Die Tiefsee ist das letzte unerforschte Gebiet der Erde. Dieses rätselhafte Ökosystem enthält seit langem Antworten auf einige der wichtigsten Fragen der Wissenschaft. Jetzt treibt eine neue Welle von Technologien Entdeckungen voran, die uns helfen werden, die Geschichte der letzten Grenze der Erde zusammenzusetzen.
Hat das Leben in der Tiefsee begonnen?
Das Leben auf der Erde begann vor etwa vier Milliarden Jahren. Wo und wie diese einfachen Zellen zum ersten Mal zum Leben erweckt wurden, bleibt ein verlockendes Rätsel, aber es häufen sich die Beweise dafür, dass sie zuerst in der Tiefsee aufgetaucht sein könnten.
Im Jahr 2017 identifizierten Paläontologen mikroskopisch kleine Röhren und Filamente aus eisenreichem Hämatit, die sich in Gesteinen befanden, die vor 3,77 bis 4,28 Milliarden Jahren entstanden. Die Felsen sind ein seltenes Fragment der urzeitlichen ozeanischen Kruste, die an Land erhalten ist (der größte Teil des Meeresbodens wird zurück in den Erdmantel gezogen, geschmolzen und zu neuer Kruste recycelt). Die winzigen Formationen haben die charakteristische Form von Mikroben, die heute auf hydrothermalen Quellen in der Tiefsee leben – den heißen Quellen, die sich unter Wasser an den Rändern tektonischer Platten bilden.
Der Fossilienfund stützt eine Theorie, die in den 1990er Jahren vom NASA-Chemiker Dr. Michael Russell aufgestellt wurde. Seine Idee ist, dass die Vorlagen für lebende Zellen von winzigen Felsporen in den Schornsteinen hydrothermaler Quellen bereitgestellt wurden.
Voraussetzung dafür wären bestimmte Umstände gewesen, insbesondere darf die Temperatur nicht zu hoch gewesen sein oder die ersten Lebenszeichen wären sofort versengt worden. Außerdem hätten die Flüssigkeiten, die durch diese Öffnungen strömen, alkalisch sein müssen, um die Bedingungen zu schaffen, die heute in allen lebenden Zellen Energie erzeugen.
Die meisten Schlote, die als schwarze Raucher bekannt sind, sind glühend heiß und stark sauer. Aber eine unglaublich seltene Formation namens The Lost City im Atlantischen Ozean bietet die richtigen Bedingungen. Darüber hinaus wird angenommen, dass weiße Raucher wie dieser auf der jüngeren Erde viel häufiger vorkamen.
Weitere Hinweise darauf, dass hier das Leben in Gang gekommen sein könnte, kommen aus Labors, die weit vom Abgrund entfernt sind. In Kalifornien haben die Weltraumwissenschaftler Dr. Laurie Barge und Erika Flores am Jet Propulsion Laboratory der NASA winzige Hydrothermalquellen gezüchtet und erfolgreich Aminosäuren erzeugt, einen wichtigen Baustein des Lebens.
In der Zwischenzeit baute das Team von Prof. Nick Lane am University College London einen Reaktor, um die Bedingungen einer alkalischen Hydrothermalquelle zu simulieren, ähnlich wie in The Lost City. Sie kombinierten eine Mischung aus Fettsäuren und Fettalkoholen, die spontan eine Membran bildeten, die einen Flüssigkeitstropfen umschloss – eine basische Protozelle.
Die Theorie des Lebens, das in hydrothermalen Quellen entsteht, wirft die aufregende Möglichkeit auf, dass das Leben anderswo im Sonnensystem auf ähnliche Weise beginnen könnte. Wissenschaftler vermuten, dass es auf dem Saturnmond Enceladus und im riesigen salzigen Ozean, der unter einer Eiskruste auf dem Jupitermond Europa liegt, hydrothermale Quellen gibt. Die Clipper-Mission der NASA könnte Anzeichen eines bewohnbaren Ozeans entdecken, wenn sie im Orbit um Jupiter ankommt und 2030 in die Nähe seines eisigen Mondes schwingt.
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Wie viele unentdeckte Kreaturen leben in der Tiefsee?
Eines ist klar:Den Wissenschaftlern werden in absehbarer Zeit keine neuen Tiefseearten ausgehen. In einer kürzlich durchgeführten dreijährigen Studie im Pazifischen Ozean fotografierten ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) fast 350.000 Tiere:Fische, Tintenfische, Korallen, Anemonen, Garnelen, Tintenfische, Schwämme und geformte, lebende Schlammbälle, sogenannte Xenophyophoren … die Liste geht weiter . Nur jede fünfte Art war bekannt. Nicht alle Bilder waren klar genug, um sie zu identifizieren, aber die meisten waren Organismen, die niemand zuvor gesehen hatte.
