Die Geheimnisse des Meeresbodens gelüftet

WIR werden die Bedeutung dessen, was die Forscher auf der Alvin zu Gesicht bekamen, besser verstehen, wenn wir etwas über den Aufbau der Erde wissen. Der Boden unter unseren Füßen besteht aus einer festen Schicht (der Lithosphäre), die auf einer Masse langsam fließenden, geschmolzenen Gesteins ruht. Offenbar reicht die feste äußere Schale durchschnittlich etwa 100 Kilometer in die Tiefe und macht nur ungefähr 0,6 Prozent des Erdvolumens aus. Die äußerste Partie, die Kruste, ist ungleichmäßig dick — unter den Kontinenten dicker und unter dem System mittelozeanischer Rücken nur 6 Kilometer dünn.

Außerdem besteht diese starre Schale nicht aus einem Stück, wie zum Beispiel die Schale von einem unbeschädigten Ei. Sie scheint vielmehr aus einigen großen, starren und vielen kleineren Platten zu bestehen, den sogenannten tektonischen Platten. Diese bilden die Kontinente und den Boden der Meere. Die Platten verändern ihre Lage zueinander. Dort, wo sie auseinanderdriften, werden sie dünner und bilden die Bruchzonen der mittelozeanischen Rücken. Weltweit verschieben sich die Platten im Durchschnitt um etwa 3 Zentimeter pro Jahr.

Nach der Theorie der Plattentektonik ermöglicht das Auseinanderstreben der Platten längs des Rückensystems das Aufsteigen von heißem Gestein aus dem Erdmantel, der Zone unter der Kruste. Das heiße Material bildet entlang der Bruchzone neue ozeanische Kruste, aber dadurch verschmelzen die Platten nicht miteinander. Sie entfernen sich weiterhin voneinander, so  daß das Riftsystem einer riesigen, nie heilenden Wunde gleicht.

Während am Ende einer Platte an den mittelozeanischen Rücken neue Schichten hinzukommen, gleitet das andere Ende der Platte langsam unter die Nachbarplatte in Richtung des heißen Erdmantels hinab und wird schließlich von diesem aufgenommen. Das Gebiet, wo eine Platte absinkt, nennt man Subduktionszone. In Subduktionszonen befinden sich einige der tiefsten Gräben der Erde. Beispielsweise ist der Marianengraben vor Guam im Pazifik etwa 11 000 Meter tief. Befände sich der höchste Berg der Erde, der Mount Everest, in diesem Graben, so stände sein Gipfel immer noch 2 000 Meter unter Wasser.

Eine Oase — aus Giften!

Das weltumspannende System mittelozeanischer Rücken ist eine instabile und vulkanische Region, die mit Lavaströmen und hydrothermalen Schloten gespickt ist. Die Schlote speien ein extrem giftiges, heißes Gemisch aus Wasser und gelösten Mineralien aus dem Erdinneren aus. Und dennoch ist dieses unwirtliche Reich, wo der Druck mehrere hundertmal höher ist als an der Meeresoberfläche, nicht lebensfeindlich, sondern eher lebensfreundlich — und zwar sehr lebensfreundlich! Zu den Hunderten dort lebenden Arten zählen Bakterien, riesige Muscheln — etwa 30 Zentimeter lang — und, als Seltsamstes überhaupt, die Röhrenwürmer mit ihren purpurroten, federartigen Lamellen. Diese in Gruppen fest am Meeresgrund verankerten Tiere können bis zu zwei Meter aufragen.

Holt man die Anwohner der Schlote an die Wasseroberfläche, stellt man fest, daß sie nach faulen Eiern riechen. Der widerliche Geruch  wird nicht durch Fäulnis verursacht, sondern stammt von Schwefelwasserstoff, einem übelriechenden, äußerst giftigen Gas, das in hydrothermalen Schloten reichlich vorhanden ist. Das Wasser, das aus den Schloten austritt, ist außerdem stark sauer und enthält viele Metalle wie Kupfer, Magnesium, Eisen und Zink. Aber anstatt in dieser mit einer Giftmülldeponie vergleichbaren Umgebung lediglich zu überleben, gedeihen Röhrenwürmer und andere Lebewesen prächtig. Wie ist das möglich? Um das besser verstehen zu können, sehen wir uns den Röhrenwurm etwas näher an.

