EGL051 Obskure Lebensgemeinschaften in der Tiefsee

Während wir durch den grünen Weg vom Velodrom zum Prenzlauer Berg flanieren, reflektieren wir über die Entstehung unseres Podcasts und die Verbindung unserer Laufstrecken zu unseren Themen. Dann stellt Flo sein Thema vor, ihn hat die Tiefsee vom letzten Mal nicht losgelassen. Doch bevor wir in die obskure Welt der symbiotischen Beziehungen in der Tiefsee absteigen, möchte Flo als Mindset für diese Folge die Arbeit des Evolutionsbiologen Stephen Jay Gould mitgeben: Der Begriff der Evolution impliziert nicht zwangsläufig einen Fortschritt. In der Natur gibt es keine Entwicklung vom Niederen zum Höheren. Stattdessen sind alle Phänomene gleichwertig. Gould verwendet in diesem Zusammenhang das Bild eines Busches, der sich in alle Richtungen ausbreitet. Flo präsentiert in dieser Podcast-Folge drei Beispiele für symbiotische Gemeinschaften in der Tiefsee. Als erstes Beispiel wird der Anglerfisch genannt, der mit biolumineszenten Bakterien zusammenlebt, welche ihm helfen, Beute anzulocken. Dies stellt ein wunderbares Beispiel für Mutualismus dar. Im Anschluss erfolgt ein Exkurs über Sexualdimorphismus, der sich in signifikanter Weise beim Anglerfisch ausgeprägt hat. Hierbei verwachsen die Männchen mit dem 10-fach größeren Weibchen und fungieren lediglich als hormonell gesteuerte Samenspender. Das zweite Beispiel sind Bartwürmer, die in einer symbiotischen Beziehung mit chemoautotrophen Bakterien leben. Die Bakterien stellen die komplette Energie bereit, die die Bartwürmer zum Überleben benötigen. Der Bartwurm selbst hat keinen Mund mehr. Die Fundorte dieser speziellen Bartwurmart sind hydrothermale Quellen, sogenannte „Schwarze Raucher”, von deren Ausstoß sich die Bakterien ernähren. Diese Quellen werden als Ursprung des Lebens auf der Erde diskutiert. Schließlich thematisiert Flo eine parasitäre Beziehung zwischen dem Grönlandhai und dem Ruderfußkrebs Ommatokoita elongata. Der Grönlandhai ist eines der Tiere, die das höchste Alter aller bekannten Tiere erreichen. Er wird über 500 Jahre alt, was vor allem auf seinen verlangsamten Stoffwechsel zurückzuführen ist. Es wurde festgestellt, dass nahezu 99 % der gefangenen Grönlandhaie von diesem Parasiten im Auge befallen sind, der den Hai mit der Zeit erblinden lässt. Aufgrund dieser hohen Befallquote wird jedoch in jüngster Wissenschaft die Frage aufgeworfen, ob die Beziehung tatsächlich parasitär ist oder welche Vorteile der Grönlandhai von dem Krebs haben könnte, der die Augenflüssigkeit absaugt. Die Beispiele dienen der sinnhaften Veranschaulichung der unterschiedlichen Ausprägungen und Intensitäten der Verbindung in symbiotischen Beziehungen. Unsere Laufroute endet auf der Prenzlauer Allee, wobei wir das Planetarium um eine Querstraße verfehlt haben. Dies kann jedoch Gegenstand einer anderen Podcast-Episode sein.

