Kein Ort auf der Erde ist frei von menschlichem Einfluss - nicht einmal der Grund der tiefsten Gräben im Ozean.
Es wurde festgestellt, dass garnelenähnliche Lebewesen aus drei Gräben des Westpazifischen Ozeans von Lebensmitteln fressen, die an der Oberfläche versinken, und eine einzigartige chemische Signatur von jahrzehntealten Atombombentests in den Körpern der Tiefseekrustentiere hinterlassen. Die Ergebnisse, die kürzlich in Geophysical Research Letters veröffentlicht wurden, helfen Meeresforschern nicht nur herauszufinden, wie diese Grundbewohner überleben, sondern unterstreichen auch die Tiefen, in die der Einfluss der Menschheit eindringen kann.
Tiefsee-Gräben gehören möglicherweise zu den am wenigsten erforschten Winkeln der Erde. Der tiefste davon, der Marianengraben im Pazifik, reicht bis zu einer Tiefe von etwa 36.000 Fuß unter dem Meeresspiegel. (Mt. Everest könnte am Boden sitzen, und sein Gipfel würde immer noch unter mehr als einer Meile Wasser liegen.) Am Boden schweben die Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt und das Wasser übt einen mehr als 1000-fachen Druck aus, der sich an der Oberfläche anfühlt.
"Biologisch gesehen gelten [Ozean-] Gräben als die ursprünglichsten Lebensräume der Erde", sagt Weidong Sun, Geochemiker am Institut für Ozeanologie in China und Mitverfasser der neuen Studie. "Wir sind daran interessiert, wie das Leben dort unten überlebt, was seine Nahrungsquelle ist und ob menschliche Aktivitäten irgendeinen Einfluss haben."
Lanceola clausi, der Bulldogge-Amphipod, eine seltene Tiefwasserart, die unterhalb von 1.000 Metern gefangen wurde. (Russ Hopcroft / Universal History Archive / UIG über Getty Images) In diesen dunklen Tiefen ist der garnelenähnliche Amphipod, eine Familie von Krebstieren, die den Meeresboden nach Nahrung absaugen, eines der häufigsten Lebewesen. Woher das Essen kommt, ist umstritten. Mögliche Quellen sind Bissen, die aus dem Erdinneren versickern, nährstoffreiches Sediment, das an steilen Grabenwänden herunterrutscht, oder leckerer Schutt, der von der Oberfläche herabfließt.
Ein kürzlich durchgeführter Transport von Tiefsee-Amphipoden bot Sun und seinen Kollegen die Möglichkeit, dieses Rätsel der Meere zu lösen. Zwei chinesische Forschungsschiffe haben 2017 mit Köderfallen Amphipoden aus drei Schützengräben im Westpazifik geerntet, darunter den berühmten Marianengraben. Suns Team analysierte chemisch das Muskelgewebe und den Darminhalt der Amphipoden und fand erhöhte Gehalte an Kohlenstoff-14, einer schweren Variante von Kohlenstoff. Die Konzentrationen entsprachen weitgehend den Vorkommen nahe der Meeresoberfläche, wo die Menge an Kohlenstoff-14 dank der vor mehr als einem halben Jahrhundert durchgeführten Atombombentests höher ist als gewöhnlich.
Kohlenstoff kommt in ein paar verschiedenen Varianten vor, je nachdem, wie viele Neutronen in seinen Atomkern gestopft sind. Etwa eines von einer Billion Kohlenstoffatomen auf der Erde hat zwei zusätzliche Neutronen. Diese Form, die als Kohlenstoff-14 bekannt ist, kommt auf natürliche Weise dank schneller Atompartikel aus dem Weltraum vor, die in Stickstoffatome einschlagen. Mitte des 20. Jahrhunderts verdoppelte der Mensch die Menge an Kohlenstoff-14 in der Atmosphäre.
Nach Angaben der Internationalen Atomenergiebehörde haben die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion (mit ein wenig Hilfe des Vereinigten Königreichs und Frankreichs) von 1945 bis 1963 fast 500 Atombomben gezündet, von denen 379 in der Atmosphäre explodierten. Diese Tests haben die Menge an Kohlenstoff-14 auf unserem Planeten dramatisch erhöht. Der Test Ban-Vertrag von 1963 setzte den meisten Tests in der Atmosphäre und unter Wasser ein Ende, und die Kohlenstoff-14-Werte in der Atmosphäre kehrten langsam wieder zur Normalität zurück - obwohl sie immer noch höher sind als vor der Nuklearisierung - als Meerwasser und Leben an Land absorbierter Kohlenstoff aus der Luft.
