Tiefsee – Wikipedia

Die unterste Schicht im Ozean, unterhalb der Thermokline und oberhalb des Meeresbodens, in einer Tiefe von 1000 Faden (1800 m) oder mehr

Das Tiefsee oder tiefe Schicht^[1] ist die unterste Schicht im Ozean, die unterhalb der Thermokline und oberhalb des Meeresbodens in einer Tiefe von 1000 m (1800 m) oder mehr vorhanden ist. Wenig oder gar kein Licht dringt in diesen Teil des Ozeans ein, und die meisten Organismen, die dort leben, leben von fallenden organischen Stoffen, die in der photischen Zone erzeugt werden. Aus diesem Grund gingen Wissenschaftler einmal davon aus, dass das Leben in der Tiefsee spärlich sein würde, aber praktisch jede Sonde hat gezeigt, dass im Tiefsee im Gegenteil reichlich Leben vorhanden ist.

Von der Zeit Plinius bis zum späten neunzehnten Jahrhundert … glaubten die Menschen, dass es in der Tiefe kein Leben gab. Es dauerte eine historische Expedition im Schiff Herausforderer zwischen 1872 und 1876, um Plinius das Gegenteil zu beweisen; Seine Tiefseebagger und Schleppnetze brachten Lebewesen aus allen erreichbaren Tiefen hervor. Doch auch im 20. Jahrhundert stellten sich Wissenschaftler weiterhin vor, dass das Leben in großer Tiefe unwesentlich oder irgendwie belanglos sei. Die ewige Dunkelheit, der fast unvorstellbare Druck und die extreme Kälte, die unter tausend Metern herrschen, waren, so dachten sie, so verboten, dass sie das Leben so gut wie ausgelöscht hatten. Das Gegenteil ist der Fall … (Unter 200 Metern) liegt der größte Lebensraum der Erde.^[2]

1960 wurde die Bathyscaphe Triest stieg auf den Grund des Marianengrabens in der Nähe von Guam ab, auf 10.911 m (35.797 ft; 6.780 mi), dem tiefsten bekannten Punkt in einem Ozean. Wenn der Mount Everest (8.848 Meter) dort untergetaucht wäre, wäre sein Gipfel mehr als eine Meile unter der Oberfläche. Das Triest war im Ruhestand und für eine Weile war das japanische ferngesteuerte Fahrzeug (ROV) Kaikō das einzige Schiff, das diese Tiefe erreichen konnte. Es ging 2003 auf See verloren. Im Mai und Juni 2009 wurde das Hybrid-ROV (HROV) Nereus kehrte für eine Reihe von drei Tauchgängen in Tiefen von mehr als 10.900 Metern zum Challenger Deep zurück.

Es wurde vermutet, dass über den Mond mehr bekannt ist als über die tiefsten Teile des Ozeans.^[2] Es wurde angenommen, dass das Leben auf dem Tiefseeboden ausschließlich von fallender organischer Materie und damit letztendlich der Sonne als Energiequelle abhängt, bis Ende der 1970er Jahre blühende Kolonien von Garnelen und anderen Organismen um hydrothermale Quellen entdeckt wurden. Die neuen Entdeckungen enthüllten Gruppen von Kreaturen, die Nährstoffe und Energie direkt aus thermischen Quellen und chemischen Reaktionen bezogen, die mit Veränderungen der Mineralvorkommen verbunden waren. Diese Organismen gedeihen in völlig lichtlosen und anaeroben Umgebungen in stark salzhaltigem Wasser, das bis zu 150 ° C erreichen kann, und ernähren sich von Schwefelwasserstoff, der für fast alle Landbewohner hochgiftig ist. Die revolutionäre Entdeckung, dass Leben unter diesen extremen Bedingungen existieren kann, veränderte die Meinung über die Chancen, dass es anderswo im Universum Leben gibt. Wissenschaftler spekulieren nun, dass Europa, einer von Jupiters Monden, möglicherweise das Leben unter seiner eisigen Oberfläche unterstützen kann, wo es Beweise dafür gibt^[3] eines globalen Ozeans von flüssigem Wasser.