Mitwirkende

Florian Clauß

Erzähler

Micz Flor

Illusion Evolution als Fortschritt

Der theoretische Überbau zur Einstimmung auf das Mindset dieser Episode folgt dem Evolutionsbiologen Stephen Jay Gould: Die Evolution wird nicht von Fortschritt angetrieben. Die Vielfalt der Evolution ist durch eine fehlende Zielrichtung gekennzeichnet, die vielmehr das Ergebnis des Zufalls ist. Diese Auffassung wird von Stephen Jay Gould vertreten, der den Menschen als ein Produkt des Zufalls und nicht als eine zielgerichtete Entwicklung betrachtet. Kritisch zu betrachten ist zudem die gängige Vorstellung, dass Evolution ein gradliniger Prozess zur Höherentwicklung ist. Dies lässt sich am Beispiel der Pferdeentwicklung verdeutlichen: Das heutige Pferd ist lediglich ein Überlebender eines ausgedehnten Entwicklungsbuschs. Evolution kann demnach als Busch betrachtet werden, in dem Vielfalt in alle Richtungen zunimmt, ohne dass eine bevorzugte Entwicklung erkennbar wäre. Die am erfolgreichsten überlebenden Lebensformen sind in der Regel einfache Organismen wie Bakterien. Die Evolution ist von statistischen Wahrscheinlichkeiten und Zufällen geprägt. Dies wird auch bei Termitenbauten deutlich. Die komplexe Architektur lässt die Vermutung zu, dass ein kontrollierender Erschaffer den Plan in die vielen einzelnen Individuen implementiert hat. Die Ausprägung einer solchen Gestalt kann Rätsel aufwerfen. Die Entstehung komplexer Bauten war bisher nicht geklärt. Man nahm an, dass die Krümmung dafür verantwortlich ist. Nun hat man jedoch herausgefunden, dass die Luftfeuchtigkeit dafür ein Indikator ist. Die Tiere sind durch ihre weiche Körperform sensibel, wenn die Luftfeuchtigkeit unter 70 % sinkt. Termiten bauen dort, wo die Verdunstung am höchsten ist. Dabei entstehen diese Bauten.

Was bezeichnet Symbiose?

Der Begriff „Symbiose” bezeichnet eine enge und oft langfristige Interaktion zwischen zwei verschiedenen biologischen Arten, die für mindestens einen der Partner vorteilhaft ist. Es gibt verschiedene Formen der Symbiose, darunter den Mutualismus, bei dem beide Partner profitieren, den Parasitismus, bei dem ein Partner auf Kosten des anderen profitiert, und den Kommensalismus, bei dem ein Partner profitiert, ohne dem anderen zu schaden oder zu nutzen.
Die Unterscheidung erfolgt anhand des Grades der wechselseitigen Abhängigkeit der beteiligten Arten. Dabei wird zwischen folgenden Formen unterschieden:

• Protokooperation (Allianz): Hierbei handelt es sich um die lockerste Form einer Symbiose. Beide Arten ziehen zwar einen Vorteil aus dem Zusammenleben, sind aber ohne einander gleichwohl lebensfähig.
• Mutualismus: Eine regelmäßige, jedoch nicht lebensnotwendige Beziehung der Symbionten.
• Eusymbiose, auch obligatorische Symbiose (altgriechisch εὖ eu „gut, echt“): Bei der Eusymbiose sind die Partner alleine nicht mehr lebensfähig. So kultivieren Blattschneiderameisen in ihrem Bau Pilze, von denen sie sich ernähren; die Pilze wiederum können sich ohne die Ameisen nicht vermehren.

Die Unterscheidung zwischen einer räumlichen und einer körperlichen Beziehung der beiden beteiligten Arten erfolgt wie folgt: Bei der Endosymbiose wird einer der Partner (Endosymbiont) in den Körper des anderen (Wirt) aufgenommen. Als Beispiele können bestimmte Enterobakterien im Darm von Menschen und Tieren, Knöllchenbakterien in den Wurzeln von Hülsenfrüchtlern, Zooxanthellen in den riffbildenden Steinkorallen des Tropengürtels sowie Nitrat-atmende Bakterien in den anaeroben Tiefen einiger meromiktischer Seen angeführt werden. Im Gegensatz dazu steht die Exosymbiose, bei der die Partner lediglich über ihre Oberfläche miteinander in Kontakt stehen. Als Beispiele können die Flechtensymbiose sowie die Epixenosomen (zu den Verrucomicrobia gehörende Bakterien) des Wimpertierchens Euplotidium angeführt werden. Ferner sei auf die Parabiose und den Epibionten verwiesen, wobei hier die Spezialfälle Epiphyt und Epizoon zu berücksichtigen sind.
Bei der Ektosymbiose bleiben die Partner einer Symbiose körperlich getrennt, wie etwa Blüten und ihre Bestäuber oder Clownfische und ihre Seeanemonen. Die Unterscheidung der Symbioseformen erfolgt anhand des erzielten Nutzens für die beiden beteiligten Arten.
Ein Beispiel für eine Fortpflanzungssymbiose ist die Symbiose zwischen Bienen und Blütenpflanzen. Die Biene konsumiert den Nektar der Blüten als Nahrungsquelle, wobei die Pollen der Blüte an ihrem Körper haften bleiben. Diese werden von der Biene weitergetragen und ermöglichen so die Bestäubung einer anderen Blüte, wodurch deren Vermehrung gewährleistet wird. Diese Form der Bestäubung wird als Zoophilie bezeichnet und stellt den „normalen“ Akt der Bestäubung von Blütenpflanzen (Angiospermen) durch Insekten oder Vögel dar. Dabei erhalten die Insekten bzw. Vögel sowohl Nektar als auch Pollen als Nahrung.
Ein weiteres Beispiel für eine Symbiose, die dem Schutz vor Feinden dient, ist die Beziehung von Ameisen zu Blattläusen. Die Ameisen bieten den Blattläusen Schutz vor Feinden, im Gegenzug lassen sich diese von den Ameisen „melken“. Dabei sondern die Blattläuse eine Zuckerlösung ab, welche die Ameisen zu sich nehmen.