Dieser stetige Rückgang von Kohlenstoff-14 mit einer Halbwertszeit von etwa 5.730 Jahren ist ein nützliches Instrument, um das Alter und die Quelle organischer Stoffe zu bestimmen. Während des gesamten Lebens eines Organismus wird Kohlenstoff in der Umwelt gebunden. Wenn der Organismus stirbt, hört dieser Austausch auf. Indem die Forscher messen, wie viel Kohlenstoff in Form von Kohlenstoff-14 vorliegt, können sie feststellen, wann ein Organismus gestorben ist.
Verschiedene Orte auf der Erde haben auch sehr unterschiedliche Bestände an Kohlenstoff-14. Organisches Material aus dem Inneren des Planeten ist weitgehend frei von Kohlenstoff-14. Sedimente aus Ozeangrabenwänden weisen ebenfalls sehr niedrige Gehalte auf. Material von der Meeresoberfläche spiegelt jedoch die relativ hohen Mengen in der Atmosphäre wider.
Im Muskelgewebe der geernteten Amphipoden stimmten die Kohlenstoff-14-Gehalte von 2004 bis 2007 eng mit den Oberflächenhäufigkeiten überein, was darauf hindeutet, dass diese Tiere mehr als ein Jahrzehnt leben. Ihre Cousins in der Nähe der Oberfläche leben normalerweise nur zwei Jahre. Das frisch verdaute Futter in den Eingeweiden der Amphipoden wies unterdessen einen ähnlichen Kohlenstoff-14-Gehalt auf wie die heutigen Oberflächenproben, was darauf hindeutet, dass Oberflächen-Treibgut schnell in die tiefsten Gräben absinkt, in denen die Amphipoden es abschälen.
Eine Karte des Marianengrabens mit der Aufschrift "Challenger Deep", dem tiefsten bekannten Punkt im Ozean mit einer Tiefe von etwa 36.000 Fuß. (Kmusser über Wikicommons CC BY 2.5) Während die Unterschrift der Atombombe ein paar Meilen weiter unten im Westatlantik aufgezeichnet wurde, hat es noch niemand so tief gesehen. "Das ist nur interessant, wenn alle rauskommen", sagt Robert Key, ein Ozeanograph aus Princeton, der an dieser Studie nicht beteiligt war. Er weist darauf hin, dass der Kohlenstoff-14-Gehalt, der etwa eine Meile unter der Oberfläche des Nordpazifiks beginnt, genau der Atmosphäre vor den Bombenversuchen entspricht. "Der hohe Kohlenstoff-14-Gehalt [in den Amphipoden] konnte nur aus Lebensmitteln stammen, die von oben herabgekommen sind", sagt er.
Die Fülle an Material, die bei Atombombentests hoch am Himmel in den Körpern von tief lebenden Amphipoden erzeugt wurde, unterstreicht eine sehr enge Verbindung zwischen menschlicher Aktivität und den isoliertesten Bereichen des Meeres.
"Dies sind in der Tat außergewöhnliche Ergebnisse, aber ich bin nicht überrascht", sagt Timothy Shank, ein Forscher an der Woods Hole Oceanographic Institution. „Nach 25 Jahren der Erforschung und Erforschung von Tiefsee-Ökosystemen finde ich, dass ihre Verbindung zu uns enger ist, als wir jemals dachten.“ Toiletten und Duschen lauern zwei Meilen tiefer, während Plastik- und Metallmüll mehr geworden sind als 30 Tiefwasserschluchten vor der Ostküste der Vereinigten Staaten.
Und dies ist nicht das erste Mal, dass Forscher Amphipoden aus dem Grabenbereich beobachten, die sich mit dem Müll der Menschheit befassen. In einer Studie von Nature Ecology & Evolution aus dem Jahr 2017 wurde berichtet, dass Amphipoden aus zwei Schützengräben im Westpazifik einen erhöhten Gehalt an PCB (Industriestoff PCB), das früher häufig in elektronischen Geräten verwendet wurde, und PBDE (Flammschutzmittel) enthielten. In einigen Amphipoden des Marianengrabens war der PCB-Gehalt bis zu 50-mal höher als in Krabben, die in der Nähe des Liaohe-Flusses, einem der am stärksten verschmutzten Flüsse in China, gefangen wurden.
Sonne und Kollegen sind mit ihren Amphipoden oder dem reichen Ökosystem, das in diesen Unterwasserschluchten gedeiht, noch nicht fertig. "Es gibt viele Kreaturen an den sehr tiefen, sehr dunklen Orten", sagt Sun. „Wir möchten verstehen, wie das Ökosystem mit menschlicher Aktivität umgeht… und wie das System auf diese starke Verschmutzung von der Oberfläche reagiert.“
