Klaus Hausmann: Kleinste Tiere in der Tiefe

Kleinste Tiere in der Tiefe

Erstaunliche Artenvielfalt von Flagellaten & Co in der Tiefsee

von Klaus Hausmann

Der größte Lebensraum der Erde ist noch immer kaum erforscht: Die Tiefsee. Teils unbekannte, bizarre Lebewesen tummeln sich auf dem immer dunklen Meeresboden. Den kleinsten unter ihnen, den Einzellern, geht der Protozoologe Klaus Hausmann in seinem Beitrag auf den Grund.

Die Wellen schlagen gegen den Bug, das Schiff wird hin und her geworfen. Es ist Winter auf der Südhalbkugel vor der Küste Namibias. Der Wind weht stürmisch hier im Angolabecken und stellt die Mannschaft der METEOR auf eine harte Belastungsprobe. An Bord des Forschungsschiffes sind Protozoologen der Freien Universität. Gemeinsam mit einem internationalen Team aus 28 Biologen wollen sie auf der vierwöchigen Expedition Proben aus etwa 5000 Metern Tiefe sammeln. Nur wenige Forschungsschiffe, darunter die METEOR (siehe Aufmacherbild), haben die dafür nötigen Apparaturen an Bord – allein die Winde muss eine zehn Kilometer lange Drahttrosse vorhalten.

Die Bedingungen sind alles andere als einfach: Der permanente Wellengang macht es schwer, das Forschungsschiff auf Position zu halten. Die Arbeit an Bord unterscheidet sich erheblich von der im Labor. Die aufwändig aufgebauten Mikroskopanlagen müssen mit Gurten und Seilen an den Wänden befestigt werden.

Mikroskopierarbeitsplatz
Mikroskopierarbeitsplatz an Bord der METEOR. Mikroskope und angeschlossene Videoanlagen sind durch zahlreiche Gurte gegen Verrutschen gesichert

Das Mikroskopieren wird unter diesen Bedingungen zum Balanceakt: Eine Hand bedient das Mikroskop, die andere hält es fest. Forschung unter Extrembedingungen: Vier Wochen lang, rund um die Uhr. Denn der Einsatz der METEOR verschlingt Tag für Tag tausende Euro an Fixkosten. Müßiggang können sich die Forscher nicht erlauben. Die Zeit ist knapp bemessen: Die Entnahme einer einzigen Probe dauert viele Stunden.

Anhand der gesammelten Proben wird die so genannte Biodiversität, also die Artenvielfalt, der atlantischen Tiefsee untersucht. Besondere Aufmerksamkeit gilt hierbei den einzelligen Organismen, den Protisten. Mit ihnen befassen sich die drei Protozoologen des Wissenschaftsteams. Streng genommen sind Einzeller im Laufe der Evolution nämlich nie an Land gegangen. Zwar sind sie nicht nur in Tümpeln, Teichen und Seen zu finden, sondern auch in Gartenbeeten, im Waldboden und im Wüstensand. Doch auch hier brauchen sie Wasser zum Überleben. Und das gibt es als Interstitialwasser meist auch in der trockensten Umgebung: Es findet sich zwischen einzelnen Sedimentkörnern.

Wird es doch einmal zu trocken, bilden die Kleinstlebewesen so genannte Cysten aus – eine Art Minischutzschild. Die Cyste selbst ist gegen Austrocknung resistent, der Protist überlebt. Gibt es doch einmal Regen, verlässt der Protist seinen Schutzschild: Die Wüste lebt. Mittlerweile hat die Wissenschaft sogar herausgefunden, dass es ausgeprägte Einzeller-Lebensgemeinschaften an Land beziehungsweise im Boden gibt.

Wenn die Kleinstlebewesen selbst unter den extremen Bedingungen der Wüste überleben und sogar im polaren Eis zu finden sind, dann müssten sie auch in der Tiefsee aufzuspüren sein. Selbst wenn die Druckverhältnisse jeden Menschen hier zerquetschen würden.

Einzeller
Räumliche Verteilung von einzelligen Organismen in aquatischen Lebensräumen

Und in der Tat fanden die Forscher der METEOR die gesuchten Einzeller auch im Abyssal, den extremen Tiefen des Ozeans – wenn auch in geringerer Menge als in flacheren Gewässern. Dass die Anzahl der Individuen pro Volumen, die so genannte Abundanz, bei großer Tiefe geringer ist, stimmt mit Erhebungen bei mehrzelligen Tieren überein. Der Meeresboden insgesamt ist ein spärlich bevölkerter Lebensraum. Die an Bord gehievten Protisten müssen sofort lebend untersucht werden. Anders als bei Vielzellern ist bei ihnen eine chemisch konservierte Probe nämlich fast wertlos. Für eine sinnvolle Einordnung sind typische Bewegungsweisen und Formen der Einzeller wesentlich. Und zumindest eins haben Protisten mit uns Menschen gemeinsam: Sie bewegen sich selten, wenn sie erst einmal tot sind. Unter dem Mikroskop wird das Verhalten der Kleinstlebewesen beobacht und zur späteren Überprüfung auf Video dokumentiert.

Aus Folgeuntersuchungen lässt sich schließen, dass sich zahlreiche Einzeller in den Sedimentproben in ihren Cysten befinden, wenn sie an Bord gebracht werden. Erst nach etlichen Tagen, nachdem sie aus ihren Cysten schlüpfen und sich vermehren, gelangen sie zur Untersuchung. Die Organisation und Struktur dieser Cysten sind allerdings noch unbekannt. Obwohl die Einzeller vom Meeresgrund heraufgeholt werden und einen enormen Druckunterschied verkraften müssen, zerplatzen sie nicht und nehmen offenbar auch sonst keinen Schaden. Warum? Würde doch jeder Vielzeller mit einem Blutgefäßsystem den Druckabfall nicht überleben. Im Blut gelöste Gase würden austreten und zum Zusammenbruch des Blutkreislaufes führen. Dieser Zusammenhang trifft auf die beobachteten Einzeller offenbar nicht zu.