Symbiose Tiefsee-Beziehung 1: Anglerfisch und biolumineszierende Bakterien

Exkurs Biolumineszenz

Wie wird Licht erzeugt?
Biolumineszenz ist eine katalysierte, exergonische chemische Reaktion. In den meisten Fällen wird ein organisches Substrat, das Luciferin, von einem Enzym (der Luciferase) mittels Sauerstoff zum Peroxiluciferin oxidiert, welches einen angeregten Singulettzustand darstellt. Beim Rückfall eines Elektrons auf den Ausgangswert wird ein Photon emittiert. Durch die Verwendung des Die Verwendung von Sauerstoff wird postuliert, um zunächst unter reduzierenden Bedingungen freie Radikale oder ähnlich reaktive Substanzen zu entgiften. Die Lichtproduktion stellt dabei ein Nebenprodukt dar, welches erst später in der Evolution an Bedeutung gewann. Bei der Lichtproduktion in Leuchtorganismen wird grundlegend zwischen der intrinsischen und der bakteriellen bzw. Es wird zwischen zwei Formen der Biolumineszenz unterschieden, der intrinsischen und der symbiotischen Biolumineszenz. Bei der ersteren produziert der Organismus alle nötigen Enzyme und Substanzen selbst (oder nimmt sie über die Nahrung auf) und kann die Lichtproduktion regulieren, indem er die chemischen Reaktionen innerhalb der lichtproduzierenden Zellen, der sogenannten Photozyten, steuert. Die vollständige Einstellung der Lichtproduktion ist ebenfalls möglich. Die Steuerung erfolgt vermutlich in den meisten Fällen über die Begrenzung der Sauerstoffzufuhr. Demgegenüber existieren Leuchtorgane, in denen der Wirt mit Leuchtbakterien eine Symbiose eingegangen ist. Der Wirt liefert die erforderlichen Nährstoffe, während die Bakterien dauerhaft leuchten.

Beispiele für Verwendungsmechanismen von Biolumineszenz

• Terrestrische Leuchtkäfer: Innerartliche Kommunikation durch zeitliche Abstände zwischen Einzelblitzen. Beispiel: Photuris macdermotti, Weibchen antwortet auf Männchenblitze mit Verzögerung. Räuberische Arten: Imitieren den Kommunikationskode, um Beute anzulocken (z. B. Photuris versicolor).
• Deutsche Lampyridae: Die Geschlechtspartnerfindung erfolgt über Pheromone, während die Biolumineszenz der Abschreckung von Fressfeinden dient, nicht der Partneranlockung.
• Marine Organismen: Aufgrund technischer Herausforderungen bei der Beobachtung sind die Zusammenhänge zwischen Biolumineszenz und Verhalten weniger aussagekräftig.

In der Tiefsee, in der das Sonnenlicht nicht mehr eindringen kann, stellt biolumineszentes Licht oft die einzige Lichtquelle dar. Eine Vielzahl von Tiefseeorganismen nutzt diese Lichtquellen zur Nahrungssuche. Exemplarisch sei hier angeführt, dass einige Tiefseeorganismen ihre Beute mit ihrem eigenen biolumineszenten Licht anlocken.

• Tarnung und Täuschung: Die Fähigkeit zur Biolumineszenz stellt für zahlreiche Tiefsee-Organismen ein wichtiges Mittel zur Tarnung und Täuschung dar. Einige Tiere sind in der Lage, Licht zu produzieren, um sich im Dunkeln zu tarnen oder um Feinde zu verwirren. Andere wiederum sind in der Lage, Lichtblitze zu erzeugen, um potenzielle Angreifer zu desorientieren oder abzulenken.
• Kommunikation: Licht kann zudem als Mittel der Kommunikation zwischen Tiefsee-Organismen dienen. Einige Arten nutzen biolumineszente Signale, um Artgenossen anzulocken, Partner zu finden oder territoriale Ansprüche zu markieren.
• Orientierung: In der dunklen Tiefsee kann Licht für die Navigation und Orientierung von entscheidender Bedeutung sein. Einige Tiere, darunter bestimmte Tintenfische und Fische, nutzen biolumineszentes Licht zur Erkundung ihrer Umgebung sowie zur Lokalisierung potenzieller Beute.

