Tiere der Tiefsee. Die Vielfalt in der Dunkelheit exemplarisch an Beispielen erklärt

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Hauptteil
2.1 Wasserschichten und Nahrung für Meerestiere – ein Überblick
2.2 Chronologie der Expeditionen und Erforschung der Tiefsee
2.3 Meerestechnik für die Tiefseeforschung
2.4 Die Lebenswelt und Arten der Tiefsee

3. Das Meeresmuseum Stralsund

4. Schluss

5. Glossar

6. Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Ozeane bedecken fast zwei Drittel der Erdoberfläche, das meiste davon zählt zur Tiefsee 1. Die Tiefsee hat eine ungeheure Flächenausdehnung. Mehr als die Hälfte der Erdoberfläche (53,6 Prozent) besitzt Tiefen zwischen 3.000 und 6.000 Meter, und 1 % entfällt auf Tiefen über 6.000 Meter. Der Rest von 0 bis 3000 Metern nimmt 16,2 % ein, daran ist der Schelf (randlicher Bereich eines Kontinents, der von Meer bedeckt ist) allein mit 5,5 % beteiligt 2. Die mittlere Tiefe des Weltmeeres beträgt 3.790 Meter 2. Seine tiefste Stelle erreicht der Meeresgrund im Marianengraben im Pazifischen Ozean (etwa 2000 Kilometer östlich der Philippinen) mit 11.034 Meter 1. Von der Tiefsee spricht man aber schon ab 800 Metern Tiefe 1. Die Tiefsee ist der größte Lebensraum unseres Planeten 2. Was sich in diesen riesigen Weiten an Leben verbirgt, ist faszinierend und doch kaum erforscht 1. Früher stellte man sich die Tiefsee als dunkle Einöde vor. Doch selbst in den tiefsten Seegräben und an heißen, toxischen Thermalquellen gibt es Leben. Meterlange Röhrenwürmer etwa, riesige Einzeller, bizarre Fische, räuberische Krebse und elegante Seefedern 1. Damit ist die Tiefsee ein riesiges Reich faszinierender Spezialisten, die sich an extreme, aber konstante Bedingungen (hoher Druck, niedrige Temperatur und Dunkelheit) angepasst haben 2.

Schon seit Beginn meiner Schulzeit in der Grundschule habe ich mich mit dem Thema Meere und Ozeane beschäftigt und viele Bücher u.a. aus der Buchreihe „WAS IST WAS“ mit den Titeln „Das Meer“ (Band 17), „Meereskunde“ (Band 32) und „Muscheln, Schnecken, Tintenfische“ (Band 51) gelesen. In diesen Sachbüchern für Kinder und Jugendliche sind bereits Tiefsee-Themen wie zum Beispiel „Wie tief ist die Tiefsee“, „Leben in der Finsternis“ behandelt worden, die mich sehr interessiert haben. Die sehr anschaulichen Filme zur Tiefsee wie z. B. „Phantome der Tiefsee“ (2013), „Lichter der Tiefsee“ (2017) und „Extreme der Tiefsee - Eisige Abgründe“ (2018) der Terra-X ZDF-Serie haben mich auch sehr beeindruckt und zusätzlich motiviert, meine Jahresarbeit zu dem Thema Tiefsee anzufertigen.

Zielsetzung meiner Jahresarbeit ist es daher, die Tierwelt in der Tiefsee exemplarisch anhand von Beispielen darzustellen. Es soll dabei auch gezeigt werden, welche Überlebungsstrategien die Tiere als Überlebenskünstler in der Tiefsee aufweisen, die sich den extremen Bedingungen (hoher Druck, tiefe Temperatur und Dunkelheit) der Tiefsee angepasst haben. Diese Arbeit kann natürlich nur einen kleinen Einblick über die Vielfalt der Tiefsee mit den dortigen Lebensformen geben.

