Leben selbst am Grund der Tiefseegräben

Die tausende Meter tiefen Gräben am Grund der Ozeane galten lange als lebensfeindliche Zone. Doch jetzt hat eine Forschungsexpedition am Grund zweier solcher Tiefseegräben wahre Oasen des Lebens entdeckt – in bis zu 9533 Meter Tiefe. Es sind die tiefsten bisher bekannten tierischen Lebensgemeinschaften, wie das Team berichtet. Die Kolonien aus Bartwürmern, Röhrenwürmern, Muscheln, Meeresschnecken und weiteren Meerestieren wurden am Grund des Kurilen-Kamtschatka-Grabens und des mit ihm verbundenen Aleutengrabens im Nordpazifik gefunden. Die Organismen gewinnen ihre Energie dort mithilfe von Methan und Schwefelwasserstoff, die von Bakterien im Sediment der Tiefseegräben stammen und in kalten Quellen austreten. Diese belebten Zonen erstrecken sich über 2.500 Kilometer Länge und reichen von rund 5000 Meter Wassertiefe bis zum tiefsten Grund des Kurilengrabens. Die Entdeckung dieser Lebensgemeinschaften wirft ein neues Licht auf die Geochemie und Lebenswelt der Tiefseegräben weltweit.

Obwohl moderne Tauchboote und Unterwasserroboter inzwischen schon in viele Regionen der Tiefsee vorgestoßen sind, gilt das Hadal, die unterhalb von 6.000 Meter Tiefe liegende Zone der Meere, noch immer als Terra incognita der Meeresforschung. Denn die extremen Bedingungen machen es selbst mit modernster Technik schwer, diesen Lebensraum genauer zu erforschen. Lange galt die Tiefsee zudem als dunkle, nährstoffarme „Wüste“, in der ohnehin kaum Organismen existieren. Doch inzwischen ist klar, dass dies ein Irrtum ist. Gerade in den letzten Jahren haben Expeditionen immer wieder neue Belege für artenreiches Leben auch in der lichtlosen Tiefsee geliefert. Als Hotspots mariner Biodiversität haben sich dabei vor allem hydrothermale Schlote und Methanquellen erwiesen. Denn sie liefern den Tiefseebewohnern die Ressourcen, um auf chemischem Wege Energie und Nährstoffe für ihren Stoffwechsel zu gewinnen.

Entdeckung am Grund der Tiefseegräben

Allerdings sind solche chemosynthetischen Lebensgemeinschaften bisher erst in Ansätzen untersucht und kartiert. „Obwohl sie an vielen aktiven und passiven Plattengrenzen und in einer breiten Spanne von Meerestiefen gefunden wurden, sind solche Gemeinschaften unterhalb von 6000 Meter in Tiefseegräben weitgehend unerforscht“, berichten Xiaotong Peng vom Staatlichen Labor für Tiefseeforschung im chinesischen Sanya und seine Kollegen. Um dies zu ändern, haben Peng und sein Team im Sommer 2024 eine Expedition zum Grund von zwei großen Tiefseegräben im Nordpazifik unternommen. Der 2250 Kilometer lange Kurilen-Kamtschatka-Graben liegt an der Plattengrenze zwischen der Pazifischen Erdplatte und der von Kamtschatka bis Japan reichenden Ochotsk-Platte. Er ist bis zu 10.500 Meter tief. Der bis zu 7822 Meter tiefe Aleutengraben zweigt im Nordosten vom Kurilengraben ab und zieht sich über gut 3500 Kilometer bis nach Alaska. Die Forschenden nutzten ein bemanntes Spezial-Tauchboot, um in 23 Tauchgängen die unteren Regionen beider Tiefseegräben zu erkunden.