Die häufigste beobachtete Lichtverwendung bei marinen Gruppen ist die Gegenlichterzeugung, Räubervertreibung oder -abschreckung. Eine weitere Hypothese besagt, dass das Licht Räuber zweiter Ordnung anlockt, die den ursprünglichen Räuber angreifen.

Im Folgenden werden spezifische Beispiele angeführt:

• Dinoflagellaten (Panzergeißler, Einzeller) blitzen in Abhängigkeit von Scherkräften und zeigen einen circadianen Rhythmus. Studien belegen, dass Copepoden bei hoher Dinoflagellatenkonzentration weniger fressen und dass Dinoflagellatenblitze das Schwimmverhalten von Copepoden beeinflussen.
• Ruderfußkrebse: Bei Gefahr geben sie hell leuchtende Substanzen ins Wasser ab. Beobachtungen: Es wurden keine spontanen Blitze in Abwesenheit von Räubern festgestellt, jedoch intensive Blitze bei Anwesenheit von Krill.
• Muschelkrebse (bis zu 2 mm groß) zeigen artspezifische biolumineszente Blitzfolgen. Die Biolumineszenz wird auch als Mittel gegen Angreifer eingesetzt.
• Schlangensterne (Echinodermata: Ophiuroida) zeigen eine Biolumineszenzreaktion bei Berührung, welche als aposematisches Signal dient.
• Seegurken (Echinodermata: Holothuroida) produzieren Licht durch Berührung, welches der Verteidigung dient.
• Cephalopoden (Kalmare) zeigen eine Abhängigkeit des Jagderfolgs von der Dinoflagellatenkonzentration.
• Fische
  • Anglerfische (Ceratioidae) zeigen möglicherweise eine intraspezifische Kommunikation mittels Biolumineszenz. Zudem lassen sich verschiedene Funktionen der Leuchtorgane (Esca) ableiten.
  • Drachenfische (Malacosteidae) verwenden rote Licht ausstrahlende Leuchtorgane unterhalb der Augen.
  • Ponyfische (Leiognathidae) zeigen im Labor verschiedene Leuchtmodi, was auf eine mögliche innerartliche Kommunikation hindeutet.
  • Der „Blitzlichtfisch” (Photoblepharon palpebratus) verwendet seine Leuchtorgane für verschiedene Verhaltensweisen, darunter das Anlocken von Beute und die Verteidigung.
    Es gibt auch Fische, die keine Artbeschreibung aufweisen, aber dennoch über Biolumineszenz verfügen. Dabei handelt es sich um Beobachtungen von Fischen, die Krill nahe der Oberfläche fressen und dabei leuchten.

Die Einsatzweisen und Verhaltensweisen der Biolumineszenz sind bei marinen Tieren vielfältig. Dazu zählen Kommunikation, Anlocken von Beute, Abschreckung oder Verteidigung gegen Räuber. Die spezifischen Einsatzweisen und Verhaltensweisen variieren stark zwischen den Arten und Ökosystemen. Technische Herausforderungen limitieren das Verständnis der Rolle von Biolumineszenz bei Tiefseeorganismen.
Neben der Gegenlichterzeugung lassen sich die meisten der bisher unter natürlichen Bedingungen beobachteten Lichtverwendungen dem Bereich der Räubervertreibung oder -abschreckung zuordnen.
Tageszeitliche Vertikalwanderungen reagieren bereits positiv auf die schwachen Helligkeitsveränderungen. Ein möglichst durchsichtiger Körper absorbiert weniger Licht, und tatsächlich besitzen viele Tiefseeorganismen bis zu einer bestimmten Tiefe fast farblose, durchsichtige Körper. Bei Organismen, die sich von biolumineszenten Arten ernähren, konnte eine starke Pigmentierung um Magen und Verdauungsorgane festgestellt werden. Diese ist höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Abstrahlung von Licht vermieden werden soll.
Fressschutz: Neben der Durchsichtigkeit, welche einen möglichst schwachen Schattenwurf bedingen soll, Bei den Laternenfischen (Myctophidae) konnte nachgewiesen werden, dass sie ein kleines Leuchtorgan oberhalb des Auges besitzen, welches direkt durch das Auge auf einen kleinen Bereich der Retina leuchtet (Lawry, 1974). Diese Eigenschaft ermöglicht es den biolumineszenten Tieren vermutlich, ihre eigene Leuchtkraft in Relation zum Umgebungslicht zu messen, da die Tiere vor allem blaues Licht im Bereich von 460–490 nm abstrahlen. Diese Wellenlängen werden am wenigsten von Meerwasser absorbiert.