2. Hauptteil

2.1 Wasserschichten und Nahrung für Meerestiere – ein Überblick

2.1.1 Die Lichtzone (0 bis 200 m)

Die oberen 200 Meter der Meere werden von Sonnenlicht durchdrungen. In dieser hellen Lichtzone (auch euphotische oder photische Schicht genannt (6, Seite 176) kann daher pflanzliches Plankton blühen. Das pflanzliche Plankton bildet die Grundlage fast allen Lebens in den Meeren (3, Seite 6). Das atmosphärische Kohlendioxid (CO2) wird im Meerwasser zum Teil gelöst und das Phytoplankton verwandelt dieses mittels oxygener Fotosynthese [G1] in organische Kohlenstoffverbindungen in Form von Biomasse um. In diesem Prozess wird Sauerstoff (O2) gebildet 4. Etwa die Hälfte des Sauerstoffs in unserer Atmosphäre wird ursprünglich auf diesem Wege in der Lichtzone der Meere produziert 4. Das ist zunächst erstaunlich. Immerhin beträgt die lebende Biomasse im Ozean nur etwa ein Zweihundertstel der in den Landpflanzen fixierten Biomasse 21. Primärproduzenten im Meer leisten also, bezogen auf ihre Masse, fast das Zweihundertfache der Landpflanzen 21. Hierin spiegelt sich die hohe Produktivität einzelliger Algen wider. Algen reichern das Kohlenstoffdioxid lokal im sogenannten Pyrenoid [G2] an, um die Photosynthese-Effizienz zu steigern 20. Phytoplankton, eine Sammelbezeichnung für mikroskopisch kleine, vorwiegend einzellige Mikroorganismen, besteht vor allem aus Kieselalgen, Grünalgen und Cyanobakterien 4. Diese autotrophen [G4] Organismen stellen die Basis des gesamten Nahrungsnetzes im marinen Ökosystem dar 4. Sie sind primäre Nahrungsquellen für das Zooplankton – die am häufigsten vorkommenden vielzelligen Organismen der Meere –, welche wiederum Nahrungsquelle für Fische und viele andere Meereslebewesen sind 4. Für effizientes Wachstum des Phytoplanktons sind außer Sonnenlicht, Wasser und CO2 auch Nährstoffe (z. B. Nitrat und Phosphat) nötig [4,5].

2.1.2 Die Dämmerlichtzone (200-1000 m)

Die Dämmer- oder Restlichtzone beginnt bei 200 Metern und reicht bis 1000 Meter Tiefe 3. Es gibt hier so wenig Licht, dass kein pflanzliches Leben mehr möglich ist. Alle Lebewesen sind hier Tiere oder Bakterien (3, Seite 6). Der Nährstoffgehalt ist hier sehr niedrig, doch an niedrige Nährstoffgehalte angepasste Bakterien und Archaeen [G4] sind hier reichlich vorhanden (6, Seite 176). Zur Nahrungsaufnahme steigen daher manche Tiere in höher gelegene Wasserschichten auf (3, Seite 6). Im globalen Mittel sinken rund 30% des an der Meeresoberfläche produzierten organischen Kohlenstoffs in die dunklen Meerestiefen ab und zwar in der Form von gelösten organischen Kohlenstoff-verbindungen 4 und als schwebende und absinkende größere Partikel, sogenannter Meeresschnee (6, Seite 176). Etwa 1% organischer Kohlenstoff erreicht den Meeresgrund 4.

2.1.3 Die Dunkelzone (> 1000 m)

Unterhalb von 1000 Metern beginnt die Dunkelzone und damit die Tiefsee. Diese reicht bis zum Meeresgrund (3, Seite 6). Die Ozeanbecken sind im Durchschnitt knapp 4000 Meter tief (3, Seite 6). An manchen Stellen – sie machen nur ein Hundertstel der Fläche der Ozeanböden aus – geht es jedoch noch tiefer hinab, bis zu elf Kilometern Tiefe (3, Seite 6). Diese Tiefseegräben liegen dort, wo eine Platte der Erdkruste unter eine andere absinkt. In der Nähe entstehen dann meist Vulkane (3, Seite 6).

