Kurilen-Graben: Ein unerwartetes Ökosystem in der hadalen Zone

In einem nahezu unerreichbaren Winkel des Nordpazifiks taucht eine wissenschaftliche Expedition tiefer als die bekannten Abgründe – und stösst dort auf etwas Lebendiges.

Was zunächst wie ein weiterer technischer Tauchgang zum Grund des Kurilen-Grabens wirkte, entwickelte sich zu einer Entdeckung mit erheblichem wissenschaftlichem Gewicht: der Nachweis eines ausgedehnten Ökosystems rund 10 Kilometer unter der Meeresoberfläche – in einer Umgebung, die bis vor Kurzem als fast grundsätzlich lebensfeindlich galt.

Ein Abgrund, den kein Licht erreicht

Unterhalb von 6'000 Metern Tiefe sprechen Ozeanografinnen und Ozeanografen von der „hadalen Zone“. Dort, in den ozeanischen Tiefseegräben, herrschen absolute Dunkelheit, Temperaturen nahe 0 °C und ein Druck, der mehr als tausendmal höher sein kann als an der Meeresoberfläche. Über Jahrzehnte hinweg beschrieben Lehrbücher der Meeresbiologie diesen Extrembereich als nahezu totes Ödland, in dem höchstens vereinzelt und mit geringer Vielfalt Leben vorkommt.

Genau dieses Bild gerät durch Aufnahmen und Proben, die 2024 von einem Team an Bord des Forschungsschiffs Tan Suo Yi Hao gesammelt wurden, ins Wanken. Mit dem bemannten Tauchboot Fendouzhe stiegen die Forschenden in die Nähe des Kurilen-Grabens zwischen Japan und der Halbinsel Kamtschatka hinab und dokumentierten in mehr als 9'500 Metern Tiefe etwas, das dort kaum jemand erwartet hätte: eine regelrechte „Lebens-Waldlandschaft“, die sich auf dunklen, scheinbar sterilen Sedimenten erhebt.

„Am Übergang zwischen Fels und Schlamm erscheinen dichte Kolonien von Röhrenwürmern, Krebstieren, Muscheln und weiteren Organismen – ein lebendiges Mosaik an einem Ort, an dem man zuvor biologisches Schweigen vermutete.“

Berichtet wird von grossen Ansammlungen von Würmern, die wie weissliche bis rötliche Röhrchen aus dem Boden ragen und Strukturen bilden, die an Büschel von Vegetation erinnern. Dazwischen bewegen sich kleine Krebstiere, flinke Amphipoden, langgestreckte Seegurken (Holothurien) sowie robuste Weichtiere – alle angepasst an einen Druck, der die meisten menschlichen Maschinen zerquetschen würde.

Die geologische Narbe, die eine verborgene Welt beherbergt

Der Kurilen-Graben ist eine langgezogene Bruchzone am Meeresboden, entstanden durch die Subduktion der Pazifischen Platte unter die Ochotsk-Platte. In bathymetrischen Karten erscheint er als tiefer Einschnitt, mit Abschnitten, die an 10'000 Meter heranreichen oder darüber liegen. Statt eines ruhigen „Tals“ verbirgt diese Struktur aktive Störungen, Mikrobeben und einen ausgeprägten Transport von Fluiden im Untergrund.

Diese Fluide führen Methan, Schwefelwasserstoff und weitere Verbindungen mit sich und treten unauffällig an Stellen aus, die als „kalte Sickerstellen“ bekannt sind. Es handelt sich nicht um spektakuläre Geysire wie bei manchen hydrothermalen Quellen, sondern um stetige, fast unsichtbare Leckagen, die mit einer normalen Kamera kaum zu erkennen sind. Genau dort liegt das Zentrum des neu beschriebenen Ökosystems.

„Wo die Sonne nicht hingelangt, übernimmt die Chemie die Rolle der primären Energiequelle und trägt vollständige Nahrungsketten – ohne ein einziges Blatt oder ein Korn fotosynthetischen Planktons.“

Leben, das von der Chemie des Meeresbodens lebt

An diesen Sickerstellen nutzen spezialisierte Bakterien und Archaeen Reaktionen zwischen Methan, Schwefel und Kohlendioxid, um organische Substanz aufzubauen. Dieser Vorgang heisst Chemotrophie. Anders als Pflanzen, die Licht in Zucker umwandeln, verwandeln diese Mikroorganismen chemische Energie in Biomasse.

• Chemotrophe Bakterien: Fundament der Nahrungskette; sie setzen anorganische Verbindungen in organisches Material um.
• Sibogliniden-Röhrenwürmer: leben in Röhren, besitzen kein vollständig ausgeprägtes Verdauungssystem und beherbergen symbiotische Bakterien in ihrem Gewebe.
• Muscheln und Krebstiere: filtrieren kohlenstoffreiche Partikel oder ernähren sich von angesammelten Resten im Sediment.
• Holothurien und weitere Detritusfresser: verwerten das Übriggebliebene und halten so den Nährstoffkreislauf in Gang.

Dieses biologische Räderwerk steht in einem empfindlichen Gleichgewicht mit der Geologie. Nimmt der Methanfluss ab, sinkt auch die Produktion organischer Substanz. Öffnen oder schliessen sich Störungen, können Kolonien wandern – oder verschwinden. Aus Sicht der Forschenden zeigt sich im Kurilen-Graben ein Mosaik aus chemischen „Energieinseln“, die den Meeresboden punktieren und über Strömungen, Sedimente sowie die Wanderungen von Organismen miteinander verbunden sind.

