Allenfalls spärliche Reste des Tageslichts kommen bis in Tiefen von 500 bis 1000 Meter, darunter ist auch der letzte Lichtrest im Wasser der oberen Etagen hängen geblieben. Und doch ist es in der Tiefsee nicht stockdunkel. Irgendwo blitzt immer ein Feuerwerk, die Organismen dort unten machen ihr eigenes Licht, mit dem sie sich verständigen und orientieren. Nicht viel, aber die paar Blitze reichen, weil auch die Augen und das gesamte Sehsystem an die schwachen Funzeln der Tiefe angepasst sind. Um herauszufinden, wie das genau funktioniert, fährt der Neurobiologe Hans-Joachim Wagner von der Universität Tübingen gemeinsam mit Kollegen aus drei Kontinenten auf dem Forschungsschiff Sonne zum Beispiel in den Südatlantik, um dort die Organismen der Tiefsee unter die Lupe zu nehmen. So wollen die Wissenschaftler der Evolution von Sinnesorganen unter so extremen Bedingungen auf die Spur kommen.

Wie überlebt man in der lichtlosen Tiefe?

Einfach ist das nicht, weil die Tiefsee eine eigene Welt ist, die sich extrem vom Leben an Land oder in Küstengewässern unterscheidet. So versickern die letzten Funken Sonnenlicht für das Auge eines Menschen in rund 800 Meter Tiefe, für ein optimal angepasstes Fischauge verschwinden sie in tausend Meter. Die Bewohner der lichtlosen und lichtarmen Welt aber haben zumindest drei Gemeinsamkeiten mit allen anderen Tieren auf dem Globus: "Sie wollen genug fressen, sie wollen nicht selbst gefressen werden, und sie wollen sich vermehren", fasst Ron Douglas von der City University of London zusammen. Nur sichern sich die Tiere der Tiefsee ihre Lebensgrundlagen mit ganz anderen Methoden als ihre weiter oben lebende entfernte Verwandtschaft.

Viperfische formen zum Beispiel mit ihrem Gebiss einen geräumigen Käfig, in dem sie möglichst viel der in der Tiefe extrem seltenen Beute festsetzen. Nur dumm, dass einige Zähne so lang sind, dass sie gar nicht mehr ins geschlossene Maul passen. Gleich neben den gigantischen Augen, mit denen sie das wenige Licht in der Tiefe sammeln, haben sie daher eine Grube auf dem Kopf, in die sich beim Schließen des Mauls die überlangen Zähne des Unterkiefers einpassen. Der Pelikanaal Eurypharynx pelecanoides hat dagegen einen ganz anderen Fangkäfig: Dieser Fisch ist nicht viel mehr als ein Pelikanschnabel mit Schwanz, der mit weit aufgerissenem Maul in der Tiefe schwebt und Beute sammelt.

Fang aus der Tiefe: <em>Evermannella balbo</em>
© Roland Knauer
(Ausschnitt)
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Fang aus der Tiefe: Evermannella balbo hat Zusatzaugen, die sich gerade von einem sehr einfachen Niveau zu Spiegelaugen entwickeln könnten.

Auch die Fortpflanzung geht dort unten verblüffende Wege, weil das Leben dünn gesät ist und passende Partner zur Mangelware zählen. Bei den Tiefsee-Anglerfischen sind die Männchen daher viel kleiner als ihre Auserwählte. Sobald sie diese endlich gefunden haben, beißen sie sich an ihrem Körper einfach fest, um sie ja nicht wieder zu verlieren. Mit der Zeit verschmelzen die beiden Körper, manchmal versorgt ein Weibchen gleich mehrere Männchen, die im Gegenzug für Nachwuchs sorgen. Genau genommen sind die Herren der Schöpfung bei den Anglerfischen also nicht mehr als Parasiten und Samenspender in Personalunion.

Tarnung ist das halbe Leben

Auch das dritte Problem – wie lande ich nicht im Magen eines hungrigen Mitbewohners – lösen die Organismen der Tiefsee elegant. Viele von ihnen sind zum Beispiel pechschwarz, weil diese Farbe im Dunkeln ähnlich wenig auffällt wie eine schwarze Katze im Kohlenkeller. Viele Tintenfische und Krabben sind dagegen leuchtend rot, weil dieses Licht schon in den obersten Wasserschichten abgefangen wird. Rot verbirgt einen Körper damit in der Tiefe genauso gut wie schwarz. Eine weitere Möglichkeit ist, transparent zu sein wie zum Beispiel junge Aale, weil dann ein Räuber einfach durch einen durchschaut. Die Flanken der Beilfische wiederum sind silbrig, von der Seite schaut ein möglicher Angreifer so praktisch in einen Spiegel, und seine Beute wird für ihn unsichtbar. Der Rücken ist ganz dunkel und verschwimmt so beim Blick von oben mit dem Dunkel der Tiefe. Der Bauch dagegen leuchtet und hebt sich kaum gegen die Helligkeit ab, in die ein unten schwimmender Raubfisch nach oben schaut.

