Neues vom Forschungsschiff

Die Pelagia mitsamt ihrer Besatzung aus Wiener MeeresbiologInnen befindet sich auf halbem Weg zur sogenannten Vema Fracture Zone, einem mehr als 6.000m tiefen Einschnitt im Mittelatlantischen Rücken. Ziel der Expedition, über die das Team um Gerhard J. Herndl mehrmals pro Woche via Satellitenverbindung berichtet, ist es, die Anpassungsweisen von Mikroorganismen an das Leben in der Tiefsee, ihre Wachstumsraten unter dem dort herrschenden Druck sowie die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften zu untersuchen.

Dienstag, 12. Oktober 2010:

Die Vema Fracture Zone, die wir zurzeit ansteuern, ist einer der großen tiefen Einschnitte im Mittelatlantischen Rücken - einem unterseeischen Gebirgszug, der sich von Island bis zur Antarktis zieht und das Auseinanderdriften der Eurasischen und der Amerikanischen Kontinentalplatte bedingt. Diese Einschnitte ermöglichen einen Austausch von schwerem Tiefenwasser zwischen dem westlichen und östlichen Atlantik.


Die vierwöchige Schiffsexpedition folgt teilweise der Route einer früheren ozeanographischen Forschungsreise. Start- und Endstation ist der Hafen von Las Palmas auf Gran Canaria. Die Punkte in blau sind die vorläufigen Stationen, an denen Wasserproben genommen werden. (Bild: Adam Snow)

Wie im vorangegangenen Bericht beschrieben, wurden bei der ersten Probenentnahme am Montag die Hochdrucksammelgefäße in 4.000 m Tiefe mit Wasser gefüllt und mit der sogenannten CTD-Rosette wieder an Bord gebracht. CTD steht für Conductivity, Temperature, Depth (Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe); diese drei Parameter werden - neben einer Reihe anderer Daten wie etwa der Salinität (Salzgehalt) - durch Sonden, die im Inneren der Rosette installiert sind, kontinuierlich während des Absenkens in die Tiefen des Ozeans gemessen und auf einen Monitor überspielt. Die Parameter Salinität und Temperatur dienen später zum Beispiel für die Bestimmung der jeweiligen Wassermassen.


Hier wird die CTD-Sammelrosette wieder an Bord gebracht, nachdem Wasserproben aus bis zu 4.500 m Tiefe genommen wurden. Die grauen Gefäße sind 25 Liter fassende Niskinflaschen, die in bestimmten Tiefen geschlossen wurden. Links am Gerät sieht man die Halterungen für die Hochdrucksammelgefäße; im Zentrum der Rosette sind Sensoren zur Messung von Leitfähigkeit, Druck, Salinität, Licht, Sauerstoff und Trübung angebracht. (Foto: Alexander Bochdansky)

Wir sammeln hauptsächlich drei Tiefwassermassen, die charakteristische Salzkonzentration und Temperatur aufweisen: erstens das Antarktische Tiefenwasser, das die Tiefseebecken des Atlantiks füllt, zweitens das Nordatlantische Tiefenwasser zwischen 2.000 und 3.500m Tiefe, und drittens das darüber liegende Antarktische Zwischenwasser und den Bereich des Sauerstoffminimums. Die Tiefe dieser Sauerstoffminimumzone nahm während der Fahrt in den offenen Atlantik von 770m Tiefe nahe der Kanarischen Inseln auf 370m Tiefe in der Mitte des östlichen Atlantik ab.

Am Dienstag haben wir dann die ersten Proben filtriert - nachdem sie noch 24 Stunden an Deck bei 2°C inkubiert worden waren (Temperatur des Wassers in 4.000m Tiefe). Gegenwärtig wird die Aufnahmerate von bestimmten organischen Verbindungen (Aminosäuren und Zucker) gemessen. Ein Teil der Proben wurde unter den Druckbedingungen in 4.000m Tiefe inkubiert, ein anderer Teil unter den Druckbedingungen an der Oberfläche.

Mittwoch, 13. Oktober 2010:

Eine gewisse Routine stellt sich im Tagesablauf ein. Morgens um 5 Uhr früh aufstehen, die Hochdrucksammelgefäße vorbereiten - d.h., mit Substrat in Spurenkonzentrationen befüllen, verschließen und in die Halterungen einspannen. Die CTD Rosette geht dann um 6 Uhr über Bord, nachdem eine spezielle Kamera daran montiert wurde. Diese Kamera ist der Prototyp eines Unterwassermikroskops, das von einem US-Kollegen in Zusammenarbeit mit kanadischen ForscherInnen entwickelt wurde. Sie ermöglicht es, Objekte bis zu einer Größe von vier Tausendstel Millimeter zu sehen. Sowohl diese spezielle Kamera als auch die Hochdrucksammelgefäße sind mit einem dicken Mantel aus rostfreiem Stahl oder Titan umgeben, um den hohen Druckbedingungen der Tiefsee standzuhalten. So kommt es, dass die CTD Rosette 1.400 kg wiegt!
Das Unterwassermikroskop erlaubt es, Geiseltierchen, also einzellige Organismen, in der Wassersäule zu sehen. Wenn man bedenkt, dass es zum ersten Mal eingesetzt wird, funktioniert das Instrument überraschend gut und liefert Bilder von erstaunlicher Qualität.