Grenzen des Lebens erneut verschoben

Dass sich in beinahe 10 km Tiefe ein strukturiertes Ökosystem nachweisen lässt, rüttelt an grundlegenden Vorstellungen darüber, wo Leben überhaupt Fuss fassen kann. In den letzten Jahrzehnten hatten hydrothermale Quellen, unterirdische Seen und poröse Gesteine mehrere Kilometer unter der Oberfläche dieses Bild bereits erweitert. Nun gelten ozeanische Tiefseegräben nicht mehr nur als dunkle Löcher auf Seekarten, sondern als natürliches Labor für Extrembiologie.

Für viele Astrobiologinnen und Astrobiologen sind solche Milieus eine direkte Analogie zu Welten ausserhalb der Erde. Unterirdische Ozeane in Eismonden wie Europa (Jupiter) oder Enceladus (Saturn) könnten vergleichbare Zutaten vereinen: flüssiges Wasser unter dicken Eisschichten, Wärmequellen durch Reibung zwischen Platten, gelöste Salze und chemische Reaktionen, die Energie bereitstellen.

Umgebung	Energiequelle	Mögliche ausserirdische Analogie
Hadale Zone im Kurilen-Graben	Chemotrophie auf Basis von Methan und Schwefel	Unterirdische Ozeane von Eismonden
Flache hydrothermale Quellen	Reaktionen zwischen Meerwasser und Magma	Aktive Krusten auf Gesteinsplaneten
Tiefe Aquifere in der Erdkruste	Reaktionen mit radioaktiven Mineralen	Inneres des Mars

Wenn Mikroorganismen in 10'000 Metern Tiefe giftige Gase in Nahrung umsetzen können, wird es plausibler, sich Lebensformen vorzustellen, die sich an Umgebungen anpassen, in die niemals ein Sonnenstrahl fällt. Die Entdeckung im Kurilen-Graben beantwortet die Frage nach Leben jenseits der Erde nicht allein, liefert jedoch ein greifbares Modell dafür, wie ganze Nahrungsketten fern der Oberfläche stabil funktionieren können.

Menschlicher Druck auf eine Welt, die wir kaum kennen

Während die Forschung versucht, dieses Puzzle zu verstehen, nimmt das wirtschaftliche Interesse am Tiefseeboden zu. Seltene Metalle für Batterien, Speziallegierungen und Hochtechnologien reichern sich in polymetallischen Knollen sowie in kobaltreichen Krusten an, die in ähnlichen Abgründen vorkommen. Unternehmen und Staaten verhandeln über Regeln für den Tiefseebergbau – häufig mit begrenzten Daten zu den tatsächlichen Folgen.

Dass in einer derart extremen Region komplexe Lebensgemeinschaften existieren, ist daher ein Warnsignal. Mechanische Störungen durch Maschinen, aufgewirbelte Sedimentfahnen und Veränderungen in der Fluidzirkulation können Mikroorganismen ersticken, Wurmkolonien unter Sediment begraben und Symbiosen zerstören, deren Entstehung Millionen Jahre gedauert hat.

„Mit jeder neuen Kamera, die in diese Tiefen hinabgelassen wird, wächst das Gefühl, dass wir von dieser Umwelt weniger verstehen, als wir glaubten – während sich einige bereits auf ihre wirtschaftliche Nutzung vorbereiten.“

Begriffe, die helfen, den Abgrund zu verstehen

Zwei Ausdrücke tauchen in Studien zu solchen Ökosystemen besonders häufig auf und erleichtern das Einordnen der Entdeckung:

• Hadale Zone: ozeanischer Bereich, der meist von 6'000 bis etwa 11'000 Metern Tiefe reicht und mit tektonischen Gräben verbunden ist. Typisch sind hoher Druck, tiefe Temperaturen und vollständige Abwesenheit von Sonnenlicht.
• Kalte Sickerstelle: Bereiche am Meeresboden, in denen methan- und sulfidhaltige Fluide kontinuierlich austreten, ohne dass die Temperatur stark von der Umgebung abweicht. Dort leben Gemeinschaften, die von Chemotrophie abhängig sind.

Zur Veranschaulichung kann man sich eine Kette kleiner chemischer Lichtungen vorstellen, verteilt über Tausende Kilometer am Meeresgrund. Jede dieser Lichtungen bündelt dichte Kolonien von Organismen wie in Oasen, getrennt durch weite Strecken scheinbar leeren Sediments. Tiefe Strömungen, Schwebstoffe und langsame Wanderungen verbinden diese lebenden Inseln, sodass genetischer Austausch und Nährstofffluss möglich bleiben.

Simulationen von Gruppen aus der ökologischen Modellierung zeigen, dass Störungen an nur wenigen dieser Punkte bereits Kaskadeneffekte entlang der gesamten Linie der Sickerstellen auslösen können. Sinkt etwa in einem Abschnitt der Methanfluss, verarmt die mikrobielle Basis; in der Folge nimmt mit der Zeit die Dichte der Würmer ab, und auch die Präsenz grösserer Räuber wird gefiltert bzw. reduziert. Das deutet auf ein System hin, das widerstandsfähig ist – aber nicht unverwundbar.

Forschende schlagen vor, künftige Missionen sollten direkte Beobachtungen mit Laborexperimenten kombinieren, in denen Druck, Temperatur und chemische Zusammensetzung des Kurilen-Grabens nachgebildet werden. So könnten neue Verbindungen, Enzyme, die an hohen Druck angepasst sind, und bislang unbekannte biochemische Strategien ans Licht kommen. Solche Resultate wären nicht nur für die Ökologie relevant: Auch Bereiche wie Pharmakologie, Biotechnologie und sogar die Werkstofftechnik verfolgen aufmerksam, was aus diesen stillen Tiefen auftaucht.

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