Von Wien an den Atlantik: Mysterium in der Tiefsee

Aktuell sind wir im Atlantik auf dem Weg zu den Azoren unterwegs. Unsere Reise begann am 1. August in Reykjavík und führte uns über das Europäische Nordmeer, die Grönlandsee und die Labradorsee in Richtung der Azoren, wo wir Ende des Monats ankommen sollten. Doch die Natur erinnert uns immer wieder daran, dass sie gerne das letzte Wort hat: Hurrikan Erin zwang uns, unsere Route zu ändern und schon früher als geplant Kurs auf die Azoren zu nehmen. Aber selbst hier, mitten im Atlantik, sammeln wir Proben, während wir dem Sturm ausweichen.

Kohlenstoff im Dunkeln

Die sonnenbeschienene Meeresoberfläche beheimatet photosynthetische Organismen, vor allem Phytoplankton, die Kohlendioxid auffangen und es in organische Materie umwandeln. Damit schaffen sie die Grundlage des Nahrungsnetzes in der Tiefsee. Aber mit zunehmender Tiefe schwindet das Sonnenlicht rasch und schon 200 Meter unter der Meeresoberfläche wird der Ozean zu einer Welt der ewigen Dunkelheit. Wissenschafter*innen konnten nachweisen, dass die Tiefsee erstaunlicherweise alles andere als unwirtlich ist – im Gegenteil, sie wimmelt von Leben.

Wie ist das möglich? Die vorherrschende Erklärung lautet "Meeresschnee". Dabei handelt es sich um organische Partikel aus Überresten von Meerespflanzen und -tieren, wie zum Beispiel totem Plankton, Ausscheidungen und Mikroben, die von der Meeresoberfläche in die Tiefen des Meeres absinken. Diesen Prozess, bei dem Kohlendioxid aus der Atmosphäre entzogen und anschließend in der Tiefsee gespeichert wird, nennt man die biologische Kohlenstoffpumpe. Rund ein Drittel des Kohlenstoffs, den wir Menschen in die Atmosphäre ausstoßen, wird so gebunden. Der Prozess spielt damit eine entscheidende Rolle für das Leben im Meer und als Klimaregulator.

Aber genau das gibt uns auch Rätsel auf: Die Menge des absinkenden Meeresschnees reicht nicht aus, um die Fülle des Lebens in der Tiefsee zu erhalten. Die Rechnung geht nicht auf.

Gerhard Herndl und sein Team vom Department für Funktionelle und Evolutionäre Ökologie an der Universität Wien gehen seit Kurzem einer neuen Spur nach: Sie erforschen eine Art nicht-lebende, organische Partikel, die gar nicht zum Meeresgrund absinken, sondern stattdessen in großer Tiefe in erstaunlich stabilen Konzentrationen dahintreiben. "Die bestehenden Modelle zur Kohlenstoffbilanz der Tiefsee berücksichtigen diese Partikel nicht", erklärt Herndl. "Wir wissen noch immer nicht, woher sie stammen, wie lange sie bestehen und wie Mikroben sie verwenden. Aber sie könnten die verborgene Quelle von Leben in der Tiefsee sein."

Forschung auf hoher See

Um ihre Hypothese zu überprüfen, sammeln und analysieren die Forscher*innen Wasserproben, die sie mithilfe diverser Forschungsinstrumente aus unterschiedlichen Tiefen gewinnen, von der Meeresoberfläche bis in 4000 Meter Tiefe. Eines der wichtigsten Instrumente an Bord ist die CTD-Rosette*: ein Gestell, das bestückt mit Sensoren zur Messung von Temperatur, Tiefe und auch Salinität von Forschungsschiffen abgelassen wird. Zudem können Wasserschöpfer auf dem Gestell in verschiedenen Wassertiefen geschlossen werden, um Proben zu sammeln. Während die CTD-Rosette absinkt, erfasst das Gerät im Detail die oben genannten Parameter in der Wassersäule. (Anmerkung: CTD steht für Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe; vom Englischen conductivity, temperature, depth)

Wenn der Wasserschöpfer wieder an die Oberfläche kommt, gerät das Forschungsteam an Deck in Fahrt. Die Wissenschafter*innen entnehmen die Proben, die sie für ihre Experimente benötigen, um die mikrobielle Atmungsaktivität zu messen, DNA und Proteine zu analysieren, und mikrobielle Gemeinschaften zu untersuchen. Auch wenn alle diese Schritte unterschiedlich sind, ergeben sie gemeinsam ein großes Ganzes und tragen zu einem besseren Verständnis darüber bei, wie sich Kohlenstoff in der Tiefsee bewegt und verändert.