Unbequeme Forschung

Leicht fällt es den Forschern also nicht, die Tiere der Tiefsee zu enttarnen. Vor allem, da sie nur mit einiger Mühe an ihre Beute kommen. Douglas war zum Beispiel schon ein paar Mal mit einem Mini-U-Boot unterwegs. Solche Unternehmungen sind nicht nur unbequem, weil man in einer zwei Meter langen und 60 Zentimeter hohen, überdimensionalen Sardinenbüchse zu zweit eng aneinander gepresst sieben oder acht Stunden ohne Toilette in der Tiefsee unterwegs ist. Viel zu sehen bekommen die beiden Forscher auch nicht, weil ihre Sardinenbüchse einen Höllenlärm macht und sie obendrein auch noch starke Scheinwerfer anstellen müssen, um selbst etwas zu sehen. "Ähnlich wäre es, wenn man im Landrover mit Blaulicht und Martinshorn durch die Savanne braust. Dann hauen die Löwen auch ab, bevor man sie beobachten kann", vergleicht Douglas die Situation.

Auf dem Forschungsschiff Sonne setzen Douglas und Wagner daher mehr als 500 Kilometer vor der Küste Namibias auf eine ganz andere Methode, um an die Tiefsee-Tierwelt des Südatlantiks heran zu kommen. Der Chef des Consulting- und Forschungsunternehmens für Meeresökologie Fathom Pacific in Melbourne, Adrian Flynn, hat von der University of Queensland aus Australien ein Netz mitgebracht, mit dem die Forscher von Bord des Trawlers fischen gehen.

Fischfang mit einem doppelten Fußballtor

Ihr Fanggerät hat vorne ein Gestänge, das eine Öffnung von 16 Quadratmeter und damit zwei Fußballtoren nebeneinander aufhält. Ausgerüstet mit Arbeitsoveralls, Schutzhelm, Sicherheitswesten und Schuhen mit Stahlkappen befestigen Flynn und Wagner dieses Gestänge an einem Kabel, das über den leuchtend roten Heckgalgen am hinteren Ende der Sonne zu einer mächtigen Winde in der Mitte des Schiffes läuft. Schraubenschlüssel gehören für einen Meeresökologen wie Flynn genauso zum Forschungsalltag wie ein Stethoskop zum Arztkittel passt. Langsam hievt Bootsmann Andreas Schrapel mit der großen Winde an Bord der Sonne das noch geschlossene Gestänge via Fernbedienung in die Höhe, darunter entfaltet sich das dunkle Netz, das immer schmaler und enger wird. Am Ende befindet sich ein Ring von vielleicht 50 Zentimeter Durchmesser, hinter dem ein weiteres Netz in einen grauen Zylinder von Größe eines sehr muskulösen Männeroberschenkels führt. "Dieser Behälter kann gut isoliert sein, um den Fang kalt und so am Leben zu halten – die meisten Organismen vertragen die deutlich höheren Temperaturen an der Oberfläche nicht gut", erklärt Hans-Joachim Wagner. Weil bei diesen Hightech-Geräten leider oft etwas klemmt, setzen die Forscher auf dem Schiff Sonne allerdings einfache Behälter ohne Isolierung ein.

Vom Heck der Sonne sinkt diese Apparatur 500 bis 1000 Meter in die Tiefe. Dort öffnet sich das Gestänge am vorderen Ende. Anschließend schleppt das Schiff das Netz mit dem gemächlichen Fußgängertempo von zwei Knoten oder weniger als vier Kilometer in der Stunde durch den Südatlantik. "So erwischen wir zwar nur die Lahmen und Dummen", scherzt Ron Douglas mit typisch britischem Humor. Andererseits können die Forscher mit dem niedrigen Tempo verhindern, dass die Organismen zu stark in die Maschen des Netzes gepresst und dabei zerquetscht werden. "Das wäre so ähnlich, wie einen Schneeball mit voller Wucht gegen eine Wand zu werfen und aus den Resten die Struktur des Gebildes vor dem Auftreffen zu rekonstruieren", erklärt Douglas den Grund für das Schneckentempo. Die Forscher wollen schließlich die möglichst intakten Augen und das Gehirn der so gefangenen Organismen untersuchen. Ihnen war nämlich aufgefallen, dass auch die Tiere in den stockdunklen Tiefen unter tausend Meter fast immer Augen haben.