Anglerfische (Ceratioidae)

Anglerfische kommen in allen Weltmeeren unterhalb von 300 Metern Tiefe vor. Die Tiefsee-Anglerfische bestehen aus elf verschiedenen Familien und werden zur Ordnung der Armflosser (Lophiiformes) gezählt. Die Weibchen sind mit einer „Angel“ (Illicium) und einem daran anhängenden „Köder“ (Esca) ausgestattet, der üblicherweise mit einem Leuchtorgan versehen ist. Bei den Weibchen können Leuchtorgane auch an anderen Stellen vorhanden sein.

Exkurs Sexualdimorphismus / „Sexualparasitismus“

Männchen erreichen in der Regel nur 5 bis 10 Prozent der Körperlänge von Weibchen. Die kleinsten Wirbeltiere überhaupt sind Zwergmännchen aus der Familie Linophrynidae, die lediglich eine Länge von 6 bis 10 mm erreichen. Bei manchen Tiefseefischen wie den Tiefsee-Anglerfischen degenerieren die Männchen zu „Anhängseln“ des Weibchens, mit denen sie vollkommen verwachsen sind und über deren Blutkreislauf sie mit ernährt werden. Die Köpfe der Männchen können bei anderen Arten auch großflächig von der Unterkieferspitze bis zum Hinterschädel mit der Haut der Weibchen verschmelzen. In der Folge sind sie nicht mehr in der Lage, sich eigenständig zu ernähren, und werden ähnlich wie Embryonen in der Gebärmutter der Säugetiere durch den Blutkreislauf des Weibchens ernährt. Angewachsene Zwergmännchen zeigen zudem eine deutliche Größenzunahme, auch im Vergleich mit der Länge frei lebender Männchen der gleichen Art. Sie laichen mit den Weibchen und sterben mit dem Tod der Weibchen. Bei vielen Arten ist ein angewachsenes Zwergmännchen pro Weibchen die Normalität, bei anderen können es mehrere sein. Der Rekord beobachteter Exemplare liegt bei acht Zwergmännchen an einem Weibchen. Das Anwachsen ist seit den 1920er-Jahren bekannt und wird in vielen angelsächsischen Veröffentlichungen als Sexualparasitismus bezeichnet, hat jedoch mit der Definition von Parasitismus nichts zu tun.

Symbiose der Anglerfische mit biolumineszierende Bakterien

Die innere Struktur der Esca ist komplex und beinhaltet eine Vielzahl von Bläschen, die mit lumineszierenden Bakterien gefüllt sind. Zudem weist sie lichtabsorbierende Schichten, Pigmente, reflektierendes Gewebe, röhrenförmige, lichtleitende Strukturen, Nerven, Blutgefäße und Muskelfasern auf. Es gibt Hinweise darauf, dass die Esca auch Pheromon-produzierende Drüsen enthält, die dazu dienen, Männchen anzulocken. Dieses Beispiel für eventuelle intraspezifische Kommunikation mittels Biolumineszenz ist jedoch nicht die normalerweise für die Köderangeln angenommene Anwendung. Die an den Spitzen abgewandelter Rückenflossen sitzenden Leuchtorgane (Esca) können mehrere verschiedenen Funktionen übernehmen:
Dauerleuchten, Blinken und die Abgabe von leuchtenden Substanzen in das Meerwasser werden als mögliche Funktionen der Esca angenommen. Es wird vermutet, dass die dauerleuchtenden Esca leuchtende Kotstücke imitieren, die von Tiefseefischen abgegeben werden und in denen biolumineszente Bakterien leben. Dieser Kot wird z. B. von einigen Krebsen gefressen, die damit als mögliche Beute für die Anglerfische dienen könnten.
Die Intensität und Farbe des von den Anglerfischen abgegebenen Lichts kann durch den Anglerfisch selbst variiert werden, um verschiedene Arten von Beute anzulocken oder um sich an verschiedene Umweltbedingungen anzupassen.

