Seltsames Ökosystem gedeiht unter hydrothermalen Quellen am Meeresboden

Aug 25, 2023

Eine Expedition mit einem ferngesteuerten Tiefseefahrzeug hat ein verborgenes unterirdisches Ökosystem unter hydrothermalen Quellen am Meeresboden entdeckt

Es gibt möglicherweise kein Ökosystem auf der Erde, das weniger gastfreundlich erscheint als hydrothermale Quellen. In der ständigen Dunkelheit, Kälte und dem unerbittlichen Druck der Tiefsee spucken diese vulkanischen Quellen kochend heißes Wasser, das so mit Partikeln und Metallen beladen ist, dass es aussieht, als würde schwarzer Rauch aus einem Schornstein aufsteigen. Aber selbst in diesen höllischen Lebensräumen wimmelt es nur so von Leben, von Riesenmuscheln und gefräßigen Krabben bis hin zu spindeldürren Kraken und geisterhaften Aalfischen.

Und das sind nur die Kreaturen, die über den Lüftungsschlitzen lauern. Mithilfe eines ferngesteuerten Tiefseefahrzeugs (ROV) haben Forscher kürzlich Meeresbodenplatten umgedreht, um ein verborgenes Ökosystem freizulegen, in dem es unter den Quellen selbst von winzigem Leben wimmelt. Laut Monika Bright, einer Zoologin an der Universität Wien, die die Expedition leitete, fügt die Vielfalt an Würmern, Schnecken und mikroskopisch kleinen Larven und Bakterien, die hier unten leben, den Ökosystemen hydrothermaler Quellen, die Wissenschaftler seit 1977 untersuchen, eine neue Ebene der Komplexität hinzu .

„Wir wissen schon lange von den Entlüftungsöffnungen oben, aber unten handelt es sich im Grunde um ein völlig neues Ökosystem“, sagt Bright. „Es ist besonders seltsam, dass wir es an einem Ort gefunden haben, der sehr gut erforscht ist.“

Letzten Monat gingen Bright und ein internationales Team von Mitarbeitern (auch) in Panama an Bord des Forschungsschiffs Falkor des gemeinnützigen Schmidt Ocean Institute. Die Wissenschaftler erkundeten die Tiefen vor der Pazifikküste Mittelamerikas, um Arten zu untersuchen, die von symbiotischen Bakterien in Tiefseemuscheln bis hin zu den Temperaturgrenzen winziger Ruderfußkrebse reichen.

Das Team konzentrierte seine ROV-Tauchgänge auf ein Gebiet, in dem divergierende tektonische Platten eine Reihe von Tiefseevulkanen bilden, die als East Pacific Rise bekannt sind. Wenn die Platten auseinanderdriften, sprudelt Magma aus dem Spalt auf und kühlt ab, um neuen Meeresboden zu bilden.

Diese volatilen Bedingungen befeuern hydrothermale Quellen. Kaltes Wasser sickert durch Risse in der splitternden ozeanischen Kruste und trifft auf das glühend heiße Magma darunter. Wenn das Meerwasser auf Temperaturen von über 400 Grad Celsius erhitzt wird, entsteht durch chemische Reaktionen eine aufgeladene Flüssigkeit, die reich an Chemikalien wie Schwefel ist und aus Öffnungen im Meeresboden spritzt.

Diese geysirartigen Quellen sind Hotspots der Tiefseevielfalt, die dank Bakterien, die Chemikalien in energieliefernden Zucker umwandeln, auch im Dunkeln gedeihen können. Einige dieser Bakterien leben in den länglichen Körpern von Riesenröhrenwürmern (Riftia pachyptila). Diese Würmer, deren freiliegende leuchtend rote, gefiederte Kiemen sie wie sechs Fuß lange Lippenstifttuben aussehen lassen, wachsen in dichten Bereichen rund um die Entlüftungsöffnungen und bieten Lebensraum für andere Entlüftungsöffnungsbewohner.

Wenn Ausbrüche oder Erdbeben die vulkanische Aktivität in der Region verändern, werden diese Hochburgen robuster Würmer ausgelöscht. Aber wenn in Dutzenden oder sogar Hunderten von Kilometern Entfernung neue hydrothermale Quellen entstehen, werden sie innerhalb weniger Jahre schnell von riesigen Dickichten riesiger Röhrenwürmer besiedelt.