Ein lebendiges Rätsel

Als Biologen Röhrenwürmer untersuchten, entpuppten sich die Tiere als rätselhaft. Sie hatten weder eine Mundöffnung noch ein Verdauungssystem. Man fragte sich: Wie nehmen sie Nahrung auf? Und wie verarbeiten sie diese? Dann entdeckte man etwas Unerwartetes: Die Würmer haben rotes Blut — nicht nur eine blutähnliche Flüssigkeit, sondern echtes, stark hämoglobinhaltiges Blut —, das ihren Körper und die federartigen Lamellen durchströmt.

Als die Biologen die schlaffe Körperhülle des Wurms öffneten, wurde es noch rätselhafter. Im Gewebe fand sich eine Bakterienkultur von etwa 10 Milliarden Bakterien je Gramm. Eine Biologiestudentin stellte 1980 die Theorie auf, der Wurm lebe mit Hilfe einer Symbiose — das Zusammenleben von Lebewesen verschiedener Art zu gegenseitigem Nutzen. Ihre Hypothese wurde durch weitere Forschungen bestätigt, die ergaben, daß der Röhrenwurm als Wirt die Bakterien ernährt und daß die Bakterien den Wurm ernähren.

Die federartigen Lamellen des Röhrenwurms sammeln wie Kiemen das, was die Bakterien benötigen, um Nährstoffe herzustellen, zum Beispiel Sauerstoff und Kohlenstoff. Die Lamellen wiegen sich nicht unmittelbar in dem brühheißen Wasser aus den Schloten — das wäre selbstmörderisch —, sondern in der Nähe, wo sich das eiskalte Meerwasser mit dem Quellwasser vermischt. Die Nährstoffe bilden sich natürlich nur unter Zufuhr von Energie. Auf der Erdoberfläche und in den oberen Bereichen der Meere liefert das Sonnenlicht die Energie für das Pflanzenwachstum und somit für die Nahrungsgrundlage. Aber in die tiefe Heimat des Röhrenwurms dringt kein Sonnenstrahl vor.

Energie aus dem Inneren der Erde

Der Schöpfer hat genial dafür gesorgt, daß aus dem Inneren der Erde die nötige Energie geliefert wird, und zwar durch die hydrothermalen Schlote und durch den übelriechenden Schwefelwasserstoff. Das „Sonnenlicht“ der Schlotanwohner — Schwefelwasserstoff — versorgt die Bakterien mit der nötigen Energie für ihre Nahrungsproduktion. Unterdessen sind Bakterien sozusagen die „Pflanzen“ der Lebensgemeinschaft rund um die heiße Quelle, da sie den Anfang der Nahrungskette dieser Lebensgemeinschaft bilden. *

Um alle von den Bakterien benötigten Stoffe binden zu können, ist das Hämoglobinmolekül im Blut des Röhrenwurms 30mal größer als das Hämoglobinmolekül im Blut des Menschen. Das Blut transportiert die Stoffe zu den hungrigen Bakterien, und die Bakterien stellen wiederum Nahrung für den Röhrenwurm her.

Heiße Tiefseequellen — ein artenreicher Lebensraum!

Rund um die heißen Quellen braucht absolut niemand zu hungern, denn praktisch alles ist mit Bakterien überdeckt, manchmal zentimeterdick. Sogar in der warmen Strömung über den heißen Quellen treten die Bakterien manchmal wie große Schneeschauer auf und erzeugen sozusagen eine lebendige Suppe. Manche Tiere bilden wie die Röhrenwürmer mit den Bakterien eine symbiotische Gemeinschaft, andere wiederum weiden diese Mikroorganismen direkt ab. Die hydrothermalen Quellen besitzen derart produktive und energetische Lebensgemeinschaften, daß man die Quellen bereits mit Salzmarschen, tropischen Regenwäldern und Flachwasser-Korallenriffen verglichen hat.

