Antarktischer See - Was lebt unter der Eiskappe?

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Antarktischer See - Was lebt unter der Eiskappe?

Beitragvon Anita » Mi 30. Jan 2019, 15:08

Was lebt unter der antarktischen Eiskappe?

Die überraschende Entdeckung toter Tiere in einem finsteren See unter einem Kilometer Eis wirft Fragen auf: Können komplexe Organismen unter der Eiskappe überleben? Und wenn ja, wie machen sie das?
Douglas Fox

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© NASA/JIM YUNGEL (AUSSCHNITT)

600 Kilometer vom Südpol entfernt haben Fachleute in einem unter dickem Eis verborgenen See überraschende Spuren alten Lebens gefunden: die Kadaver winziger Tiere, die unter einem Kilometer Eis konserviert wurden.

Die Bärtierchen und Krustentiere – alle kleiner als Mohnkörner – wurden im subglazialen Mercer-See gefunden, einem Gewässer, das seit Jahrtausenden unberührt war. Bislang hatten die Menschen den See nur indirekt durch Radar und andere Fernerkundungstechniken beobachtet. Doch das änderte sich am 26. Dezember 2018, als es einem von der US National Science Foundation (NSF) finanzierten Team gelang, einen schmalen Durchlass zum darunterliegenden Wasser in den Gletscher zu schmelzen.

Der als subglazialer Mercer-See bekannte Wasserkörper hat eine Fläche von 160 Quadratkilometern – doppelt so groß wie Manhattan – und könnte 10 bis 15 Meter tief sein. Obwohl die Wassertemperatur vermutlich unter dem Gefrierpunkt liegt, verhindert der Druck des darüberliegenden Eises, dass der See gefriert. Fachleute entdeckten seinen geisterhaften Umriss vor etwas mehr als einem Jahrzehnt durch Satellitenmessungen, aber kein Mensch hat den See bisher direkt beobachtet.

Unerwartete Funde unter kilometerdickem Eis
Dieses Ökosystem ist isolierter als selbst die Tiefseegräben. Seine subglaziale Biosphäre bietet eine Parallele zu Lebensräume tief im Mars oder auf den eisbedeckten Monden von Jupiter und Saturn. Die am Projekt beteiligten Fachleute hoffen, dass das Ökosystem des Mercer-Sees Indizien dafür liefert, welche Art von Leben in so exotischen Umwelten überleben kann. Schon 2013 bohrten einige Mitglieder des Teams in ein nahegelegenes kleineres subglaziales Becken namens Lake Whillans und fanden es voller Mikroben – viel mehr, als sie an diesem von der Energie der Sonne abgeschnittenen Ort erwartet hatten.

Doch nun sogar Tiere im Mercer-See zu entdecken, war »völlig unerwartet«, sagt David Harwood, ein Mikropaläontologe an der University von Nebraska-Lincoln, der Teil der SALSA-(Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access)-Expedition ist. Die Überraschung wurde sogar noch größer, als sich herausstellte, dass zumindest einige der Tiere vom Mercer-See Landratten waren. Die achtbeinige Bärtierchenart ähnelt Arten, die aus nassen Böden bekannt sind. Was wie ein Wurm aussah, waren eigentlich die Ranken einer Landpflanze oder eines Pilzes. Und obwohl die Wissenschaftler nicht ausschließen können, dass die Krustentiere Meeresbewohner waren, hätten sie genauso gut aus kleinen, eisbedeckten Seen kommen können.

Die beteiligten Fachleute gehen nun davon aus, dass die Lebewesen im Transantarktischen Gebirge etwa 50 Kilometer vom Mercer-See entfernt Teiche und Bäche bewohnt haben. Das geschah wohl während kurzer warmer Perioden, in denen die Gletscher zurückgingen – entweder in den letzten 10 000 Jahren oder vor 120 000 Jahren. Später, als sich das Klima abkühlte, erdrückte das Eis diese Oasen der Tierwelt.

