Forschungsgebiet Tiefsee

Tummelplatz vielfältiger Organismen – und Forscher

Riesige Gashydratvorkommen rufen Klimaforscher auf den Plan, Mediziner hoffen auf neue pharmazeutisch wirksame Substanzen und Biologen vermuten, hier dem Ursprung des Lebens – im wahrsten Sinne des Wortes – auf den Grund gehen zu können.

Fakten
Als Tiefsee werden die Meeresräume bezeichnet, die sich 800 m und tiefer unter dem Meeresspiegel befinden. Dabei haben die Weltmeere eine durchschnittliche Tiefe von 4.000 m. Das Challengertief im Marianengraben, östlich der Philippinen, weist mit 10.899 m die größte Tiefe auf. Es sind vor allem zwei Charakteristika, die diesen Ort zu einem einzigartigen Lebensraum machen: Zum einen ist es ab 300 m unter dem Meeresspiegel stockdunkel, zum anderen erhöht sich der Druck, der auf den Organismen lastet, alle 10 m um 1,013 bar. Das heißt, in 10.000 m Tiefe würde das Gewicht von einer Tonne auf einem Quadratzentimeter unserer Haut lasten! Dies macht die Erforschung dieses Gebietes nicht nur enorm schwierig, sondern auch technisch extrem aufwändig und teuer.

Leben unter besonderen Umständen
Um in der Tiefsee überleben zu können, haben ihre Bewohner einige bemerkenswerte Anpassungen entwickelt. Hierzu gehört etwa das Phänomen der sekundären Biolumineszenz - die Fähigkeit, mittels symbiotischer Bakterien Licht zu erzeugen. Denn wie sich fortpflanzen, wenn der entsprechende Partner in der Dunkelheit nicht auszumachen ist? Ebenso können auf diese Weise Beutetiere angelockt oder Feinde abgelenkt werden.
Vorteilhaft bei hohem Druck ist es auch, keine Knochen zu haben oder selbst zu 99 Prozent aus Wasser zu bestehen und keine gasgefüllten Hohlräume zu besitzen. Diese Kriterien erfüllen Quallen und Tintenfischarten hervorragend – sie sind daher häufig in der Tiefsee anzutreffen. Aber wovon leben? Vegetarier haben in der lichtlosen und daher auch pflanzenfreien Zone keine Chance. Einige Bewohner der Tiefsee haben sich deshalb auf das Aasfressen spezialisiert, für andere Arten heißt die Lösung Chemosynthese statt Fotosynthese. Hydrothermale Quellen, so genannte „Black Smoker“, entstehen immer wieder durch Plattenverschiebungen an Nahtstellen der Erdkruste und wurden als „Quell des Tiefseelebens“ enttarnt. Aus ihnen schießt bis zu 400 °C heißes, mineralstoffreiches Wasser, in dem unter anderem Schwefelwasserstoff enthalten ist. Diese für die meisten Organismen hochgiftige Verbindung nutzen Schwefelbakterien als Energiequelle und synthetisieren durch Chemosynthese aus Kohlendioxid Kohlenhydrate und stellen somit die Nahrungsgrundlage für viele Tiefseebewohner her. Dabei lautet das Motto „Endosymbiose“, denn viele Bakterien leben in ihren Wirten, z. B. in Röhrenwürmern und in Muscheln. Der Vorteil für die Bakterien: Ihre Wirte nehmen den Schwefelwasserstoff und den Sauerstoff für sie aus dem Meerwasser auf. So entsteht in der Nähe der hydrothermalen Quellen ein eigenes kleines Ökosystem mit einer Vielzahl von Arten.

Besondere Maßnahmen – besondere Substanzen?
Die eigenartigen, hoch spezialisierten Bewohner der Tiefsee schüren bei Medizinern vor allem die Hoffnung auf neue Medikamente und Behandlungsmethoden. Schwämme haben zum Beispiel eine Vielzahl sehr wirksamer Substanzen entwickelt, um sich vor Fressfeinden oder dem Überwachsenwerden durch Algen zu schützen. Die Erforschung dieser bioaktiven Substanzen durch das deutsche Kompetenzzentrum BIOTECmarin ergab nun, dass einer dieser Stoffe vermutlich bei der Krebsbehandlung eingesetzt werden kann. Nicht minder interessant: die Fähigkeit einiger Schwämme, mit Hilfe des Enzyms Silikatein ein Skelett aus Biosilikaten zu bilden. Gelänge es, dieses Enzym kontrolliert einzusetzen, wäre es für Zahnbehandlungen und für die Regeneration von Knochen von großem Wert.

Schatzkammer, Gefahrenquelle…
Nicht zuletzt durch immer knapper werdende Ressourcen an Land rückt die Tiefsee zunehmend in das Blickfeld der Wirtschaft. Mit großem Enthusiasmus wird an Manganknollen geforscht. Sie bestehen bis zu 27 Prozent aus dem wertvollen Metall Mangan, außerdem aus Kupfer, Kobalt, Zink und Nickel. Sie sind schwarzbraun, nur wenige Zentimeter groß und massenhaft in 4.000 bis 6.000 Metern Tiefe auf dem Meeresboden zu finden. Aufgrund der gestiegenen Preise für Metalle verspricht die großflächige Ausbeutung dieses Rohstoffes ein lukratives, weil Milliarden bringendes Geschäft zu werden. Die Naturschutzorganisation WWF jedoch warnt vor einem Goldrausch in der Tiefe. „Eine Zukunft mit Tausenden Rodungsmaschinen im Pazifik - das erinnert fatal an den Kahlschlag im Regenwald“, so der WWF-Meeresexperte Christian Neumann. Völlig ungeklärt ist nämlich, ob das Ökosystem Meeresboden einen solchen Eingriff überstehen würde. Außerdem könnten sich beim Abbau riesige Sedimentwolken bilden. Die Folgen sind ungewiss.