Umwelteigenschaften[edit]

Licht[edit]

Natürliches Licht dringt nicht in den tiefen Ozean ein, mit Ausnahme der oberen Teile des Mesopelagikums. Da eine Photosynthese nicht möglich ist, können Pflanzen und Phytoplankton nicht in dieser Zone leben. Da dies die Hauptproduzenten fast aller Ökosysteme der Erde sind, muss das Leben in diesem Bereich des Ozeans von Energiequellen anderer Länder abhängen. Mit Ausnahme der Bereiche in der Nähe der hydrothermalen Quellen stammt diese Energie aus organischem Material, das aus der photischen Zone herabdriftet. Das sinkende organische Material besteht aus Algenpartikeln, Detritus und anderen Formen von biologischem Abfall, der zusammen als Meeresschnee bezeichnet wird.

Druck[edit]

Da der Druck im Ozean pro 10 Meter Tiefe um etwa 1 Atmosphäre zunimmt, ist der Druck, dem viele Meeresorganismen ausgesetzt sind, extrem. Bis in die letzten Jahre fehlten der wissenschaftlichen Gemeinschaft detaillierte Informationen über die Auswirkungen des Drucks auf die meisten Tiefseeorganismen, da die angetroffenen Exemplare tot oder sterbend an der Oberfläche ankamen und bei dem Druck, bei dem sie lebten, nicht beobachtbar waren. Mit dem Aufkommen von Fallen, die eine spezielle Druckhaltekammer enthalten, wurden unbeschädigte größere Metazoentiere in gutem Zustand aus der Tiefsee geborgen.

Salzgehalt[edit]

Der Salzgehalt ist in der gesamten Tiefsee bemerkenswert konstant und liegt bei etwa 35 Promille.^[4] Es gibt einige geringfügige Unterschiede im Salzgehalt, aber keine, die ökologisch bedeutsam sind, außer im Mittelmeer und im Roten Meer.

Temperatur[edit]

Die beiden Gebiete mit dem größten Temperaturgradienten in den Ozeanen sind die Übergangszone zwischen den Oberflächengewässern und den tiefen Gewässern, die Thermokline und der Übergang zwischen dem Tiefseeboden und den Heißwasserströmen an den hydrothermalen Quellen. Die Dicke der Thermokline variiert zwischen einigen hundert Metern und fast tausend Metern. Unterhalb der Thermokline ist die Wassermasse des tiefen Ozeans kalt und weitaus homogener. Thermokline sind in den Tropen am stärksten, wo die Temperatur der epipelagischen Zone normalerweise über 20 ° C liegt. Von der Basis des Epipels aus sinkt die Temperatur über mehrere hundert Meter auf 5 oder 6 ° C bei 1.000 Metern. Es sinkt weiter nach unten, aber die Rate ist viel langsamer. Das kalte Wasser stammt aus dem Absinken von schwerem Oberflächenwasser in den Polarregionen.^[4]

In jeder Tiefe ist die Temperatur über lange Zeiträume praktisch unverändert, ohne saisonale Veränderungen und mit sehr geringer Variabilität zwischen den Jahren. Kein anderer Lebensraum auf der Erde hat eine so konstante Temperatur.^[5]

In hydrothermalen Entlüftungsöffnungen kann die Temperatur des Wassers, wie es aus den Schornsteinen des “schwarzen Rauchers” austritt, bis zu 400 ° C betragen (es wird durch den hohen hydrostatischen Druck am Kochen gehindert), während es innerhalb weniger Meter wieder auf 2 sinken kann bis 4 ° C.^[6]

Biologie[edit]

Regionen unterhalb des Epipels sind in weitere Zonen unterteilt, beginnend mit dem mesopelagisch Das erstreckt sich von 200 bis 1000 Metern unter dem Meeresspiegel, wo so wenig Licht eindringt, dass eine Primärproduktion unmöglich wird. Unterhalb dieser Zone beginnt die Tiefsee, bestehend aus der Aphotik bathypelagisch, abyssopelagisch und hadopelagisch. Lebensmittel bestehen aus fallendem organischem Material, das als „Meeresschnee“ bekannt ist, und Schlachtkörpern, die aus der darüber liegenden Produktionszone stammen, und sind sowohl räumlich als auch zeitlich knapp.

