Vorlesung 10: tiefsee

• 88% der Ozeane

• bzw. 66% der Ozeane, wegen dysphotische (Dämmer)-Zone

  • = Dämmerlichtzone in Tiefen von etwa 200 bis 800 Metern, mit wenig Licht, das nicht für die Photosynthese ausreicht.

• Witjas-Tief: 11.034 m (vermutlich Messfehler) im Marianengraben

• Tiefste Stelle der Erde?

• Challengertief: 10.984

• ausgedehntes unterseeisches Gebirgssystem, das durch die Ozeane der Welt verläuft.

• Bildet die Grenze zwischen divergierenden tektonischen Platten.

• Vulkane und hydrothermale Quellen sind häufig anzutreffen

• beide vulkanischen Ursprungs

• Guypts sind abgeflachte Tiefseeberge

• Temperatur

• Druck

• Lichtmangel

• Antarktis = -1,9 bis 1 Grad

• Tiefsee: 2 bis 4 Grad

• Ausnhame Mittelmeer: Da das Mittelmeer kaum Konvektion hat

  - Mittelmeer hat auch in der Tiefsee 3-10 Grad

• Umgebungsdruck = Luftdruck + Wasserdruck

• 10m Wassersäule/tiefe entspricht jeweils 1 bar -> bei 10m hätte man 2 bar Umgebungsdruck

• pro 10 m Tiefe im Wasser nimmt der Druck um 1 bar zu

  - bei 100meter hätte man also 11 bar Umgebungsdruck

• 5000m = 501bar

• Reduziertes Skelett -> Skelett würde unter Druck zusammenbrechen

• Keine luftgefüllten Räume (z.B. keine Schwimmblase)

• Spezielle Enzyme die „unter Druck“ arbeiten

• Lipide mit ungesättigten Fettsäuren verhindern Verfestigung von Membranen -> gewörht Fluidität der Membranen

• Piezolyte (z. B. Trimethylamine N-oxide (TMAO)) zur Stabilisierung von Proteinen

• Psychrolutes marcidus = Blobfisch

• - Rechts: so sieht er aus oben an land

  - links: so sieht er eigentlich aus  ➞ wird durch Druck in Form gepresst

• Anpassungen:

  • - Skelett reduziert

    - viel gallertartige Muskelmasse  ➞ hat damit neutrale Schwebfähigkeit und geringfügig weniger Dichte als das Wasser

    - keine Schwimmblase

• Herz geschützt von flexiblem Brustbein

• Austausch von ca. 90% des Lungenvolumens pro Atemzug -> menschen nur etwa 5%, Wale sehr effektiver gasautsauch

• Abtauchen mit ca. 400 L Luft

• Speicherung von Sauerstoff in Geweben (82%! in Muskulatur: Myoglobin), kaum in Lunge, Blut

• Spermaceti-Organ ->Wachsorgan im Vorderbereich des Kopfes   ➞ man geht davon aus dass es ein Echolot-System für das Jagen ist

• Schweben - statt Schwimmen

• Absondern von Gas in Schulpmatrix

• Erhöhung des Auftriebs

= Fangzahnfisch

• Reduktion von Knochen, fleisch und Shcuppen

• Entwicklung eines großen Maules

• Sinnesrezeptoren erfassen jede Bewegung

= Seeteufel

• Sexualdimorphismus:

• Reduktion der Männchengröße

• Wegfall der Nahrungskonkurrenz

  für Weibchen & Nachwuchs

• Sexualparasitismus

-> - Männchen vershchmelzen mit denm weibchen  ➞ gelnagen sogar in den Blutkrieslauf der Weibchen  ➞ lagern da die Spermien ab  ➞ unglaublich, da normalerweise das Immunsytsem sowas (Die Aufahme eines fremdne Organismus!) nie zulassen würde!! > spannedn für Die Forschung; Stichwort Organtransplantation

• haben so „eine Lichtlaterne“  ➞ benutzt er um Beute oder Fortpflanzungspartner anzulocken

  ➞ funktionierz mit Biolumineszens  ➞ Biolumineszenz ist die Fähigkeit lebender Organismen, Licht durch eine chemische Reaktion zu erzeugen. Diese Reaktion beinhaltet meist das Enzym Luciferase und das Substrat Luciferin

• - 1 Bildung von Luciferinadenylat:

  ◦ Luciferin reagiert mit ATP (Adenosintriphosphat) unter Anwesenheit des Enzyms Luciferase und Magnesiumionen (Mg²⁺).

  ◦ Dabei entsteht Luciferinadenylat und es wird AMP (Adenosinmonophosphat) freigesetzt.

• 2. Bildung des angeregten Zustands:

  ◦ Luciferinadenylat reagiert mit molekularem Sauerstoff (O₂) in einer Reaktion, die ebenfalls von Luciferase katalysiert wird.

  ◦ Dabei wird der angeregte Zustand des Moleküls erzeugt.

• 3. Emission von Licht und Bildung von Oxyluciferin:

  ◦ Der angeregte Zustand des Moleküls kehrt in den Grundzustand zurück, wobei Licht (hv) emittiert wird.

  ◦ Dies führt zur Bildung von Oxyluciferin sowie zur Freisetzung von AMP und CO₂ (Kohlendioxid).

• produzieren Anhänge, die wie Beute aussehen!