Schätzungen zufolge leben 15 bis 20 Prozent aller Fische in der Tiefsee 7. Über ihre Lebensweise ist wenig bekannt – was man weiß, ist dafür umso faszinierender. Den extremen Bedingungen des Lebensraums (niedrige Temperatur: 2-3 oC 1, niedrige Nährstoffgehalte (6, Seite 176) und hoher Wasserdruck: In 10.000 Metern Tiefe lastet auf jedem Quadratzentimeter ein Gewicht von etwa einer Tonne 1) begegnen die Fische mit beeindruckenden Überlebensstrategien. Die Ziele sind klar: fressen, nicht gefressen werden (Tarnung) und Nachkommen zeugen. Der Weg dorthin fällt bei den einzelnen Arten sehr unterschiedlich aus. Riesige Mäuler, Teleskopaugen oder Leuchtangeln (Biolumineszenz) am Kopf. Was die Fische erscheinen lässt wie Monster, ist in Wirklichkeit die perfekte Anpassung an die kargen und dunklen Weiten der Tiefsee 7. Da jedes Ökosystem auf das Vorhandensein von Primärproduzenten, d. h. auf autotrophe, Nahrung schaffende Lebewesen angewiesen ist, lebt der Großteil der Tiefseelebewesen auch von sedimentierenden abgestorbenen Algen 2. 1977 machten Forscher, die mit dem Tauchboot „Alvin“ in der Nähe der Galapagos-Inseln unterwegs waren, eine sensationelle Entdeckung. Sie fanden in mehr als 2000 Meter Tiefe unterseeische Thermalquellen 8. Heißes Magma, das sich hier sehr dicht unter dem Meeresboden befindet, erhitzt das Meereswasser, welches an anderen Stellen in den Meeresboden eindringt. Zu den erstaunlichsten Lebewesen dort gehören riesige Röhrenwürmer 8. Sie bedecken den Boden direkt am Rand der Schlote und leben im Innern muschelähnlicher Röhren. Diese Würmer haben weder ein Maul, noch einen Darm, einen Darmausgang oder einen Magen. Ihr Inneres ist ausgekleidet mit besonderen Bakterien. Diese Bakterien leben von dem schwefelhaltigen Wasser und wandeln es in Nährstoffe um, von denen wiederum die Würmer leben. Statt der Photosynthese zum Aufbau von organischer Materie, die in der lichtdurchfluteten Schicht (Lichtzone) stattfindet, wird die Chemosynthese (Chemolithotrophie [G5]) 9 in der Dunkelzone genutzt, um Biomasse an lokalen Orten (Thermalquellen) aufzubauen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Schematische Darstellung der Wasserschichten mit Angabe der Tiefe, Temperatur (10, Seite 43) und des Druckes. In der Lichtzone wird durch Fotosynthese Biomasse aufgebaut. In der Dämmerungszone und in der Dunkelzone findet keine Fotosynthese mehr statt. Abgestorbene Biomasse aus der Lichtzone gelangt als Meeresschnee in die Dämmerungs- und Dunkelzone (siehe Text)

2.2 Chronologie der Expeditionen und Erforschung der Tiefsee

Die wissenschaftliche Erkundung der Weltmeere begann erst vor etwa zwei Jahrhunderten und stellte die Forscher vor schier unlösbare Probleme. Lange Zeit glaubten sie, dass in mehr als 600 Metern Tiefe kein Leben mehr existieren könne (3, Seite 8). Das stellte sich als Irrtum heraus, als später mit Baggern und Netzen neue seltsame Kreaturen aus der Tiefe nach oben geholt wurden. Heute erkunden Meeresforscher mit Tauchbooten und Tauchrobotern die Tiefsee und bringen bei jeder Tauchfahrt neue Erkenntnisse aus dem Reich der Finsternis mit (3, Seite 8).

Einige wichtige Expeditionen zur Eroberung der Tiefsee (3, Seite 8):

1872–1876: Das britische Forschungsschiff „Challenger“ umsegelt die Welt. Die Forscher entdecken unterseeische Gebirgsketten und mehr als 4700 neue Tierarten, die mühsam mit Netzen aus bis zu 5500 Metern Tiefe nach oben geholt worden sind. Damit wurde erstmals bewiesen, dass die Tiefsee belebt ist.

1930: William Beebe und Otis Barton (der Erfinder der Tauchkugel) werden mit der „Bathysphäre“ an einem Stahlseil 427 Meter ins Meer hinabgelassen. Die beiden beobachten die Tiere der Tiefsee in ihrer natürlichen Umgebung und sehen, wie von ihnen seltsame Lichtblitze ausgehen.

1938: Sensation! Amerikanische Fischer fangen einen Quastenflosser, der seit 65 Millionen Jahren als ausgestorben gilt. 50 Jahre später gelingt es dem deutschen Zoologen Hans Fricke mit dem Tauchboot „GEO“ diese „lebenden Fossilien“ bei den Komoren-Inseln in 200 Metern Tiefe zu filmen.

1948: Otis Barton taucht in seiner neu konstruierten „Bentosphäre“ auf 1370 Meter Tiefe.

1960: Am 23. Januar 1960 tauchen der Schweizer Jacques Piccard und der Amerikaner Don Walsh mit der „Trieste“ ins Challengertief des Marianengrabens hinab. In 10916 Metern Tiefe erkennen die beiden durch das winzige Plexiglasfenster gerade einmal einen einzigen Fisch. Die beiden Männer bleiben nur 20 Minuten am Meeresgrund.

