Tiefseebergbau: Bedrohung für Quallen und Co

Tiefseebergbau soll uns bei der Dekarbonisierung helfen – dazu sollen Metallknollen voller Mangan und anderer wichtiger Metalle sowie sogenannte seltene Erden von den Böden der Tiefsee gefördert werden.
MeereswissenschaftlerInnen, MeeresschützerInnen und viele Anwohner der betroffenen Meeresgebiete halten diesen Tiefseebergbau jedoch für keine gute Idee, da er nicht nur die Lebensgemeinschaften der Meeresböden und ihre Kohlestoffspeicherung bedroht, sondern auch viele Tiere in den darüber liegenden Wasserschichten – die die Ernährungsgrundlage auch vieler Menschen sind.

Die Auswirkungen auf das ökologische Gefüge der mittleren Wasserschichten (Midwater) hat ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des deutschen Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) genauer untersucht und jetzt in „Nature Communications“ publiziert: Durch das Einsammeln der Mineral- und Metallknollen und ihr Hochpumpen aufs Mutterschiff würde das feine Sediment des Meeresgrunds aufgewirbelt, diese großen Sedimentschleppen und -fahnen würden sich nur langsam wieder absetzen.
Außerdem würde das mit den Knollen hochgepumpte feine Sediment vom Schiff wieder ins Meer eingeleitet werden, wodurch noch mehr Sedimentschleppen über ein weiteres Areal von mehreren Quadratkilometern verbreitet werden. Wie zarte Schleier bleiben die feinsten Körnchen lange mitten im Meer stehen, aufgrund ihrer geringen Masse sinken sie sehr langsam zurück. Da es derzeit keine Vorschriften darüber gibt, in welcher Wassertiefe das Sediment freigesetzt werden soll, können sich die entstehenden Schleier über Dutzende bis Hunderte von Kilometern durch die Wassersäule erstrecken, so die Wissenschaftler.

Sedimentschleier als Grabtuch

Die trüben Schleier mitten im Meer beeinträchtigen die Lebensgemeinschaften des offenen Ozeans, in der Wassersäule über dem Tiefseebergbaugebiet. Dieser Bereich, der im Englischen passend Midwater heißt, zwischen dem 4000 Meter tiefen Boden und der sonnendurchschienen Oberfläche, ist ein riesiges Ökosystem mit zwei besonders wichtigen Funktionen: Zum einen ist es entscheidend für die Fähigkeit des globalen Ozeans zur Kohlenstoffspeicherung. Zum anderen lebt dort ein ganzes ökologisches Netzwerk voller unterschiedlich großer Arten, die die Hauptnahrungsquelle für viele Fisch-, Tintenfisch- und Meeressäugetierarten sind. Damit sind sie sind ein entscheidendes Glied im marinen Nahrungsnetz. Darunter sind viele Arten gerade von Fischen und Tintenfischen wichtige Nahrungsressourcen auch von Menschen. Anwohner von Südseeinseln fischen dort direkt im kleinen Maßstab für die regionale Versorgung, außerdem werden die Fischereirechte solcher Meeresgebiete oft an große Fischereischiffe und -flotten zahlungskräftiger Industriestaaten verkauft und sind eine wichtige Einnahmequelle kleiner Inselstaaten.
Dieses Artengeflecht hat sich unter stabilen Umweltbedingungen wie der konstante Nahrungsknappheit entwickelt und könnte dadurch daher anfälliger für Änderungen der Umweltparameter sein. Außerdem leben in diesem Bereich besonders viele zerbrechliche, transparente, gallertartige und manchmal riesige gallertige Organismen (Gelata) mit niedrigen Stoffwechselraten, die besonders anfällig für Störungen wie den Tiefseebergbau sind.

