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Tiefsee: Erste Volkszählung in der „Terra incognita“

In den Tiefseesedimenten leben dreimal mehr Organismenarten als im freien Meerwasser

Meeresgrund
Nur auf den ersten Blick karg und leer: Im Meeresgrund der Tiefsee könnten mehr Eukaryotenarten leben als in gesamten Ozean darüber.© MEDWAVES/IEO/ ATLAS project

Verborgene Vielfalt: Im Meeresgrund der Tiefsee leben dreimal mehr eukaryotische Organismen als im gesamten Ozean über ihnen – und zwei Drittel dieser Vielfalt wird von noch völlig unbekannten Arten bestimmt. Entdeckt haben dies Forschende bei einer ersten genbasierten „Volkszählung“ in Tiefsee-Sedimenten. Dafür haben sie diese „Terra incognita“ der irdischen Biosphäre in allen Weltmeeren beprobt und untersucht.

Die Tiefsee und der Meeresgrund in den dunklen Tiefen der Ozeane bilden das letzte noch kaum erforschte Ökosystem der irdischen Lebenswelt. Obwohl der tiefe Meeresgrund rund 60 Prozent der Erdoberfläche ausmacht, wurde er bisher nur punktuell untersucht. Dabei beschränkten sich die Studien zudem meist auf größere Tiere oder aber auf mikrobielle Organismen des Sediments – beispielsweise im Marianengraben oder im Lizenzgebiet für künftigen Tiefseebergbau.

Forschungsschiff
Von der Arktis bis in die Tropen haben Wissenschaftler mit Forschungsschiffen Proben von Tiefseesedimenten genommen. © Andreas Worden

Genetische Volkszählung in den Weltmeeren

Jetzt hat ein Forschungsteam um Tristan Cordier vom Norwegischen Forschungszentrum NORCE eine wichtige Wissenslücke zu dieser „Terra incognita“ geschlossen. Denn sie haben erstmals eine Bestandsaufnahme aller Eukaryoten – der zellkerntragenden Organismen – von der Meeresoberfläche bis in die Sedimente der Tiefsee hinein erstellt. „Dies repräsentiert den ersten molekularen Metadatensatz, der die drei großen Reiche des Ozeans – pelagisch euphotisch, pelagisch aphotisch und Tiefseesedimente in globalem Maßstab umfasst“, erklären die Wissenschaftler.

Dafür sammelten sie im Rahmen von 15 Forschungsexpeditionen 418 Proben aus Tiefseesedimenten in allen Weltmeeren und werteten sie mittels Hochdurchsatz-Gensequenzierung aus. Zum Vergleich werteten sie zudem Daten von 1.160 lichtdurchfluteten, euphotischen Freiwasserbereichen der Meere und 138 Proben von den dunklen, tieferen Wasserbereichen aus.

„Mit fast 1.700 Proben insgesamt und zwei Milliarden DNA-Sequenzen von der Oberfläche bis zum Meeresgrund erweitert dies unser Wissen über die Biodiversität der Tiefsee, seine Verbindung zu den Wassermassen darüber und zum globalen Kohlenstoffzyklus“, sagt Cordier.

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Artenvielfalt im Meeresgrund dreimal höher als im Wasser

Das Ergebnis: Insgesamt identifizierten die Forschenden 242.465 Gensignaturen von eukaryotischen Organismen. Davon kamen nur 1,6 Prozent in allen drei Reichen des Ozeans vor. Während in den oberflächennahen Zonen der Meere Planktonalgen dominierten, waren es in dunkleren Wasserschichten vor allem heterotrophe, nicht vom Licht abhängige Nanoflagellaten. Wie erwartet fanden sich die Gensignaturen von einem Teil dieser Organismen auch in den Tiefseesedimenten wieder – weil diese Lebewesen nach dem Tod dorthin absinken.

Überraschend war jedoch, wie viel Leben es darüber hinaus im Meeresboden der Tiefsee gibt: „Die Vielfalt in den Tiefseesedimenten könnte mehr als dreimal höher sein als in den pelagischen Habitaten“, berichten Cordier und sein Team. Neben einigen bekannten Spezies wie Amöben, Fadenwürmern, Foraminiferen und Wimperntierchen fanden sie unzählige völlig unbekannte Gensignaturen.

Zwei Drittel noch völlig unbekannt

„Fast zwei Drittel der benthischen Eukaryoten konnten taxonomisch keiner bekannten Art zugeordnet werden“, berichten die Forschenden. Mehr als 10.000 dieser Gensignaturen unterschieden sich zudem um mehr als 90 Prozent von allen bekannten, was darauf hindeutet, dass diese Lebewesen nicht nur neue Gattungen oder Arten repräsentieren. Stattdessen gibt es in diesen tiefsten Zonen der Meere offenbar noch viele völlig unbekannte Familien oder sogar Ordnungen des Organismenreichs.

„Unsere Ergebnisse deuten daraufhin, dass der größte Teil der Artenvielfalt in den Tiefseesedimenten aus unbekannten hochrangigen Eukaryotengruppen und ihren zahlreichen Unterlinien besteht“, so das Team. Die Proben enthüllten zudem, dass die Lebenswelt im Meeresgrund weit größere kleinräumige und lokale Unterschiede aufweist als die im darüberliegenden Ozean. Teilweise erbrachten selbst die nur 30 Zentimeter voneinander entfernten Bohrkernabschnitte einer Bohrung schon andere Organismenzusammensetzungen.

Große lokale Unterschiede

Die Forschenden vermuten, dass diese lokalen Unterschiede vor allem mit der Nährstoffverfügbarkeit in diese tiefen Meeresregionen zusammenhängen. Weil die meisten Bewohner des Sediments sich von dem organischen Material ernähren, das aus höheren Wasserschichten heruntersinkt, kann schon ein am Grund liegender Kotbrocken eine ganz eigene kleine Lebensgemeinschaft hervorbringen.

Dazu passt, dass die Forschenden dort die höchste Artenvielfalt im Sediment fanden, wo es auch in den oberflächennahen Schichten eine große Planktondichte gab. Vor allem Nematoden, Foraminiferen und Mollusken waren dort besonders zahl- und artenreich, wo viele organische Schwebteilchen zum Meeresgrund hinabsanken, wie die Wissenschaftler feststellten. Allerdings erklärt dies nur einen Teil der Verteilung.

Basis für mehr Forschung und Schutz

„Unsere globale molekulare Bestandsaufnahme von der Meeresoberfläche bis in die Sedimente der Tiefsee bietet den ersten einheitlichen Überblick über die Muster der eukaryotischen Artenvielfalt in allen drei Dimensionen des Ozeans“, konstatieren Cordier und seine Kollegen. „Sie zeigt, dass vor allem die Tiefseesedimente ein extrem vielfältiges und einzigartiges Reich mit einer starken Verbindung zu den Wassermassen darüber sind.“

Nach Angaben des Forschungsteams können ihre Daten nun die Basis für weitere Forschungen zur unerkannten Lebenswelt im tiefen Ozean bilden. „Wir hoffen zudem, dass sie eine informiertere und effektivere Schutzstrategie dieser einzigartigen und noch relativ unberührten Tiefsee-Ökosysteme ermöglichen – vor allem, weil die Ausbeutung der Meeresgrund-Ressourcen an Fahrt gewinnt“, so die Wissenschaftler. (Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abj9309)

Quelle: NORCE

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