Anstatt sich für ihren Auftrieb auf Gas zu verlassen, haben viele Tiefseearten geleeartiges Fleisch, das hauptsächlich aus Glykosaminoglykanen besteht, was ihnen eine sehr geringe Dichte verleiht.^[7] Bei Tiefseekalmaren ist es auch üblich, das gallertartige Gewebe mit einer Flotationskammer zu kombinieren, die mit einer Coelomflüssigkeit gefüllt ist, die aus dem Stoffwechselabfallprodukt Ammoniumchlorid besteht, das leichter als das umgebende Wasser ist.

Die Mittelwasserfische haben spezielle Anpassungen, um diesen Bedingungen gerecht zu werden – sie sind klein und liegen normalerweise unter 25 Zentimetern; Sie haben einen langsamen Stoffwechsel und eine nicht spezialisierte Ernährung. Sie sitzen lieber und warten auf Nahrung, als Energie zu verschwenden, um danach zu suchen. Sie haben verlängerte Körper mit schwachen, wässrigen Muskeln und Skelettstrukturen. Sie haben oft ausziehbare, schwenkbare Backen mit zurückgebogenen Zähnen. Aufgrund der geringen Verbreitung und des Lichtmangels ist es schwierig, einen Partner für die Zucht zu finden, und viele Organismen sind zwittrig.

Weil das Licht so knapp ist, haben Fische oft größere als normale röhrenförmige Augen mit nur Stabzellen. Ihr nach oben gerichtetes Sichtfeld ermöglicht es ihnen, die Silhouette möglicher Beute zu suchen. Beutefische haben jedoch auch Anpassungen, um mit Raubtieren fertig zu werden. Diese Anpassungen betreffen hauptsächlich die Reduzierung von Silhouetten, eine Form der Tarnung. Die beiden Hauptmethoden, mit denen dies erreicht wird, sind die Verringerung des Schattenbereichs durch seitliche Kompression des Körpers und die Gegenbeleuchtung durch Biolumineszenz. Dies wird durch die Erzeugung von Licht aus ventralen Photophoren erreicht, die dazu neigen, eine solche Lichtintensität zu erzeugen, um die Unterseite des Fisches ähnlich wie das Hintergrundlicht aussehen zu lassen. Für eine empfindlichere Sicht bei schlechten Lichtverhältnissen haben einige Fische einen Retroreflektor hinter der Netzhaut. Taschenlampenfische haben diese Plus-Photophoren, mit welcher Kombination sie bei anderen Fischen Augenschein erkennen (siehe tapetum lucidum).^{[citation needed]}

Organismen in der Tiefsee sind fast ausschließlich darauf angewiesen, lebende und tote organische Stoffe zu versenken, die auf ungefähr 100 Meter pro Tag fallen.^[8] Außerdem erreichen nur etwa 1 bis 3% der Produktion von der Oberfläche den Meeresboden, meist in Form von Meeresschnee. Größere Nahrungsstürze wie Walkadaver treten ebenfalls auf, und Studien haben gezeigt, dass diese häufiger auftreten können als derzeit angenommen. Es gibt viele Aasfresser, die sich hauptsächlich oder vollständig von großen Nahrungsfällen ernähren, und die Entfernung zwischen Walkadavern wird auf nur 8 Kilometer geschätzt.^[9] Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Filterförderern, die sich mit Tentakeln von organischen Partikeln ernähren, wie z Freyella elegans.^[10]

