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.

von Kerstin Engelhard

Anglerfisch — © superjoseph / stock.adobe.com (Ausschnitt)

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.

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."

Wohnort: Toter Wal | In tiefen Gewässern überdauern Walkadaver auf dem Meeresboden teilweise mehrere Jahrzehnte und bieten faszinierenden Kreaturen einen Lebensraum. Auf so einem "whale fall" lebt der Vielborster Vigtorniella sp. Dieser Wurm wurde im Rahmen der ersten marinen Volkszählung registriert und abgelichtet. Nach zehnjähriger Arbeit ist diese gigantische Erhebung nun beendet und liefert zahlreiche neue Arten und Bilder des marinen Lebens.

Ceratonotus steiningeri | Der bizarre Ruderfußkrebs Ceratonotus steiningeri wurde 2006 in 5400 Meter Tiefe im Angola-Becken entdeckt. Innerhalb eines Jahres fanden Forscher ihn außerdem im Südostatlantik sowie im 13 000 Kilometer entfernten zentralen Pazifischen Ozean. Die Wissenschaftler sind beeindruckt, dass das nur 0,5 Millimeter große Tierchen so weit verbreitet ist und dennoch so lange unerkannt blieb.

Einzelstück | Die Schnecke Alviniconcha sp. lebt in einem Gang vulkanischer Aktivität in der Tiefsee von Tokio. Vermutlich handelt es sich hierbei um eine neue Spezies, bisher konnten Wissenschaftler aber keine weiteren Exemplare finden.

Eichelwurm | Eine Forschungsfahrt auf dem Atlantik hat eine Reihe bislang unbekannter Tierarten gefangen – darunter ein paar ästhetische Eichelwürmer wie diesen hier. Sie gelten bisweilen als evolutionäres Bindeglied zu den Wirbeltieren und anderen Chordatieren, weil sie einen Skelettstab ausbilden, der von einigen Biologen als Vorläufer der Chorda dorsalis angesehen wird.

Eichelwurm II | Eine weitere Besonderheit der Eichelwürmer ist ihr Atmungsorgan: Es befindet sich im After, weshalb ihr Klassenname passt: Enteropneusta, die Darmatmer.

Gläserne Ballerina | Im Golf von Mexiko stießen Forscher in 2750 Meter Tiefe auf diese durchsichtige Seegurke, die mit gemächlichen zwei Zentimetern in der Minute über den Boden kroch und dabei beständig Sediment in ihre Mundöffnung schob. Aufgeschreckt durch die Beobachter schwamm sie davon und präsentierte sich in voller Schönheit der Kamera.

Fliegender Elefant | Die auf Grund ihrer ohrgleichen Fortsätze auch Dumbo-Tintenfische genannten Tiefseekragen gehören zu den ältesten und größten Vertretern ihrer Artenfamilie. Bereits seit 100 Millionen Jahren bevölkern die bis zu zwei Meter langen Tiere die Meere in mehr als 3000 Meter Tiefe. Bei diesem Exemplar nehmen Forscher an, es könne sich um eine noch unbekannte Unterart handeln.

Eichelwurm III | Neben den Eichelwürmern – hier eine weitere, noch nicht beschriebene Spezies – begeisterte die Forscher auf der Fahrt der RRS James Cook durch den Nordatlantik die generelle Fülle des Lebens in der Tiefsee. Insgesamt 300 Stunden ließen sie ihren Tauchroboter über beide Seiten des Mittelatlantischen Rückens gleiten. Vor allem seine Nordostseite war dicht besiedelt mit Schwämmen, Tiefseekorallen und Seegurken, die auch dabei beobachtet wurden, wie sie flink durchs Wasser schwammen.

Kleiner Goldschatz | Wer seltene Schätze sucht, der muss tief graben – oder wie in diesem Fall tauchen. Im Schlamm eines Tiefseebeckens vor Westafrika fanden Forscher diesen rund einen Millimeter großen Ruderfußkrebs. Unter dem Elektronenmikroskop gibt das winzige Krustentier seinen komplizierten Aufbau preis. In derselben Bodenprobe fanden sich noch mehr als 670 weitere unbekannte Arten von Kleinkrebsen.

Seltene Begegnung | Dieser orangefarbene Stummelschwanzaal (Neocyema erythrosoma) ist erst der fünfte seiner Art, der sich je auf Film bannen ließ. Das Bild entstand in zwei Kilometer Tiefe in der Nähe des Mittelatlantischen Rückens.

In die Freiheit | Zwei am Marinezensus beteiligte Forscher entlassen einen markierten Stör ins Wasser. Mit Hilfe von Sendern konnten sie erstmals zeigen, dass sich die Fische vor Vancouver Island längere Zeit tummeln, bevor sie ins Winterquartier nach Alaska weiterziehen. Störe gehören zur Reihe der Knochenfische und sind sehr urtümliche Lebewesen, die teilweise bis zu fünf Meter lang werden.

Unbekannter Vielfraß | Diese noch unbekannte elfarmige Art aus der Seesternordnung der Brisingida profitieren von starken Strömungsgeschwindigkeiten. Diese liefern ihnen konstant Nahrung: gelöste Schwebstoffe in hohen Konzentrationen. Vor Neuseeland entdeckten die Meeresforscher eine regelrechte "Stadt" dieser Seesterne. Auf einem Unterwasserberg tummelten sich Millionen der Tiere, die sich mit ihren Armen Nahrung zuwedelten.