Wie die Krustentiere und Bärtierchen den Mercer-See erreichten, ist noch umstritten. Antworten könnten sich ergeben, wenn das SALSA-Team das Alter des Materials mittels Kohlenstoffdatierung bestimmt und versucht, die DNA der Kreaturen zu sequenzieren. Gemeinsam könnten die Daten mehr darüber enthüllen, wann und wie weit sich die Gletscher der Antarktis vor Jahrtausenden zurückgezogen sind.

Das unzugänglichste Gewässer der Welt
Die Expedition, die als SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access) bekannt ist, wird von der US-amerikanischen National Science Foundation mit fast 4 Millionen US-Dollar finanziert. Ziel ist es, die eisbedeckte Umwelt der ewig sonnenlosen Flüsse, Seen und Feuchtgebiete zu erforschen, die in den Polarregionen der Erde existiert und ein Gebiet so groß wie die Vereinigten Staaten und Australien zusammen umfasst.

»Es ist definitiv überraschend«, sagt auch Slawek Tulaczyk über die Tierkadaver im Schlamm. Der Glaziologe an der University of California, Santa Cruz, gehört nicht zum SALSA-Team, doch seit den 1990er Jahren untersucht er Sedimente, die unter Gletschereis entdeckt wurden; so etwas habe man noch nie zuvor unter dem Eis gefunden, sagt er. Tulaczyk war Koleiter der einzigen Expedition, die zuvor in einen subglazialen antarktischen See bohrte – 2013 in den Whillans-See, etwa 50 Kilometer vom Mercer-See entfernt. Seine Arbeitsgruppe fand den Lake Whillans voller Mikroben, sahen aber keine Anzeichen von höherem Leben.

Whillans und Mercer gehören zu einer Gruppe von neun Seen in der Westantarktis, die erstmals 2006 entdeckt wurde: Satellitenhöhenmesser-Messungen ergaben, dass die Eisoberfläche an bestimmten Orten über Monate hinweg periodisch um bis zu zehn Meter ansteigt und wieder absinkt. Helen Fricker, Glaziologin am Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien, erkannte darin subglaziale Seen, die sich füllen und leeren und so die Eisoberfläche anheben und wieder absenken.

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© NATURE, NACH: TRISTY VICK-MAJORS / SALSA; SIEGFRIED, M.R., FRICKER, H.A.: THIRTEEN YEARS OF SUBGLACIAL LAKE ACTIVITY IN ANTARCTICA FROM MULTI-MISSION SATELLITE ALTIMETRY. IN: ANNALS OF GLACIOLOGY 59, S. 42-55, 2018; FOX, D.: LIFE BELOW THE ICE. IN: NATURE 564, S. 180-182, 2018; DT. BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT (AUSSCHNITT)

Als sie in den Lake Whillans bohrten, dachten die Fachleute um Tulaczyk, er sei seit mindestens 120 000 Jahren oder möglicherweise bis zu 400 000 Jahren mit Eis bedeckt – was mit dem Zeitraum zusammenfällt, in dem das westantarktische Eismeer nach bisherigen Annahmen so dramatisch geschmolzen war, dass der See mit dem Meer verbunden war. Aber im Juni 2018 berichtete Scherer über Beweise, dass der Lake Whillans vor 5000 bis 10 000 Jahren mit dem Meer verbunden war. Diese relativ kurz zurückliegende Lieferung von Nährstoffen hat große Auswirkungen auf den See. Das Wasser aus dem Whillans-See enthielt 130 000 mikrobielle Zellen pro Milliliter – eine Bevölkerung, die 10- bis 100-mal größer war, als einige Forscher erwartet hatten.

Der Schlamm von Lake Mercer
Am 30. Dezember 2018 schließlich hoben die SALSA-Wissenschaftler ein Instrument zur Messung der Wassertemperatur aus dem Mercer-See und kratzten graubraunen Seeschlamm von der Hülle. Als Harwood den Schlamm unter sein Mikroskop schob, fand er, was er sich erhoffte: Schalen von Fotosynthese treibenden Kieselalgen, die vor Millionen von Jahren lebten und starben, als die Antarktis wärmer war und ein eisfreier Ozean das Gebiet des heutigen Lake Mercer bedeckte. Aber er entdeckte etwas Ungewöhnliches unter den glasigen Kieselalgensplittern: die Hülle eines garnelenartigen Krebses mit noch befestigten Beinen. Sein Panzer war gesprenkelt und verfärbt »wie ein altes Blatt, das seit dem Herbst auf dem Boden liegt«, sagt Harwood.