In der Umgebung von heißen Quellen hat man bereits etwa 300 neue Arten identifiziert. Hierzu gehören große weiße und verschiedene andere Muscheln (in der ewigen Nacht sind Farbpigmente überflüssig), Kraken und gefräßige weiße Krabben, die eine Vorliebe für die zarten Lamellenbüschel der Röhrenwürmer haben. Zu ihrem  Schutz haben die Würmer einen Schnappreflex, der das Büschel flugs in die sichere Röhre zurückzieht.

Weitere Schlotanwohner sind Seespinnen, Schnecken, Garnelen (chorocaris vandoverae), Napfschnecken, Ruderfußkrebse, aalartige Fische, die über die bakterien- und schwefelbedeckten Oberflächen schlittern, kleinere Arten von Röhrenwürmern und andere Würmer. Zu letzteren zählen Spaghettiwürmer und Pompejiwürmer. Die Spaghettiwürmer tragen ihren Namen zu Recht, denn es sieht tatsächlich so aus, als hingen einige Portionen helle Spaghetti an den Felsen. Der Pompejiwurm besticht vor allem durch seine Fähigkeit, Temperaturen bis zu 80 Grad Celsius auszuhalten. Die Bakterien, von denen er bedeckt ist, vertragen natürlich ebenfalls solch hohe Temperaturen. *

Ein unheimliches Licht!

Die Wissenschaftler waren überrascht, als sie 1985 in der Nähe der Schlote Garnelen entdeckten, die zwei augenartige Organe mit lichtempfindlichen Chemikalien, aber ohne Linsen, haben. Ihre erste Frage war natürlich: Was können diese Tiere in einer Welt völliger Dunkelheit überhaupt sehen? Um der Sache auf den Grund zu gehen, nutzten die Forscher eine hochempfindliche Digitalkamera, wie sie auch zum Fotografieren schwach leuchtender Sterne verwendet wird. Sie richteten die Kamera auf die heiße Quelle, machten alle ihre Lichter aus und schossen ein Bild.

Das Ergebnis war verblüffend. Auf dem Bild war „deutlich ein dramatisches Glühen“ zu sehen, das dort, wo das heiße Wasser aus dem Schlot strömte, „klar abgegrenzt war“, berichtet die Wissenschaftlerin Cindy Lee van Dover. Nutzen die Krabben dieses mit bloßem Auge  nicht sichtbare unheimliche Licht? Wie dem auch sei, die Entdeckung, daß hydrothermale Schlote glühen, „erschließt uns ein ganz neues Forschungsgebiet“, ergänzt van Dover.

Das Größte und das Kleinste

Vor kurzem wurden in einem methanreichen Abschnitt des Meeresbodens die größten bekannten Bakterien entdeckt. Diese 1997 entdeckten Riesen in Form einer Perlenschnur sind ein- bis zweihundertmal größer als durchschnittliche Bakterien. Bei ihrem ausgezeichneten Appetit bleibt in den Ablagerungen kaum eine Spur der giftigen Schwefelstoffe übrig, wodurch das Gebiet für andere Meeresbewohner ungefährlich wird.

Die vielleicht kleinsten lebenden Organismen der Welt wurden ebenfalls unter Wasser gefunden, in diesem Fall jedoch fünf Kilometer unter dem Meeresboden. Eine Reportage der New York Times beschreibt diese Entdeckung, die vor der Westküste Australiens gemacht wurde, als „so bizarr, daß sie eine hitzige internationale Debatte ausgelöst hat“. Der Streit dreht sich hauptsächlich um die Frage, ob diese sogenannten Nanoben, deren Größe in Nanometern (ein milliardstel Meter) gemessen wird, überhaupt lebende Organismen sind. Sie haben Ähnlichkeit mit Pilzen, sind ungefähr so groß wie Viren, besitzen DNS und scheinen sich schnell zu vermehren, wobei sie dichte Kolonien bilden.

