Forscher enträtseln immer wieder neue raffinierte Strategien, die Tiere in den lichtlosen Tiefen der Ozeane überleben lassen.
Lauernd schwimmt die Kreatur mit den furchtbaren Fangzähnen durch die schwarzen Fluten in über 1000 Meter Meerestiefe. Völlige Dunkelheit herrscht – aber nicht für den hungrigen Räuber, einen Tiefsee-Drachenfisch. Er besitzt über seinem Maul eine ungewöhnliche Jagdhilfe: einen Scheinwerfer aus farbigen Leuchtzellen. Mit ihnen kann der Drachenfisch nach Beutetieren spähen. Für die ist das Licht der Bio-Scheinwerfer nicht zu erkennen, weil sie farbenblind sind. Sie schwimmen arglos in den aufgerissenen Rachen.
Überraschungen wie diese bietet die Tiefsee zuhauf. Immer besser können Forscher inzwischen die Tricks entschlüsseln, mit denen Meeresorganismen im Laufe der Erdgeschichte die lichtlose Tiefe erobert haben. Dabei finden sie immer wieder Verblüffendes: Etwa wie Tiere es geschafft haben, Licht selbst herzustellen, wie die Drachenfische ihre Farbenblindheit überwanden oder wie augenlose Garnelen im Dunkeln sehen können.
Biologisch erzeugtes Licht ist im Dunkel der Tiefsee lebenswichtig. Es ist Beuteköder oder Tarnkappe, Kommunikationsmittel oder Jagdwaffe. Darum blitzt und glimmt, morst und strahlt es unentwegt in den Tiefen der Meere. 80 Prozent aller maritimen Organismen leuchten, vom mikroskopisch kleinen Plankton bis zur Riesenqualle. Die Bio-Rotlicht-Scheinwerfer der Drachenfische sind allerdings einmalig im Tierreich. Sie reichen zwei Meter weit. Damit können diese Jäger zehnmal weiter schauen, als ihre Beute fühlen kann – denn die farbenblinden Opfer sind auf die Fühlsensoren in ihrem Seitenlinienorgan angewiesen. Sie melden die Annäherung eines Feindes, indem sie seine Strömungswellen detektieren. Das ist aber erst ab etwa 20 Zentimeter Entfernung möglich.
Um ihre Beute im Scheinwerferlicht sehen zu können, mußten die Drachen-fische in ihrer Evolution ein Problem überwinden: Ihre Augen sind eigentlich nur für das Schwarz-Weiß-Sehen konstruiert. Die Fische brauchten also Biomoleküle, die besonders gut Rotlicht empfangen können. Die Art Malacosteus hat sich dazu als einzig bekanntes Tier auf der Welt einen biochemischen Trick zugelegt, über den sonst nur Pflanzen verfügen: Sie kann Licht mit Chlorophyll einfangen. Der Drachenfisch lagert das lichtempfindliche Pigment in der Netzhaut seiner Augen ein. Chlorophyll fängt die Energie der langwelligen roten Strahlen auf und macht es für die kurzwellig arbeitenden Schwarz-Weiß-Sensoren der Fischaugen nutzbar. Wie das genau funktioniert, ist allerdings noch unklar.
Mehr wissen die Forscher darüber, wie die Evolution des Leuchtvorgangs – der Biolumineszenz – ablief. Was den Drachenfisch und andere Tiefseebewohner leuchten läßt, ist eine chemische Reaktion. Die dafür zuständigen Moleküle sind die Luciferine (lateinisch: Träger des Lichts). Diese Moleküle geben blitzartig beim Kontakt mit Sauerstoff Energie in Form von Licht ab. Ein Enzym namens Luciferase steuert die Verbrennung in den Zellen der Leuchtorgane.
Als sie die Evolution dieser Lichtproduktion untersuchten, ging den Meeresbiologen der Katholischen Universität Leuwen in Belgien buchstäblich ein Licht auf. Sie schauten sich das Luciferin-Molekül Coelentarazin genauer an. Es läßt viele Meeresbewohner leuchten, Quallen ebenso wie Fische und Tintenfische. Die Tiere können den Leuchtstoff nicht selbst erzeugen.
Sie nehmen ihn mit der Nahrung auf, wie der Mensch Vitamine. Die entscheidende Überlegung der Forscher: Da diese Leuchtmoleküle wahrscheinlich schon in der Nahrungskette waren, als die Vorfahren der Tiefseebewohner noch nahe der Meeresoberfläche lebten, müssen sie ursprünglich eine andere Funktion in der Zelle gehabt haben. Diese Aufgabe entdeckten die belgischen Forscher, als sie Zellkulturen mit tödlichen Dosen freier Radikale traktierten – zellschädigende Chemikalien, die durch UV-Licht entstehen oder als unerfreuliches Nebenprodukt beim Stoffwechsel auftreten. Die Radikale schädigten die Zellen schwer – nicht jedoch, wenn die Forscher Coelentarazin zugaben. Schon geringe Mengen dieser Luciferine banden die freien Radikale und machten sie unschädlich.