Das Absenken der CTD Rosette passiert mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde. Somit dauert es eine Weile, bis sie in Tiefen von über 4.000m ankommt. Während des Absenkens verfolgt zumindest eine Person am Monitor die Entwicklung des Salzgehalts und der Temperatur, um daraus die Herkunft des Wassers abzuleiten. Tiefwassermassen werden in der Regel in kalten Regionen gebildet, wo sie genügend Temperatur verlieren, sodass ihr Wasser schwer wird und in die Tiefe sinkt. Während eine geschulte Person gespannt den Monitor mit den verschiedenen übermittelten Daten verfolgt, genießt der Rest der Leute an Bord das reichliche, vom Schiffskoch zubereitete Frühstück.

Zwischen 9 und 10 Uhr kommt die Sammelrosette mit all den verfügbaren Flaschen gefüllt wieder an Bord, wo jeder Teilnehmer und jede Teilnehmerin Wasserproben für bestimmte Parameter aus den einzelnen Flaschen entnimmt.


Ein Hochdrucksammelgefäß (fasst 50 Milliliter) wird aus dem Rahmen genommen und in temperaturkontrollierten Schränken für zwei Tage inkubiert, um die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Tiefsee zu messen, hier bei 1.5°C und 450 bar Druck. Vergleichsmessungen unter Oberflächendruck werden es ermöglichen, den Einfluss von Druck auf die Mikrobenaktivität abzuschätzen. (Foto: Alexander Bochdansky)

Mit dem Aufbereiten der Proben ist das Team dann bis abends beschäftigt - nur vom Mittagessen unterbrochen. Abends um 19 Uhr, nach dem Abendessen, besprechen wir noch einmal die Arbeit des Tages und die gewonnenen Ergebnisse, wie etwa die physikalische Struktur der Wassersäule, die Konzentrationen der anorganischen Nährstoffe, etc. - aber auch etwaige Probleme. Auch das Programm des folgenden Tages wird bei dieser Besprechung festgelegt. Heute Abend wurden dabei auch die Bilder des Unterwassermikroskops gezeigt, und die Mitglieder des Forschungsteams mussten erkennen, um welche Arten es sich handelt. Die Erfolgsquote nahm mit dem Alter und der Erfahrung der TeilnehmerInnen an der Fahrt deutlich zu.

Donnerstag, 14. Oktober 2010:


Heute stand neben dem täglich wiederkehrenden Programm der Probennahme und der Bestimmung der chemischen und biologischen Parameter auch eine Probennahme für Proteom-Analysen auf dem Programm. Dazu muss man leider 200 bis 2.000 Liter Wasser filtrieren, um genügend Material zu gewinnen, während man für die gleiche Analyse eine Bodens mit etwa einem Kubikzentimeter auskommt.

Auch hier macht sich die wachsende Routine bemerkbar: Es geht eigentlich erstaunlich flott, diese großen Volumina auf einen kleinen Filter aufzubringen, aber wir sind ja auch in einer der nährstoffärmsten Regionen der Weltmeere.
Die ersten Daten der Aktivitätsmessungen von Mikroorganismen aus 4.000m Tiefe (entspricht ca. 400 bar Druck) liegen nun vor und können mit den Aktivitätsraten von Mikroorganismen unter Oberflächendruckbedingungen verglichen werden.

Die Resultate sind leider nicht so wie erhofft, sondern lassen auf ein Problem beim Befüllen der Gefäße in der Tiefe schließen. Rasch wird deshalb noch nach der abendlichen Besprechung eine Strategie entworfen, wie dem Problem begegnet werden kann. Um es zu lösen, planen wir für Freitag eine Testserie. Es ist nicht das erste Mal, dass Probleme auftreten, die es notwendig machen, Umbauten an Sammelgefäßen oder Kameras durchzuführen; hierfür gibt es an Bord Techniker verschiedenster Richtungen, die virtuos fast alle technischen Herausforderungen lösen können.

Wir sind zuversichtlich, das Problem über das bevorstehende Wochenende beheben zu können. Schließlich wird auf dem Schiff ja auch samstags und sonntags genauso hart gearbeitet wie an einem gewöhnlichen Werktag. Mehr über das - hoffentliche - Lösen des Problems und unsere sonstigen Aktivitäten erfahren Sie im nächsten Blog!

Das dreijährige EU-Projekt "MOCA: Microbial Oceanography of Chemolitho-Autotrophic planktonic communities" wird von Univ.-Prof. Dr. Gerhard Herndl vom Department für Meeresbiologie geleitet und startete im April 2010. Projektpartner sind Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper vom Department für Ökogenetik sowie Prof. Dr. Klaus Jürgens vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (D), Prof. Dr.  Jarone Pinhassi von der Universität Kalmar (SE) sowie Prof. Dr.  Jose Gonzales von der Universidad de La Laguna (ES). Das Projekt wird im ESF-Eurocores Programm "Ecological and evolutionary functional genomics" (EuroEEFG) finanziert.