Gerade Gelata bilden oft Hohlkörper, die fein austariert mitten im Ozean schweben – Sediment könnte ihre Schirme und Hohlkörper schwerer machen und sie absinken lassen. Das müssten sie durch stärkere Schwimmbewegungen kompensieren, was wieder viel Energie kostet. Eine andere Gefahr für die Gelata, zu denen auch die Larven Tiere wie Fische und Tintenfische gehören, ist, dass sie über Bioluminiszenz kommunizieren und sich so für ihre tägliche Nahrungswanderung, die Paarung und andere wichtige Verhaltensweisen verabreden. Die trüben Sedimentschleier würden dies erschweren oder gar verhindern.

Wann hat eine Qualle „Stress“?

„Bei der Erforschung des mittleren Meeresbereichs (Midwater) haben wir erst an der Oberfläche gekratzt, und der Großteil der Artenvielfalt ist immer noch unbekannt, ebenso wie ihre Funktion im Ökosystem und ihre Toleranz gegenüber Veränderungen“, erklärte Henk-Jan Hoving, leitender Autor der Studie, gegenüber der Presse. Um die Wissenslücke über die Reaktionen von Mittelwasser-Tieren auf Umweltstressfaktoren zu schließen, konzentrierten sich Hauss, Hoving und ihre Kollegen auf die Helmqualle Periphylla periphylla. Die tellergroßen gelatinösen Lebewesen sind im Meer allgegenwärtig und robust. Sie sind ein gutes Beispiel für die vielen anderen in 500 bis 700 Metern Meerestiefe lebenden Geleetiere (Jellies), also Quallen, Rippenquallen und Salpen, die vom Bergbau betroffen sein könnten. Außerdem kommen sie in den Tiefen der norwegischen Fjorde zahlreich vor.

Aber wie kann man wissenschaftlich nachweisen, dass eine Qualle gestresst ist?
Dafür fingen die Forscher mit feinmaschigen Netzen einige Exemplare lebendig und brachten sie unter Deck ihres Forschungsschiffs. Da die Helmquallen an das Leben in ewiger Dunkelheit angepasst sind, haben die Forscher sie in dunklen, nur mit rotem Licht beleuchteten Räumen gehalten und untersucht.
Dann setzten Biologen die Helmquallen im Aquarium feinen Sedimentwolken aus, vergleichbar mit denen, die in der Nähe von Tiefseebergbaustandorten zu erwarten sind.
Nach etwa 1,5 Stunden war die Reaktion der Quallen mit bloßem Auge sichtbar: Sie versuchten, sich von dem Sediment zu befreien. Dafür produzierten sie überschüssigen Schleim in weißen Strängen, was Vanessa Stenvers mit Zuckerguss vergleicht.
Andere Stressreaktionen traten auf molekularer Ebene auf, wobei mehrere Gene, die im Zusammenhang mit der Gewebereparatur und der Aktivierung des Immunsystems stehen, aktiviert wurden.
Der Schleim auf der Außenseite der Quallen enthält ihr artspezifisches Mikrobiom, also eine Ansammlung von Mikroben, die die zarten Gallerthülle schützt. Die kontinuierliche Schleimproduktion ist für die Qualle eine energetisch kostspielige Reaktion und könne einen erheblichen Teil des gesamten Quallen-Energiehaushalts beanspruchen. Zusammen mit der durch die Sedimentlast ausgelöste Reaktion von Genen, die mit der Atmung, dem Immunsystem und der Wundheilung zusammenhängen, ist klar, dass die Sedimentlast der Qualle Stress bereitet.
Ob und wann sich Quallen nach dem Sediment“bad“ erholen können, können die Biologen noch nicht einschätzen.