Bei ihren Tauchgängen stießen Peng und sein Team auf zahlreiche Stellen mit unerwartet reichem Leben: In beiden Tiefseegräben entdeckten sie ausgedehnte Gemeinschaften von Meerestieren. Diese bestanden aus verschiedenen Arten von Röhrenwürmern, freilebenden Borstenwürmern, Muscheln und Meeresschnecken. „Während 19 dieser Tauchgänge beobachteten, dokumentierten und beprobten wir chemosynthetisch basierte Lebensgemeinschaften und konnten so ihre Ausbreitung in einer deutlich erkennbaren Zone entlang des Grabengrunds nachweisen“, berichten die Forschenden. „Diese Zone erstreckt sich über 2.500 Kilometer entlang des Grabengrunds und war trotz früherer Untersuchungen von Sedimenten und Fauna in diesen Gebieten bislang nicht erkannt oder beschrieben.“ Die Tiefsee-Lebensgemeinschaften fanden sich überall dort, wo gasreiche Flüssigkeiten aus Tiefseequellen (Seeps) austreten. „Die von uns identifizierten Seep-Gemeinschaften zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Zahl und Dichte von spezialisierten Arten aus. Wir haben maximale Dichten von bis zu 5813 Röhrenwürmern und 293 Muscheln pro Quadratmeter in beiden Tiefseegräben gefunden“, schreiben Peng und seine Kollegen.

(Video: Institute of Deep-sea Science and Engineering, CAS)

Röhrenwürmer, Muscheln und methanerzeugende Bakterien

Im Kurilengraben werden diese neu entdeckten Lebensgemeinschaften von verschiedenen Arten röhrenbauender Bartwürmer (Siboglinidae) dominiert. „Ihre Kolonien bestehen aus tausenden Einzeltieren, der Röhren überall aus dem Sediment ragen“, erklären Peng und sein Team. Diese festsitzenden Würmer sind dafür bekannt, dass sie sich durch chemoautotrophe symbiontische Bakterien ernähren: Mithilfe dieser in ihren Geweben lebenden „Mitbewohner“ können sie anorganische Rohstoffe wie Schwefelwasserstoff und Methan in energiereiche Moleküle wie ATP und organische Verbindungen umwandeln. Im Aleutengraben gab es neben Bartwurm-dominierten Gemeinschaften auch ausgedehnte Kolonien von Tiefseemuscheln, von denen viele Gattungen ebenfalls dafür bekannt sind, ihre Nährstoffe und Energie von chemoautotrophen Symbionten zu beziehen. Die tiefstgelegene Hadal-Lebensgemeinschaft entdeckten die Forschenden im Kurilengraben in 9533 Meter Tiefe. Dort hatte sich am Übergang zwischen dem Grabengrund und dem Grund des dort angehäuften Sediments eine große Kolonie der röhrenbauender Bartwürmer entwickelt.

„Dies sind die tiefsten und ausgedehntesten auf Chemosythese basierenden Lebensgemeinschaften, die auf der Erde bekannt sind“, konstatieren Peng und seine Kollegen. Die hier untersuchten florierenden Lebensgemeinschaften und ihre Verbreitungsgebiete erweitern das bekannte Habitat, die Tiefen und die biogeografische Verbreitung zahlreicher Arten erheblich. „Ihre Analysen der aus dem Untergrund der Gräben austretenden Flüssigkeiten ergaben, dass vor allem Methan und Schwefelwasserstoff die Basis dieser Tiefseegraben-Ökosysteme bilden. Diese Gase sind jedoch nicht geochemischen Ursprungs, sondern werden von Bakterien erzeugt, die das im Grabensediment vorhandene organische Material abbauen und dabei diese Gase freisetzen. Sie lösen sich dann im unter hohem Druck stehenden Tiefenwasser und treten an verschiedenen Stellen des Grabengrunds aus dem Meeresgrund aus. „Damit widersprechen unsere Funde auch traditionellen Vorstellungen zur Energiequelle der Hadal-Fauna“, konstatieren Peng und seine Kollegen. Denn bisher nahm man an, dass sich solche Tiefseeorganismen primär von dem aus höheren Meereszonen hinabrieselnden organischen Material ernähren. „Das breite Vorkommen der auf Chemosynthese basierenden Lebensgemeinschaften deutet nun auf eine unterschätzte Rolle der chemischen Energie für das hadale Ökosystem hin“, so das Team weiter.

Quelle: Xiaotong Peng (1State Key Laboratory of Deep-sea Science and Intelligence Technology, Sanya) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09317-z

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