Je leest:

Extreme habitats

Extreme habitats

Auteur: | 26 juni 2014

De diepzee vormt een enorm gebied met extreme omstandigheden. Het is er doorgaans kouder dan 4°C en donker omdat er geen sprankje zonlicht doordringt. Er is nauwelijks voedsel aanwezig, en de druk is er enorm.

Met diepzee bedoelen we meestal zeegebieden dieper dan 200 meter. Er bestaan drie zones: de bathyale diepzee (200 tot 4.000 meter), de abyssale zone (4.000 tot 6.000 meter) en de hadale zone (6.000 tot 11.000 meter). De diepste diepten in de diepzee zijn dus dieper dan de hoogste bergen op land hoog zijn. De term ‘diepe biosfeer’ wordt ook regelmatig gebruikt.

Van een afstand bekeken valt onmiddellijk op hoeveel van het aardoppervlak is bedekt met zeewater: meer dan twee derde (71%). Veel minder bekend is dat die oceanen zo ontzettend diep zijn, gemiddeld 3.200 meter. Varend met een schip vanuit de ondiepe Noordzee door het Kanaal de Atlantische Oceaan op, wordt het al snel 5 kilometer diep. Dat is een afstand waar je ruim een uur voor moet lopen, recht naar beneden wel te verstaan. Zo’n waterkolom van 5 kilometer drukt met een gigantische kracht naar beneden: 1 bar voor iedere 10 m water. In plaats van 1 bar aan het oppervlak is de druk daar dus 500 bar. Is leven daar in de diepzee dan wel mogelijk?

Leven in de diepzee

In de tijd van de eerste grote ontdekkingstochten op zee werd aangenomen dat de diepzee het thuis was van enorme, allesverslindende monsters. Dat is ook wel begrijpelijk als je bedenkt dat van veel van de schepen van ontdekkingsreizigers nooit meer wat werd gehoord. Edward Forbes was een van de eersten die het diepzeeleven wetenschappelijk onderzocht. Met een dreg viste hij in 1841 naar zeedieren in de oostelijke Middellandse Zee, tot wel 420 meter diep. Omdat hij in dieper water nauwelijks nog dieren vond, kwam hij tot een theorie dat beneden 550 meter diepte geen leven mogelijk was in de diepzee. Die diepzee was volgens hem ‘azoisch’, dus zonder leven.

Fragment uit het scheepsjournaal van de Challengerexpeditie.
Hollandse Hoogte, Amsterdam

We weten nu dat het onderzoeksgebied van Forbes ongelukkig gekozen was. De oostelijke Middellandse zee is namelijk een extreem oligotroof gebied, wat betekent dat er heel weinig voedsel voorkomt. Bovendien was zijn dreg erg ineffectief. Zijn theorie kwam dan ook al snel onder druk te staan doordat diverse collega’s wel allerlei dieren op grote diepte vingen.

Tijdens de Challengerexpeditie (1872 tot 1876) werd er met netten tot grote diepte in alle oceanen gevist. Het resultaat was dat er bijna 5.000 nieuwe zeedieren werden gevonden en beschreven. Het was voor eens en voor altijd aangetoond dat er leven tot op grote diepte in alle oceanen aanwezig is.

Leven onder grote druk

Met dank aan goede videocamera’s kun je tegenwoordig met eigen ogen zien dat vissen op duizenden meters diepte heel gemakkelijk en gracieus rondzwemmen. Tere, zachte koralen, sponzen, zeekomkommers en zeeanemonen leven er zonder enige vorm van zware pantsering. Sterker nog: de diepzeedieren zijn vaak nog teerder dan die in ondiepe zeeën. De verklaring is vrij simpel. De druk is wel hoog, maar in het lichaam van de dieren is die even hoog als daarbuiten. Een object dat met gas is gevuld, zoals een duikboot, heeft een zware bepantsering nodig, omdat het anders wordt samengedrukt. Een voetbal van 4 liter, gevuld met lucht, wordt op 5.000 meter diepte samengeperst tot de grootte van een knikker van 2,5 centimeter. Vul je die voetbal eerst met water, dan verandert het volume niet noemenswaardig bij toenemende druk. Hiermee is gelijk ook het verhaal ontkracht dat dieren uit de diepzee zouden ontploffen als ze omhoog worden gehaald. Zelfs vissen met een met gas gevulde zwemblaas komen nog redelijk intact, zij het dood aan dek. Alleen hun ogen zijn opgezwollen en de maag is een beetje door de bek geperst.

