Wer spät nachts das Licht im Schlafzimmer ausschaltet und das Display des Smartphones erlischt, findet sich augenblicklich in völliger Finsternis wieder. Für den Menschen ist es schon schwer, sich in einem dunklen Zimmer sicher zu bewegen. Doch in Tausenden Metern Tiefe auf dem Meeresgrund, wo seit Jahrmillionen kein Sonnenstrahl hingelangt ist, war es in Wahrheit niemals völlig dunkel.
Lange Zeit ging die Fachwelt davon aus, dass nur Quallen, Tintenfische oder Tiefsee-Anglerfische mit leuchtenden Ködern die Finsternis durchbrechen können. Doch nun fingen Meeresforscher in den Tiefseegräben vor der Ostküste Australiens riesige Seespinnen, die ein überirdisch anmutendes blaues Leuchten verströmen.
Diese Entdeckung stellt bisherige biologische Gewissheiten auf den Kopf. Seespinnen (Pantopoden) gehören zu den Gliederfüßern (Arthropoden) – jenem Tierstamm mit segmentiertem Körper und Außenskelett, zu dem auch Krebse, Krabben und echte Spinnen zählen. Sie besitzen keinerlei spezialisierte Leuchtorgane und schaffen es dennoch, ihre acht langen Beine in strahlendes Blau zu tauchen – allein durch die Nahrung, die sie verdauen.
25.000 Proben aus 5.000 Metern Meerestiefe geborgen
Im Jahr 2017 unternahm das australische Forschungsschiff RV Investigator eine Expedition vor der Südostküste des Kontinents. Die Wissenschaftler ließen schwere Schleppnetze in den Abgrund hinab und zogen sie durch die Schlammschichten in fast 5.000 Metern Tiefe.
Eine Tiefe von 5.000 Metern entspricht der Höhe von zwölf aufeinandergestapelten Eiffeltürmen. Unterhalb von 200 Metern wird das Sonnenlicht vom Meerwasser vollständig verschluckt. In 5.000 Metern Tiefe herrschen nur noch extremer Druck und ewige Nacht.
An Bord war Jérôme Mallefet, Meeresbiologe an der belgischen Université catholique de Louvain (UCLouvain). Er richtete in einer Schiffskabine eine provisorische Dunkelkammer ein, die auf 6 °C gekühlt war. In eisiger Kälte und Dunkelheit untersuchte er jede einzelne der 25.000 aus der Tiefe heraufgeholten Proben.
Unter den zahllosen Tiefseeorganismen fielen ihm zwei Arten riesiger Seespinnen besonders ins Auge: Colossendeis tasmanica und die verwandte Art Colossendeis minor (C. minor).
Abbildung: Ein fingergroßer Körper mit bis zu 25 Zentimeter langen Beinen. Quelle: Science News, Foto: Jérôme Mallefet.
Fingergroßer Körper und 25 Zentimeter lange Beine leuchten blau
Colossendeis tasmanica besitzt eine bizarre Gestalt. Ihr zentraler Rumpf ist kaum größer als ein menschlicher Finger, doch ihre acht langen Beine erreichen eine Spannweite von bis zu 25 Zentimetern.
Eine Beinspannweite von 25 Zentimetern entspricht etwa dem Abstand vom Ellbogen bis zur Handfläche eines Erwachsenen. Da der Körper so winzig ist, sind die inneren Organe und das Fortpflanzungssystem der Seespinnen direkt in das Innere der hohlen Beine verlagert.
Als Mallefet die Seespinne in der Dunkelkammer vorsichtig berührte, begannen ihre Beine augenblicklich schwach blau zu blinken. Nach Zugabe von Kaliumchlorid (KCl) – einem Salz, das biolumineszierende Zellen stimuliert – leuchteten die acht Beine bis zu 10 Minuten lang in gleichmäßigem Blau.
Instrumentelle Messungen ergaben, dass das blaue Licht eine Wellenlänge von 449 Nanometern (nm) aufweist. Blaues Licht im Bereich um 450 Nanometer dringt im Meerwasser am weitesten vor. Das Leuchten war an den Beinspitzen am intensivsten und nahm zum Rumpf hin allmählich ab.
Abbildung: Experimentelle Aufzeichnungen der leuchtenden Seespinnen. Quelle: Deep Sea Research Part I-Studie, Mallefet et al.
