Forscher bringen Licht in die dunkle Unterwasserwelt

Das Forschungsschiff „Tara“.Foto:Bollet/Tara Expeditions
Das Forschungsschiff „Tara“.Foto:Bollet/Tara Expeditions
Was wir bereits wissen
Das Expeditionsschiff „Tara“ segelte durch alle Weltmeere. Die Analysen zeigen einen Mikrokosmos, der deutlich vielfältiger ist, als bisher angenommen.

Essen.. Oft erkennen Wissenschaftler erst unter einem Mikroskop die winzigen Lebewesen, von denen unzählbare Heerscharen in den obersten Schichten der Weltmeere schwimmen. Diese Winzlinge sind extrem wichtig für die Erde: Sie produzieren nicht nur die Hälfte des lebenswichtigen Sauerstoffs in der Luft, sondern auch die Hälfte der Biomasse auf der Erde und ernähren vom 30 Meter langen Blauwal bis zu Mini-Krebsen damit auch den allergrößten Teil des Lebens in den Ozeanen.

Bisher kannten die Forscher zwar einzelne Arten, die ganze Vielfalt in den verschiedenen Regionen der Weltmeere aber hatten sie noch nicht detailliert unters Mikroskop gelegt. Um das nachzuholen, schipperte das französische Forschungsschiff Tara von 2009 bis 2013 durch alle Weltmeere und sammelte bis in Wassertiefen von 2000 Metern 35 000 Plankton-Proben an 210 Stellen in den Ozeanen. Seither haben Wissenschaftler aus aller Welt diese Sammlung unter Mikroskopen studiert und ihr Erbgut analysiert. Ihre ersten Ergebnisse von gerade einmal 579 dieser Proben aus 75 Gebieten zeigen in der Zeitschrift Science eine Mini-Wasser-Welt, die deutlich vielfältiger als bisher angenommen ist.

Meeresbiologen überrascht dieses Ergebnis kaum, schließlich hatten Forscher nur in wenigen Regionen einen kleinen Teil des Planktons untersucht. Dabei handelt es sich um Viren, Mikroorganismen, Pflänzchen und winzige Tierchen wie die Larven von Fischen, die allenfalls wenige Millimeter groß sind. Um mehr über diesen Mikrokosmos zu erfahren, schickte die französische Umweltorganisation Tara Expeditions 2009 ihre Ketsch Tara auf eine Forschungsexpedition. Mit Eric Karsenti vom Europäischen Molekularbiologie-Labor EMBL in Heidelberg und der französischen Organisation CNRS als wissenschaftlichem Fahrtleiter waren über die Jahre verteilt 150 Forscher an Bord des Segelschiffs.

Forscher untersuchten 150 000 verschiedene Arten

Sie fischten Plankton in Tiefen bis 200 Meter aus dem Wasser. Dort wo das Sonnenlicht winzigen Pflanzen, Algen und Bakterien noch genug Lebensenergie liefert. „Dort kannten wir bisher vielleicht gerade einmal ein Prozent aller wissenschaftlichen Zusammenhänge“, erklärt Eric Karsenti.

Waren die Netze wieder an Bord, filterten die Forscher im Nass-Labor das Plankton aus dem Wasser und untersuchten es im Trockenlabor des Schiffs mit den modernsten Mikroskopier-Techniken. Danach bereiteten sie ihn für den Transport an Land vor.

Allerdings überleben die meisten Organismen im Labor nicht lange. Die Forscher können daher oft nur die Struktur der toten Organismen, deren Proteine und ihr Erbgut untersuchen, erklärt Virginia Armbruster von der University of Washington. Die Forscher identifizierten mindestens 150 000 verschiedenen Arten in den untersuchten Proben. Zumindest ein Drittel davon war der Forschung bisher nicht bekannt.

Schemenhaft schimmert aus Analysen auf, dass in der Welt der Organismen die Koexistenz gepaart mit Arbeitsteilung eine entscheidende Rolle spielt. Einige Organismen filtern Nährstoffe aus dem Wasser und wachsen mit Hilfe der Sonnenenergie. Andere entpuppen sich als Räuber, die tote und lebende Mitbewohner fressen. Auffallend häufig aber finden die Forscher auch Anhänger von Teamwork. „Sehr viele Organismen sind auf die Zusammenarbeit mit anderen angewiesen“, ergänzt Gipsi Lima-Mendez von der Freien Universität Brüssel.

Klimawandel könnte Planktonvielfalt verändern

Nicht so recht in dieses idyllische Bild passt ein Ergebnis von Matthew Sullivan von der University of Arizona: 5000 verschiedene Viren haben die Forscher in den Proben der Tara-Expedition gefunden, gerade einmal 39 davon waren vorher bekannt. Diese Viren töten oftmals die Winzlinge im Plankton, und setzen dabei Nährstoffe frei, die später von größeren Lebewesen verwertet werden können. Viren tauschen somit Erbeigenschaften aus.

„Dabei finden wir überall in den Weltmeeren eine recht ähnliche Vielfalt von Viren“, erklärt Sullivan. Im Gegensatz zu der Artenvielfalt der Tier- und Pflanzenwelt auf dem Festland, die von Kontinent zu Kontinent variiert. Diese Unterschiede werden vom Atlantik verursacht. Denn längere Reisen im Salzwasser vertragen nur wenige Organismen. Ganz anders sieht es dagegen in den Weltmeeren aus, deren Bewohner an das Salzwasser angepasst sind. Infizieren Viren in einer Gegend Algen, Bakterien oder Minitiere, produzieren die Opfer massenweise neue Viren, die von den Strömungen bis in die letzten Winkel der Weltmeere getragen werden. Diesen Transport überstehen nicht nur Viren, sondern auch viele der anderen Organismen im Plankton gut. Doch aufgrund von Temperaturunterschieden in den Weltmeeren funktioniert der Plankton-Transport nicht grenzenlos, denn viele Winzlinge aus der Kälte vertragen die Wärme der Tropen nicht und umgekehrt.

„Der Klimawandel aber könnte genau diese Planktonvielfalt verändern“, befürchtet Peer Bork. Ändert er doch die Temperaturen, die solche Ökosysteme am stärksten beeinflussen. Dabei kennen die Forscher auch nach der Tara-Expedition nur einen Bruchteil der Artenvielfalt im Plankton. „Wir haben noch viele Jahre Forschungsarbeit vor uns“, meint Matthew Sullivan. Auf die Tara dürften also noch einige Expeditionen zukommen.