Ze mogen dan niet exploderen, toch blijkt het niet gemakkelijk of zelfs onmogelijk om diepzeedieren in aquaria te laten overleven. Biologen weten dat dieren die zijn gevangen op een diepte beneden de 2.000 meter vaak geen enkel teken van leven meer geven als ze gevangen zijn. Vaak werd dit geweten aan het grote temperatuurverschil. Maar er is meer aan de hand. In 1968 zonk het Amerikaanse onderzeevaartuig Alvin naar een diepte van 1.500 meter doordat er een kabel brak. De bemanning kon nog net op tijd ontsnappen omdat de onderzeeër nog een paar minuten bleef drijven. Een jaar later kon de Alvin geborgen worden. Het viel op dat de lunchpakketjes aan boord niet alleen intact maar zelfs nog redelijk vers en eetbaar waren. Kennelijk functioneerden de bacteriën die van het oppervlak waren meegezonken onder grote druk niet meer.

De onderzeeër Alvin in actie.
NOAA

Microbiologen hebben ontdekt dat bacteriën ook verschillend kunnen reageren op druk. Zo blijkt dat de darmbacterie Escherichia coli al problemen krijgt bij 100 bar, dus op 1.000 meter waterdiepte. Andere, zogenoemde piezofiele (druk minnende) bacteriën functioneren juist goed onder druk. Die vallen stil of gaan dood als de druk wegvalt. Dit heeft verschillende oorzaken. Bij chemische reacties verschuift onder hogere druk het evenwicht in de richting waar het volume kleiner wordt. Dit wordt het Le Châtelier-principe genoemd. Enzymen zijn in feite grote, driedimensioneel gevouwen moleculen die verantwoordelijk zijn voor allerlei belangrijke stofwisselingsprocessen in cellen. Die blijken van vorm te veranderen onder hoge druk en dan dus niet goed meer te werken. Ook de vloeibaarheid van lipiden, vetachtige stoffen die een belangrijke functie hebben in membranen, bijvoorbeeld rond cellen, veranderen bij hogere druk. Daardoor zijn de membranen niet meer doorlatend voor water en andere moleculen. Onder druk krijgt DNA ook problemen om zich te dupliceren. Al deze processen gelden niet alleen voor bacteriën maar voor alle dierlijke cellen. Op grond van metingen aan bacteriën schat men dat leven bij een druk van 1.500 bar helemaal niet meer mogelijk is. In 2012 bereikte James Cameron met zijn Deep Sea Challenger de diepste plek van de oceanen, de Mariana Trog van 10.911 meter onder het wateroppervlak, bij een druk van meer dan duizend bar! De kreeftachtigen die hij daar zag bewezen dat leven hier in ieder geval nog mogelijk is.

‘Monsterparade’ uit de diepzee

In het dierenrijk onderscheiden we ongeveer 35 fyla, ofwel stammen. Hiervan komen er 31 in zee voor, waarvan 27 ook in de diepzee. Hieruit blijkt dus dat ondanks de extreme omstandigheden de meeste diergroepen ook in de diepzee vertegenwoordigd zijn. De meest opvallende grotere diepzeeorganismen die op of bij de bodem leven zijn vissen, stekelhuidigen, kreeftachtigen, neteldieren, sponzen en reuzeneencelligen. Een algemene vissengroep zijn de grenadiervissen. Die worden ook wel rattenstaarten genoemd vanwege hun lange, dun uitlopende staart die er door de smalle rug- en anaal vin rafelig uit ziet als hij gevangen wordt. Ze kunnen tot een meter groot worden, komen in alle oceanen voor en zijn meestal binnen enkele minuten ter plaatse wanneer er aas wordt aangeboden.