Wann immer Wissenschaftler in die Tiefsee schauen, finden sie mit ziemlicher Sicherheit etwas Neues und Unerwartetes. „Es ist immer ein unglaubliches Abenteuer“, sagt Prof. Randi Rotjan von der Boston University, die gerade von einer einmonatigen Expedition zum Phoenix-Archipel im zentralen Pazifik zurückgekehrt ist.
Ihre Mission auf dem FS Falkor des Schmidt Ocean Institute beinhaltete die Untersuchung der Ökosysteme auf Seamounts. Mit dem ROV SuBastian führte das Team 21 Tauchgänge durch und verbrachte 250 Stunden unter Wasser, sammelte Proben und hochauflösende Videos von Korallen, Schwämmen und anderen komplizierten Lebensformen.
Standardtechniken zum Studium von Tiefseearten beinhalten eine Kombination aus visueller Erkennung und dem Sammeln von Proben für eine detaillierte Analyse. Umwelt-DNA (eDNA), die in großen Wasserproben nach DNA-haltigen Zellen und von Organismen ausgeschiedenem Schleim sucht, wird zu einem schnelleren und billigeren Weg, um herauszufinden, welche Arten sich in der Nähe befinden.
Archive mit genetischen Sequenzen von Tiefseearten werden nach und nach aufgebaut. Eines Tages sollte es möglich sein zu wissen, ob ein Riesenkalmar oder ein Grönlandhai oder irgendein anderer mysteriöser Tiefseebewohner nur aus der Sichtweite geschwommen ist, anhand der DNA, die sie hinterlassen haben.
Wenn Rotjans Team die Analyse ihrer Ergebnisse abgeschlossen hat, werden sie zweifellos Einträge in das World Register of Deep-Sea Species aufnehmen, das Mitte 2021 26.599 Arten auflistete, eine Zahl, die ständig steigt. „Es ist nicht nur ein Katalog dessen, was dort ist, sondern warum sie dort sind, mit wem sie interagieren und was sie tun“, sagt Rotjan.
Ein Aspekt der Tiefseeökologie, den Rotjan untersucht, ist das Immunsystem von Korallen, die Jahrtausende alt werden können. Sie möchte verstehen, wie sie sich von Angriffen korallenfressender Raubtiere oder Korallenfresser heilen. Dies könnte neue Erkenntnisse darüber bieten, wie sich die angeborene Immunität bei einigen der frühesten vielzelligen Tiere auf der Erde entwickelt hat. Es könnte sogar Anwendungen in der Medizin haben, da wir alte Vorfahren mit Korallen teilen.
Expeditionen wie die von Rotjan bergen ein immenses Potenzial, die Öffentlichkeit für die Tiefe zu begeistern. Aufnahmen von tief tauchenden Walhaien und einem Paar exquisiter Glaskraken lösten online enorme Reaktionen aus. Für Rotjan sind diese Einblicke in Tiefseeökosysteme entscheidende Erinnerungen daran, dass wir die Welt mit so viel verborgenem Leben teilen. „Was wir als Verwalter dieses Planeten wirklich brauchen, ist der Schutz unserer Nachbarn“, sagt sie.
Werden wir jemals eine Tiefseebasis bauen?
Technisch gesehen gibt es keinen Ort im Abgrund, der für Menschen völlig tabu ist. Eine wachsende Zahl mutiger und neugieriger Menschen hat den größten Tiefen des Ozeans kurze Besuche abgestattet. Anfang dieses Jahres war Nicole Yamase die erste Inselbewohnerin im Pazifik, die dritte Frau und die jüngste Person, die in die Challenger Deep im Marianengraben hinabstieg, dem tiefsten Punkt des Ozeans in fast 11 Kilometern Tiefe.
Aber hinabsteigen und untenbleiben ist ein anderes Unterfangen. Die Menschen, die bisher am längsten unter Wasser waren, sind Berufstaucher, die Bauarbeiten an Öl- und Gasanlagen durchführen. Sie verbringen Wochen in Druckkapseln auf Schiffen und Bohrinseln und pendeln jeden Tag in einer Taucherglocke zu ihrem Arbeitsplatz in 100 Metern oder mehr Tiefe. Ihre Körper bleiben die ganze Zeit mit Tauchgasen gesättigt, bis sie am Ende jeder Mission langsam dekomprimiert werden.