Man entdeckt zur Zeit so viele Lebensformen, daß viele Wissenschaftler glauben, die Gesamtmasse mikrobiellen Lebens in der oberen Erdkruste übertreffe bei weitem die Masse allen Lebens auf der Oberfläche. Diese Entdeckungen revolutionieren das Denken der Wissenschaftler. Einer sagte: „Seit einigen Jahren gibt es in  der Mikrobiologie keine Dogmen mehr. Das Forschungsgebiet entdeckt sich selbst neu. Eigentlich ist es eine ganz neue Wissenschaft.“

Darüber hinaus lehren uns diese wichtigen Entdeckungen etwas, was Wissenschaft übersteigt. Die Bibel bringt es auf den Punkt, wenn sie sagt: „Seine [Gottes] unsichtbaren Eigenschaften werden seit Erschaffung der Welt deutlich gesehen, da sie durch die gemachten Dinge wahrgenommen werden“ (Römer 1:20). Beispielsweise ist Gott sehr an Sauberkeit interessiert. Dies zeigt sich deutlich an Bakterien und anderen Meeresbewohnern, die dazu beitragen, die potentiell gefährlichen Giftstoffe unschädlich zu machen, die aus dem Inneren der Erde aufsteigen und die durch die Zersetzung des von oben herabsinkenden Materials entstehen. Offensichtlich ist Gott viel an der Gesundheit des Planeten und aller Lebewesen darauf gelegen. Wie der folgende Artikel zeigen wird, garantiert dieser Wesenszug des Schöpfers allem Leben auf der Erde eine herrliche Zukunft.

[Fußnoten]

 [Kasten/Bild auf Seite 7]

Was sind hydrothermale Schlote?

Längs des vulkanischen Systems mittelozeanischer Rücken gelangt Meerwasser durch Risse tief in die Erdkruste und erreicht extrem heiße Regionen. Das Wasser wird sehr stark erhitzt, worauf es mit dem Gestein reagiert und verschiedene chemische Stoffe aufnimmt. Sein Auftrieb vergrößert sich, es steigt zum Meeresboden auf und tritt durch hydrothermale Schlote — heiße Quellen oder Geysire — aus. Diese „stehen ihren Gegenstücken an Land weder an Kraft nach, noch sind sie weniger spektakulär“, sagte eine Forscherin.

Die Temperatur dieser Quellen am Meeresboden kann auf etwa 400 Grad Celsius ansteigen — das ist heißer als geschmolzenes Blei! Aber wegen des Drucks im kilometertiefen Ozean verdampft dieses extrem heiße Gebräu nicht. Verblüffenderweise liegt die Wassertemperatur in unmittelbarer Nähe einer heißen Quelle, gerade ein paar Millimeter entfernt, meist nur wenig über dem Gefrierpunkt. Mineralien, die mit dem sich schnell abkühlenden Strom herausgeschleudert werden, setzen sich auf dem Meeresboden ab, wobei Hügel und die Schlote entstehen. Letztere werden bis zu 9 Meter hoch. Man hat jedoch auch einen 45 Meter hohen Schlot mit einem Durchmesser von 10 Metern entdeckt, und er wuchs immer noch weiter!

Hydrothermale Schlote können hin und wieder aktiv werden, wodurch das Leben in ihrer Nähe unsicher bleibt. Manchen Tieren gelingt es jedoch zu überleben, indem sie sich an anderen Schloten ansiedeln.

[Bildnachweis]

P. Rona/OAR/National Undersea Research Program

[Kasten/Bild auf Seite 10]

Brennbares Eis!