Meeresbakteriophagen spielen eine wichtige Rolle beim Nährstoffkreislauf in Tiefseesedimenten. Sie sind extrem häufig (zwischen 5×10¹² und 1×10¹³ Phagen pro Quadratmeter) in Sedimenten auf der ganzen Welt.^[11]

Trotz ihrer Isolation wurden Tiefseeorganismen durch die Interaktion des Menschen mit den Ozeanen geschädigt. Die Londoner Konvention^[12] zielt darauf ab, die Meeresumwelt vor dem Einbringen von Abfällen wie Klärschlamm zu schützen^[13] und radioaktive Abfälle. Eine Studie ergab, dass in einer Region von 2007 bis 2011 ein Rückgang der Tiefseekorallen zu verzeichnen war, wobei der Rückgang auf die globale Erwärmung und die Versauerung der Ozeane zurückzuführen war und die biologische Vielfalt auf den niedrigsten Stand seit 58 Jahren geschätzt wurde.^[14] Die Versauerung der Ozeane ist für Tiefseekorallen besonders schädlich, da sie aus Aragonit, einem leicht löslichen Carbonat, bestehen und besonders langsam wachsen und erst nach Jahren wieder hergestellt werden können.^[15] Tiefsee-Schleppnetze schädigen auch die biologische Vielfalt, indem sie Tiefsee-Lebensräume zerstören, deren Bildung Jahre dauern kann.^[16] Eine weitere menschliche Aktivität, die die Tiefseebiologie verändert hat, ist der Bergbau. Eine Studie ergab, dass an einem Bergbaustandort die Fischpopulationen nach sechs Monaten und nach drei Jahren zurückgegangen waren und dass die Populationen nach 26 Jahren wieder auf das gleiche Niveau wie vor der Störung zurückgekehrt waren.^[17]

Chemosynthese[edit]

Es gibt eine Reihe von Arten, deren Nahrung nicht in erster Linie auf gelöste organische Stoffe angewiesen ist, und diese kommen an hydrothermalen Quellen vor. Ein Beispiel ist die symbiotische Beziehung zwischen dem Röhrenwurm Riftia und chemosynthetische Bakterien. Es ist diese Chemosynthese, die die komplexen Gemeinschaften unterstützt, die sich um hydrothermale Quellen befinden. Diese komplexen Gemeinschaften sind eines der wenigen Ökosysteme auf dem Planeten, die für ihre Energieversorgung nicht auf Sonnenlicht angewiesen sind.^[18]

Anpassung an den hydrostatischen Druck[edit]

Tiefseefische haben unterschiedliche Anpassungen in ihren Proteinen, anatomischen Strukturen und Stoffwechselsystemen, um in der zu überleben Tiefsee, wo die Bewohner einem hohen hydrostatischen Druck standhalten müssen. Während andere Faktoren wie die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und die Vermeidung von Raubtieren wichtig sind, müssen die Tiefseeorganismen in der Lage sein, ein gut reguliertes Stoffwechselsystem angesichts des hohen Drucks aufrechtzuerhalten. ^[19] Um sich an die extreme Umgebung anzupassen, haben diese Organismen einzigartige Eigenschaften entwickelt.

Proteine ​​sind stark vom erhöhten hydrostatischen Druck betroffen, da sie während der Hydratations- und Dehydratisierungsreaktionen der Bindungsereignisse Änderungen in der Wasserorganisation erfahren. Dies liegt an der Tatsache, dass sich die meisten Enzym-Ligand-Wechselwirkungen durch geladene oder polare Nichtladungswechselwirkungen bilden. Da der hydrostatische Druck sowohl die Proteinfaltung und -assemblierung als auch die enzymatische Aktivität beeinflusst, müssen die Tiefseespezies physiologischen und strukturellen Anpassungen unterzogen werden, um die Proteinfunktionalität gegen Druck zu erhalten.^[19][20]