Goldene Alge | Auch nahe der Küste der Aleuten bei Alaska haben die Forscher neue Spezies entdeckt – an einem felsigen Küstenabschnitt, der sich stark von den ansonsten in der Arktis dominierenden sandigen Küsten unterscheidet. Neben Seeanemonen, Schnecken und Seesternen befand sich darunter Aureophycus aleuticus. Sie gehören zu den Laminariales, einer Ordnung der Braunalgen, die unter Wasser im klaren, flachen Meer regelrechte Wälder bilden. Im Deutschen werden sie allgemein als Tang bezeichnet.

Seesterne zum Anfassen | Zensus-Forscher halten gigantische Macroptychaster vor die Kamera. Ausgewachsen können diese Seesterne Durchmesser von bis zu 60 Zentimetern erreichen.

Guter Schwimmer | Dieser Segelkalmar (Histioteuthis bonellii) schwimmt in Tiefen zwischen 500 und 2000 Metern über den mittelatlantischen Rücken. Kalmare gehören zur Gruppe der Zehnarmigen Tintenfische. Einer der Forschungsschwerpunkte des Projekts ist es, Tierbewegungen zu beobachten: Manche Arten lassen sich in ozeanischen Turbulenzen treiben, die die Dimension Irlands haben, andere pendeln regelmäßig 8000 Kilometer über das Meer.

Feilenmuschel | Auf einer Expedition zum Ningaloo-Korallenriff vor Australien wurde diese Feilenmuschel aus der Gattung Lima entdeckt. Die Forscher machten nicht nur Fotos, sondern entnahmen auch DNA-Proben des außergewöhnlichen Individuums. Selbst in den gut untersuchten Gewässern des Großen Barriereriffs, das zahlreiche Taucher frequentieren, können noch hunderte Arten neu entdeckt werden.

Eine weitere Tauchfahrt zum südwestlichen australischen Kontinentalschelf erbrachte ebenfalls rund 170 Spezies an Krabben, Garnelen und anderen Krustentieren, die man zuvor nicht gekannt hatte: Jede dritte gefischte Art war damit eine Neuheit für die Zoologen.

Megaleledone setebos | Ein junger Megaleledone setebos schwamm diesem Fotografen vor die Kamera: ein Tiefseeoktopus. Molekulargenetische Untersuchungen deuten nun darauf hin, dass die meisten heute lebenden Oktopoden von einem Vorgänger abstammen, der vor 30 Millionen Jahren rund um die heutige Antarktis lebte. Als sich die Erde abkühlte und Eis die Meere rund um den Südpol mehr und mehr bedeckte, wanderte er in andere Ozeanbecken ab. Geholfen hat diesen Tieren, dass eine starke thermohaline Zirkulation in Gang kam: eine in der Tiefe des Ozeans kühle und salzhaltige Strömung – eine Art Rennbahn in der Tiefsee.

In den neuen Heimaten spalteten sich dann viele verschiedene Linien ab und bildeten neue Arten. Manche verloren dabei auch ihren Tintensack, aus dem sie im Falle eines Angriff eine dunkle Flüssigkeit pressen. Sie soll Feinde verwirren und die Flucht ermöglichen – in der lichtlosen Dunkelheit der Tiefsee war sie aber nutzlos und wurde bisweilen abgeschafft.

Unbekanntes Schwimmobjekt? | Die Qualle Aequorea macrodactlya wandert durch die warmen Gewässer der Sulawesisee, einem Randmeer des Pazifischen Ozeans. Ihre rundliche Form und das schwache Leuchten lässt sie wie ein Raumschiff der Meere erscheinen. Vor Japan wiederum entdeckten Biologen in über 7000 Metern Tiefe eine Quallenart – neuer Rekord für diese Tiergruppe: Noch ist völlig ungeklärt, wovon sie sich dort unten ernährt.

Ein behagliches Zuhause | Das Banco-Chinchorro-Riff vor Mexiko ist das Zuhause vieler Schwalbenschwänzchen, der artenreichsten Gattung der Riffbarsche, sowie vieler weiterer Fischarten. Insgesamt wurden allein im Golf von Mexiko schon mehr 15 600 Arten aus 40 Stämmen nachgewiesen.

Riesenbakterien | Gigantische Schwefelbakterien bewohnen die anoxischen Sedimente des östlichen Südpazifiks. Der Durchmesser des hier zu sehenden autotrophen Bakteriums beträgt acht Mikrometer – sie sind so groß, dass ihnen die Wissenschaftler den Beinamen "Behemoth" gegeben haben: den Namen eines Ungeheuers der jüdisch-christlichen Mythologie.

Die mehrzelligen Bakterien könnten lebende Fossilien sein, die sich im frühen Ozean gebildet haben, als es noch keinen oder nur sehr wenig Sauerstoff gab. Da sie in sauerstoffloser Umgebung leben können und sich von Schwefelwasserstoff ernähren, erhoffen sich Forscher von ihnen Erkenntnisse über mögliche extraterrestrische Lebensformen.

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.