1977: Das Tauchboot „Alvin“ stößt bei den Galapagosinseln in 2500 Metern Tiefe auf unterseeische heiße Quellen, die Schwarzen Raucher. Aus meterhohen Türmen, die aus Mineralablagerungen bestehen, strömt 400 Grad Celsius heißes Wasser. Direkt daneben findet sich eine Lebensgemeinschaft aus Bakterien, Würmern, Krebsen und auch Fischen. 1985: Das französische Forschungstauchboot „Nautile“ kann bis zu 6000 Meter tief tauchen.

1989: Immer tiefer. Das japanische Tauchboot „Shinkai 6500“ schafft es auf 6500 Meter Tiefe. Geologen wollen damit den Meeresboden vor der japanischen Ostküste erforschen.

1995: Der japanische Tauchroboter „Kaiko“ taucht 10911 Meter tief ins Challengertief des Marianengrabens hinab. Im Jahr darauf holt „Kaiko“ sogar Sedimentproben aus dem Tiefseegraben.

2012: Mit der eigens konstruierten „Deepsea Challenger“, einem Ein-Mann-Tauchboot, erreicht der Regisseur James Cameron (er verfilmte die Kollision der legendären „Titanic“ mit einem Eisberg im Nordatlantik) als dritter Mensch die tiefste Stelle des Marianengrabens.

2.3 Meerestechnik für die Tiefseeforschung

Die Tiefsee wird als eines der letzten Grenzgebiete in der Erforschung unseres blauen Planeten angesehen. Zu den großen Herausforderungen, die uns den Zugang zu diesem Lebensraum erschweren, zählen neben der Dunkelheit tiefe Temperaturen (im Mittel um 2 Grad Celsius), hohe Korrosion im salzigen Meerwasser, hoher Umgebungsdruck, biologischer Bewuchs („biofouling“), stürmische See mit hohem Wellengang sowie die schwierige Datenübertragung ohne Kabel, die nur auf die Akustik beschränkt ist. Dies macht die Tiefseetechnik zu einer Spitzentechnologie, die sehr viele Analogien zur Weltraumforschung aufweist (10, Seite 31).

Die wichtigsten Plattformen für den Einsatz der Meerestechnik in der Tiefseeforschung sind immer noch die Forschungsschiffe. Moderne Forschungsschiffe verfügen heute über Glasfaserhybridkabel und Winden mit Hubkompensation, die den videogeführten Einsatz bis in mehr als 10.000 m Wassertiefe ermöglichen (10, Seite 32). Hinzu kommt die dynamische Positionierung, mit der Forscher heute in der Lage sind, Geräte auch noch in großer Tiefe im Dezimeterbereich am Meeresgrund zu positionieren. Ein anderer Aspekt ist die gestiegene Größe und Komplexität der Großgeräte, wie etwa beim Einsatz von kabelgebundenen und autonomen Robotern, Meeresboden-Bohrgeräten und Beobachtungsstationen (10, Seite 32). Viele dieser Systeme werden sogar gleichzeitig eingesetzt, um die teure Schiffszeit effizienter zu nutzen. So entwickelt sich das Forschungsschiff bei Großprojekten immer mehr zum Leitstand für eine ganze Flotte autonomer und kabelgebundener Geräte (10, Seite 32).

Die technischen Weiterentwicklungen in der Unterwassernavigation ermöglichen es, dass die kabelgeführten Roboter (Remotely Operated Vehicle, übersetzt: ferngesteuertes Fahrzeug, kurz ROV) diese Führungsaufgabe übernehmen und das Forschungsschiff in das gewünschte Arbeitsgebiet leiten (10, Seite 32). Diese ROVs sind über ein kilometerlanges Kabel mit dem Mutterschiff verbunden. Über dieses Kabel wird der Roboter mit Strom versorgt (3, Seite 37). Die Forscher sitzen an Deck des Mutterschiffs und steuern den Tauchroboter über die Monitorbilder der Videokameras. Mit den Greifarmen können sie Proben vom Meeresboden nehmen, Tiere einfangen oder automatische Messgeräte am Meeresboden absetzen (3, Seite 37). Neben den ROVs gibt es auch sogenannte AUVs (Autonomous Underwater Vehicles, übersetzt: autonome Unterwasserfahrzeuge). Diese Unterwasserfahrzeuge sind unbemannt und werden von einem bordeigenen Computer gesteuert (3, Seite 37). AUVs können detaillierte Karten des Meeresbodens anfertigen oder Unterwasserkabel und Pipelines inspizieren (3, Seite 37). Meeresforscher setzen AUVs ein, um hydrothermale Quellen oder Methanhydratfelder aufzuspüren (3, Seite 37). Gleichzeitig ermöglichen moderne Satellitensysteme eine Breitbandverbindung zwischen Forschungsschiff, Forschern und Öffentlichkeit an Land, so dass Videoaufnahmen quasi in Echtzeit übertragen werden können. Dies eröffnet großartige Möglichkeiten für die Wissenschaft, aktuelle Daten innerhalb der Gemeinschaft auszutauschen und Spezialisten, die nicht an Bord sein können, zu informieren und fachkundige Unterstützung einzuholen (10, Seite 34).