Wissenschaftlich bewiesen ist das allerdings noch nicht. Natürlich kann es auch Einzeller geben, die den Druckunterschied nicht verkraften, sie entziehen sich aber der Beobachtung. Sie werden schon beim Heraufholen der Proben ausgesondert.

Die Protisten kommen keineswegs aus einer unberührten Umwelt. Auf dem Meeresgrund finden sich Spuren menschlicher Zivilisation: Glasflaschen, Ziegelsteine, Getränkedosen und Plastikflaschen, ebenso wie Schlacken aus der historischen Dampfschifffahrt – eine Müllhalde, 5.000 Meter unter dem Meer.

Doch im Abyssal ist der menschliche Abfall nicht nur Fluch, jedenfalls nicht für die Protisten. Im Gegenteil: Ein Teil davon – so zum Beispiel besagte Schlacke – ist zu einem bevorzugten und beliebten Biotop geworden. Mehr als hundert Einzellerarten entdeckten die Protozoologen in der Tiefsee – weit mehr als erwartet. Darunter Wechsel-, Geißel- und Wimpertierchen, in der Wissenschaft Amöben, Flagellaten und Ciliaten genannt. Das wirklich Überraschende: Im Gegensatz zu den vielzelligen Tieren waren fast alle gefundenen Protisten-Einzelarten schon vorher bekannt, allerdings nur aus flachen Salz- und Süßwasserbereichen. Das kann bisher noch nicht kausal erklärt werden. Spätere Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Arten nur lichtmikroskopisch, sozusagen auf den ersten Blick, identisch scheinen. Nach ultrastrukturellen und molekularbiologischen Studien an den Tiefsee-Protisten zeigt sich, dass es sich in bestimmten Fällen um relativ nahe Verwandte der Einzeller aus seichteren Gefilden handelt. Daraus ergibt sich folgende Hypothese: Die Einzeller aus der Tiefsee haben ihren Ursprung bei den Protisten der Flachwasserbereiche. Im Laufe der Jahre verbreiteten sie sich immer weiter und es ereigneten sich Artaufspaltungsprozesse. Ungeachtet dessen sind bei anderen Expeditionen auch einige Einzeller gesichtet worden, die bislang unbekannt waren. Im Östlichen Mittelmeer gibt es ein winziges, nur wenige Mikrometer messendes Geißeltierchen, das einen bislang nicht beobachteten Körperbau und eigentümliche Bewegungsweisen zeigt. Dieser Organismus hat bei seiner Entdeckung die Herzen aller Protozoologen höher schlagen lassen. Er wurde mit dem wissenschaftlichen Namen Meteora sporadica belegt. Meteora deshalb, weil er mit Hilfe dieses Schiffes entdeckt wurde und sporadica wegen des Fundortes im Sporadenbecken des Mittelmeeres. Dort taucht das Kleinstlebewesen denn auch nur sporadisch auf.

Abendstimmung
Abendstimmung auf der METEOR

Die gefundenen Einzeller sind nicht nur wegen ihrer Existenz von akademischem Interesse. Sie spielen vielmehr eine wichtige Rolle im Nahrungsgewebe des Ozeans: Unter anderem machen sie Nährstoffe für andere Organismen verfügbar.

Die nächste Expedition der Berliner Protozoologen startet im März 2005. Dann geht es von Kapstadt aus entlang des 13. Längengrades bis zum Äquator. Und bald danach rüsten die Wissenschaftler schon zur nächsten Forschungsreise: Im Oktober 2006 werden sie im Mittelmeer tätig und erkunden Einzeller in den Unter-Wasser-Gebirgsschluchten in 4.000 bis 5.000 Meter Tiefe. Die Vorbereitungen laufen schon jetzt auf vollen Touren. Extreme Bedingungen können die Forscher nicht schrecken. Schließlich haben sie schon bei hohem Wellengang und schwankendem Mikroskop gearbeitet. Und die auf der METEOR vorgenommenen Analysen der Tiefsee-Protisten gehören zu den weltweit ersten Studien dieser Art.

 

Literatur
  • Arndt, H., K. Hausmann, M. Wolf (2003): Deep-sea heterotrophic nanoflagellates of the Eastern Mediterranean Sea: qualitative and quantitative aspects of their pelagic and benthic occurrence. Marine Ecology Progress Series 256, 45–56.
  • Hausmann, K., B. P. Kremer (Hrsg.) (1995): Extremophile – Mikroorganismen in ausgefallenen Lebensräumen, 2. Auflage. VCH Weinheim.
  • Hausmann, K., N. Hülsmann (2003): „Einzellige Eukaryota“, Einzeller. In: Westheide, W., R. Rieger (Hrsg.): Spezielle Zoologie, Erster Teil: Einzeller und Wirbellose Tiere, pp. 1-72. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg.
  • Hausmann, K., N. Hülsmann, R. Radek (2003): Protistology, 3rd edition. Schweitzerbart’sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart.
  • Hausmann, K., M. Weitere, M. Wolf, H. Arndt (2002): Meteora sporadica gen. nov. et sp. nov. (Protista incertae sedis) – an extraordinary free-living protist from the
  • Mediterranea deep sea. European Journal of Protistology 38, 171–177.
  • Hausmann, K., N. Hülsmann, I. Polianski, S. Schade, M. Weitere (2002): Composition of benthic protozoan communities along a depth transect in the Easter Mediterranean Sea. Deap-Sea Research I, 49, 1959–1970.