In den 70er Jahren entdeckten Wissenschaftler vor der nordamerikanischen Küste Ablagerungen einer bemerkenswerten Substanz, des sogenannten Methanhydrats — eine Kombination aus gefrorenem Wasser und brennbarem Methangas. Das Methan wird von Mikroorganismen im Schlamm abgegeben. Diese Mikroorganismen ernähren sich von organischen Stoffen, die im Meerwasser zu Boden sinken. Das Methan vereinigt sich dann mit dem gefrierenden Wasser zu Methanhydratkristallen. Diese Kristalle sind wie kleine Käfige aus Eis, in denen das Methan gefangen ist. Sie bilden sich nur in einer Wassertiefe von mindestens 500 Metern und dicht über dem Gefrierpunkt. Unter diesen Bedingungen wachsen die Methanhydratkristalle und bilden eine sprudelnde, schneeähnliche Substanz. Wenn man einen Klumpen davon an die Oberfläche holt und anzündet, brennt er mit einer rötlichen Flamme. Alles, was dann davon übrigbleibt, ist eine Wasserpfütze.

Methanhydrat ist eine ergiebige Energiequelle. Man schätzt, daß davon doppelt soviel abgelagert ist, wie von allen anderen fossilen Brennstoffen zusammengenommen. (Zu den fossilen Brennstoffen zählen Kohle, Erdöl und Erdgas — das auch überwiegend Methan enthält.) Bisher sind diese enormen Methanreserven aber unerreichbar, weil Methanhydrat schnell zerfällt, sobald man es von seinem Entstehungsort entfernt.

In Methanhydratfeldern gibt es ebenfalls Quellen und Schlote, aber aus diesen strömt, anders als bei den heißen Quellen im Bereich des Systems mittelozeanischer Rücken, kaltes Wasser. Aber auch an diesen Quellen, die giftige Wolken aus Methan, Schwefelwasserstoff und Ammoniak ausstoßen, gedeihen Lebensgemeinschaften von Röhrenwürmern, Muscheln, Bakterien, die sich von chemischen Verbindungen ernähren, und etliche weitere Organismen. Aus dem Chemieabfall der methanabsorbierenden Bakterien bildet sich Kalkstein — das gleiche harmlose Material, aus dem Korallen bestehen. *

[Fußnote]

[Diagramm/Bild auf Seite 4, 5]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Erdkruste

Erdmantel (teilweise geschmolzen)

Graben

Subduktionszone

Tektonische Platte

Bruchzone

Wenn Platten auseinanderdriften, entstehen Bruchzonen

[Bild]

Das System mittelozeanischer Rücken windet sich um die Erde wie die Naht eines Tennisballs

[Bildnachweis]

NOAA/Department of Commerce

[Karte auf Seite 7]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Größere ozeanische Rücken und Tiefseegräben

1 Marianengraben

2 Ostpazifischer Rücken

3 Galapagos-Bruchzone

4 Mittelatlantischer Rücken

[Bildnachweis]

NOAA/Department of Commerce

[Bild auf Seite 8]

Muscheln

Muscheln kommen im Green Canyon (im Golf von Mexiko) in 800 Meter Tiefe vor

[Bildnachweis]

J. Brooks/OAR/National Undersea Research Program

[Bild auf Seite 8, 9]

Röhrenwürmer

Ihre feinen, federartigen Lamellen enthalten stark hämoglobinhaltiges Blut

 [Bildnachweis]

OAR/National Undersea Research Program

[Bild auf Seite 9]

Schlotkrabben

Diese gefräßigen Krabben haben eine Vorliebe für Röhrenwürmer

[Bildnachweis]

I. MacDonald/OAR/National Undersea Research Program

[Bild auf Seite 9]

Riesenmuscheln

Diese etwa 30 Zentimeter langen Muscheln wurden in 3 Kilometer Tiefe gefunden

[Bildnachweis]

A. Malahoff/OAR/National Undersea Research Program

[Bild auf Seite 9]

Einige Muscheln wurden an die Oberfläche gebracht

[Bildnachweis]

Foto: William R. Normark, USGS

[Bild auf Seite 9]

Garnelen

Manche haben zwei augenartige Organe. Aber was können sie in völliger Dunkelheit sehen?

[Bildnachweis]

EMORY KRISTOF/NGS Image Collection

[Bild auf Seite 11]

Nanoben

Sind sie die kleinsten Lebewesen der Erde?

[Bildnachweis]

Dr. Philippa J. R. Uwins/University of Queensland