Symbiose Tiefsee-Beziehung 2: Bartwürmer mit chemoautotrophen Bakterien

Exkurs Schwarze Raucher

Hydrothermale Quellen entstehen, wenn Meerwasser in den Meeresboden eindringt und dort auf heiße Gesteine trifft. Eine hydrothermale Lösung bezeichnet eine Wasseransammlung in Gesteinsschichten, die aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse noch bei weit über 100 °C flüssig sein kann, allerdings nur bis zum kritischen Punkt des Wassers bei 374,15 °C. Das Wasser wird dabei stark erhitzt und löst Mineralien aus den Gesteinen, bevor es durch Risse und Spalten im Meeresboden wieder aufsteigt. Im austretenden Heißwasser der Raucher sind vor allem Sulfide sowie andere Salze von Eisen, Mangan, Kupfer und Zink gelöst. Das beim Austritt bis über 300 °C heiße Wasser der Thermalquelle, reich an gelösten Stoffen, trifft mit dem 2 °C kalten Wasser des Meeresgrundes zusammen. Bei der Abkühlung werden Minerale als feine Partikel ausgefällt, wodurch sich der Austrittskegel oder Schornstein sowie dessen „Rauchfahne“ bilden. Ist diese Partikelwolke reich an Eisensalzen (z. B. Pyrit), so hat sie eine charakteristische schwarzgraue Färbung, weshalb von „Schwarzer Raucher“ gesprochen wird.
An einem etwa 2.500 Meter tiefen Schwarzen Raucher am Ostpazifischen Rücken wurde ein Grünes Schwefelbakterium entdeckt, das eine anoxygene Photosynthese mit Schwefelwasserstoff oder Schwefel als Reduktionsmittel betreibt. In dieser Tiefe gelangt kein Sonnenlicht zu den Bakterien. Die Chlorosomen des Bakteriums sind jedoch in der Lage, die Wärmestrahlung (nahes Infrarot) der austretenden heißen hydrothermalen Lösung des Rauchers aufzunehmen und als Energiequelle für die Photosynthese nutzbar zu machen. Des Weiteren beherbergt das Biotop unter anderem Spinnenkrabben ohne Augen, Hoff-Krabben, Yeti-Krabben, Bartwürmer, Venus* und Miesmuscheln sowie Seesterne.
Die hier lebenden Bartwürmer besitzen kein Verdauungssystem, sondern erhalten ihre Nährstoffe von Bakterien, mit denen sie in Symbiose leben. Diese Bakterien leben in gut durchbluteten Organen der Bartwürmer, den sogenannten Trophosomen, wodurch die Bartwürmer direkten Zugang zu den von den Bakterien gebildeten organischen Stoffen haben. Felder hydrothermaler Tiefseequellen sind nur ungefähr 20 Jahre aktiv. Die Verstopfung der Röhren und Spalten durch ausgefällte Mineralien führt zum Versiegen der Quellen und damit zum Aussterben der Fauna in der Umgebung, die nun als lebensfeindlich zu bezeichnen ist. Die Frage, wie die Lebewesen an neue Felder hydrothermaler Quellen gelangen, ist bisher nicht erforscht. Es gibt derzeit zwei verschiedene Hypothesen: Die Tiere geben ihre Eier in das Umgebungswasser ab, durch das sie dann über weite Strecken durch Meeresströmungen weitergetrieben werden. Sobald ein Ei eine hydrothermale Quelle mit optimalen Lebensbedingungen erreicht, wächst daraus eine Larve. Die erwachsenen Tiere sind in der Lage, von Quelle zu Quelle zu „springen“. Wal-Kadaver könnten als „Trittsteinbiotope“ von einem Schwarzen Raucher zum nächsten fungieren. Die genauen Abläufe dieses Vorgangs sind unter Forschern umstritten. Bislang wurden auch keine beweglichen Stadien nachgewiesen.
Die extremen Umweltbedingungen, wie sie in den hydrothermalen Feldern der Tiefsee in der Nähe der Schwarzen Raucher herrschen, lassen an die Verhältnisse in der frühen Erdgeschichte denken, in denen Evolutionsbiologen den Ursprung des irdischen Lebens vermuten. Vulkanismus mit hohen Temperaturen und hohem Druck, Mangel an Licht und eine hohe Konzentration anorganischer Stoffe haben einige Forscher (u. a. Günter Wächtershäuser) dazu bewogen, der Umgebung von Schwarzen Rauchern eine besondere Bedeutung in der Entwicklung des Lebens zuzuweisen. Die Untersuchung des Genoms chemoautotroph aktiver Bakterien und Archaeen hydrothermaler Quellen, deren Genom eingehend untersucht wurde und bei vielen Arten vollständig entschlüsselt werden konnte, hat zu diesem Ergebnis beigetragen. Aufgrund ihres anaeroben Stoffwechsels und der Energiegewinnung ohne die Möglichkeit der Nutzung von Sonnenlicht sowie ihres Habitats, das auf der frühen Erde sehr häufig war, werden sie von einigen Forschern als repräsentativ für die frühesten Formen des Lebens angesehen. Andere in der Umgebung von hydrothermalen Quellen lebende Organismen, wie die in langen Röhren sitzenden Bartwürmer und Pompejiwürmer mit reduzierten Verdauungsorganen oder Muscheln der Art Calyptogena magnifica, die in Symbiose mit chemoautotrophen Schwefelbakterien leben, sind hochspezialisiert. Diese Lebensformen sind hochspezialisiert und lassen sich eher als Produkte einer langen Evolution denn als Ursprung bezeichnen. Einige Biologen erwarten, ähnliches Leben auf Eismonden der Gasplaneten wie z. B. dem Jupitermond Europa oder dem Saturnmond Enceladus zu finden, da dort unter den jeweiligen Eiskrusten Wasserozeane mit hydrothermalen Quellen vermutet werden. Bartwürmer und autotrophe Ernährung

