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Biologie: Wunderwelt der Tiefsee

Öd und leer schien er zu sein, der noch immer nahezu unerforschte Kontinent der Tiefsee. Stockdunkel und eiskalt ist er, und der Druck von bis zu 1100 bar in den tiefsten Tiefen tut ein übriges, um sich den unwirtlichsten Ort der Erde vorzustellen. Lange Zeit hielt man die Tiefsee auch biologisch für eine Wüste. Das hat sich geändert. In den gähnenden Tiefen der Meere leben hochkomplexe Lebensgemeinschaften. Der Artenreichtum könnte sogar dem tropischer Regenwälder gleichen.

In der licht- und pflanzenlosen Welt gibt es vor allem Würmer, Krebse und allerlei kleines Getier, aber auch Fische. Sie durchstreifen die Tiefsee auf der ständigen Suche nach Nahrung. Futter ist ein knappes Gut. Nur etwa ein Prozent der abgestorbenen Biomasse der Oberfläche kommt auf dem Meeresgrund an und kann in die Nahrungskette aufgenommen werden. Ein toter Wal bietet den Aasfressern dort unten über Jahre hinweg einen reich gedeckten Tisch, und zusammen mit ihnen haben dann auch die Raubfische ein gutes Auskommen.

Vom Epipelagial zum Halal

Die Wissenschaft teilt die Ozeane in horizontale Schichten auf. Das Epipelagial reicht bis in 200 m Tiefe. Hier ist das Licht schon so schwach, dass kaum noch Pflanzen und Photosynthese treibende Mikroorganismen wachsen können.

Der letzte Rest des blauen Spektrums reicht gerade bis in die Tiefe von 1000 m. Hier endet das Mesopelagial. Es ist die Zone des Zwielichtes, in der perfekte Räuber wie der Beilfisch (z. B. Argyropelecus alfasi) leben. Er hat sehr scharfe, nach oben gerichtete Augen, um möglichst viel Restlicht einzufangen. Schmal wie ein Handtuch, verschmilzt er durch seine silbrig reflektierenden Körperflanken mit der Umgebung und ist für seine Opfer nahezu unsichtbar. Unterhalb des Beilfischreviers herrscht absolute und ewige Dunkelheit.

Etwas Physik

Mit jedem Meter Wassertiefe verliert das Sonnenlicht 1,8% seiner Intensität, während der Wasserdruck kontinuierlich um 0,1 bar steigt. Die Tiere der Tiefsee gleichen den Druck von mehreren hundert Bar durch große Mengen im Gewebe eingelagerten Wassers aus, das praktisch nicht komprimierbar ist. Selbstverständlich haben sie keine gasgefüllten Körperhöhlen, wie Schwimmblasen oder andere Auftriebskörper.

Das Bathyal oder Bathypelagial reicht meistens bis auf den Grund in etwa 4000 m Tiefe; tiefer sind die Ozeane selten. Im Bathyal lebt der legendäre Riesenkalmar Architeuthis, der im Jahr 2001 zum ersten Mal lebend gesichtet worden ist, und zwar in 3400 m Tiefe. Pottwale jagen in diesen Tiefen nach den über 20 m langen und bis zu einer Tonne schweren Weichtieren.

Unter dem Bathyal gibt es nur noch das Abyssal (Abyssopelagial) und das Halal, das die allertiefsten Gräben bezeichnet.

VIPERFISCHE bewegen sich im Tag-Nacht-Rhythmus zwishen 200 und 1000 m Tiefe.

Der Mond gibt den Rhythmus vor

Bei Fischarten des Mesopelagials wie dem Beilfisch oder dem Viperfisch (Chauliodus spp.) gibt die Sonne den Lebensrhythmus vor. Als riesige Völkerwanderungen steigen sie tags nach oben, den Arten hinterher, die sich an den lichthungrigen Algen gütlich tun.

Die Fische des Bathyals hingegen richten ihren Rhythmus nach dem Mond, genauer: nach den vom Mond hervorgerufenen Gezeiten. Meeresgrundbewohnern wie der Tiefseeaal (Cyema atrum) und der Grenadierfisch (Coryphaenoides rupestris) nehmen den Wechsel der Strömungsrichtung der Gezeiten über das Seitenlinienorgan und durch Änderung bestimmter Signal- und Geruchsstoffe wahr.