• oder "Taschenlampen" zum Entdecken der Beute

• Vorderer Stachel der Rückenflosse

• Biolumineszenz über symbiontische Bakterien

Arten:

• Melanocetus johnsonii

• Photostomias guernei

• Scyphozoa = Schirmquallen, z.:B. Atolla wyvillei

• Anlockung von Fischen aus über 100 m Entfernung

• Einsatz wie Alarmanlage

• Aequorin = Photoprotein aus biolumineszenten Quallen der Gattung Aequorea

• Coelentarazin

  • nach Zugabe von Ca2+ erfolgt Emission von Lichtquanten mit Wellenlänge von λmax = 470 nm

• haben spezialisierte Lichtorgane, die als Photophoren bezeichnet werden -> sind von biolumineszenten Bakterien besiedelt

= Seegurken

• bei Angriff Aufleuchten durch Biolumineszenz

• Ablösen der Haut

• Schwebt!

• ca 20 Arten bekannt

  • z.B. Enypniastes eximia

  • Enypniastes eximia hat die Fähigkeit, aktiv durch die Wasserwolke zu schwimmen, indem sie sich auf ihre Tentakel stützt. Dies ist eine Besonderheit unter den Seegurken, die oft eher sesshaft sind.

• ziemlich durcheinander  ➞ keine Art die im Mittelpunkt steht

  - Detritus dennoch wichtig

  - herterotoph = fressen und gefressen werden

• Geothermische Aktivität: Magma steigt aus dem Erdmantel in die Erdkruste auf.

• Magma erhitzt das Gestein und Wasser im Ozeanboden -> verursahct Risse und Spalten in ozeanischer Kruste

• kaltes Meerwasser dringt (in Risse) ein und wird erhitzt (bis zu 400 Grad).

• Erhitztes Wasser löst Mineralien aus dem Gestein.

• Aufsteigendes Wasser bringt das erhitzte, mineralreiche Wasser zur Oberfläche.

• Hydrothermale Quelle tritt am Ozeanboden aus und lagert Mineralien ab.

• Schwarze und weiße Raucher: Je nach gelösten Mineralien entstehen schwarze oder weiße Raucher (chimney-like structures).

• u.a. Mittelozeanischer Rücken

• an Plattengrenzen

• Kaltes Meerwasser (2°C oder -35°F), das Nitrat (NO3) und gelösten Stickstoffgas (N2) enthält, sickert durch Risse im Meeresboden.

• Unterhalb von 122°C (252°F) können Mikroben einige NO3 in NH4 (Ammoniak) und N2 umwandeln.

• Bei hohen Temperaturen können Mikroben nicht leben, daher wird NO3 durch nicht-biologische Prozesse in NH4 und N2 umgewandelt.

• Heiße Flüssigkeiten steigen wieder zur Oberfläche auf.

• "Black Smoker"-Schornsteine stoßen heiße Flüssigkeiten von 360°C (680°F) oder mehr aus.

• Aufsteigende heiße Flüssigkeiten mischen sich unterhalb des Meeresbodens mit kaltem Meerwasser und erzeugen diffuse Quellen. Sie emittieren Niedrigtemperaturflüssigkeiten (-25°C oder -77°F), in denen Mikroben Stickstoffverbindungen in vielen verschiedenen Reaktionen nutzen.

• Hydrothermale Plumes enthalten energie- und stickstoffreiche Verbindungen (NH4), die Mikroben im Ozean unterstützen.

• Black smoker: Viel Fe2+ -> gelöstes eisen

  • sehr hohe Temperaturen ü. 350 Grad

• White smoker: CaS (Calciumsulfid), SiO2 (siliciumdioxid), Ba[SO4] (Barium)

  • geringere Temp 200-300 Grad

• Chemosynthese = Prozess, bei dem Bakterien chemische Energie nutzen aus anorganischen Molekülen nutzen, um organische vErbindungen zu synthetisieren

-> basierend auf chemischer Energie statt Sonnenenergie.

• Chemosynthetische Bakterien:

  • Leben in speziellen Zellen der Wirtsorganismen (z.B. Kiemen, Trophosom).

  • Oxidieren Schwefelwasserstoff (H2S) oder Methan (CH4) zur Energiegewinnung.

  • Produzieren organische Verbindungen aus CO2. -> können vom Wirt genutzt werden

• Wirte (z.B. Calyptogena magnifica, Riftia pachyptila):

  • Beheimaten Bakterien in spezialisierten Geweben.

  • Versorgen Bakterien mit H2S und anderen anorganischen Verbindungen -> diese Verbindungen filtrieren sie aus den Hydrothermalquellen

  • Erhalten organische Nährstoffe von den Bakterien.

• Hydrothermalquellen:

  • Heiße Flüssigkeiten mit Schwefelwasserstoff und molekularem Wasserstoff.

  • Gase und Mineralien stammen aus dem Magma.

• Chemosynthetische Bakterien:

  • Nutzen H2S und andere chemische Verbindungen zur Energiegewinnung.

  • Produzieren organische Verbindungen als Basis der Nahrungskette.

  • Muscheln und Röhrenwürmer (filter feeders) leben von den Bakterien.

  • Freisetzen von CO2 durch den Abbau der Bakterien.

= Tiefsee-Röhrenwurm

• kein Mund, kein Darm, kein After

• Trophosom: zur Kultivierung von symbiontischen

  Schwefelbakterien -> - im Trophosom leben bakterien die photosynthetisch aktiv sind  ➞ dort betreiben sie Chemosynthese

• aus CO2, O2 und HS- werden Zucker gebildet

• Hämoglobin bindet neben O2 auch toxische Sulfide

• Riftia gibt Sulfide für Bakterien -> diese betreiben damit Chemosynthese

= Weiße Riesenmuschel

• symbiotischen Bakterien befinden sich in den Kiemen von Calyptogena magnifica.

  • genauer gesagt im Epithel der linken Kiemen

• - das weiße sind chemosynthetische Symbionten

  - heißt Pompeiiwurm, da er eine extrem große Toleranz gegenüber Temperaturen hat

• Lepetodrilus pustulosus = Schwallschnecke

• Kiwa hirsuta = Yeti-Krabbe