Streß kostet Energie

Allerdings habe die Sedimentlast bei Helmquallen eine heftigere Reaktion ausgelöst, als ein Anstieg der Meerwassertemperatur um vier Grad (was man im Aquarium prima ausprobieren kann). Aktuelle Klimaprognosen gehen davon aus, dass die Meerestemperaturen in den nächsten 84 Jahren um ein Grad ansteigen werden, während ein Anstieg um vier Grad nur in den extremsten Szenarien der globalen Erwärmung vorhergesagt wird.
Die Autoren befürchten, dass solche Stressfaktoren, die zu einem erhöhten Energieverbrauch führen, auch einen höheren Energiebedarf bedeutet. Da die Nahrung in der Tiefsee und den mittleren Schichten generell knapp ist, könnte dies problematisch werden und Hunger bedeuten.
Die Stressreaktion der Helmquallen sei jedenfalls repräsentativ für andere gelatineartige Tiere der gleichen Ozean-Ökosysteme. Für andere Arten seien weitere Analysen und Experimente notwendig.
Allerdings reichen die vorliegenden Ergebnisse aus, um zur Vorsicht beim Tiefseebergbau zu mahnen. Bereits jetzt ist klar, dass die dadurch ausgelösten Zerstörungen am Meeresboden und Sedimentschleppen im Mittwasser viele wichtige Ökosystemleistungen der Tiefsee beeinträchtigen würden. Und damit auch die Nahrungsversorgung von Menschen und die Klimaschutzfunktion der Ozeane durch die Bindung von Kohlenstoff.
Die zusätzliche Sedimentlast dürfte die ohnehin schon durch menschliche Aktivitäten gestressten Ozean-Communitys weiter schwächen und ihre Regenerationsfähigkeit ausreizen.

Quallen als Gewinnerinnen der Klimakrise

Die roten Helmquallen sind in den norwegischen tiefen Fjorden nicht unproblematische Neuankömmlinge, sie gelten als invasive Spezies. Im Gegensatz zu anderen Quallen schlüpfen diese an Himbeergelee-Törtchen erinnernden Tiere direkt aus dem Ei als Jungtier, sie überspringen also das übliche Polypenstadium. Sie leben in allen Ozeanen außer der Arktis, sind aber in den letzten Jahren in die norwegischen Fjorde bis nördlich von Spitzbergen eingewandert und kommen dort mittlerweile in großen Mengen vor. Ihre schnelle Vermehrung und ihr Jagderfolg haben bei den Fischern einige Besorgnis erregt, dass diese leuchtenden nächtlichen Erscheinungen an der Oberfläche den gesamten jungen Kabeljau und Schellfisch auffressen würden. Diese Gefahr besteht auch in anderen Regionen der Meere, wo mit Hilfe der Erwärmung neue Quallen- und Rippenquallen-Arten mit großem Appetit einwandern. Wegen der Überfischung der Fische nehmen jetzt manche gallertige Arten die ökologische Position der Top-Prädatoren ein. Helmquallen kommunizieren über Lichtblitze und schweben als Gruppe koordiniert durch die Fjorde, vermutlich jagen sie so gemeinsam.
Allerdings bieten die unwillkommenen Helmquallen in den dunklen Fjorden jetzt Wissenschaftlern die bequeme Gelegenheit, Ökologie und Verhalten von Meereswesen zu untersuchen, die zuvor nur in der Tiefsee möglich war. Die roten Quallen werden (zurzeit) nicht wirtschaftlich genutzt und sind möglicherweise nicht gut für die Fjord-Ökosysteme, aber dafür gute Modellorganismen für andere Arten.

Quellen

Stenvers, V.I., Hauss, H., Bayer, T. et al. “Experimental mining plumes and ocean warming trigger stress in a deep pelagic jellyfish“. Nat Commun 14, 7352 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43023-6

Über Henk-Jan Hoving, den Leiter der Tiefseearbeitsgruppe des GEOMAR und seine Quallenforschung hatte ich den Leitartikel “Vom Licht ins Dunkel” für NATUR 08/2023 geschrieben, darin kommen auch die Helmquallen vor.

Kate Golembiewski: “Mucus-Covered Jellyfish Hint at Dangers of Deep-Sea Mining“, NYT, Nov. 2023

Staff writer: “Deep-sea mining could severely affect jellyfish populations“