DER GRENADIERFISCH ernährt sich von Aas auf dem Meeresgrund.

Die im Dunkeln sieht man doch

Professor Hans-Joachim Wagner vom Anatomischen Institut der Universität Tübingen lässt sich von der Unzugänglichkeit der Tiefsee nicht abschrecken. Er interessiert sich vor allem für die Sinnesorgane der Tiere und betreibt dafür vergleichende Studien der Hirnanatomie.

Seine Analyse von 200 Fischarten ergab jetzt, dass die meisten hören, riechen und sehen können. Einige bezeichnet er als "schwimmende Nasen", andere scheinen alle Sinne zu gebrauchen.

Erstaunlicher Weise nehmen viele Fische der dunklen Tiefsee ihre Umgebung hauptsächlich über die Augen wahr. Denn im absoluten Dunkel gibt es Licht. Etwa 90 Prozent der Fische senden durch Biolumineszenz ein kaltes Licht aus, das sie entweder wie die Glühwürmchen in speziellen Organen mittels Luciferase selbst produzieren oder mit Hilfe symbiontischer Mikroorganismen. Die Kameras der Tiefsee nehmen zuweilen regelrechte Feuerwerke auf, die da unten veranstaltet werden.

Die Lichterzeugung dient unterschiedlichen Strategien:

Die vielgestaltigen, mehr als hundert Arten zählenden Anglerfische (z. B. Melanocetus johnsoni) nutzen eine durch Bakterien im Inneren leuchtende "Angel" als Köder, um kleinere Fische anzulocken und zu fressen.
Andere Arten erkennen am Licht ihre eigenen Artgenossen, was für die Fortpflanzung wichtig ist. Sie haben häufig an den Seiten Leuchtpunkte in bei Weibchen und Männchen unterschiedlichen Abständen.
Manche Tiere stoßen bei Gefahr eine biolumineszierende Wolke aus, um Fressfeinde zu desorientieren und zu fliehen.

Die meisten Tiefseetiere produzieren ein blaugrünes Licht. Jüngst sind Fische entdeckt worden, die eine Art rot strahlendes Nachtsichtgerät entwickelt haben. Damit suchen sie nach ihren Beutetieren an, die rotes Licht nicht sehen können.

DER TIEFSEEVAMPIR kann ein zehn Minuten lang dauerndes Feuerwerk veranstalten.

Wie der Tiefseevampir leuchtet

Der Tiefseevampir oder Vampirtintenfisch (Vampyroteuthis infernalis) besitzt gleich mehrere verschiedene Leuchtorgane: Große Photophoren sitzen an den Basen der Flossen, kleine auf der gesamten Körperoberfläche, doch die Letzteren hat noch niemand in Funktion gesehen.

Erst vor kurzem wurde entdeckt, dass der Tiefseevampir in den Spitzen seiner acht Arme Aequorin speichert, einen aus dem Imidazolopyrazin Coelenterazin und dem Enzym Luciferase bestehenden Komplex, der auch bei anderen Tieren vorkommt und zuerst bei der nordpazifischen Tiefseequalle Aequorea victoria erforscht worden ist. Calciumionen aktivieren das Aequorin, indem sie das Coelenterazin zu Coelenteramid oxidieren, das sich zunächst in einem angeregten Zustand befindet und beim Übergang zum Grundzustand ein blaues Licht emittiert. Bei Gefahr stößt der Tiefseevampir die viskose Aequorin-haltige Flüssigkeit aus, die dann fast zehn Minuten lang leuchtet. Auch eine Krebsart der Tiefsee kann solche Leuchtwolken hervorzaubern.

COELENTERAZIN ist der Leuchtstoff in vielen
Lebewesen der Tiefsee. Durch Öffnen des Pyrazolrings wandelt es sich in Coelenteramid
um, das beim Übergang vom angeregten zum Grundzustand ein blaues Licht abstrahlt.

