Riesenwürmer in der Tiefsee entdeckt – Wissenschaftler stehen vor einem großen Rätsel

Riesenwürmer im Meeresboden: ein unerwarteter Fund

Unterwasserkameras und Sensoren richten sich gewöhnlich auf das sichtbare Leben rund um heiße Quellen. Doch nun verlagern Forscher ihren Blick tiefer – direkt in die Ozeankruste selbst, wo sich eine verborgene Fauna versteckt, die niemand vorhergesehen hatte.

Rund um Schwarze Raucher und andere hydrothermale Quellen wimmelt es von Leben: Krabben, Schalentiere, Bakterienmatten und die ikonischen Riesenröhrenwürmer Riftia pachyptila. Dieses Bild war Biologen seit Jahren vertraut. Die Überraschung kommt nun von darunter. Bei einer neuen Studie entdeckte ein internationales Forscherteam riesige Würmer – nicht auf dem Meeresboden, sondern in Hohlräumen und Rissen der Ozeankruste, unterhalb des Sediments.

Diese „unterirdischen" Würmer leben nicht an der Oberfläche des Meeresbodens, sondern in einer verborgenen Biomasseschicht unter den Ozeanen.

Die Tiere leben in Hunderten Metern Tiefe, in vollständiger Dunkelheit. Sie erhalten kein Licht und kaum organisches Material von oben. Dennoch erweisen sie sich als vital, gut ernährt und eingebettet in komplexe mikrobielle Gemeinschaften. Damit löst sich das alte Bild eines nahezu sterilen Untergrunds unter der Tiefsee auf.

Wie gelangen diese Tiere dorthin?

Die Forscher suchten ursprünglich nach Larven in der Nähe hydrothermaler Quellen. Solche Larven treiben im Wasser, sinken auf den Boden und besiedeln neue Schlote. Bei Bohr- und Pumparbeiten stellten sie fest, dass mit den zirkulierenden heißen Flüssigkeiten nicht nur Bakterien, sondern auch tierisches Material transportiert wird.

Daraus ergab sich folgendes Szenario:

• Larven treiben in der Nähe einer hydrothermalen Quelle;
• heiße Flüssigkeiten aus den Schloten werden teilweise nach unten gesogen, durch Risse in der Kruste;
• Larven und Mikroorganismen werden in dieses unterirdische Netzwerk mitgerissen;
• ein Teil davon überlebt und siedelt sich in Hohlräumen und Kanälen an, gespeist durch chemische Energie.

Laut den Forschern entsteht so eine Verbindung zwischen drei großen Zonen des Ozeans: der Wassersäule, dem Meeresboden und der unterirdischen Kruste. Dieselbe Art kann möglicherweise in verschiedenen Schichten dieses Systems vorkommen, jeweils angepasst an unterschiedliche Bedingungen.

Der Ozean erweist sich nicht als Ansammlung einzelner Lebensräume, sondern als durchgehendes System, durch das Wasser, Wärme, Mineralien und Organismen fließen.

Eine verborgene Biomasse unter dem Ozean

Geobiologen vermuten seit Längerem, dass eine gewaltige mikrobielle Biosphäre im Meeresboden existiert. Bakterien und Archaeen nutzen dort chemische Reaktionen mit Gestein, Wasser und gelösten Gasen zur Energiegewinnung. Der neue Fund deutet darauf hin, dass diese unterirdische Welt nicht nur aus Mikroorganismen besteht, sondern auch aus vielzelligen Tieren – darunter Riesenwürmer.

Was meinen Forscher mit einer „Biomasseschicht"?

Mit einer Biomasseschicht ist eine Region gemeint, die pro Volumeneinheit viel lebende Materie enthält und sich über große Flächen erstreckt. In diesem Fall handelt es sich um folgende Bereiche:

Die Riesenwürmer im Untergrund scheinen, ähnlich wie Riftia an der Oberfläche, stark auf symbiotische Bakterien angewiesen zu sein. Diese Bakterien nutzen beispielsweise Schwefelwasserstoff oder Methan aus den heißen Flüssigkeiten als Energiequelle. Der Wurm stellt dafür Körperraum und Schutz zur Verfügung und erhält im Gegenzug Nährstoffe.

Bedroht durch den Tiefseebergbau

Parallel zu diesem wissenschaftlichen Durchbruch wächst das Interesse von Industrie und einzelnen Staaten an den metallischen Reichtümern der Tiefsee. Knollen, Sulfidablagerungen und kobaltreiche Krusten enthalten Metalle, die Unternehmen für Batterien und Hightech-Anwendungen nutzen möchten.

Besonders rund um mittelozeanische Rücken und aktive oder fossile hydrothermale Felder sehen Unternehmen Chancen. Genau dort entstehen reiche Erzlagerstätten. Und genau in diesen Regionen leben die neu beschriebenen Würmer und ihre mikrobiellen Partner.

Die unterirdische Fauna wird bedroht, noch bevor wir ein klares Bild von ihrem Ausmaß, ihrer Vielfalt und ihrer Rolle im Ökosystem gewonnen haben.

Mechanischer Bergbau kann den Meeresboden aufreißen, Sedimentwolken erzeugen und Strömungsmuster stören. Bohrarbeiten in heißen Systemen können die unterirdische Wasserzirkulation verändern. Dadurch können Temperatur, chemische Zusammensetzung und Durchströmung in den „Wurmschichten" schwanken. Viele dieser Tiere tolerieren nur ein sehr enges Bedingungsfenster.

