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Letzte weiße Flecken: Unbekannte Welt der Tiefsee

Die Tiefsee wirkt lebensfeindlich, weit weg und wenig bedeutsam - und ist alles andere als das. Tatsächlich tummelt sich eine kaum erforschte Vielfalt dort unten.
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Wenn Antje Boetius ihre Reise in eine andere Welt unternimmt, legt sie drei oder vier Kilometer zurück. Hier gibt es keine Pflanzen mehr, und die Tierwelt ist eine völlig andere. Zahllose Lebewesen sind hier noch unbekannt. Die ersten Krebse und Kraken zeigen sich, angelockt vom Licht des U-Boots in der sonst immerwährenden Finsternis. Boetius ist Meeresbiologin und Leiterin zweier Forschungsgruppen am Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremen – und die Reise unternimmt sie in der Vertikalen. "Es ist fantastisch, aufregend", schildert die Tiefseeforscherin ihre Tauchgänge. "Wahrscheinlich lässt es sich mit der Erfahrung eines Astronauten vergleichen, der die Welt mit anderen Augen sieht. Ich bin näher bei den Tiefseetieren, verstehe den Lebensraum besser und erkenne, warum er so wichtig ist."

Etwa 70 Prozent der Erdoberfläche ist von Meer bedeckt – und so ist bei einer durchschnittlichen Tiefe von fast vier Kilometern die Tiefsee der größte belebte Raum der Erde. In den meisten Gebieten hier ernähren sich die Organismen nur von Partikeln, die nach dem Schneeflockenprinzip von der Oberfläche herabsinken – alternativ fressen sie Schlamm oder einander. Doch damit erfüllt die Tiefsee eine unersetzliche Funktion. Denn so wie die Stoffkreisläufe an Land funktionieren, laufen auch die Zyklen der Ozeane ab: Die bodenlebenden Organismen vertilgen quasi die Abfälle, etwa Algenreste oder Aas. Dadurch remineralisieren sie das organische Material, und die Strömungen transportieren Nährstoffe zurück an die Oberfläche. Auf diese Weise bringt das Meer seine Mannigfaltigkeit an Algen, Fischen und anderen Meeresorganismen hervor.

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Tiefseekrake | Der erste Ausflug der Saison führte den ferngesteuerten Tauchroboter "Deep Discoverer" bis hinab in 4000 Meter Tiefe nordöstlich von Necker Island innnerhalb der hawaiianischen Inselkette. Und sehr zur Freude der Biologen auf der "Okeanos Explorer" von der nordamerikanischen Wetter- und Meeresbehörde NOAA stöberte er dabei gleich ein geistartiges Wesen auf: Mitten auf einer flachen Felspartie saß im Sediment der Tiefsee eine Krakenart, die an die Zeichentrickfigur Casper, das freundliche Gespenst, erinnerte – ein weißer Kopffüßer, der keiner bekannten Krakenart der Erde gleicht. Womöglich bildet die noch unbeschriebene Spezies sogar eine eigene Gattung; auf alle Fälle handle es sich aber um den gesicherten Nachweis eines Kopffüßers, der bisher nicht bekannt war und am tiefsten im Meer lebt, so die Forscher.

Auch in den tieferen Meeresregionen existiert eine Fülle von Lebewesen, so Boetius: "Es gibt Würmer, Fische, Korallen, Quallen, Schwämme und eine riesige Viefalt an Krebsen. Viele Lebewesen der oberen Wasserschichten haben nahe Verwandte, die sich an die Bedingungen in der Tiefsee angepasst haben." Viele Fische haben Leuchtorgane, mit denen sie ihre Opfer anlocken können. Tiere wie die Rote Tiefseequalle schillern in bunten Farben – und das in nachtschwarzer Umgebung. Möglicherweise reicht ihr Eigenlicht, um einen Nutzen aus ihrer Färbung zu ziehen. Eine durchsichtige Art der Scheibenbäuche lebt über 8000 Meter unter dem Meeresspiegel: Tiefen, in denen man lange keine Fische vorzufinden glaubte.

Wie Astronauten

Doch Boetius' Vergleich mit einem Astronauten ist noch aus einem weiteren Grund treffend: Über die Tiefsee wissen wir weniger als über den Mond. Im Jahr 2004 erklärten Wissenschaftler des Ocean Biogeographic Information System, dass weniger als fünf Prozent der Weltmeere als erkundet betrachtet werden können. Um die Mysterien unter Wasser besser zu verstehen, hat Antje Boetius bisher 45 Expeditionen unternommen. In den meisten Fällen bleibt das Team an Bord und lässt Roboter und andere Geräte in die Tiefe, die beispielsweise Bodenproben oder Videoaufnahmen liefern. Nur manchmal besteigen Forscher selbst ein U-Boot, um die unbekannte Welt zu durchleuchten.

