Neuentdeckung in der Tiefsee: Würmer wachsen in Steinen!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhang Zhao

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Entwicklungen in Spitzenwissenschaft und -technologie zu verstehen, hat das Spitzenwissenschafts- und -technologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Hilfe beim Verstehen führender wissenschaftlicher Zeitschriften“ veröffentlicht, in der herausragende Artikel aus maßgeblichen Zeitschriften ausgewählt und so schnell wie möglich in einfacher Sprache interpretiert werden. Erweitern wir unseren wissenschaftlichen Horizont und genießen wir den Spaß an der Wissenschaft durch das Fenster der Top-Zeitschriften.

Das „unbekannte Reich“ der Tiefsee

Gibt es unbekannte Ecken auf der Erde?

Obwohl die Menschen heute die höchsten Gipfel an Land, die tiefsten Teile des Ozeans und sogar den Mond und den Mars erforscht haben, gibt es über die riesigen Ozeane unseres Planeten noch immer viele Unbekannte. Nach Schätzungen der US-amerikanischen Wetter- und Ozeanbehörde sind erst etwa 5 % der Ozeane erforscht, das heißt, 95 % der Fläche sind dem Menschen noch unbekannt.

Tief im riesigen Pazifischen Ozean liegt eine geheimnisvolle Unterwasser-Gebirgskette verborgen – der Ostpazifische Rücken. Hier treffen zwei große tektonische Platten aufeinander. Hier wird neue Erdkruste gebildet und mit einer Geschwindigkeit von 70 mm pro Jahr zur Seite geschoben. Dies führte auch zu häufiger vulkanischer Aktivität und der Entstehung zahlreicher hydrothermaler Quellen. Hydrothermale Quellen sind wie „heiße Quellen“ auf dem Meeresboden, wo Meerwasser in die Erdkruste sickert, auf Magma trifft und dann mit großen Mengen an Mineralien heraussprudelt. Einige heiße Quellen haben aufgrund des hohen Sulfidgehalts eine schwarze Farbe, daher der Name „Schwarzer Kamin“.

Tiefsee-Hydrothermalquellen „schwarze Kamine“ im Atlantik

(Bildnachweis: National Oceanic and Atmospheric Administration)

Noch beeindruckender ist die einzigartige ökologische Umgebung hier. Der Ort, den man ursprünglich für eine Wüste des Lebens hielt, ist unerwartet „lebendig“: riesige Röhrenwürmer mit einer Länge von bis zu zwei Metern, Schnecken mit „eisernen Füßen“, Pompejiwürmer, die Temperaturen von 80 °C aushalten können … Ihre Existenz hat das traditionelle biologische Verständnis auf den Kopf gestellt und ist zu einem Hotspot für die Erforschung der Art und Weise geworden, wie Leben in extremen Umgebungen überlebt.

Riesige Röhrenwürmer leben in hydrothermalen Quellen am Ostpazifischen Rücken

(Bildnachweis: National Oceanic and Atmospheric Administration)

Doch seit der Entdeckung der ersten Ökosysteme unterseeischer hydrothermaler Quellen im Jahr 1977 gingen Wissenschaftler im Allgemeinen davon aus, dass in der Meeresbodenkruste unter diesen hydrothermalen Quellen nur Mikroorganismen und Viren überleben können. Es war immer unbekannt, ob sich unter dem massiven Gestein noch anderes Leben verbirgt.

Das Rätsel wurde kürzlich gelöst. Das Forschungsteam der Universität Wien führte mit dem Unterwasserroboter SuB-astian Erkundungen im Gebiet der hydrothermalen Quellen in einer Tiefe von 2.515 Metern durch und entdeckte dabei eine völlig neue Welt des Lebens. Unser Verständnis der Ökosysteme der Tiefsee wurde dadurch grundlegend erweitert.

2.500 Meter tief in den Ozean

Das ursprüngliche Ziel des Teams bestand darin, kleine Löcher in den Meeresboden zu bohren, um zu untersuchen, wie sich Riesenröhrenwurmlarven in hydrothermalen Gebieten ansiedeln. Als der Unterwasserroboter jedoch vorsichtig mit einem Meißel ein etwa zwei Zentimeter breites Loch meißelte, hielten die Wissenschaftler in Echtzeit einige unerwartete Szenen fest.

