Gesundheit: Wimmelndes Leben in der Tiefe

Gregor Rehder hat eine Schiffsreise hinter sich, um die ihn hierzulande mancher beneiden dürfte. Einen Monat lang, von September bis Oktober, fuhr er an Bord des Forschungsschiffs „Meteor“ durch den tropischen Pazifik. Das Boot stach in Curaçao in See und legte nach langer Fahrt in Costa Rica an, jenem Landstrich südlich von Nicaragua, den viele aus der Kaffeewerbung kennen.

Für Rehder war es freilich kein Urlaubstrip. Der Chemiker, der am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel arbeitet, leitete an Bord der „Meteor“ eine Tiefsee-Forschungsexpedition. Während das Schiff in der schwülwarmen tropischen Regenzeit vor den Küsten Mittelamerikas dümpelte, untersuchten Rehder und seine Kollegen die Unterwasserwelt.

Die Region, für die sich die Forscher interessieren, liegt 500 bis 2000 Meter unterhalb des Meeresspiegels. Dort herrschen Finsternis und Kälte. Am schlammigen Meeresboden brodelt es, Gase entweichen aus dem Boden, Erdbeben erschüttern den Meeresgrund und lösen unterseeische Schlammlawinen aus. Es ist jene Zone, in der sich die ozeanische Cocosplatte (die Erdkruste unterhalb des Pazifiks) unter die karibische Platte schiebt, auf der Mittelamerika liegt. Der Bereich, wo die beiden Platten zusammenstoßen, wird von den Wissenschaftlern Subduktionszone genannt.

„In der Subduktionszone gibt es unterseeische Quellen, in deren Umgebung sich vollkommen fremdartige Organismen angesiedelt haben“, sagt Rehder. In absoluter Schwärze, bei einem Wasserdruck hundertmal so hoch wie der Luftdruck auf der Erdoberfläche, gedeihen seltsame Bakterien, Muscheln und bizarre Röhrenwürmer. Wovon leben sie? Schließlich ist kein Licht da, deshalb auch keine Photosynthese möglich – die Tiere können sich nicht von Pflanzen ernähren.

„In der Tiefe haben sich eigene Nahrungsketten gebildet, die völlig ohne Licht auskommen“, erklärt Rehder. Aus den Quellen am Boden steigt Methan auf, das einigen Bakterienarten als Lebensgrundlage dient. Sie nehmen Sulfate – das sind schwefelhaltige Verbindungen – aus dem Meerwasser auf und wandeln sie mit Hilfe des Methans zu Sulfiden (andere schwefelhaltige Verbindungen) um. Dabei entsteht Energie. Die Sulfide dienen als Nahrung für weitere Bakterienarten – die Schwefelbakterien nämlich. Sie „verdauen“ die Sulfide, wobei als Stoffwechselendprodukt Sulfate oder elementarer Schwefel entstehen.

Große Tiefseebewohner wie Röhrenwürmer haben das Kunststück vollbracht, mit den Bakterien eine Zweckgemeinschaft einzugehen. Der Wurm nimmt Milliarden Mikroben auf, bietet ihnen in seinem Innern Zuflucht und günstige Lebensbedingungen. Diese versorgen ihn im Gegenzug mit Energie und Nährstoffen. „Röhrenwürmer sind mit Regenwürmern verwandt, können jedoch mehrere Meter lang werden“, berichtet Helge Niemann vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie. Ungefähr so dick wie ein kleiner Finger, wachsen die seltsamen Tiere bis in 4000 Meter Tiefe und darunter. „In der Tiefsee vor der mittelamerikanischen Küste gibt es besonders viele Lebewesen“, erklärt Niemann. Das liegt an den vielen Unterseequellen: Sie liefern reichlich Methan, das den dortigen Lebensgemeinschaften als Grundlage dient.

Woher kommt das Methan? „Es stammt aus Sedimenten, mit denen die Cocosplatte bedeckt ist“, erklärt Rehder. Die Sedimente bestehen teils aus organischem Material – totes Plankton und Tierreste, die auf den Meeresgrund rieseln –, teils aus Wasser. Wenn die Cocosplatte unter die karibische Platte taucht, reißt sie die Sedimente mit sich. Auf dem Weg nach unten zersetzen Bakterien das organische Material teils zu Methan. Einige Kilometer unter dem Meeresboden nehmen Hitze und Druck derart zu, dass das Wasser aus dem Sediment gepresst und nach oben gedrückt wird. Dabei steigt auch das Methan auf. Schließlich, einige Kilometer hinter der Aufprallzone der Platten, sprudeln Wasser und Methan als nährstoffreiche Quellen aus dem Meeresgrund.

Rehder und seine Kollegen haben diese Tiefseewelt mit einem speziellen Tauchroboter erkundet, dem ROV (Remotely Operated Vehicle) Quest vom Zentrum für marine Umweltwissenschaften der Uni Bremen. Das Gerät kann 4000 Meter tief tauchen, Proben vom Ozeanboden nehmen, Messgeräte aussetzen und Unterwasserfotos schießen.

Auf den Aufnahmen entdeckten die Forscher eine bisher unbekannte Struktur: Krater, die von metergroßen, bunten Bakterienmatten bewachsen waren und aus denen Methangas aufstieg. „Dieser Fund überrascht uns“, sagt Rehder, „möglicherweise tritt hier Methangas von Zeit zu Zeit explosionsartig aus.“ Es könne auch sein, dass dort Material aus großer Tiefe aufsteigt und sich wieder zurückzieht, wobei der Meeresboden einbricht und die Kraterstrukturen zurücklässt. Außerdem gelang den Forschern der Nachweis, dass die methanhaltigen Quellen mehrere Kilometer unterhalb des Meeresbodens entspringen. Das war bisher nur von einigen Regionen auf dem Ozeangrund bekannt.

„Dieser Fund stützt unsere Vermutungen, dass die Umwandlung der Sedimente tief in der Erdkruste sich darauf auswirkt, wo Erdbebenherde entstehen“, sagt Rehder. Solange die Sedimente wasserreich sind, könnten sie wie ein Schmiermittel wirken, dass die Cocosplatte relativ reibungslos unter die karibische Platte gleiten lässt. Wenn jedoch das Wasser in einigen Kilometern Tiefe ausgepresst wird und aufsteigt, wird das Sediment trocken und könnte vielleicht nicht mehr so gut „rutschen“. Die Reibung zwischen den Platten verstärkte sich, es käme zum Aufbau von Spannungen, die sich in Erdbeben entladen.

Zurück in Deutschland, machen sich die Forscher daran, die Ergebnisse auszuwerten. Im Mai wollen sie nach Costa Rica zurückkehren. Das Wetter, das dann oberirdisch herrscht, will so gar nicht zu der dunklen, kalten Unterwasserwelt passen. „Im Mai“, schwärmt Rehder, „werden wir vor Costa Rica flirrende Tropensonne und eine traumhafte See haben.“