Do-it-yourself-Licht

Sie kennen auch den Grund dafür: In der Tiefe machen sich viele Organismen ihr eigenes Licht. Dazu mischen sie ein Enzym namens Luziferase mit Sauerstoff, dabei beginnt die Substanz blau zu biolumineszieren. Einige Fische haben solche Biolumineszenz-Organe gleich neben den Augen und leuchten damit wie mit zwei Scheinwerfern ihr Gesichtsfeld aus. Auch die besten Scheinwerfer aber bringen wenig, wenn die potenzielle Beute den Angreifer mit raffinierten Tricks ausbremst. "Tintenfische und Krebse stoßen zum Beispiel in der Tiefe eine leuchtende Wolke aus, wenn sie gestört werden", erklärt Douglas. Der Jäger wird dadurch irritiert, und die Chancen seines potenziellen Opfers auf Entkommen verbessern sich so erheblich.

Manche Jäger wie der Zigarrenhai (Isistius brasiliensis) haben auch dagegen eine Strategie entwickelt. Normalerweise greifen diese gerade einmal einen halben Meter langen Tiere von oben an. Dummerweise hebt sich die dunkle Silhouette ihres Körpers gut gegen das wenige von oben in die Tiefe dringende Licht ab. Um nicht von ihrer Beute entdeckt zu werden, haben viele Jäger wie dieser Hai zahlreiche blaue Lichter am Bauch, die ihre Umrisse mit der hellen Oberfläche verschmelzen. Genau mit diesem Trick tarnt sich auch der Zigarrenhai, spart dabei aber einen kleinen ovalen Fleck in der Nähe seines Mauls aus. "Tunfische halten diesen Fleck vermutlich für eine gute Beute und schwimmen darauf zu", argwöhnt Douglas. Dadurch aber werden die Getäuschten selbst zur Beute. Denn gleich neben dem dunklen Fleck sitzt das kreisrunde Maul des Hais, das sich mit messerscharfen Zähnen ein biskuitgroßes Stück Fleisch aus seinem Opfer herausbeißt.

Die Tiere der Tiefsee haben noch mehr solcher fiesen Tricks auf Lager. So produzieren fast alle Organismen in der ewigen Dunkelheit blaues Licht und können auch nur genau diese Farbe sehen. Einige Fische aber senden rotes Licht aus, das zwar erheblich weniger weit durch die Dunkelheit der Tiefsee dringt. Trotzdem haben diese Jäger damit einen Riesenvorteil: Nur sie machen dieses Rotlicht und können es auch sehen. "Damit können sie nicht nur ihre Beute übertölpeln, sondern sich auch mit einem Partner verständigen, ohne dass der Rest der Unterwelt davon etwas mitbekommt", erklärt Douglas die raffinierte Strategie dieser Tiere.

Spiegelaugen aus der Tiefe

Auf dem Forschungsschiff hievt mittlerweile die Winde den Fang aus der Tiefe an Bord. Sofort kippt Flynn ihn in eine schwarze Wanne mit eisgekühltem Wasser, in dem die an solche Temperaturen angepassten Tiefseebewohner am längsten überleben. Besonders ein kleines Tier aus der Gruppe der Gespensterfische wird die Forscher heute mit seinen großen, eigentümlichen Augen überraschen: Ein Fisch mit ähnlichen Augen ging den Forschern schon einmal ins Netz, als die Sonne von den Samoa-Inseln entlang des unter dem Meeresspiegel liegenden Tonga- und Kermadec-Bogens nach Neuseeland unterwegs war. Der "Geisterfisch" Dolichopteryx longipes hat wie viele andere Organismen dort unten zwei auffällig gelbe Teleskopaugen, mit denen er wie durch ein Vergrößerungsglas dorthin späht, wo das meiste des extrem knappen Lichts herkommt: nach oben also. Gleich daneben aber gibt es noch zwei weitere, dunkle Augen, die zur Verblüffung der Forscher ohne Linse auszukommen scheinen.