Het is opvallend dat diepzeevissen bijna allemaal ogen hebben, sommige zelfs ogen die 200 keer gevoeliger zijn voor licht dan die van de mens. Dat komt omdat allerlei dieren via speciale orgaantjes een zwak licht kunnen produceren via bioluminescentie. Ogen komen tijdens de jacht op zulke diertjes dus goed van pas in de donkere diepzee.

Tot de stekelhuidigen behoren zeesterren, zee-egels, zeekomkommers, slangsterren en zeelelies. Vooral de zeekomkommers zijn algemeen en een opvallende verschijning. Deze stevige, gelatineachtige, worstvormige dieren zijn soms meer dan een halve meter groot. Ze bewegen zich langzaam over de zeebodem voort. Op hun mond zitten papillen waarmee ze het meest voedselrijke en zachte bovenste laagje van de diepzeebodem opslobberen. Hun darmen zitten dan ook helemaal vol met sediment. De slingerende sporen van hun foerageergedrag zijn vaak als een soort tractorspoor op de zeebodem te zien.

James Cameron in zijn ‘Deep Sea Challenger’.
ANP Photo, Rijswijk

Zee-egels die hier rondlopen zien er op het eerste gezicht vrij herkenbaar uit. Eenmaal opgevist blijkt dat hun skelet niet hard maar juist leerachtig is. Aan boord lopen ze helemaal leeg en worden ze zo plat als een pannenkoek.

Neteldieren worden vooral vertegenwoordigd door koralen, zeeanemonen en zeeveren. De steenkoralen die een hard kalkskelet hebben zijn meestal solitair, maar op sommige plekken komen ook echte riffen voor, opgebouwd uit kolonievormende steenkoralen. Bij gebrek aan een vaste ondergrond hebben zeeanemonen vaak een klomp sediment met hun voet omsloten. Zo kunnen ze als een duikelaar recht overeind blijven staan. Zeeveren zien er uit als lange, buigzame sprieten, die rechtop in het sediment staan. Bovenaan de spriet zit een bosje poliepen met geveerde tentakeltjes.

Glassponzen zijn de dominante groep sponzen. Het bekervormige skelet bestaat uit duizenden fijne glasnaaldjes en staat vaak op een steel van lange glasnaalden die soms zo dik zijn als breinaalden. In sommige gebieden ligt de zeebodem bezaaid met tere, driedimensionale structuren zo groot als golfballen. Deze Xenophyophorea worden ingedeeld bij de Foraminiferen en behoren tot de grootste eencelligen die we kennen. Individuen kunnen soms een diameter bereiken van 20 cm.

Minder opvallend is de zogenoemde infauna, die ingegraven in het sediment leeft. Hier zijn borstelwormen de dominante soort bij de macrofauna, terwijl nematoden het grootste deel van de meiofauna uitmaken. In vergelijking tot ondiep water is de infauna opvallend klein. Biologen moeten dan ook veel fijnere zeven gebruiken bij diepzeeonder­zoek, met een maaswijdte van soms maar 0,2 millimeter.

Levende fossielen in de diepzee

In 1864 ving de Noorse onderzoeker G.O. Sars op 550 meter diepte bij de Lofoten een gesteelde zeelelie, Rhizocrinus lofotensis. Dat was een enorme verrassing, want deze diergroep was tot dan toe alleen maar bekend als fossiel uit lang vervlogen periodes zoals het Perm, een geologisch tijdperk van meer dan 250 miljoen jaar geleden. Wetenschappers kregen daardoor hoop dat de diepzee een soort refugium zou kunnen zijn voor nog andere fossiele diergroepen. Zo werd er tijdens de Challengerexpeditie intensief gezocht naar ammonieten en belemnieten, maar zonder resultaat. In 1952 werd er nog een keer zo’n bijzondere vondst gedaan. De Deense Galathea-expeditie, speciaal georganiseerd om de diepste gebieden van de oceanen te onderzoeken, vond in troggen voor de kust van Mexico in de Stille Oceaan op een diepte van 3.200 meter een aantal onooglijke napslakjes van nog geen 4 centimeter lengte. Bij nader onderzoek bleken die te behoren tot de Monoplacophora, een klasse van weekdieren waarvan toen nog werd gedacht dat die sinds het Devoon, dus 350 miljoen jaar geleden al waren uitgestorven.

