Schiff ahoi für die Wissenschaft!

Extrem und unwirtlich ist die Tiefsee - aber nur aus unserer Perspektive. Die erstaunlich vielfältige Archaea- und Bakteriengemeinschaft lebt hier fast wie die sprichwörtliche Made im Speck: Laut neuesten Messungen der mikrobiellen Aktivität verbrauchen diese Mikroorganismen in den lichtlosen Zonen ab 300 m Meerestiefe offenbar mehr an organischen Nährstoffen als gemeinhin angenommen.

Diese Ergebnisse bereiten dem Meeresbiologen und Mikrobiellen Ozeanographen Gerhard J. Hendl aus mehreren Gründen Kopfzerbrechen: "Zum einen wirft das die Frage auf, wie die Mikroorganismen ihren hohen Nahrungsbedarf decken" so der Wissenschafter. Denn das organische Material, das im lichtdurchfluteten Oberflächenwasser gebildet wird und in Form eines "Partikelregens" nach unten sinkt - und das bisher als einzige Lebensgrundlage der heterotrophen Tiefseeorganismen angesehen wurde -, reicht dafür bei weitem nicht aus.
 
Geheimnisvolle Energiequelle

Zum anderen scheinen die Bakterien und Archaea der Tiefsee über mehrere bislang unbekannte Energiequellen verfügen zu können, die es ihnen erlauben, große Mengen an Kohlendioxid zu veratmen: "Diese chemoautotrophen Mikroorganismen binden CO² nicht wie Pflanzen mit Hilfe des Sonnenlichts - unterhalb von 200 Meter Meerestiefe gibt es keine Photosynthese", erklärt Herndl: "Sie nutzen dafür die Energie chemischer Verbindungen wie beispielsweise Ammonium. Davon steht aber nur zwischen 100 und 300 m Tiefe ausreichend zur Verfügung, darunter ist Ammonium mit Routinemethoden nicht messbar."

Woher die Mikroorganismen stattdessen ihre Energie beziehen, will der Forscher im aktuellen EU-Projekt "MOCA" gemeinsam mit Christa Schleper vom Department für Ökogenetik und weiteren Projektpartnern aus Deutschland, Schweden und Spanien herausfinden.

Meldungen von der Pelagia

Langfristiges Ziel ist es, ein möglichst umfassendes Bild von der Rolle der Tiefseemikroorganismen im Kohlenstoffhaushalt des Ozeans zu gewinnen. Dazu werden erstmals biogeochemische und ozeanographische mit molekularbiologischen Methoden vereint. Die Basis für diese interdisziplinäre Analyse bilden Wasserproben, die Herndl und sein 16-köpfiges Team aus ProjektmitarbeiterInnen, Post Docs und DoktorandInnen im Zuge einer einmonatigen Schiffsexpedition im Atlantik sammeln werden. Über ihre Erlebnisse an Bord der Forschungsschiffs werden die österreichischen MeeresforscherInnen mehrmals pro Woche im Dossier "Schiffsmeldungen" berichten.

Vier Wochen auf hoher See

"Unser Schiff, die Pelagia, ist gegenwärtig im Atlantik für ein anderes Projekt unterwegs, steuert aber schon den Hafen von Las Palmas an, wo unsere Expedition am morgigen Samstag, 9. Oktober 2010, starten wird", so Herndl. Beladen wurde das Schiff bereits Anfang September in Holland - mit Arbeitsinstrumenten, Labormaterialien und Proviant. Die letzten Tage vor der Abreise waren dennoch stressig für das Team: "Vor so einer Reise gibt es natürlich einiges zu erledigen und zu organisieren. Außerdem haben wir noch einmal den gesamten Arbeitsablauf im Detail durchbesprochen."

Dafür ging das Packen dann ganz schnell: In seinem "Seesack" hat Gerhard Herndl Jeans, T-Shirts, einen Arbeitsmantel, Sicherheitsschuhe mit Stahlkappe für die Arbeit an Deck sowie eine Jacke, die vor Wind und Regen schützt. "Da wir am Schiff auch waschen und trocknen können, habe ich nur Kleidung für etwa zwei Wochen mitgenommen", erzählt der schiffserfahrene Wissenschafter und verrät angehenden ExpeditionsleiterInnen einen heißen Tipp: "Als Chief Scientist einer Forschungsfahrt sollte man auf alle Fälle die etwaigen Geburtstage der Leute an Bord kennen. Eine kleine Feier abends ist immer eine nette Abwechslung vom Schiffsalltag, der ansonsten nur aus harter Arbeit, Essen und Schlafen besteht."

Neu: Hochdrucksammelgefäße aus Titan

Die Pelagia wird übrigens teilweise auf den Spuren einer früheren ozeanographischen Expedition über den Atlantik kreuzen - dem "World Ocean Circulation Experiment" von 1970 bis 1980. "Dadurch können wir die damals gewonnenen Ergebnisse mit unseren aktuellen Daten vergleichen und daraus bestenfalls Trends und Entwicklungen bezüglich klimatischer Veränderungen in den Tiefen des Atlantiks ableiten", sagt Herndl.

Anders als vor 30 Jahren ist die Methode der Datengewinnung, die mögliche Fehlerquellen von vornherein ausschließen soll. Denn unter Umständen liegt die Ursache für die genannten Diskrepanzen in der Analyse: "Bei der Untersuchung der Tiefseewasserproben hat man bisher keine Rücksicht auf die Druckverhältnisse genommen - in 6.000 Meter Tiefe sind das um die 600 bar. Es kann aber durchaus sein, dass die Bakterien und Archaea mit Stress auf die Druckveränderung reagieren und unter Oberflächendruckbedingungen mehr Energie verbrauchen" erklärt der Expeditionsleiter.

Um das zu untersuchen, haben die ForscherInnen ein neues, komplexes Hochdrucksammelsystem aus Titan entwickelt, das es erlaubt, die Proben unter In-Situ-Bedingungen zu analysieren. Bei der bevorstehenden Atlantikexpedition ist das sogenannte "High Pressure Sampling and Incubation Device" nach einer Reihe von "Kinderkrankheiten" nun zum ersten Mal voll im Einsatz. "Aber mehr dazu dann direkt vom Schiff!", verspricht Herndl und hofft auf eine ruhige See. (br)

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.