Der Paläontologe fand bald ein weiteres Fragment des Panzers eines Krebstieres, diesen in einem gesunden Bernsteinfarbton und immer noch mit zarten Haaren besetzt. »Es sah wirklich frisch aus«, sagt er. »Wie etwas, das gelebt hat.« Die Vorstellung, dass lebende Tiere in dieser finsteren, von der Außenwelt abgeschotteten Wasserwelt herumflitzen könnten, erschien plausibel und gleichzeitig komplett abwegig.

Die Proben des Seewassers enthielten jedenfalls genügend Sauerstoff, dass darin Wassertiere leben könnten, und waren voll von Bakterien – mindestens 10 000 Zellen pro Milliliter. Harwood fragte sich, ob kleine Tiere, die ursprünglich aus dem Meer stammten, dort überleben könnten, indem sie die Bakterien abweiden.

Tatsächlich fragen sich einige Fachleute ohnehin, ob sie etwas Wichtiges übersehen haben, als sie 2013 in den Lake Whillans bohrten. Der Sauerstoffgehalt im See war niedrig – aber eine Vielzahl von Wassertieren hätte dort durchaus leben können. Und die reichlich vorhandenen Bakterien im See könnten mikroskopisch kleine Tiere wie Würmer, Rädertiere oder Tardigraden ernähren. Aber zur Überraschung des Forscherteams brachten DNA-Studien keinen Beweis für solche Kreaturen, und auch eine Videokamera, die für einige Minuten in das Loch gesenkt wurde, nahm kein tierisches Leben auf.

Einfach nicht genug Geduld gehabt?
Zwei Jahre später, im Jahr 2015, machte das Team eine andere Art von Entdeckung. Sie bohrten sich an einer anderen Stelle 100 Kilometer meerwärts vom Lake Whillans durch das Eis, wo das Eis auf dem Meer zu schwimmen beginnt. Unter 755 Metern Eis stießen sie auf eine nur zehn Meter dicke Meerwasserlinsen. Da das Wasser an dieser Stelle mehr als 600 Kilometer vom sonnigen Rand des schwimmenden Schelfeises entfernt ist, erwarteten die Forscher kein komplexes Leben. Und als sie eine Kamera in das Loch senkten, bestätigten die leeren Bilder, die zurückströmten, ihren Verdacht – acht Tage lang. Dann schickten sie ein ferngesteuertes Fahrzeug hinunter.

Dessen Videokameras nahmen bald Fische, Amphipoden und andere Tiere auf – in einer Umgebung, die solche Kreaturen nicht hätte ernähren können, weil das mikrobielle Leben knapp war. Priscu fragt sich nun, ob Lake Whillans auch Tiere beherbergen konnte, die in den wenigen Minuten Video, die sie mit ihrer statischen Kamera aufgenommen haben, nicht aufgetaucht sind. Es gab noch weitere Gründe zu vermuten, dass Meerestiere in den Mercer-See gelangt sein könnten.

Sedimentkerne, die vom Grund des Rossmeeres in der Nähe erbohrt wurden, deuten darauf hin, dass dieser Eisschild in den letzten 6 Millionen Jahren dutzende Male zusammengebrochen ist. Lake Mercer liegt etwa 800 Kilometer landeinwärts dieser Orte im Rossmeer und könnte wichtige Hinweise auf die periodischen Fortschritte und Rückzüge des Eisschilds in früheren Kälte- und Wärmeperioden liefern, sagt David Harwood, ein Biostratigraf an der University of Nebraska-Lincoln.

Aus den Ergebnissen vom Lake Whilans weiß man bereits, dass vor 5000 bis 10 000 Jahren die Eisschicht kurzzeitig dünner wurde und Meerwasser unter Hunderte von Metern dickem schwimmendem Eis den heutigen Mercer-See erreichen konnte. Alle Tiere, die der Ozean hereintrug, wurden womöglich in Wassertaschen eingeschlossen, als das Eis wieder dicker wurde und sich wie ein Deckel auf dem Meeresboden niederließ.