Durch die Messung der mikrobiellen Atmung und enzymatischen Aktivität können die Forscher*innen einschätzen, wie aktiv die am Meeresschnee anhaftenden Mikroben sind und welche Verbindungen sie verbrauchen. Die Analyse von DNA und Proteinen verrät, welche Arten in den Proben vorhanden sind, wie sie mit dem Meeresschnee interagieren und welche Stoffwechselpfade sie nutzen. Gemeinsam ergeben diese Ansätze ein detailliertes Bild der Interaktionen zwischen Mikroben und Partikeln, und ihres Einflusses auf den Kohlenstoffkreislauf der Tiefsee.

Damit ist die Arbeit jedoch nicht zu Ende. Oft werden weitere Instrument in die Tiefe geschickt, wie zum Beispiel Pumpen oder Tiefseeinkubatoren. Dann müssen die Proben bearbeitet werden. Das bedeutet viele Stunden Wasser filtern, pipettieren und messen. Am Ende der Forschungsreise werden viele der Proben für weitere Untersuchungen nach Wien verschifft werden.

Ein Tag an Bord

Ein "typischer" Tag an Bord des Forschungsschiffs beginnt mit dem Ablassen der CTD-Rosette am frühen Morgen, gefolgt von langen Schichten im Labor oder an Deck, die sich manchmal auch bis spät in die Nacht ziehen. Als Wissenschaftskommunikatorin an Bord folge auch ich diesem Rhythmus. Meist dokumentiere ich die Arbeit, damit wir sie mit anderen teilen können, aber ich helfe auch aus, wo ich kann.

Das Leben an Bord ist aber viel mehr als Wissenschaft. Bei 25 Menschen auf dem Schiff sind Vertrauen und Kameradschaft essenziell. Wann immer es zeitlich möglich ist, betrachten wir gemeinsam den Sonnenuntergang und die Sterne, halten nach Walen und Meeresvögeln Ausschau oder spielen etwas. Wenn man so viel Zeit gemeinsam in einem 66 Meter langen, schwimmenden Haus verbringt, und der einzige Nachbar der Nordatlantik ist, entsteht eine ganz besondere Verbundenheit. Und nach einem langen Arbeitstag gibt es nichts, was einen Sonnenuntergang am Horizont, einen funkelnden Nachthimmel und den weiten Ozean gemeinsam mit den Schiffsgefährten trumpfen könnte.

Ich vermisse hier meine Familie, Freunde, Bäume, lange Spaziergänge, Laufen und auch den gelegentlichen Aperol Spritz auf meinem Balkon. Aber für einen Monat tausche ich all das gerne gegen meine Freund*innen auf hoher See, das gemeinsame Ziel und die seltene Gelegenheit, mitten auf dem Atlantik im Forschungstreiben aufzuwachen. Diese einzigartige Welt mit den Menschen an Land teilen zu können, ist ein Privileg.

Forschung mit Unsicherheitsfaktor

Das Leben auf hoher See erfordert Resilienz und Anpassungsfähigkeit. Stürme, Funktionsstörungen der Geräte und unerwartete Ergebnisse können den Tagesplan innerhalb von Minuten über den Haufen werfen. Daran hat uns die drohende Gefahr von Hurrikan Erin erinnert. Aufgrund von vorhergesagten Wellen von bis zu 16 Metern entschieden der Kapitän und der Expeditionsleiter, unsere Aktivitäten in der Labradorsee abzukürzen und eine Woche früher als geplant Richtung Süden in sichere Gewässer weiterzuziehen.

Aber Rückschläge können auch eine Chance sein. Durch unsere frühere Ankunft in den Gewässern der Azoren kann das Team nun eine einzigartige Mischzone aus subtropischem und temperiertem Wasser erforschen – eine natürliche Kreuzung, die neue Erkenntnisse über die Interaktionen zwischen Meeresschnee und Mikroben bieten könnte.

Warum diese Forschungsarbeit wichtig ist

Der Ozean ist der größte Kohlenstoffspeicher der Erde und unser stärkster natürlicher Verbündeter im Kampf gegen den Klimawandel. Aber er ist auch vulnerabel. Steigende Temperaturen und Versauerung könnten das Gleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf stören. Ein besseres Verständnis darüber, wie sich Kohlenstoff in der Tiefsee bewegt und verändert, ermöglicht bessere Vorhersagen zum Klima auf unserem Planeten.

Während das Forschungsschiff "Pelagia" Kurs auf die Azoren hält, filtern die Forscher*innen an Bord unermüdlich Meerwasser, erfassen Daten und speichern Proben, die die Antwort auf eines der größten Rätsel des Ozeans enthalten könnten. Auf hoher See, umgeben von nichts anderem als Wasser und Himmel, spürt man unweigerlich die unendliche Weite des Unbekannten und die Dringlichkeit der Forschung.