Kein eigenes Leuchtorgan: Lichtübernahme durch den Verzehr von Seeanemonen
Die überwiegende Mehrheit leuchtender Meeresorganismen erzeugt Licht durch biochemische Prozesse im eigenen Körper: Sie synthetisieren das Substrat Luciferin sowie das Enzym Luciferase, deren Zusammenspiel unter Sauerstoffzufuhr Licht freisetzt.
Experimente zeigten jedoch, dass das Gewebe der Seespinnen keinerlei Reaktion auf Luciferin zeigte. Stattdessen stimmte ihr Leuchten mit einem Calcium-abhängigen Photoprotein-System überein – einem Mechanismus, der zur Lichterzeugung Calciumionen benötigt.
Gewebeschnitte unter dem Mikroskop brachten das Geheimnis ans Licht: Die Leuchtzellen der Seespinne konzentrieren sich um die Darmblindsäcke (Divertikel) in den Beinen und sind eng mit dem Verdauungsgewebe verwoben.
Daraus schloss Mallefet, dass Seespinnen im Laufe der Evolution keine eigenen Leuchtdrüsen entwickelt haben. Sie jagen auf dem Meeresboden nach leuchtenden Beutetieren wie Seeanemonen, speichern deren Leuchtstoffe in ihren Beindärmen und borgen sich so ihr Licht buchstäblich von ihrer Nahrung.
76 Prozent aller Tiefseearten leuchten: Auch urtümliche Gliederfüßer erhellen das Dunkel
Die Geschichte des biologischen Leuchtens auf der Erde reicht weit zurück: mindestens 540 Millionen Jahre bis zur Kambrischen Explosion, als Meerestiere erstmals begannen, harte Skelette auszubilden.
Moderne ozeanographische Untersuchungen zeigen, dass rund 76 Prozent aller Tiefseetiere zur Biolumineszenz fähig sind. Das bedeutet: Drei von vier Bewohnern der Tiefsee tragen ihre eigene Taschenlampe bei sich.
Gliederfüßer galten in Tiefsee-Ökosystemen lange als anatomische „Basismodelle“. Wegen ihres starren Außenskeletts und festgefügten Bauplans nahmen Forscher an, dass ihnen der evolutionäre Spielraum für eigene Leuchtorgane fehlte.
Der Nachweis leuchtender Seespinnen widerlegt diese Sichtweise. Die Verbreitung der Biolumineszenz in der Tiefsee ist weit umfassender, als es Lehrbücher bislang vermittelten. Selbst ohne eigene Leuchtorgane können Lebewesen über die Nahrungskette die Fähigkeit erwerben, die finstere Tiefsee zu erhellen.
Neben der Biolumineszenz beobachteten die Forscher unter ultraviolettem Licht bei drei Seespinnenarten auch eine grüne Fluoreszenz (ein physikalisches Phänomen, bei dem energiereiches Licht absorbiert und energieärmeres Licht abgestrahlt wird). Diese Fluoreszenz könnte der Partnerfindung, dem Anlocken von Beute oder der Warnung vor Fressfeinden dienen.
Hundert Jahre alte Schiffsnotizen durch Laborfotografien bestätigt
Bereits vor über hundert Jahren hielt ein Logbuch früher Tiefseeexpeditionen eine bemerkenswerte Beobachtung fest: „Die Kreatur lag auf dem Rücken und leuchtete wie ein Stern, während alle ihre Beine an der Bauchseite in einem eigentümlichen blauen Schein erstrahlten.“
Da es damals an Konservierungsmitteln und Fototechnik fehlte, wurde diese Schilderung über ein Jahrhundert lang als poetische Übertreibung abgetan.
Mallefets Experimente in der 6-Grad-Dunkelkammer und moderne Hochempfindlichkeitskameras lieferten nun erstmals den unwiderlegbaren experimentellen Beweis samt hochauflösenden Bildern.
Dass Tiefseespinnen leuchten können, beweist, wie allgegenwärtig das Lichtphänomen in den Tiefen der Ozeane ist. Ein biologischer Leuchtapparat kann aus der aufgenommenen Nahrung stammen – und ermöglicht es selbst einfach gebauten Gliederfüßern, sich das Licht ihrer Beute zunutze zu machen und den Meeresboden zu erhellen.
Referenz-Links:
- Science News-Bericht
- Deep Sea Research Part I-Studie