2.4 Die Lebenswelt und Arten der Tiefsee

2.4.1 Die Tiefsee als Lebensraum

Ewige Nacht, hoher Druck und gleichbleibende Kälte sind die wenig einladenden Bedingungen der Tiefsee. Die Tiefsee galt daher früher als lebensfeindlich 2. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts gingen Forscher davon aus, dass es in der Tiefsee kein Leben gibt 1. Es hat sich aber herausgestellt, dass sich die Tiere in der Tiefsee durch Spezialisierung den extremen Bedingungen angepasst haben.

In mittleren Breiten von etwa 200 m bis etwa 1000 m Wassertiefe nimmt die Temperatur deutlich ab. In der Tiefsee herrschen Temperaturen von -1 bis 4 oC (10, Seite 43). Die meisten Stoffwechselprozesse der dort lebenden Organismen laufen aufgrund der niedrigen Temperatur wesentlich langsamer ab. Auch ist es sehr energieaufwendig, bei dieser Kälte schnelle Bewegungen auszuführen, so dass sich die Fische meist träge bewegen. Das liegt jedoch nicht nur an der Kälte, sondern auch am enormen Wasserdruck. In 1000 m Wassertiefe herrscht ein hydrostatischer Druck von 100 bar. In 4000 m Tiefe sind es bereits 400 bar (10, Seite 43) Das Meerwasser wird jedoch durch den Druck wenig komprimiert. In 4.000 m Tiefe um 1,8 %, in 6.000 m um 2,6 % und in 10.000 m etwas über 4 % 2. Anders als ihre weiter oben lebenden Artgenossen besitzen Tiefseefische daher meist keine Schwimmblase (10, Seite 44). In Tiefen unter 600 Meter herrscht fast vollständige Dunkelheit. Daher fehlen in der Tiefsee jegliche Pflanzen 2. Nahrungsarmut ist daher der Normzustand der Tiefsee (10, Seite 44).

2.4.2 Welche Tiere leben in der Tiefsee?

Die Zahl der Lebewesen nimmt zwar mit zunehmender Wassertiefe ab. Doch dafür ist die Artenvielfalt dort unten groß 1. Viele der Tiere, die sich hier tummeln, fallen durch ihr bizarres Äußeres auf. Davon zeugen auch die ausgefallenen Namen: Ob Vampirtintenfisch, Seefledermaus oder Peitschenangler – das Aussehen hält, was der Name verspricht 1.

Besonders vielseitig ist das Leben auf den Meeresböden. Es konnten bereits an die 200.000 Arten von Bodenbewohnern identifiziert werden 1. Man geht davon aus, dass hier noch Millionen von Arten zu finden sein werden, vor allem winzige Tierchen im Tiefseeschlamm 1. Selbst die tiefsten Seegräben sind bewohnt. Hier leben vor allem Muscheln, Borstenwürmer und Seegurken, die sich von organischen Partikeln aus dem Meeresschlamm ernähren 1. Seegurken machen in 4000 Metern Tiefe etwa die Hälfte der Masse aller Organismen aus, in 8500 Metern sogar 90 Prozent 1. Die bis zu zwei Meter großen Stachelhäuter sind die Herrscher der Gräben 1.

Mehr als zehn Millionen unentdeckte Arten vermuten Meeresforscher in den dunklen Tiefen der Ozeane 2. Etwa 350 bis 500 verschiedene Seesterne, Seegurken, Schwämme, Seeanemonen und Krebse fanden Forscher allein in einem Gebiet vor der Küste von Peru in 4.100 Metern Tiefe 2.

Im Folgenden werden einige Tiere vorgestellt, die in der Tiefsee leben. Die Auswahl ist willkürlich und dient dazu, die Vielfalt der Tiere in der Tiefsee exemplarisch darzustellen (vgl. hierzu auch Tabelle 1).

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