Bartwürmer und autotrophe Ernährung

Die Bartwürmer oder Bartträger (Siboglinidae) sind eine Familie röhrenbauender Ringelwürmer (Annelida), die ihren Lebensraum auf dem Meeresboden fast aller Weltmeere vor allem in 1.000 bis 10.000 Metern Tiefe haben. Die Größe der Bartwürmer variiert zwischen 0,5 und 300 Zentimetern. Das Material für die Röhren der Bartwürmer wird von Drüsenzellen in der Epidermis der Bartwürmer gebildet und abgesondert. Die Tiere besitzen als ausgewachsene Würmer weder einen Mund noch einen durchgehenden Darm oder einen After. Die Ernährung der Bartwürmer erfolgt durch ein aus dem Darm entwickeltes Organ, das Trophosom. Dieses wird bereits in einem frühen Larvenstadium als spezielles Gewebe angelegt. Das Trophosom enthält Bakterien, die für die Ernährung der Tiere essenziell sind. Ihre Ernährung ist nahezu vollständig auf die Symbiose mit chemoautotrophen Bakterien abgestimmt. Diese leben im Trophosom der Bartwürmer und oxidieren aufgenommene anorganische Schwefelverbindungen. Die dadurch gewonnene Energie nutzen sie zur Reduktion von Kohlenstoff, also zum Aufbau organischen Materials und zur Synthese energiereicher Substanzen wie Adenosintriphosphat (ATP). Der Begriff Autotrophie, wörtlich „Selbsternährung“, bezeichnet in der Biologie die Fähigkeit von Lebewesen, ihre Baustoffe (und organischen Reservestoffe) ausschließlich aus anorganischen Stoffen aufzubauen. Dieser Stoffaufbau erfordert Energie.
Als autotrophe Lebewesen sind insbesondere photosynthese-betreibende Primärproduzenten zu nennen, zu denen Pflanzen gehören. Bei ihnen dient Licht als Energiequelle (Photoautotrophie). Es gibt jedoch auch Organismen, die chemische Stoffumsetzungen als Energiequelle nutzen können (Chemoautotrophie). Bei der Chemoautotrophie wird chemische Energie genutzt, um Kohlenstoffdioxid zum Aufbau von Biomasse zu verwenden.
Die Nährstoffe und die Bakterien selbst dienen dem Wurm als Energiequelle. Über ein sehr fein strukturiertes Blutgefäßsystem werden die Bakterien mit Sauerstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff versorgt. Um den giftigen Schwefelwasserstoff zu transportieren, weisen die Hämoglobin-Moleküle des Blutes bei den Bartwürmern eine besondere Struktur auf. Infolgedessen wird der Schwefelwasserstoff in ungiftige Wasserstoffsulfid-Ionen umgewandelt. Zudem binden sie Sauerstoff und Schwefelwasserstoff an zwei unterschiedlichen Bindungsstellen, um eine Oxidation zu verhindern.