Hoewel de diepzee dus niet de ultieme verzamelplek van levende fossielen blijkt te zijn, denkt men nu wel dat het eerste leven op aarde juist daar is ontstaan. In 1977 ontdekten Amerikaanse geologen op zoek naar vulkanisme in de diepzee tot hun verbazing een hele rijke fauna rond een zogenoemde black smoker. Onbekende, meters lange wormen (Riftia_) en schelpdieren (_Calyptogena) tot 30 cm groot leefden daar in grote aantallen op een diepte van 2.500 meter. Uit de hete bronnen borrelde stinkend water van bijna 400 °C, met hoge concentraties waterstofsulfide. Onmiddellijk rees de vraag hoe deze rijke fauna hier kon overleven in de voedselarme diepzee.

Een black smoker op de bodem van de oceaan.
Wikimedia Commons

Inmiddels weten we dat speciale bacteriën waterstofsulfide als energiebron kunnen gebruiken om zo uit koolzuur of methaan grotere organische moleculen te bouwen. In plaats van fotosynthese met zonlicht, doen deze bacteriën dus aan chemosynthese. De rijke fauna kan hier overleven door te profiteren van deze chemosynthetische bacteriën. Ze leven ermee samen of ze filteren ze uit het water als voedsel. Deze speciale dieren zijn in tegenstelling tot alle andere diepzeedieren dus onafhankelijk van zonlicht en van de primaire productie in de bovenste waterlagen door middel van fotosynthese.

Het eerste leven op aarde kon pas ontstaan nadat de aarde genoeg was afgekoeld, zodat de waterdamp kon condenseren om oceanen te vormen. Omdat er zich nog geen zuurstof in de atmosfeer bevond denkt men dat uitgerekend de onderzeese hete bronnen het perfecte milieu vormden voor het ontstaan van het eerste leven op aarde. De ontdekking van Archaea, net als bacteriën een speciale groep van prokaryoten, die onder zeer barre omstandigheden kunnen overleven, heeft die opvatting versterkt.

Hoge biodiversiteit

Al leven er bijzondere dieren in de diepzee, zoals pissebedden die zo groot zijn als je hand, toch neemt de biomassa van de fauna met toenemende diepte duidelijk af. Dat komt omdat ze praktisch allemaal afhankelijk zijn van de regen van organisch materiaal dat door algjes in de verlichte zone van de oceaan via fotosynthese wordt geproduceerd. Een deel daarvan zakt na afsterven langzaam naar de bodem. Naar schatting bereikt slecht 1% van dat organische materiaal uit de bovenste 200 meter uiteindelijk de bodem van de diepzee. Hoe dieper je komt, hoe minder voedsel er dus beschikbaar is. Het is daarom des te verrassender dat de biodiversiteit in de diepzee bij zo’n lage temperatuur en het gebrek aan variatie in de bodem nog zo hoog is.

Uit de nu bekende informatie blijkt dat het aantal soorten met de diepte toeneemt tot ongeveer 2.000 meter. Vanaf die diepte naar beneden neemt de variatie weer af. Er zijn verschillende verklaringen geopperd voor dit op het eerste gezicht vreemde verschijnsel. Eén ervan is dat de diepzee omgeving zo uniform en stabiel is dat ook de soortensamenstelling heel stabiel, en daarmee beperkt is. De kleinste verandering, zoals een heuveltje dat door een borstelworm is opgeworpen, zou meteen al een aparte niche kunnen worden voor andere dieren. Een andere theorie stelt dat de diepzee zo enorm uitgestrekt is dat als een soort zich eenmaal heeft aangepast aan deze omgeving en zich heeft verspreid over dit enorme oppervlak, de kans heel klein is dat zo’n soort nog zal uitsterven. Je moet wel steeds in je achterhoofd houden dat al onze gedetailleerde kennis van de fauna is gebaseerd op onderzoek van maar een piepklein deel van de diepzeebodem, misschien maar een aantal voetbalvelden groot. Het onderzoek in de diepzee heeft dus nog heel veel te ontdekken.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 26 juni 2014

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.