Wie diese Würmer ankommen und sich an neuen Quellen verankern, bleibt unbekannt, sagt Bright. Wissenschaftler haben in der Wassersäule rund um die Entlüftungsöffnungen nur wenige Röhrenwurmlarven gefunden, und ein ständiger Strom aufgeladener Flüssigkeit würde es den Larven auch erschweren, sich von oben festzusetzen. Dies veranlasste die Forscher zu der Hypothese, dass sich die Larven des Röhrenwurms durch Spalten unter dem Meeresboden winden, um neue Quellen zu erreichen.

Um diese Idee zu testen, schickten die Wissenschaftler das ROV zum Tica Vent, einem gut untersuchten Hydrothermalschlot, der 2.500 Meter unter der Meeresoberfläche liegt. Zunächst klebte das Team Gitterboxen über Risse im Meeresboden, um Tiere aufzufangen, die sich zwischen dem Felsboden selbst und dem Untergrund darunter bewegten. Als sich die Kisten jedoch als umständlich erwiesen, wandte das Team eine direktere Methode an: Mit dem Roboterarm des ROV drehte es schwere Stücke Meeresboden um, um das darunterliegende einzusammeln.

Dadurch wurde ein Unterweltlabyrinth freigelegt. In einem Netzwerk aus Höhlen und Spalten, die in den Fels gehauen wurden, hatte das Wasser milde 25 Grad Celsius. Dies bot die perfekten Bedingungen für eine blühende mikrobielle Gemeinschaft aus Protisten, Bakterien, Viren und sogar einigen größeren Lebewesen wie Schnecken und Würmern.

Während das Team das erste ist, das rund um diese hydrothermalen Ereignisse unter den Meeresboden blickt, ist seine Entdeckung für Julie Huber, eine Geochemikerin am Woods Hole Oceanographic Institution, die nicht an der Expedition beteiligt war, nicht ganz überraschend. Sie stellt fest, dass die ozeanische Kruste entlang der mittelozeanischen Rücken porös ist und viel Platz für Flüssigkeiten, Nährstoffe und Mikroben bietet. „Angesichts der Tatsache, dass die meisten Tiere an Hydrothermalquellen alle drei dieser Dinge zum Gedeihen benötigen, ist es meiner Meinung nach sinnvoll, dass Tiere sich eine weitere Nische schaffen, in der sie sich festsetzen und ihren Lebensunterhalt verdienen können“, sagt Huber. Sie glaubt auch, dass der Aufenthalt unter dem Meeresboden dazu beitragen könnte, diese winzigen Lebewesen vor umherstreifenden Tiefseekrabben zu schützen.

Unterhalb der Entlüftungsöffnungen entdeckten die Forscher auch viele winzige Röhren, was zeigte, dass diese unterirdischen Kammern als Kinderstuben für Röhrenwürmer dienen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass Röhrenwurmlarven dieses unterirdische Labyrinth, das Huber als „Unterseeboden-Förderband“ bezeichnet, durchqueren, um von Schlot zu Schlot zu gelangen. Die Röhrenwürmer leben zunächst dort unten, bevor sie in Richtung der Schlote wandern, wo sie bis zu 85 Zentimeter pro Jahr wachsen.

Es bleiben jedoch noch viele Geheimnisse über den Bereich unterhalb der hydrothermalen Quellen bestehen. Bright und ihre Kollegen planen, die Genetik von Tieren und Mikroben zu sequenzieren, die sowohl über als auch unter dem Meeresboden gesammelt wurden, um zu untersuchen, wie diese beiden Ökosysteme miteinander verbunden sind. „Als Wissenschaftler findet man etwas heraus, und dann gibt es noch zehn weitere Fragen“, sagt Bright.

Bright und ihre Kollegen hoffen, dass mehr Licht auf das Innenleben von Ökosystemen hydrothermaler Quellen dazu beitragen wird, sie vor einer Entwicklung zu schützen. Diese Gebiete sind für Tiefseebergbauunternehmen von potenziellem Interesse, da die Mineralien aus dem magmaerhitzten Wasser austreten, wenn es aus den Schloten sprudelt.

Dieser wirtschaftliche Anreiz könnte eine der einzigartigsten Umwelten des Planeten gefährden, ein Bereich, den Wissenschaftler laut Bright immer noch nicht verstehen können. „Aus unserer Sicht sind diese Entlüftungsöffnungen sehr extrem und exotisch“, sagt sie. „Aber für die Tiere ist es nicht extrem, unter diesem Druck mit schwankenden Temperaturen und schwankender Chemie zu leben – es ist normal.“

Jack Tamisiea ist ein Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Washington, D.C., der über Naturgeschichte und Umwelt berichtet. Folgen Sie Tamisiea auf Twitter @jack_tamisiea

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