Actin ist ein Protein, das für verschiedene Zellfunktionen essentiell ist. Das α-Actin dient als Hauptbestandteil für Muskelfasern und ist über zahlreiche verschiedene Arten hinweg hoch konserviert. Einige Tiefseefische entwickelten durch die Änderung des Mechanismus ihres α-Aktins eine Drucktoleranz. Bei einigen Arten, die in Tiefen von mehr als 5000 m leben, C. armatus und C.yaquinae haben spezifische Substitutionen an den aktiven Stellen von α-Actin, das als Hauptbestandteil der Muskelfaser dient.^[21] Diese spezifischen Substitutionen, Q137K und V54A aus C. armatus oder I67P von C.yaquinae Es wird vorausgesagt, dass sie für die Drucktoleranz von Bedeutung sind.^[21] Die Substitution an den aktiven Stellen von Aktin führt zu signifikanten Änderungen der Salzbrückenmuster des Proteins, was eine bessere Stabilisierung der ATP-Bindung und der Anordnung der Untereinheiten ermöglicht, was durch die Analyse der freien Energie und die Simulation der Molekulardynamik bestätigt wird.^[22] Es wurde festgestellt, dass Tiefseefische mehr Salzbrücken in ihren Aktinen haben als Fische, die in den oberen Meereszonen leben.^[21]

In Bezug auf die Proteinsubstitution wurde festgestellt, dass spezifische Osmolyte in Tiefseefischen unter hohem hydrostatischem Druck häufig vorkommen. Bei bestimmten Chondrichtyanern wurde festgestellt, dass Trimethylamin-N-oxid (TMAO) mit der Tiefe zunahm und andere Osmolyte und Harnstoff ersetzte.^[23] Aufgrund der Fähigkeit von TMAO, Proteine ​​vor destabilisierenden Proteinen mit hohem hydrostatischem Druck zu schützen, ist die Osmolytanpassung eine wichtige Anpassung für Tiefseefische, um einem hohen hydrostatischen Druck standzuhalten.

Tiefseeorganismen besitzen molekulare Anpassungen, um in den tiefen Ozeanen zu überleben und zu gedeihen. Mariana Hadal Schneckenfische entwickelten eine Modifikation im Osteocalcin (bglap) Gen, bei dem ein vorzeitiger Abbruch des Gens festgestellt wurde.^[20] Das Osteocalcin-Gen reguliert die Knochenentwicklung und die Mineralisierung des Gewebes, und die Frameshift-Mutation scheint zu einer Knochenbildung auf der Basis von offenem Schädel und Knorpel geführt zu haben.^[20] Aufgrund des hohen hydrostatischen Drucks in der Tiefsee können geschlossene Schädel, die von an der Oberfläche lebenden Organismen entwickelt werden, dem erzwungenen Stress nicht standhalten. In ähnlicher Weise können häufige Knochenentwicklungen bei Oberflächenwirbeltieren ihre strukturelle Integrität unter konstant hohem Druck nicht aufrechterhalten.^[20]

Erkundung[edit]

Die Tiefsee ist eines der weniger erforschten Gebiete der Erde. Der Druck selbst in der Mesopelagie wird für traditionelle Explorationsmethoden zu groß und erfordert alternative Ansätze für die Tiefseeforschung. Köder-Kamerastationen, kleine bemannte Tauchboote und ROVs (ferngesteuerte Fahrzeuge) sind drei Methoden, um die Tiefen des Ozeans zu erkunden. Aufgrund der Schwierigkeit und der Kosten für die Erkundung dieser Zone ist das aktuelle Wissen begrenzt. Der Druck steigt bei ungefähr einer Atmosphäre pro 10 Meter an, was bedeutet, dass einige Bereiche der Tiefsee Drücke von über 1.000 Atmosphären erreichen können. Dies macht es nicht nur sehr schwierig, große Tiefen ohne mechanische Hilfsmittel zu erreichen, sondern stellt auch eine erhebliche Schwierigkeit dar, wenn versucht wird, Organismen zu untersuchen, die in diesen Gebieten leben können, da ihre Zellchemie an solch enorme Drücke angepasst wird.

Siehe auch[edit]

Externe Links[edit]