Wissenschaftler haben auch das Sättigungstauchen eingeführt, um mehr Zeit in größeren Tiefen zu verbringen. Ein Pionier war der französische Unterwasserfilmer Jacques-Yves Cousteau, der in den 1960er Jahren im Roten Meer eine seesternförmige Unterwasserbasis namens Conshelf II baute. Sein Enkel, Fabien Cousteau, plant jetzt eine Tiefseeanlage der nächsten Generation namens Proteus.
„Um etwas so Komplexes, etwas so Mysteriöses, etwas so Fremdes wie die Welt der Meere zu verstehen, muss man viel Zeit dort unten verbringen“, sagte Cousteau, als wir auf der Catch Our über Proteus sprachen Drift Podcast.
Als erste internationale Raumstation für den Ozean bezeichnet, wird Proteus eine größere und anpassungsfähigere Version früherer Unterwasserlebensräume sein, darunter Aquarius in Florida – das einzige, das noch in Betrieb ist und wo Cousteau 2014 rekordverdächtige 31 Tage unter Wasser verbrachte.
Schließlich hofft Cousteau, dass es ein Netzwerk von Proteus-Stützpunkten durch den Ozean geben wird, die von Wissenschaftlern und Filmemachern sowie Astronauten genutzt werden, die für die Strapazen des Weltraums trainieren. Die erste Basis wird ein Team von 12 Aquanauten beherbergen und soll in einem Meeresschutzgebiet vor der Insel Curaçao installiert werden. Es wird in etwa 18 Metern Wassertiefe liegen, also nicht gerade der Abgrund, aber immer noch ein Machbarkeitsnachweis für Gruppen von Menschen, die unter Wasser leben und arbeiten.
Proteus wird sogar die weltweit ersten Unterwassergewächshäuser beherbergen, um frische Lebensmittel für die Besatzung anzubauen, und ein Sendestudio, um die Wunder der Tiefe zu vermitteln. „Wir möchten, dass die Menschen träumen können und sich mit dem Ozean verbinden können“, sagte Cousteau.
Wird die Klimakrise die Tiefsee verändern?
Der Klimawandel reicht bereits bis in die Tiefsee. Eine Studie aus dem Jahr 2020 bestätigte, dass die durchschnittliche globale Temperatur zwischen der Oberfläche und 2.000 Metern von Jahr zu Jahr gestiegen ist. Der Anstieg mag gering erscheinen – 2019 lag er 0,075 °C über dem Durchschnitt zwischen 1981 und 2010 –, aber aufgrund des Wasservolumens entspricht die absorbierte Wärme der Energie von 3,6 Milliarden explodierenden Atombomben.
Und es gibt größere Veränderungen auf dem Weg. Bis zum Ende des Jahrhunderts werden die vorhergesagten Temperaturen in der Dämmerungs- und Mitternachtszone bis hinunter auf 1.000 bzw. 4.000 Meter auf 8 °C steigen. Dies wird für Tiefseeorganismen, die an etwa 4 °C angepasst sind, ein heißer Schock sein.
Mit den steigenden Temperaturen werden weitere Klimaauswirkungen einhergehen. Es wird erwartet, dass die Ozeanversauerung zwischen 200 und 3.000 Metern Tiefe am härtesten getroffen wird, wo es für Tiefseekorallen zunehmend schwierig sein wird, ihre Exoskelette herzustellen. Erwärmendes Meerwasser verliert seine Fähigkeit, Sauerstoff zu halten. Im Nordostpazifik vor Vancouver Island ist der Sauerstoffgehalt bis auf 3.000 Meter in den letzten 60 Jahren bereits um 15 Prozent zurückgegangen.
Menschliche Einflüsse werden wahrscheinlich die Fähigkeit der Tiefe verringern, steigende Kohlenstoffkonzentrationen und Temperaturen abzufedern.
Eine kürzlich durchgeführte Studie schätzt, dass die Schleppnetzfischerei die Kohlenstoffspeicher des Meeresbodens stört und ähnliche Emissionen verursacht wie die Luftfahrtindustrie. Es gibt auch Pläne, in den offenen Gewässern der Dämmerungszone nach Laternenfischen zu fischen, von denen angenommen wird, dass sie die am häufigsten vorkommenden Wirbeltiere der Welt sind. Jede Nacht wandern riesige Fischschwärme aus der Dämmerungszone, um in den Untiefen zu fressen, bevor sie im Morgengrauen zurück in die Tiefe fliehen und Massen von Kohlenstoff mit sich bringen. Die Jagd auf diese Fische in großer Zahl könnte einen kritischen Weg des Kohlenstoffs in tiefere Gewässer unterbrechen.
