechtsreife erreichen sie erst mit etwa 30 Jahren. Zu den Besonderheiten zahlreicher Tiefsee-Bewohner gehören außerdem große Augen. Sie hängen mit der Größe der Sehzellen zusammen, die besonders lichtempfindlich sind.

Lebewesen erzeugen Licht

Viele Tiefsee-Bewohner sind in der Lage, selbst Licht zu erzeugen, ein Phänomen, das als Biolumineszenz bezeichnet wird. Bei biochemischen Reaktionen wird chemische Energie in Form von Licht abgegeben. Die Natur benötigt dazu eine chemische Substanz, ein sogenanntes Luziferin, das in der Lage ist, Licht zu erzeugen, und ein Enzym, eine Luziferase, die die entsprechende chemische Reaktion ermöglicht. Manchmal erzeugen Lebewesen das Licht nicht selbst, sondern bedienen sich dazu spezieller Bakterien. Ein Beispiel liefern Anglerfische. Bei ihrer Angel handelt es sich um ein längliches Gebilde, das sich im Bereich des Kopfes befindet. Dieses Gebilde wird von leuchtenden Bakterien besiedelt. Experten nehmen an, dass das Leuchten dazu dient, Beute anzulocken. Einige Muscheln und Krebse geben aus speziellen Drüsenzellen leuchtende Stoffe ab. Die Wolken aus leuchtenden Substanzen könnten ihnen helfen, Angreifern zu entkommen.

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