Mit ähnlichem Eifer wird an den am Meeresgrund vorkommenden Gashydraten geforscht. Denn da die Hydrate genauso gut brennen wie Erdgas und in Mengen vorhanden sind, versprechen sie möglicherweise einen Beitrag zur Energieversorgung der Zukunft leisten zu können. Die Erforschung der Hydrate ist jedoch alles andere als leicht. Zum einen müssen die Proben der Gashydrate aus Hunderten von Metern Tiefe hervorgeholt werden, zum anderen werden sie bei den an der Oberfläche herrschenden Bedingungen instabil, so dass sie zerfallen.
Diese Instabilität macht sie generell zu einer Gefahrenquelle. „Der Treibhauseffekt von Methan ist pro Molekül 30-mal stärker als der von Kohlendioxid. Erwärmen sich die Meere weiter, würden die Hydrate möglicherweise zerstört und das Gas freigesetzt“, erklärt Prof. Dr. Gerhard Bohrmann, Forscher des Zentrums für Marine Umweltwissenschaften in Bremen. Dies könnte verheerende Auswirkungen auf unser Klima haben. Außerdem stabilisieren sie den Meeresboden. Würden die Hydrate instabil, könnte es zu Hangrutschen kommen, die wiederum Tsunamis zur Folge hätten.



… oder Müllkippe?
Bieten unendliche Tiefen auch unendliche Möglichkeiten? Am kalifornischen Forschungsinstitut des Monterey Bay Aquariums wird gerade an einer neuen Methode der CO₂-Entsorgung getüftelt. Das lästige Treibhausgas soll nun dahin, wo es angeblich keinen Schaden mehr anrichten kann – auf den Meeresgrund. Die Idee ist denkbar einfach: Würde man das CO₂ in die Tiefsee einlassen, würde es durch den hohen Druck fest und bliebe aufgrund der höheren Dichte auf dem Meeresboden. Als problematisch erweist sich allerdings, dass das Gas, wenn man es in 600 Metern Tiefe einlässt, nicht vollständig fest wird. Es würde dann zwar nicht die Atmosphäre belasten, der pH-Wert des Wassers würde aber erheblich sinken und somit eine große Gefahr für alle Meeresbewohner darstellen. Um das zu verhindern, bliebe da noch die Möglichkeit, das Gas erst ab einer Tiefe von 3.000 Metern einzuleiten. Kritischer Punkt dieser Variante: Die dabei entstehenden Gas-Seen verhalten sich unberechenbar. Sie wachsen stark an und werden zu einer tödlichen Falle für Tiere und das gesamte Ökosystem.

Die Vergangenheit hat uns gelehrt, was es für Folgen haben kann, wenn die kommerzielle Nutzung eines Lebensraums die wissenschaftliche Erforschung desselben überholt. Der Regenwald wurde bereits rücksichtslos abgeholzt - bleibt zu hoffen, dass wir mit dem Lebensraum Tiefsee verantwortungsbewusster umgehen.

ABIWissen

Autotrophie
Autotrophe Organismen (gr. autos = selbst, trophos = Nahrung) bauen organische Moleküle (z. B. Kohlenhydrate und Lipide) aus anorganischen Rohstoffen auf und können sich somit selbst ernähren. Da sie die für viele Lebewesen nötigen Kohlenhydrate herstellen, bezeichnet man sie auch als Primärproduzenten.
Organismen, die Licht als Energiequelle für den Aufbau von Kohlenhydraten nutzen - also Photosynthese betreiben - nennt man phototroph oder photoautotroph. Pflanzen, Algen und einige Einzeller stellen nach folgender Reaktionsgleichung Glucose her:



Als chemoautotroph werden Bakterienarten bezeichnet, die die Energie aus der Oxidation anorganischer Substanzen nutzen, um organische Verbindungen aufzubauen. Je nach Spezies oxidieren sie z. B. Schwefelwasserstoff (H2S) oder Ammoniak (NH3). Schwefelbakterien, wie sie an hydrothermalen Quellen vorkommen, tun dies nach der Reaktionsgleichung:

6 CO₂ + 6 H₂O + 3 H₂S —› C₆H₁₂O₆ + 3 H₂SO₄

Die Energie für diese Reaktion stammt aus der Oxidation von Schwefelwasserstoff:




Alle autotrophen Organismen nutzen CO₂ als Kohlenstofflieferanten. Heterotrophe Organismen benötigen mindestens einen organischen Nährstoff, wie z. B. Glucose, um weitere organische Verbindungen aufzubauen.

Heftnummer: 2007/02
Autor: O'Farrell, Stefanie