Die Bedingungen in diesen Tiefen scheinen in höchstem Maß ungemütlich. "Früher war die Leitfrage, wie dort überhaupt Leben möglich sein könnte", erläutert Boetius. Als Tiefsee bezeichnet man Meeresbereiche ab 800 Meter unter dem Meeresspiegel – sowohl das freie Wasser als auch den Grund. Mit jedem weiteren Meter Tiefe müssen die Lebewesen mit einem höheren Wasserdruck zurechtkommen: Bei vier Kilometer sind es etwa 400 Bar, das entspricht 400 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Die Temperaturen liegen meist unter zwei Grad Celsius. Schon 200 Meter unter dem Meeresspiegel reicht das Licht nicht mehr aus für Fotosynthese, und ab etwa einem Kilometer ist überhaupt kein Sonnenlicht mehr vorhanden. Viele Tiere bewegen sich vor allem durch Strömungen. Unter unwirtlichen Lebensbedingungen ist Energie kostbar. Dafür ist die Umwelt meist konstanter als an der Oberfläche, was die scheinbar feindselige Umgebung zu einem lohnenswerten Habitat machen kann.

Zwar wissen wir einiges über die biophysikalischen Umstände, aber wenig über die Tiere unter Wasser, betont Boetius: "Mit jeder Probe, die wir nehmen, entdecken wir neue Arten – auch große wie Fische und Quallen." Denn Tiefseeforschung ist ein ewiges Stochern im Dunkeln. Ein Expeditionsteam steuert einen Ort an, vielleicht weil der Meeresgrund eine bestimmte Struktur aufweist. Dort werden beispielsweise Bodenproben entnommen und die enthaltenen Lebewesen festgestellt. Roboter, die über Monate oder Jahre in den Tiefen bleiben, stehen der Wissenschaft kaum zur Verfügung – sie benötigen zu viel Energie. Daher weiß man nicht, wie es einige Kilometer weiter aussieht. Doch jüngste Ergebnisse zeigen, dass die Habitate unter Wasser viel kleinräumiger sind, als die Menschheit bisher annahm. "Auf 50 mal 50 Kilometer großen Gebieten finden wir Arten, die wir nirgendwo anders nachweisen können", erklärt die Forscherin. Auch für bekannte Spezies existieren normalerweise keine Verbreitungskarten. Sicher ist: Nur sehr wenige Organismen bevölkern die gesamte Tiefsee, so wie es auch an Land kaum Kosmopoliten gibt.

Vielfältige Habitate

Tatsächlich sind die Landschaften unter Wasser vielfältig – wie die Erdoberfläche auch. Am Meeresgrund ragen Gebirge auf, und Gräben führen in 11 000 Meter Tiefe. Es gibt Kontinentalabhänge, Plateaus oder ausgedehnte Meeresbecken. In vielen Bereichen ist der Untergrund von schlammigen Sedimenten bedeckt und die Zahl der kleinen Arten besonders hoch. An steinigen Hanglagen leben tendenziell größere Organismen. Je nach Besiedlungsgeschichte gibt es auch weniger belebte Ecken, schildert Boetius: "An den Rändern der Seeberge sieht man oft Gärten von Schwämmen und Korallen – aber am nächsten Berg nichts. Wenn die Larven der Tiere nicht weit schwimmen, ergeben sich solche zufälligen Verteilungsmuster."

Weitere Einflüsse auf die Biodiversität sind Strömungen, Temperatur, Salzgehalt oder natürliche Barrieren. "Wenn die Strömungen gegen ein Unterwassergebirge führen, können viele Arten es nicht überwinden", so Boetius. Andere Tiere wandern im Larvenstadium bis an die Oberfläche und können so weiter verbreitet werden. Und auch die Primärproduktion in den höheren Meeresschichten spielt eine Rolle. Wo viele Algenreste und andere Partikel herabsinken, gibt es mehr Nutznießer. Boetius fasst zusammen: "Es gibt Regionen mit hundertmal mehr Lebewesen als in anderen Gebieten gleicher Wassertiefe." Diese bieten eine Nahrungsgrundlage für größere Tiere bis hin zu einigen Hai- und Walarten, 2000 bis 3000 Meter zu tauchen und an bestimmten Stellen zu jagen.