Wissenschaftler wissen, dass etwas Ähnliches, wenn auch weniger Extremes, in anderen Teilen der Antarktis geschah: Der allmähliche Aufstieg des Kontinents verwandelte flache Meeresbuchten in isolierte Seen. Und winzige Krebstiere scheinen in einigen dieser Seen Tausende von Jahren überlebt zu haben, während sie für lange Zeiträume unter mehreren Metern permanentem Eis gefangen sind.

Was gibt es zu essen?
Diese eisbedeckten Seen erhalten noch immer ein wenig Sonnenlicht, so dass die Krebschen sich von Algen ernähren können. Aber subglaziale Seen wie Mercer sind rauere Umgebungen. Kein Sonnenlicht dringt durch ihre gefrorenen Kappen ein. Die Forscher, die den Whillans-See untersuchten, vermuten, dass stattdessen Ammonium und Methan aus dem schlammigen Boden des Sees aus den zersetzten Überresten mariner Organismen sickern. Diese Nährstoffe sammelten sich in warmen Perioden vor Millionen von Jahren an, als diese Region vom Meer statt von Eis bedeckt war.

Beweise für diese Nahrungsquelle stammen von Reed Scherer, einem Mikropaläontologen an der Northern Illinois University in DeKalb, der Teil des Whillans-Projekts war. Er fand, verteilt im Schlamm des Sees, die Schalen von Kieselalgen und die Skelettfragmente von Meeresschwämmen. »Es gibt ein Erbe an Meeresressourcen, auf das die Mikroben immer noch zurückgreifen«, erklärt er. Doch die meisten Biologen glauben nicht, dass Bakterien in diesen Seen schnell genug wachsen können, um auch nur die kleinsten Wassertiere mit Nahrung zu versorgen.

John Priscu, Gewässerökologe an der Montana State University in Bozeman und Leiter des SALSA-Projekts, war zurückhaltend, aber aufgeregt, als die Redaktion von »Nature« am 3. Januar per Satellitentelefon mit ihm sprach – einige Tage nachdem die Tierkadaver gefunden wurden. Er befürchtete, die Tierteile, die sein Team im See gefunden hatte, könnten einfach nur Verunreinigungen durch schmutzige Ausrüstung sein. »Ich bin ziemlich vorsichtig damit, Behauptungen aufzustellen«, sagte er, während er zugestand, dass die Entdeckung von lebenden Tieren im Lake Mercer »ein echter Wow-Moment« wäre, sollte das wirklich passieren.

Um Verunreinigungen auszuschließen, säuberte sein Team seine Ausrüstung erneut und holte mehr Schlamm heraus. Harwood fand weiterhin Krebsgeschosse und Organismen, die vage an Würmer erinnerten, als er mit seinem Mikroskop auf den neuen Schlamm blickte. Aber weder er noch sonst jemand im SALSA-Camp war Experte für Tiere. Eine zuverlässigere Interpretation musste warten, bis Fachleute die Proben begutachteten.

Das geschah schließlich am 8. Januar in der McMurdo-Station, einem Stützpunkt der National Science Foundation an der antarktischen Küste, 900 Kilometer nordwestlich des Lake Mercer. Als der Zoologe und Ökologe Byron Adams sein Mikroskop auf ein wenig Schlamm aus dem Mercer-See richtete, entdeckte er schnell einige vertraute Organismen. Eine neue Sicht auf ihre Bedeutung begann sich zu entwickeln.

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McMurdo-Trockentäler/Dry Valleys
© ROBERT SIMMON / NASA / GSFC / OCEANS AND ICE BRANCH / LANDSAT 7 SCIENCE TEAM (AUSSCHNITT)
McMurdo-Trockentäler/Dry Valleys | Als eines der wenigen Gebiete der Antarktis ohne kilometerdicke Eisdecke zeigen sich die McMurdo-Trockentäler (englisch: Dry Valleys) auf dieser Aufnahme des Erderkundungssatelliten Landsat 7. Während weniger Wochen im Sommer sind dort die Temperaturen hoch genug, um kleine Bäche fließen zu lassen. Sie münden in eisbedeckte Seen mit großem Salzgehalt.