Kurioses

Bestimmte Flagellaten (Einzeller), die u. a. den Rhein besiedeln, sind auch in 5500 m Tiefe im Meer gefunden worden. Ihre Anpassungsfähigkeit ist enorm. Sie verfallen bei Nahrungsmangel in ein Ruhestadium.

In 3000 bis 4000 m tiefen Senken, die aus gesättigter Salzlösung bestehen (Brinebecken), fand man eine bis dahin nicht vorstellbar gewesene Lebenswelt. Auch Bakterien leben dort.

ANGLERFISCHE sind Raubfische der Tiefsee, die ihre Beute mit einer leuchtenden Kugel auf dem extrem langen ersten Rückenflossenstrahl anlocken.

Raubfische haben es schwer

Die schwarze Welt der Tiefseefische ist kaum strukturiert. Die Leuchtorgane der Tiere schaffen allenfalls ganz schwache Konturen oder helle Punkte im gähnenden Dunkel. Raubfische müssen die Entfernung zum Opfer ohne die hilfreiche Relativität zu anderen Objekten abschätzen. Deshalb haben sie ganz besondere Augen. Typisch sind

eine gelbliche Hornhaut (Cornea), die die im Wasser bläulich-gelblich erscheinende Hintergrundhelligkeit vermindert und so den Kontrast für helle Objekte erhöht; diese Cornea hat – im Gegensatz zu allen anderen Wirbeltieraugen – keine lichtbrechende Funktion;
eine große Kugellinse oder Matthiesen-Linse, die besonders viel Licht durchlässt (benannt nach dem Physiker Heinrich Matthiessen (1830 bis 1906), der 1890 auf einer Forschungsreise ins nördliche Eismeer die Augen von Robben, Walen und Fischen untersucht hatte);
ein Tapetum hinter der Retina, das Licht reflektiert und dadurch die Empfindlichkeit des Auges auf Kosten der räumlichen Auflösung weiter erhöht.

Tab. 1: Aus der Geschichte der Tiefseeforschung

Jahr	Ereignis
1818	John Ross lässt einen Eimer 2000 m tief in den Nordatlantik hinab und fängt Würmer und Quallen.
1872–76	Das britische Forschungsschiff „Challenger“ fängt mehr als 5000 unbekannte Arten aus bis zu 5500 m Tiefe.
1898–99	Das deutsche Forschungsschiff „Valdivia“ unter der wissenschaftlichen Leitung von Karl Chun aus Leipzig erforscht die Tiefsee zwischen Antarktis, Atlantik und Indischem Ozean auf 60.000 km Fahrt. Mit speziellen Netzen, die sich nur in definierten Tiefen öffnen, macht sie sensationelle Fänge. Deren wissenschaftliche Auswertung wird 1940 abgeschlossen.
1908	August Breuer: Die Tiefseefische. Zweibändiges Standardwerk.
1930	Erster Tauchgang in 800 m Tiefe mit einer Stahlkugel durch William Beebe und Otis Barton. Die Wissenschaft schenkt den Berichten von Lichtblitzen keinen Glauben.
1960	Tiefster Tauchgang bis in ca. 11.000 m im Marianengraben durch Jacques Piccard und Don Walsh.
1964	Das Tauchboot "Alvin" der US-Marine findet Würmer, Krebse und Bakterien in der Nähe heißer Quellen in 2000 m Tiefe.
1982	Die Vereinten Nationen verabschieden die Internationale Seerechtskonvention. Die Ozeane und deren Rohstoffe werden zum Erbe der Menschheit erklärt. Die Konvention tritt 1004 in Kraft.

Die Augen der Tiefseefische sind zwar sehr groß, nehmen Farbe aber kaum wahr. Die Sehzellen bestehen ausschließlich oder zum weit überwiegenden Teil aus Stäbchen. Diese sind außergewöhnlich lang, sehr zahlreich und besonders lichtempfindlich. 100 bis 2000 Stäbchen geben die aufgenommenen Reize an eine einzige Nervenzelle weiter, wo sie sozusagen gebündelt werden. Dadurch steigert sich die Lichtempfindlichkeit enorm.

Dr. Uwe Schulte

DAZ 2005, Nr. 49, S. 86, 04.12.2005

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