Diese unerwartete Entdeckung veranlasste sie, mutigere Maßnahmen zu ergreifen. Sie steuerten den Roboter fern und hoben vorsichtig eine etwa 10 bis 15 Zentimeter dicke Platte aus Vulkangestein an. Als die Felsplatte umgedreht wurde, waren alle schockiert über den Anblick, der sich ihnen bot: Unter dem harten Gestein befand sich ein etwa zehn Zentimeter hoher Hohlraum, und dieser Hohlraum war voller lebhafter Tiefseelebewesen! Unter dem Felsen befindet sich eine verborgene „unterirdische Stadt“.

Unterwasser-"Dungeon"

Die architektonische Struktur dieser Tiefsee-„Untergrundstadt“ ist sehr komplex. Stellen Sie sich ein mehrstöckiges Parkhaus vor: Jede Ebene ist durch dicke Betonböden voneinander getrennt und die einzelnen Ebenen sind durch Rampen miteinander verbunden. Auch die Unterwasser-„Untergrundstadt“ weist einen ähnlichen Aufbau auf: Sie besteht aus mehreren übereinander gestapelten Schichten vulkanischer Gesteinsplatten, die zwischen den einzelnen Schichten etwa 10 cm hohe Hohlräume bilden. Diese Hohlräume sind durch Risse im Gestein miteinander verbunden und werden von warmem Meerwasser durchströmt.

Mehrschichtige Hohlraumstruktur unter dem Gestein

(Bildquelle: Literatur)

In dieser einzigartigen unterirdischen Welt ist der Riesenröhrenwurm (Riftia pachyptila) noch immer der unangefochtene Protagonist. Ihre Körperlänge kann bis zu 50 Zentimeter betragen, und ihre riesigen Körper wachsen wild und sind voller Hohlräume, die so verworren sind wie unterirdische Baumwurzeln. Diese Röhrenwürmer haben weder Mund noch Verdauungssystem. Sie leben in Symbiose mit Bakterien in ihrem Körper und sind auf die Bakterien angewiesen, um Sulfide zur Energiegewinnung abzubauen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass diese Röhrenwürmer unter der Erde nicht nur überleben, sondern sich dort sogar vermehren können.

Riesige Röhrenwürmer wachsen unter einem Felsen hervor

(Bildquelle: Literatur)

Neben den Riesenröhrenwürmern gibt es auch einige kleinere Röhrenwürmer (Oasisia alvinae). Sie wachsen besonders gerne um die „Felsstalaktiten“, die oben aus der Höhle herausragen. Einige Exemplare erreichen eine Länge von bis zu 20 cm und sind damit länger als alle bisher auf dem Meeresboden gefundenen Exemplare ihrer Art.

Neben „Nagelhaushalten“ wie Röhrenwürmern leben in der „Untergrundstadt“ auch einige mobile Bewohner. Hierzu zählen Vielborster (Paralvinella), die sich von einer weißen Matte aus Mikroorganismen am Boden einer Höhle ernähren.

Es gibt auch einige Raubtiere, wie zum Beispiel einen Sandwurm (Nereis sandersi) in der Familie Nereis. Sogar Weichtiere haben hier ihren Platz gefunden: Die Forscher fanden einige Gastropoden und eine halbsesshafte Meeresschnecke (Neomphalus fretterae).

Andere Lebewesen, die unter Felsen leben

(Bildquelle: Literatur)

Diese Tiere bilden ein komplettes Ökosystem mit entsprechenden Arten vom unteren bis zum oberen Ende der Nahrungskette. Sie leben entweder in einem festen Zustand oder schwimmen frei. An diesem unbekannten Ort könnten sie Zehntausende oder sogar Hunderte Millionen Jahre gelebt und sich vermehrt haben.

Das Geheimnis des „Verlieses“

Nach der ersten Überraschung begannen die Wissenschaftler weiter zu denken: Wie überleben diese Kreaturen in der „unterirdischen Stadt“?

Durch Messungen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die Umgebung dieser unterirdischen Hohlräume tatsächlich den hydrothermalen Gebieten an der Oberfläche des Meeresbodens sehr ähnlich ist: Die Temperatur liegt konstant bei etwa 18 Grad Celsius, der pH-Wert beträgt etwa 6,1, sie enthält reichlich Sulfide und ausreichend Sauerstoff. Eine solche Umgebung bietet den Organismen auf dem Meeresboden natürliche Voraussetzungen für die Entwicklung unter der Erde.

Tatsächlich dürften die Ökosysteme auf dem Meeresboden und unter den Felsen miteinander verbunden und einheitlich sein, was sich gut in den Riesenröhrenwürmern widerspiegelt. In unterirdischen Hohlräumen wachsen Röhrenwürmer entweder aus Felsspalten nach oben zum Meeresboden oder hängen von der Oberseite der Höhle herab, um Nährstoffe aus dem umgebenden Wasser zu gewinnen. Ihre Lebensweise ist der der Röhrenwürmer auf dem Meeresboden nicht unähnlich. Sie nutzen symbiotische Bakterien, um Sulfide im Meerwasser abzubauen und sich so mit Energie zu versorgen.

