Die Nahrungskette einmal anders herum

Max-Planck-Meeresforscher entdecken, dass in der Tiefsee zuerst Würmer und Krebse die Nahrung aufbereiten, bevor diese von Mikroorganismen endgültig abgebaut wird

19. August 2003

Die Erdoberfläche besteht zu mehr als fünfzig Prozent aus Meeresboden, der mehr als 3.000 Meter unter dem Wasser liegt. Das Leben auf dem Tiefseeboden geht sehr eigene Wege. So gibt es im tiefen Nordatlantik nur einmal im Jahr Nahrung. Nach der wiederkehrenden Planktonblüte sinken dann abgestorbene Algen auf den Meeresboden herab. Wie die Lebensgemeinschaft der Tiefsee mit diesen Ressourcen ein ganzes Jahr haushalten kann, war bisher nicht bekannt. Erst jetzt haben deutsche Meeresbiologen vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie (Bremen) zusammen mit Kollegen von Geomar (Kiel), der Universität Tübingen und der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (Braunschweig) zum ersten Mal mit Hilfe modernster Tiefseetechnik und Isotopen-Markierung diese Zusammenhänge im größten Ökosystem der Erde ergründet. Überraschend stellten sie fest: Es sind nicht, wie bisher angenommen, die vielen Bakterien und anderen Mikroorganismen, sondern die wenigen kleinen Krebse und Würmer, die als erste die organische Nahrung aufnehmen. Sie sind es auch, die die abgestorbenen Algen in die Tiefen ihrer Bauten schleppen. Damit bringen sie die Nahrung erst dorthin, wo sich dann auch weitere Abnehmer dafür finden. Erst dort kommen die kleineren Bewohner, wie Nematoden, und anschließend die verschiedenen Mikroorganismen an die Reihe. Diese Entdeckung am Grund der Ozeane ist sehr wichtig, um den Abbau von organischem Kohlenstoff am Tiefseeboden als Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs verstehen und die Stabilität dieses Ökosystems besser abschätzen zu können.

Es ist eine Binsenweisheit: Alles Leben braucht Energie. Das gilt auch für die Bewohner auf dem Grund der Tiefsee. Diese Böden bedecken mehr als die Hälfte der Erdoberfläche und bilden das größte Ökosystem der Erde. Auf diesem Tiefseeboden geht es - für menschliche Verhältnisse - ziemlich ungemütlich zu. Dort unten ist es stockfinster, die mittlere Temperatur liegt bei 2 bis 4 Grad Celsius und die Nahrung ist extrem knapp. Doch bis heute war nur wenig darüber bekannt, wie das Leben dort organisiert ist und wie es mit den sehr begrenzten Nahrungsressourcen umgeht.

Am Anfang der Nahrungskette stehen kleine, einzellige Algen, die mit Hilfe der Photosynthese Biomasse aufbauen und so das als Treibhausgas bekannte Kohlendioxid binden. Diese Verbindung ist ein wesentlicher Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, der entscheidend unser Klima beeinflusst.

Mikroskopisch kleine Diatomeen (links) sind Teil der Nahrung für die Tiefseebewohner. Thalassiosira rotula wächst in Zellverbänden, in denen die einzelnen Zellen durch einen Gallertfaden miteinander verbunden sind. Rechts: Eine typische Mischung von Phytoplankton. Mit speziell markierten Zellen von Thalassiosira rotula gelang es erstmals, den genauen Weg der Nahrung durch die Nahrungskette an Ort und Stelle im Tiefseeboden zu verfolgen.

Im Nordatlantik gibt es in jährlichen Abständen eine Algenblüte, die auch vom Satelliten aus zu erkennen ist. Sterben die Algen dann ab, kommt am Meeresboden ein großer Nahrungsschub an und das "große Fressen" kann beginnen. Bisher gab es allerdings nur wenig wissenschaftliche Fakten darüber, was dabei genau passiert. Um diesen Abbauprozess genau zu verfolgen, haben nun die Wissenschaftler um Ursula Witte vom Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie und ihre Kollegen Algen der Art Thalassiosira rotula eingesetzt (s. Abb. 1). Diese Algen markierten sie mit dem stabilen Kohlenstoffisotop C13, um den Weg des Algenkohlenstoffs durch die Nahrungskette der Tiefsee verfolgen zu können.

Im Mai 2000 brach ein Team von Meereswissenschaftlern an Bord des deutschen Forschungsschiff "FS Poseidon" auf zur "Porcupine Abyssal Plain" (PAP) mitten im Atlantik, rund 1.000 Seemeilen südwestlich von Irland. Dort schickten de Forscher Tiefseeroboter, so genannte "Lander", zum Meeresgrund. Alles lag gut im Zeitplan, denn im Mai 2000 war es noch weit bis zur eigentlichen Algenblüte. Vielmehr war dort seit fast einem Jahr keine Nahrung mehr auf dem Grund angekommen - ein idealer Zeitpunkt, um mit Hilfe der markierten Algen zu studieren, was genau beim Eintreffen eines Nahrungspulses passiert.

Mit dem deutschen Forschungsschiff "Poseidon" (links) gingen die Meeresforscher auf große Fahrt in den Atlantik zur "Porcupine Abyssal Plain". Dort konnten die Wissenschaftler mit ihren neu entwickelten Tiefseeforschungsgerät die Aktivitäten am Meeresboden in mehr als 3.000 Meter Tiefe verfolgen. Rechts: Aussetzen eines Landers.

Die Messungen zeigten, dass der von den Wissenschaftlern künstlich ausgelöste Nahrungspuls in den Messkammern des Tiefseeroboters besonders schnell umgesetzt wurde. Die Bioaktivität - gemessen an der Umsetzungsrate von Sauerstoff - verdoppelte sich schlagartig. Das kam überraschend für die Wissenschaftler, erwartet hatten sie, dass es Tage bis Wochen dauern würde, bis der Abbauprozess auf Touren kommt. Immerhin stellen Bakterien etwa 95 Prozent der Biomasse in den oberen Tiefseesedimenten. Deshalb glaubte man lange, die Mikroorganismen wären maßgeblich für den Abbau organischen Materials in der Tiefsee verantwortlich.

Die Messreihen am Porcupine Abyssal Plain belegten nun, dass zuerst die größeren Bewohner wie Krebse und Würmer (Größe bis zu 1 Zentimeter) die Nahrung in Angriff nehmen und sie in ihre Gänge transportierten. Dort, in bis zu 10 Zentimeter Tiefe des Sediments, konnten sich dann auch kleinere Lebewesen wie Nematoden, die ansonsten den Weg zur Oberfläche des Meeresbodens niemals schaffen würden, über die Reste und Ausscheidungen der Würmer und Krebse hermachen. Als Nebeneffekt durchlüften die Krebse und Würmer dabei den Meeresboden und sorgen so für optimale Sauerstoffbedingungen. Und erst ganz zum Schluss nach etwa drei Wochen - kommen die Mikroorganismen an der Reihe.

Weitere Forschungsarbeiten am Tiefseeboden sind erforderlich, denn diese Ergebnisse zeigen, wie wenig die Menschheit immer noch über die Tiefsee weis. Dank der einer neuartigen Kombination moderner Technologien können die Forscher nun in Zukunft genauere Einblicke in das riesige Ökosystem auf dem Grund der Ozeane gewinnen. Das ist auch deshalb dringend nötig, weil sich international die Vorschläge mehren, den Meeresboden als Deponie für unerwünschte Stoffe zu nutzen.

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