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Warum Biologen jetzt Schutzmaßnahmen fordern

Forscher plädieren für strenge Vorschriften und einen Aufschub kommerzieller Aktivitäten. Sie fordern:

• großflächige Schutzzonen rund um aktive hydrothermale Felder;
• eingehende ökologische Basisüberwachung vor einem möglichen Bergbaustart;
• internationale Vereinbarungen, die die unterirdische Biosphäre ausdrücklich einbeziehen;
• Finanzierung für die Erforschung unsichtbarer Ökosysteme in der Ozeankruste.

Ohne solche Maßnahmen würde der Tiefseebergbau möglicherweise einen noch unbekannten, aber funktional wichtigen Teil der Biosphäre zerstören. Die Folgen für die Ozeanchemie, den Kohlenstoffkreislauf und sogar für Klimaprozesse lassen sich kaum vorhersagen.

Ein Fenster auf mögliche außerirdische Ozeane

Hydrothermale Systeme gelten schon länger als Kandidaten für den Ursprung des Lebens auf der Erde. Die Mischung aus heißem, mineralreichem Wasser und kälterem Ozeanwasser kann energiereiche Gradienten erzeugen. Mikroorganismen lernen, diese Gradienten zu nutzen, und bauen darauf ganze Ökosysteme auf. Die neuen Ergebnisse erweitern diesen Gedanken in Richtung Untergrund.

Planetenwissenschaftler richten dabei ihren Blick auf Ozeane unter den Eiskrusten von Monden wie Europa (Jupiter) und Enceladus (Saturn). Messungen weisen auf mögliche hydrothermale Aktivität in deren felsigen Kernen hin. Wenn dort warmes Wasser durch Risse sickert, könnten Systeme entstehen, die irdischen Quellen in gewisser Weise ähneln.

Wer versteht, wie Leben in der dunklen, porösen Ozeankruste der Erde Bestand hat, erhält bessere Hinweise darauf, wo und wie wir Leben außerhalb der Erde suchen können.

Missionen wie Europa Clipper richten sich auf Anzeichen chemischer Ungleichgewichte, organische Moleküle und möglicherweise ausgestoßene Fahnen. Kenntnisse über unterirdische Würmer, Bakterien und ihre Nahrungsnetze helfen dabei, Sensoren und Messstrategien gezielter zu entwickeln.

Hydrothermale Quellen: mehr als nur spektakuläre Schlote

Was genau passiert in einer solchen Quelle?

Eine hydrothermale Quelle entsteht, wo Meerwasser tief in die Ozeankruste eindringt, sich durch Kontakt mit Magma oder heißem Gestein erhitzt und dann gelöste Mineralien wieder ausstößt. Das austretende Wasser kann über 300 Grad erreichen, kocht aber aufgrund des hohen Drucks nicht. Beim Kontakt mit kälterem Ozeanwasser fallen Mineralien aus und bauen Schlote sowie Ablagerungsfelder auf.

Rund um diese Quellen finden wir:

• dichte Kolonien von Riesenröhrenwürmern;
• Schalentiere wie Muscheln und Herzmuscheln mit symbiotischen Bakterien;
• seltene Krabben, Garnelen und Schnecken, oft endemisch für eine einzige Region;
• massive Bakterienmatten, die chemische Energie statt Licht nutzen.

Die neue Studie fügt nun eine vierte Komponente hinzu: eine „darunterliegende" Fauna in der Kruste selbst, die von demselben chemischen Antrieb profitiert, aber dem direkten Blick verborgen bleibt.

Was diese Entdeckung für die künftige Forschung bedeutet

Die Existenz großer Würmer unter dem Meeresboden zwingt Forscher dazu, neue Techniken einzusetzen. Allein Kameras auf Robotern reichen nicht aus. Bohrkerne, In-situ-Pumpsysteme, seismische Messungen und Strömungsmodelle müssen gemeinsam ein Bild des unterirdischen Netzwerks aus Kanälen zeichnen, durch die warmes Wasser, chemische Stoffe und Organismen fließen.

Forschungskonsortien arbeiten bereits an Instrumenten, die:

• Temperatur und Chemie in kleinen Spalten der Ozeankruste über lange Zeiträume verfolgen können;
• DNA-Spuren aus zirkulierendem Wasser filtern, um verborgene Fauna aufzuspüren;
• Mikrostrukturen von Poren und Rissen mit hoher Auflösung kartieren.

Studierende der Geologie, Biologie und Meerestechnik finden hier ein neues Forschungsfeld, in dem Disziplinen zusammentreffen. Wer sich mit Klimamodellen beschäftigt, kann diese unterirdische Biosphäre als möglichen Faktor in langsamen Kohlenstoff- und Schwefelkreisläufen einbeziehen. Ingenieure im Tiefseebergbau müssen ihre Entwürfe an ökologischen Schwellenwerten messen – einschließlich jener unsichtbarer Organismen.

Für eine breitere Öffentlichkeit eröffnet dieser Fund ebenfalls neue Möglichkeiten. Virtuelle Simulationen hydrothermaler Systeme und interaktive Karten mittelozeanischer Rücken können verdeutlichen, wie dynamisch der Meeresboden ist. Bildungsprojekte können Kindern ermöglichen, einfache chemische „Mini-Quellen" im Klassenzimmer zu erkunden – um zu zeigen, wie Energie aus chemischen Gradienten entsteht. So bekommt das abstrakte Bild von Riesenwürmern in der Dunkelheit eine greifbare Verbindung zum Alltag.