Interessant ist, wie sie sich vermehren. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Larven der Röhrenwürmer nicht wie bisher angenommen im Meerwasser treiben, sondern mit kaltem Meerwasser in die Erdkruste sickern, durch unterirdische Hohlräume hydrothermaler Systeme wandern und dann aus anderen Rissen ausbrechen. Diese Hohlräume und Risse unter den Felsen gleichen einem ausgedehnten „U-Bahn-System“, das es den Larven ermöglicht, jeden geeigneten Ort zur Ansiedlung zu nutzen und zu erreichen.

Wissenschaftler spekulieren über den Zusammenhang zwischen dem Oberflächenökosystem des Meeresbodens und dem Ökosystem in der Felshöhle. Die Larven der Riesenröhrenwürmer können durch ein unterirdisches „Transportsystem“ wandern.

(Bildquelle: Literatur)

Leben ist überall

Wenn wir den Schock, den diese Entdeckung bei der Menschheit ausgelöst hat, in einem Satz zusammenfassen wollen, dann müsste dieser lauten: „Leben ist überall.“ Früher glaubten wir, die Tiefsee sei eine „Wüste des Lebens“, doch die Entdeckung der Ökosysteme unterseeischer hydrothermaler Quellen widerlegte diese Ansicht.

Danach hielt man es für unmöglich, dass unter den Felsen großes Leben existieren könnte, doch diese Forschung hat ihre Annahmen erneut zunichte gemacht. Die Bedeutung dieser Entdeckung liegt darin, dass sich Leben an solch extreme Umgebungen anpassen kann. Ist es dann möglich, Leben in ähnlichen Umgebungen zu fördern?

Es gibt ähnliche Umgebungen im Sonnensystem, eine davon ist der Jupitermond Europa, auch bekannt als Europa. Dieser Satellit ist etwas kleiner als der Mond und verfügt möglicherweise über einen Kern aus Eisen und Nickel sowie eine Silikatschale ähnlich der Erde. Das Wichtigste dabei ist, dass seine Kruste aus Wasser und Eis besteht: Unter seiner Hunderte Kilometer dicken Eisschicht verbirgt sich wahrscheinlich ein flüssiger Ozean.

Wissenschaftler vermuten, dass es in Europas Ozeanen Umgebungen gibt, die denen in den hydrothermalen Tiefseequellen der Erde ähneln, und die heutige Forschung gibt uns einen Einblick in die Möglichkeit, Leben auf anderen Planeten zu finden. Wenn es außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem gibt, wird es höchstwahrscheinlich nicht durch Sonnenlicht erhalten.

Ein Bild von Europa, seiner inneren Struktur und die Darstellung eines Künstlers möglicher hydrothermaler Quellen im Ozean Europas.

(Bildnachweis: NASA, Kelvinsong)

Darüber hinaus hat diese Forschung auch neue Überlegungen zur Entstehung des Lebens angestoßen. Hydrothermale Quellen gelten seit langem als eine der möglichen Geburtsstätten frühen Lebens auf der Erde. Nun stellen wir fest, dass es sich hier nicht nur um einfache Mikroorganismen handelt, sondern auch um große Organismen mit viel komplexeren Zellen. Vielleicht fand die „Wiegenzeit“ des Lebens auf der Erde „heimlich“ im Untergrund statt.

Nun können wir vielleicht die Frage am Anfang dieses Artikels beantworten. Der Mensch hat durch wiederholte „Eroberungen“ Arroganz gelernt, doch die Natur lehrt uns auch unermüdlich Demut. Das Leben unter Tiefseegestein sagt uns: Gehen Sie niemals davon aus, dass Sie genug über diesen Planeten und das Leben darauf wissen.

(Hinweis: Lateinische Teile im Text sollten kursiv gedruckt werden)

Quellen:

[1]Bright, M., Gollner, S., de Oliveira, AL et al. Tierleben in der flachen Kruste unter dem Meeresboden an hydrothermalen Tiefseequellen. Nat Commun 15, 8466 (2024).

[2]García, María Colín et al. „Hydrothermale Quellen und präbiotische Chemie: eine Übersicht.“ (2016).

[3]http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/

[4] Peter Lonsdale, Clustering of suspension-feeding macrobenthos near abyssal hydrothermal vents at oceanic spreading centers, Deep Sea Research, Band 24, Ausgabe 9, (1977).