Oberflächenwasser ist voll freier Radikale. Sie entstehen durch Reaktionen des UV-Lichts mit dem Sauerstoff im Wasser. In die Tiefe dringt jedoch kein UV-Licht vor, und Sauerstoff ist Mangelware. Deshalb haben die Tiefenbewohner einen niedrigeren Stoffwechsel als Tiere aus lichtreichen Regionen und produzieren damit auch selbst weniger freie Radikale. „Als die Meeresbewohner seinerzeit Schritt für Schritt die lichtlose Tiefsee eroberten”, meint Forschungsleiter Jean-François Rees, „kam beides gleichzeitig: Durch den Evolutionsdruck wurde die Biolumineszenz gerade in dem Augenblick sinnvoll, als das ideale Molekül zur Lichtproduktion seine bisherige Aufgabe verlor.” „Es ist sehr schwer nachzuprüfen, was sich vor Millionen Jahren abgespielt hat, aber jetzt gibt es zum ersten Mal Indizienbeweise”, freut sich der Meeresbiologe Peter Herring von der Universität Southampton.
Visuell perfekt an die Finsternis angepaßt sind auch die Bewohner heißer Vulkanquellen im Meer. An solchen „Schwarzen Rauchern” gelangt Meerwasser durch Risse und Spalten bis hinunter zum Magma im Erdinnern. Mit Schwefelmineralien befrachtet dringt es etwa 400 Grad heiß in dunklen Wolken wieder am Meeresboden aus. In der kochenden Finsternis siedelt eine bunte Truppe: Am ausgespuckten giftigen Schwefelwasserstoff laben sich fußhoch Kolonien von Schwefelbakterien. Indem sie das anorganische Schwefelgemisch als Energiequelle nutzen, können sie Kohlendioxid aus dem Wasser in Kohlenhydrate umwandeln – organische Nahrung satt für Röhrenwürmer, Muscheln und Scharen augenloser Garnelen, die wie fette Maden die Bakterienrasen abweiden.
Diese Krebse haben es faustdick hinter den Antennen. Da ihnen Augen in der Finsternis nichts nützen, haben sie sie umfunktioniert – zu Infrarot-Sensoren, die auf dem Rücken der Tiere sitzen. Mit ihrer Hilfe können sie die Wärmestrahlung von heißem Wasser sehen. Der Infrarot-Blick ist im Dunkeln lebenswichtig: Entfernen sich die Krebse zu weit von den kochenden Quellen, finden sie kein Futter mehr. Kommen sie ihnen zu nahe, werden sie in Sekunden gesotten. Die Schlotbewohner sind nicht auf ihre heimische Heißwasserquelle angewiesen: Sie können verreisen. Die heißen Wassermassen über den Schwarzen Rauchern verwirbeln sich zu gigantischen Kreiseln, die bis zu zwei Kilometer im Durchmesser groß sein können. Sie reißen Bakterien, Krebse und Würmer mit sich.
Auf ihrem Trip wird den Reisenden nicht einmal kalt. Ihre warmen Wasserwirbel vermischen sich kaum mit dem kälteren und damit dichteren Meerwasser, das sie umgibt. Von den Hauptwirbeln spalten sich „Babywirbel” ab und ziehen wie fliegende Untertassen mit ihrer Bio-Fracht beladen über den Meeresgrund. Sonarbojen, die US-Forscher jüngst in die Wirbel hinabließen, hatten mit diesem Tiefsee-Expreß nach acht Wochen 127 Kilometer im Kreis zurückgelegt und waren dabei acht Kilometer weit gewandert. Das erklärt auch, wie neu entstehende Vulkanschlote mitten im Meer spontan besiedelt werden: Das US-Tauchboot
Alvin stieß vor einigen Jahren auf dem Ostpazifischen Rücken in 2500 Meter Tiefe auf ein frisches, ödes Lavafeld. Als es zwei Jahre später zurückkehrte, lebten dort Scharen meterlanger Röhrenwürmer, von denen es zuvor nicht die leiseste Spur gab.
Kompakt In der Tiefsee blitzt und blinkt es überall. Manche Tiere haben sogar Scheinwerfer entwickelt. Um Licht zu produzieren oder zu empfangen, arbeiten die Meerestiere mit ungewöhnlichen Chemikalien, wie Radikalfängern oder Chlorophyll.
Bdw community INTERNET Biolumineszenz-Seite der Universität von Kalifornien mit großer Bildergalerie: www.lifesci.ucsb.edu/~biolum/
Tiefseeforschung des britischen Umweltforschungsrats: www.nerc.ac.uk/bridge/home.html
Hansjörg Heinrich