Adams, ein Forscher an der Brigham Young University in Provo, Utah, und nicht am SALSA-Team beteiligt, erkannte in den wurmartigen Objekte fadenförmige Pflanzen oder Pilze. So etwas hatte er schon zusammen mit lebenden und toten Krustentieren und Bärtierchen in Regionen der Antarktis gesehen, die als Trockentäler bezeichnet werden und frei von Gletschern ist. Er hatte auch einige der Organismen zuvor im Transantarktischen Gebirge entdeckt, die das Innere des Kontinents durchziehen.

Adams war praktisch sicher, dass die Organismen schon seit Jahrtausenden tot waren, als die Wissenschaftler sie aus dem See holten. Er vermutet, dass sie einst in den Transantarktischen Bergen gelebt hatten und irgendwann nach ihrem Tod zum Lake Mercer transportiert wurden – vor Tausenden bis Zehntausenden von Jahren. Allerdings sind die Überreste jung im Vergleich zu denen anderer alter Organismen, die im See zu finden sind. So nimmt man von den Kieselalgen an, dass sie vor Millionen von Jahren gelebt haben.

»Es war schon irgendwie aufregend, dass das Zeug aus dem Lake Mercer nicht superalt ist«, konstatiert er. »Es ist noch nicht so lange tot.« Mit solchen gut erhaltenen Kadavern bietet sich eine interessante Möglichkeit: Indem sie bestimmen, vor wie langer Zeit diese Organismen lebten und welche Art von Umwelt sie damals benötigten, können Fachleute die Abfolge von kalten und warmen Phasen auf dem Kontinent erschließen. In den kommenden Monaten wird das Team versuchen, die Tiere mit der C-14-Methode zu datieren; dies würde zeigen, ob sie wirklich jünger als etwa 40 000 Jahre sind – in älteren Proben ist das Radioisotop nicht mehr hinreichend nachweisbar.

Indem sie die im Kern gefundenen Kieselalgenarten mit Aufzeichnungen darüber vergleichen, wann diese Arten in anderen Gebieten ausgestorben sind, hoffen sie, die Bewegungen des westantarktischen Eisschilds zu zeitlich zu bestimmen. Dieser Beweis könnte auf Schmelzepisoden in der Vergangenheit hindeuten und Aufschluss geben wie das Klima damals war, erläutert Harwood. Auf diese Weise ließe sich womöglich vorhersagen, wann die globale Erwärmung den westantarktischen Eisschild schmelzen lässt, was wiederum den Meeresspiegel weltweit um mehrere Meter anheben könnte.

Die Arbeitsgruppen werden auch versuchen, DNA-Fragmente aus den Kadavern, dem Schlamm und dem Seewasser zu sequenzieren, um herauszufinden, ob die Krustentiere Meerestiere waren oder ob sie zu Süßwasserarten gehören. Chemische Analysen des Kohlenstoffs in den Fragmenten könnten auch klären, ob die Tiere in einem sonnenbeschienenen Ökosystem lebten, das von fotosynthetischen Algen gespeist wurde – oder ob einige eine Zeit lang in einer dunklen, subglazialen Umgebung überlebt haben.

Adams zum Beispiel hat die Möglichkeit, dass einige Tiere früher oder heute noch unter dem Eis lebten, nicht ganz losgelassen. Als er durch den Schlamm aus dem Mercer-See stöberte, hoffte er, etwas Lebendiges zu sehen: »Das wollte ich sehen.« Aber er hatte nur eine winzige Probe, kaum ein Teelöffel voll. Wenn Adams bloß mehr von dem Schlick hätte untersuchen können, sagt er: »Dann wäre es möglich gewesen, noch Dinge zu finden, die lebendig sind.«
Quelle: https://www.spektrum.de/news/was-lebt-u ... pe/1618218
Anita
 
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