Pläne, mit dem Abbau des Abgrunds zu beginnen, sind ebenfalls mit besorgniserregenden Vorhersagen verbunden. Der Bergbau könnte die Kohlenstoffspeicher im Meeresboden stören, möglicherweise in größerem Umfang als die Schleppnetzfischerei. Kontaminiertes Abwasser, das aus der abgebauten Gülle gewonnen wird, könnte entsorgt werden, indem es in die Dämmerungszone gepumpt wird, wo es gallertartige Mittelwassertiere wie Quallen und Siphonophore ersticken würde, die alle für die Kohlenstoffableitung in die Tiefe wichtig sind.
Ein großes unbeantwortetes Rätsel ist, ob der Meeresbodenbergbau helfen würde, die Klimakrise zu lösen, indem er Metalle zur Herstellung grüner Technologien wie Batterien für Elektroautos liefert, oder ob er die Situation erheblich verschlimmern würde.
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Wie sieht der Meeresboden aus?
Es wurde oft gesagt, dass wir mehr über die Oberfläche des Mondes wissen als über den Meeresboden. Das stimmt zumindest in Bezug auf die Karten, die wir haben, aber es ist eine Tatsache, die sich allmählich ändert.
Die gesamte Oberfläche des Mondes wurde mit einer Auflösung von sieben Metern kartiert. Vergleichen Sie das mit den besten vollständigen Karten des Meeresbodens, die mithilfe von Satelliten erstellt werden, die Ausbuchtungen in der Meeresoberfläche messen und nur Merkmale mit einem Durchmesser von mindestens fünf Kilometern zeigen.
Es lohnt sich zu bedenken, dass die Fläche des Mondes etwa 10 Mal kleiner ist als der Meeresboden der Erde, und da kein Ozean im Weg ist, ist es viel einfacher zu sehen, was dort oben vor sich geht. Trotzdem finden Wissenschaftler und Ingenieure neue, bessere Wege, um den Meeresboden zu kartieren.
Das Nippon Foundation-GEBCO Seabed 2030-Projekt zielt darauf ab, den gesamten Meeresboden bis zum Ende des Jahrzehnts durch Daten zu kartieren, die von Regierungen, Forschern, Industrie und Privatpersonen gespendet wurden. Geplant ist, für alle 800 x 800 m Pixel des Tiefseebodens einen Tiefenmesswert zu erhalten. Für Gebiete mit einer Tiefe von weniger als 1.500 m reduziert sich dies auf einen Messwert pro 100 x 100 m Pixel.
Bessere Meeresbodenkarten dienen allen möglichen Zwecken. Sie werden uns bei der Navigation helfen, sie werden bei der Verlegung von Telekommunikationskabeln helfen und sie werden unser Verständnis darüber verbessern, wie die Topographie des Meeresbodens Strömungen und die Wassermischung beeinflusst, wodurch wir bessere Vorhersagen zum Klimawandel treffen können.
Im Jahr 2021 hat Seabed 2030 die 20-Prozent-Marke überschritten, es ist also noch ein weiter Weg zu gehen. Eine neue Generation von unbemannten Oberflächenschiffen (USVs) könnte dazu beitragen, die Herausforderung zu meistern, einschließlich einer Flotte, die auf dem Design basiert, das 2019 den Ocean-Mapping XPRIZE gewonnen hat. Das Sea-Kit Maxlimer setzt ein autonomes Tauchboot ein und holt es zurück, das die Tiefen echot. Kürzlich machte es auch Schlagzeilen, als es über die Nordsee navigierte und Austern und Bier von Belgien nach England transportierte – eine Premiere für ein kommerzielles Roboterschiff.
Neben Plänen für eine globale Karte werden auch Teile des Abgrunds detaillierter kartiert, um Karten von riesigen Unterwasserbergen zu erstellen. Als Rotjan die jüngste Expedition in den Pazifik auf der RV Falkor mitleitete, untersuchte ihr Team 14 Seamounts, darunter 10, die zuvor nicht besucht wurden. Sie verwendeten eine Reihe von Bordsensoren des Schiffes, darunter ein Mehrstrahl-Echolotsystem, um den Meeresboden abzufragen. Als die Daten einflossen, wurden dreidimensionale Karten gezeichnet und die Wissenschaftler begannen mit der Planung der Tauchplätze.
Wenn Studien über diese Seeberge veröffentlicht werden, haben die Wissenschaftler die Möglichkeit, sie zu benennen. Es gibt einen formellen Prozess für die Benennung von Seebergen und es gibt Regeln, an die man sich halten muss. Sie können sie beispielsweise nicht nach einer lebenden Person benennen. Rotjan und ihr Team haben einige durchdachte und lustige Ideen aus der Geschichte und der Populärkultur, aber vorerst halten sie sie unter Verschluss.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 368 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können