In den tiefsten Gräben des Pazifiks haben Forscher an nacktem Fels eine Lebensgemeinschaft gefunden, die dort niemand erwartet hatte. 32 Arten aus sechs Stämmen sitzen dicht an dicht auf schwarzen Krusten in bis zu 10.898 Metern Tiefe, die meisten davon sind millimetergroß und der Wissenschaft völlig unbekannt. Möglich wurde der Fund erst durch 98 Tauchgänge eines bemannten U-Boots. Die Auswertung widerlegt eine gängige Annahme darüber, wovon diese Organismen überhaupt leben. Und sie deutet auf eine Rolle im globalen Stoffhaushalt hin, die bisher niemand auf der Rechnung hatte.
Die Hadalzone umfasst alle Bereiche des Meeresbodens unterhalb von etwa 6.000 Metern und reicht in den tiefsten Gräben bis knapp 11.000 Meter hinab. Dort wirkt ein hydrostatischer Druck von mehr als 100 Megapascal, die Temperatur liegt nur wenige Grad über dem Gefrierpunkt und Sonnenlicht dringt seit Jahrmillionen nicht mehr vor. Lange galt diese Zone als weitgehend lebensfeindlich, doch Forschungstauchgänge in der Tiefsee zeichnen seit Jahren ein deutlich komplexeres Bild. Bekannt waren bislang vor allem Organismen aus dem weichen Sediment der Grabenböden, etwa Flohkrebse, Seegurken und Scheibenbäuche. Die felsigen Hänge, Bruchzonen und subduzierten Seeberge eines Tiefseegrabens blieben dagegen ein blinder Fleck, weil sich Gesteinsproben aus solchen Tiefen kaum bergen lassen. Genau dort setzt eine neue Untersuchung an, die den Blick auf die härtesten und am schwersten zugänglichen Flächen der Hadalzone richtet.
Sessile, also festsitzende Organismen sind für die Erforschung solcher Hartsubstrate besonders aufschlussreich. Sie können sich nicht fortbewegen und müssen ihre Nahrung entweder aus dem umgebenden Wasser filtern oder aus dem Untergrund beziehen. Welche Energiequelle sie in mehr als 9.000 Metern Tiefe nutzen, war bislang offen. Eine verbreitete Hypothese ging davon aus, dass die fadenförmigen Bewohner der Grabenfelsen chemolithoautotroph leben und chemische Energie aus anorganischen Verbindungen des Gesteins gewinnen. Diese Annahme hätte weitreichende Folgen für das Verständnis der Nahrungsnetze in einem Tiefseegraben, weil sie eine vom Oberflächenozean weitgehend entkoppelte Lebensgemeinschaft beschreibt. Die Alternative wäre, dass diese Organismen heterotroph sind und organisches Material aufnehmen, das aus höheren Wasserschichten absinkt. Welche der beiden Erklärungen zutrifft, ließ sich ohne direkte Proben von den Felswänden nicht entscheiden. Ein internationales Team hat diese Lücke nun mit einem bemannten Tauchboot geschlossen.
Das Institut für Tiefseewissenschaft und -technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften koordinierte die Expeditionen im Rahmen eines groß angelegten Hadal-Erkundungsprogramms. Grundlage der im Fachjournal Science publizierten Auswertung sind Aufnahmen und Gesteinsproben aus insgesamt 98 Tauchgängen des bemannten U-Boots Fendouzhe. Der Schwerpunkt lag auf Tiefen zwischen 9.000 und 10.898 Metern im Marianengraben sowie im Kermadecgraben. Die Forscher kombinierten großflächige Bildgebung des Meeresbodens mit gezielter Beprobung harter Oberflächen, was in dieser Kombination bislang nicht möglich war. Insgesamt identifizierten sie 32 Arten aus sechs Stämmen von Protisten und Vielzellern. Der überwiegende Teil ist millimetergroß und war der Wissenschaft zuvor unbekannt. Weitere Fahrten in fünf zusätzlichen Gräben, darunter der Aleutengraben, der Kurilen-Kamtschatka-Graben und der Atacamagraben, lieferten vergleichbare Befunde und deuten auf eine weite Verbreitung hin.
Der zentrale Befund betrifft die Frage nach der Energiequelle. Die fadenförmigen Strukturen, die die Krusten dominieren, erwiesen sich als heterotrophe Foraminiferen, also als einzellige Protisten mit Schale, die organisches Material aufnehmen. Damit fällt die zuvor favorisierte chemolithoautotrophe Erklärung weg. Die Lebensgemeinschaft ist folglich nicht vom Oberflächenozean abgekoppelt, sondern hängt an dem Strom organischen Materials, der aus lichtdurchfluteten Wasserschichten in die Gräben absinkt. Dass ausgerechnet Einzeller und nicht Vielzeller die Hartsubstrate beherrschen, ist der eigentliche Bruch mit bisherigen Erwartungen, denn auf flacheren Felsböden übernehmen meist Schwämme, Nesseltiere oder Moostierchen diese Rolle. Ähnlich überraschend wirkte vor einigen Jahren der Nachweis, dass ein bislang unbekannter Lebensraum im Gestein unter Hydrothermalquellen existiert und die bekannten Verbreitungsgrenzen verschob.
Mehrere der beschriebenen Organismen verschieben Tiefenrekorde ihrer jeweiligen Gruppe. Aus dem Scholl Deep im Kermadecgraben stammt in 9.981 Metern das tiefste jemals dokumentierte Moostierchen, das als Pierrella fendouzhei einer neuen Art und einer neuen Familie zugeordnet wurde. Es gehört zu den Ctenostomata, denen die sonst zur Artbestimmung genutzten Kalkskelette fehlen, weshalb die transparenten Kolonien auf den schwarzen Ferromangankrusten kaum zu erkennen waren. Erst nach dem Trocknen der Gesteinsstücke wurden sie sichtbar. Bestimmt wurden sie von einem Zoologen der Universität Wien, einem der wenigen Spezialisten für diese Gruppe. Hinzu kommt eine neue Familie einkammeriger Foraminiferen. Solche Rekordmeldungen aus extremen Tiefen sind selten, aber nicht beispiellos: Auch die Beschreibung der am tiefsten lebenden bekannten Fischart ging auf gezielte Fangaktionen in vergleichbaren Tiefen zurück.
Die ökologische Bedeutung des Fundes reicht über die Taxonomie hinaus. Nach der Hochrechnung des Teams stellen die festsitzenden Foraminiferen zwischen 2 und 11 Prozent der gesamten eukaryotischen Biomasse in den Tiefseegräben weltweit. Damit sitzt auf den Felswänden ein bislang übersehener Umschlagplatz für organischen Kohlenstoff, der in den bisherigen Bilanzen schlicht fehlte. Das betrifft direkt die Effizienz der biologischen Pumpe, also jenes Mechanismus, der Kohlenstoff aus der Oberfläche in die Tiefe verlagert und dort bindet. Für den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane bedeutet das, dass die Gräben aktiver sind als angenommen. Einschränkend gilt, dass die Angaben auf Hochrechnungen aus zwei intensiv untersuchten Gräben beruhen und die Datenlage für andere Regionen dünner ist. Wie stabil diese Gemeinschaften gegenüber Veränderungen im Nahrungseintrag aus der Tiefsee reagieren, ist bislang offen.
Science, Protist-dominated hard substrate faunas thrive at the deepest ocean depths; doi:10.1126/science.aea7086