An einigen Orten herrschen wiederum extreme Bedingungen. Im Roten Meer oder in Salzlaken des Mittelmeers gibt es Becken ohne Sauerstoff, in denen dennoch Bakterien vorkommen. In polaren Regionen sinkt eiskaltes Oberflächenwasser bis in tiefste Regionen und sorgt für Temperaturen bis minus 1,5 Grad Celsius. Wo Kontinentalplatten aneinanderstoßen oder sich voneinander entfernen, kann Magma, Gas oder heißes Wasser aus der Erdkruste austreten. An den hydrothermalen Quellen, auch als Schwarze oder Weiße Raucher bekannt, erhitzt sich das Wasser auf bis über 400 Grad Celsius. Aus einigen Schloten strömt Säure, aus anderen Lauge, und die gelösten Stoffe – meist Metallsulfide – bilden die charakteristischen "Rauchfahnen". Selbst hier gibt es Leben, erklärt Boetius: "Es sind die einzigen Stellen auf dem Meeresgrund mit einer Primärproduktion." In ausgedehnten Feldern siedeln sich Bakterien an, nutzen die austretenden Gase – und werden von anderen Tieren gefressen.

Die Extreme in der Tiefe sind besonders interessant für die Wissenschaft. Hier lassen sich Analogien zu frühen Entwicklungsstadien der Erde ziehen. Denn einige der Arten nahe den Schloten sind sehr alt, andere haben eine sehr kurze Evolution hinter sich. Zudem sehen Astrobiologen heiße Quellen unter Gletschern als Möglichkeit, eine Probenentnahme im Weltall zu üben: Es gibt Himmelskörper, die einen Eispanzer oder Wasser zu haben scheinen. Und je mehr über das Leben unter diesen Bedingungen bekannt ist, desto besser weiß man, wonach man bei einer künftigen Erkundung suchen müsste.

Volkszählung im Meer

Um all diese Habitate und ihre Bewohner besser zu verstehen, führten rund 2700 Wissenschaftler in den Jahren von 2000 bis 2010 eine Art Volkszählung der Meere durch: Im Rahmen eines international angelegten Forschungsprojekts, des Census of Marine Life, untersuchten sie die Verbreitung und Häufigkeit bekannter Arten und fanden diverse neue. Auf Grund ihrer Daten schätzt man die Zahl der nicht entdeckten Spezies in der Tiefsee mittlerweile auf eine Million. Doch Boetius beschreibt diese Vielfalt als sehr fragil: "Pro Art gibt es wenige Individuen. Daher ist eine Spezies oft schnell gefährdet." Zudem laufen in der Tiefsee alle chemischen und biologischen Prozesse nur sehr langsam ab. Bei Störungen kann es Jahrzehnte oder länger dauern, bis die betroffenen Regionen sich regenerieren. "Dann müsste man wissen, dass diese Art auch woanders in ausreichend großer Population vorkommt", betont die Forscherin.

Denn der Mensch nimmt immer größeren Einfluss auf die Welten unter Wasser. Bei der Tiefseefischerei zerstören Schleppnetze riesige Korallenfelder. Im Meer treibender Plastikmüll wird in immer kleinere Partikel zersetzt, bis er in Form von Mikroplastik in die Blutbahnen der Tiere – und damit auch in unsere Speisefische – gerät und Krankheiten auslösen kann. Der drohende Abbau von Edelmetallen rund um die Schwarzen Raucher könnte ganze Nahrungsketten auslöschen. Manganknollenfelder so groß wie die USA werden derzeit zum Tiefseebergbau aufgeteilt. Hier lassen sich künftig möglicherweise Buntmetalle für die Stahl- und Elektroindustrie gewinnen. Die Förderung von Gas und Öl am Meeresgrund zieht Verschmutzungen nach sich.

Auch der Klimawandel macht sich bemerkbar. In der Arktis lösen sich von der Unterseite des schmelzenden Gletschereises Algen und bedecken schon etwa zehn Prozent des dortigen Meeresgrunds. Bakterien bauen sie ab – und senken so in diesen Gebieten den Sauerstoffgehalt. Derzeit ist das Meer ein wichtiger Puffer gegen den Klimawandel, indem es Wärme und Kohlendioxid aufnimmt. Doch so sinkt der pH-Wert des Wassers, und die Kalklöslichkeit erhöht sich. Dadurch kann wiederum Kohlendioxid freigesetzt werden, das derzeit in immensen Mengen auf dem Meeresgrund gebunden ist. Und die überschüssige Wärme könnte längerfristig Gashydratvorkommen im Meeresboden schmelzen – all das würde den Treibhauseffekt verstärken.

So sieht Boetius dringenden Forschungsbedarf: Wie gehen wir mit der Tiefsee um? Welches sind die Hotspots mit besonders hohem Artenreichtum? Und wie wirkt sich der Klimawandel auf die Meere aus? "Wir denken, die Tiefsee ist so weit weg. Doch die Veränderungen werden wir unter anderem über das Nahrungsangebot zu spüren bekommen", so die Forscherin. Boetius ist davon überzeugt: Wenn wir die Tiefsee manipulieren, können wir die Folgen derzeit nicht absehen.

15/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 15/2016

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