Parasitäre Tiefsee-Beziehung 3: Der Grönlandhai und Ommatokoita elongata

Der Grönlandhai (Somniosus microcephalus), auch Eishai genannt, gilt als ältester Hai der Welt mit einem geschätzten Alter von bis zu 512 Jahren. Somit erreicht er von allen bekannten Wirbeltierarten das höchste Alter. Der Grönlandhai erreicht eine durchschnittliche Länge von 4 bis 5 Metern, wobei größere Exemplare eine Länge von fast 8 Metern erreichen können. Er ist in der Lage, bis zu 2.000 Meter tief zu tauchen, wobei er in einer Tiefe zwischen 200 und 800 Metern am häufigsten angetroffen wird. Aufgrund seiner Trägheit und seines niedrigen Stoffwechsels ist der Grönlandhai für ein langes Leben prädestiniert. In eiskalten Gewässern bewegt er sich langsam und sein Stoffwechsel ist aufgrund niedriger Temperaturen ebenfalls langsam. Der Herzschlag liegt bei 10–30 Schlägen pro Minute. Der Zeitpunkt der Geschlechtsreife wurde auf mindestens 150 Jahre taxiert. Früher wurde vermutet, dass er sich von Aas vornehmlich ernährt. Neueren Erkenntnissen zufolge scheint er sich jedoch hauptsächlich von Robben und Fischen zu ernähren und diese sowohl in großen als auch in geringen Tiefen aktiv zu jagen. Es wird vermutet, dass der Grönlandhai trotz seiner langsamen Fortbewegung Robben erbeuten kann, da er sie angreift, während sie schlafen. Die frühere kommerzielle Fischerei hat zu einer starken Dezimierung der Grönlandhai-Populationen geführt. Aufgrund ihres hohen Alters und der späten Geschlechtsreife erholen sie sich nur langsam. Grönlandhaie spielen eine wichtige Rolle im Ökosystem der Polarmeere, da sie zu den Spitzenräubern gehören und somit zum Gleichgewicht des gesamten Ökosystems beitragen. Die IUCN stuft den Grönlandhai seit 2019 als „verwundbar“ ein, sodass Maßnahmen zum Schutz und zur Erhaltung der Art dringend erforderlich sind.

Parasit Ruderfußkrebse Ommatokoita elongata

Wie bei zahlreichen Vertretern der Lernaeopodidae zeigt auch Ommatokoita elongata einen ausgeprägten Sexualdimorphismus. Adulte Weibchen von Ommatokoita elongata erreichen, inklusive der anhängenden Eiersäcke, eine Länge von 4–6 cm und sind damit ungewöhnlich groß für Vertreter der Ruderfußkrebse. Adulte Männchen sind sehr viel kleiner als die weiblichen Tiere und erreichen lediglich eine Gesamtlänge von 2,5 mm.
Ein parasitärer Befall der Augen durch kleine Ruderfußkrebse (Ommatokoita elongata) führt zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Sehvermögens von Grönlandhaien. Die Krebse setzen sich an den Augen der Haie fest, um sich von deren Gewebeflüssigkeit zu ernähren. Die Augen der Haie bieten den Ruderfußkrebsen einen geschützten Lebensraum mit leicht verfügbarem Nahrungsmittel. Die Befallsrate liegt bei 98,9 %. Geschlechtsreife Weibchen und Larven des Krebses parasitieren am Augapfel von Grönlandhaien, wo sie schwere Gewebeschäden verursachen, die unter Umständen bis zur Erblindung des befallenen Tieres führen können. Aufgrund der hohen Befallsrate wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Verhältnis zwischen Ommatokoita elongata und den befallenen Wirtstieren eher mutualistisch als rein parasitisch sei. Insbesondere wurde spekuliert, dass der biolumineszente, frei am Auge baumelnde Krebs dem Hai dabei helfen würde, potentielle Beutetiere anzulocken. Diese Parasiten erzeugen ein schwaches, grünes Licht (Biolumineszenz), dessen Einfluss auf das Jagdverhalten der Haie weiterer Forschung bedarf. Trotz eingeschränkter Sehfähigkeit sind Grönlandhaie effiziente Jäger, da sie über ein gut entwickeltes Netzwerk von Elektrorezeptoren verfügen.