Erst als sie in Tübingen das Gewebe genauer untersuchen, entdecken Wagner und sein Kollege Ulrich Mattheus eine seltsame Gewebestruktur. Exakt parallel zueinander ausgerichtete Kristalle aus dem Biomolekül Guanin reflektieren das von der Seite und von unten kommende Licht und bündeln es auf die Netzhäute der beiden Zusatzaugen, die an der Seite liegen. Wie ein kleiner Spiegel lenkt also dieses Gewebe die von der Seite und von unten kommenden Bilder auf die Extra-Augen und bündelt sie auf der Retina. Mit diesen beiden Zusatzaugen samt Guaninspiegel späht der Geisterfisch also zu den Biolumineszenz-Lichtblitzen, die er mit seinen nach oben gerichteten Teleskopaugen nicht entdecken kann.

Ähnliche Spiegelaugen hatten Sinnesphysiologen zwar schon bei anderen Organismen gefunden, nicht aber bei Wirbeltieren. Der Geisterfisch ist also etwas ganz Besonderes. Genau wie der andere Fisch, bei dem Hans-Joachim Wagner inzwischen ein Spiegelauge entdeckt hat. Das funktioniert bei Rhynchohyalus natalensis jedoch ganz anders als bei D. longipes, obwohl beide Arten zur Familie der Gespensterfische gehören. Ein weiterer Vertreter dieser Gruppe, Bathylychnops exilis, hat ebenfalls Nebenaugen, nutzt aber an Stelle einer Spiegeloptik eine aus der Hornhaut des Nebenauges entstandene Linse, um die Lichtstrahlen von der Seite und von unten auf die Netzhaut seiner Zusatzaugen zu bündeln. Diese Hornhaut wiederum ist eine Fortsetzung der weißen Lederhaut, die auch die Augäpfel des Menschen umhüllt und schützt. Eine Linse aus diesem Bindegewebe aber hatten Wissenschaftler bisher bei Wirbeltieren noch nicht gesehen, während die meisten Tintenfische dagegen genau solche Linsen haben.

Wie aber hat die Evolution solche unterschiedliche Strukturen entstehen lassen? Wie lange hat sie dazu gebraucht? Wie sind die Arten mit Spiegelaugen überhaupt miteinander verwandt? Bei der Suche nach Antworten kommt das unscheinbare Fischlein gerade recht, das die Forscher mit dem letzten Netz an Bord geholt haben: "Der Fisch gehört zur Art Evermannella balbo", erklärt Flynn. Diese Tiere haben eine Art primitiven Vorläufer des Spiegelauges der Geisterfische. Neben den nach oben gerichteten Teleskopaugen gibt es ein Gewebe, das die Lichtstrahlen wie ein Prisma umlenkt, die durch eine seitliche Öffnung dorthin vordringen. Anders als bei D. longipes aber fokussiert diese Struktur die Bilder nicht auf die Retina. Von einem zweiten Auge wie beim Geisterfisch kann daher keine Rede sein. Aber einen ersten Schritt zu einem solchen Auge scheint die Evolution bei E. balbo gegangen zu sein.

Mikroskopieren auf hoher See

In den Labors unter Deck stellen die Forscher oft nur erste Analysen an, die genauen Untersuchungen folgen in den Labors an Land. Ein anderes interessantes Fischchen von gerade einmal vier Zentimeter Länge legt Mattheus daher unters Mikroskop. In filigraner Feinarbeit präpariert er dann ein Auge, das Gehirn und die Leber aus dem Tier heraus. Erfordert das schon an Land jahrelange Übung, absolut ruhige Finger und großes Geschick, grenzt der Job auf hoher See an Hexerei. Wenn das Schiff wie so häufig im winterlichen Südatlantik wieder einmal in den Wellen rollt und stampft, legt der Labortechniker immer wieder kurze Pausen ein und wartet den nächsten ruhigen Moment an Bord der Sonne ab, um einen weiteren exakten Feinschnitt anzusetzen. Droht das Laborlicht das für die Forscher interessante Gewebe zu zerstören, beweist er sein Können sogar im dunklen Labor im funzeligen Rotlicht. Die Präparation des Evermannella-balbo-Exemplars aber übernimmt Wagner gleich selbst. Zurück auf dem festen Boden in Tübingen werden die Forscher die Augen und das Gehirn viel genauer analysieren, als es an Bord der Sonne möglich ist. Dort können sie dann auch die winzigen Strukturen unter dem Elektronenmikroskop untersuchen. Aus dem Gewebe der Leber gewinnen sie das Erbgut, dessen Analysen die Verwandtschaftsverhältnisse der Tiere besser als bisher ins rechte Licht rücken. Damit kommen die Forscher der Frage wieder einen Schritt näher, wie solche verblüffenden Sinnesorgane in der natürlichen Evolution entstanden sind, mit denen sich die Organismen in der Dunkelheit der Tiefsee noch ein wenig besser orientieren können.