Spezielle Anpassungen an extreme Lebensräume / Biologie

Leben in Dunkelheit und extremen Tiefen

Die Tiefsee ist eine Lebensraum mit außergewöhnlichen Umweltbedingungen. Ab etwa 200 Metern Wassertiefe erreicht nur noch sehr wenig Sonnenlicht die unteren Wasserschichten. Gleichzeitig steigt der Wasserdruck und die Dunkelheit nimmt zu, während das Nahrungsangebot abnimmt.

Dennoch haben viele Tierarten besondere Anpassungen entwickelt, die ihnen das Überleben unter diesen extremen Bedingungen ermöglichen.

Meeresschildkröte unter Wasser. — Je tiefer das Wasser, desto weniger Licht dringt ein.

Tiefenzonen des Ozeans

Licht im Dunkeln

Die Tiefsee ist von nahezu vollständiger Dunkelheit geprägt. Weil Sonnenlicht diese Tiefen nicht erreicht, spielen andere Sinnesorgane und Anpassungen eine wichtige Rolle. Sie ermöglichen den Tieren, sich zu orientieren, zu jagen sowie die Kommunikation untereinander.

Modell eines Buckligen Anglerfisches — Der Bucklige Anglerfisch lockt Beute mit seiner leuchtenden Angel an und besitzt nadelspitze Zähne. Das bis zu 3 cm große Männchen kann sich dauerhaft mit dem bis zu 20 cm großen Weibchen verbinden.

Modell eines Vampirtintenfischs — Mit seinen riesigen Augen kann der Vampirtintenfisch selbst schwächste Lichtsignale in der Tiefsee wahrnehmen.

Hoher Wasserdruck

Je tiefer man ins Meer hinabtaucht, desto größer wird der Wasserdruck. Pro 10 Meter Tiefe nimmt der Wasserdruck um etwa 1 bar zu. Daher herrscht in mehreren tausend Metern Tiefe ein sehr hoher Druck auf alle Lebewesen. Für Menschen und viele Tiere, die nahe der Wasseroberfläche leben, wären diese Bedingungen lebensgefährlich.

Tiefseetiere haben besondere Anpassungen entwickelt, die ihnen das Überleben unter diesen extremen Bedingungen ermöglichen. Ihre Körper enthalten keine luftgefüllten Hohlräume, die durch den Druck zusammengedrückt werden könnten. Außerdem besitzen sie ein besonders flexibles und widerstandsfähiges Gewebe.

Blobfisch unter Wasser — Der Blobfisch besitzt ein weiches, gallertartiges Gewebe.

Blobfisch an der Oberfläche — Sein „trauriges Gesicht“ zeigt sich nur außerhalb des Wassers, weil der hohe Druck im Wasser seinen Körper anders formt.

Riesenassel (Bathynomus giganteus) — Der kräftige Panzer schützt den Körper der Riesenassel vor dem hohen Druck in mehreren tausend Metern Tiefe.

Nahrungsknappheit

In der Tiefsee gibt es kein Sonnenlicht. Deshalb können Algen und Pflanzen dort keine Photosynthese betreiben. Da die Photosynthese aber die Grundlage für viele Nahrungsketten ist, steht den Tieren in der Tiefsee nur wenig Nahrung zur Verfügung.

Die meisten Nährstoffe gelangen als sogenannter „Meeresschnee“ aus oberen Wasserschichten in die Tiefe. Dabei handelt es sich um abgestorbene Organismen, Ausscheidungen und andere organische Partikel, die langsam zum Meeresboden sinken. Viele Tiefseetiere haben sich an diese Nahrungsknappheit angepasst. Sie verwerten jede Nahrungsquelle, bewegen sich nur wenig und haben einen niedrigen Energiebedarf.

Seegurke (Holothuria leucospilota) — Seegurken gelten als „Staubsauger der Tiefsee“, da sie herabsinkende Nahrungsreste verwerten und so den Meeresboden reinigen.

Der Viperfisch besitzt ein großes Maul und lange Fangzähne, die selbst bei geschlossenem Maul sichtbar sind. Beute verschlingt er möglichst vollständig.

Leben in Kälte und Hitze

Auf der Erde gibt es Gewässer mit sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen. In Polarmeeren herrscht oft eisige Kälte, während in heißen Quellen oder an hydrothermalen Quellen am Meeresboden Temperaturen von über 50°C vorkommen können. Solche Bedingungen stellen für Lebewesen große Herausforderungen dar.

Extreme Temperaturen können den Stoffwechsel beeinflussen und das Überleben erschweren. In kaltem Wasser laufen Körpervorgänge langsamer ab und Körperflüssigkeiten können gefrieren. In sehr warmem Wasser können Zellen geschädigt werden. Außerdem enthält warmes Wasser weniger gelösten Sauerstoff als kaltes Wasser.

In Polarregionen und Hochgebirgen haben sich Tiere an die dauerhafte Kälte und das Eis angepasst.

In den heißen Quellen Neuseelands leben Mikroorganismen bei Temperaturen von über 80 °C.

Leben im eisigen Wasser

In Gewässern der Polarregionen und im Hochgebirge liegen die Temperaturen über längere Zeiträume nur knapp über dem Gefrierpunkt. Viele Seen und Meeresflächen sind von einer dicken Eisschicht bedeckt. Die größte Gefahr für Wasserlebewesen besteht darin, dass ihre Körperflüssigkeiten gefrieren. Eisbildung in Zellen und im Gewebe würde schwere Schäden verursachen und meist zum Tod führen.

Im Laufe der Evolution haben zahlreiche Wasserlebewesen deshalb erstaunliche Anpassungen entwickelt. Besonders bekannt sind die sogenannten Frostschutzproteine, die bei verschiedenen Fischarten der Polarregionen vorkommen. Diese speziellen Eiweißstoffe verhindern, dass sich Eiskristalle im Blut und in den Körperflüssigkeiten bilden und ausbreiten. Dadurch können die Tiere selbst bei Temperaturen unter dem eigentlichen Gefrierpunkt ihrer Körperflüssigkeiten überleben.

Der Krokodileisfisch besitzt nahezu farbloses Blut, da ihm rote Blutkörperchen und Hämoglobin fehlen. Anders als andere Wirbeltiere transportiert er den Sauerstoff direkt im Blutplasma, was durch den hohen Sauerstoffgehalt des antarktischen Wassers möglich ist.

Der Grönlandhai kann über 400 Jahre alt werden und gilt als langlebigstes Wirbeltier der Erde. Er wächst nur etwa 1 cm pro Jahr, wird erst mit ca. 150 Jahren geschlechtsreif und schwimmt mit weniger als 2 km/h. Sein rohes Fleisch ist aufgrund hoher Konzentrationen von Harnstoff und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen giftig. Diese helfen ihm, seinen Salz- und Wasserhaushalt in den eisigen Gewässern zu regulieren.

UV-Strahlung und das Leben in heißen Gewässern

In Hochgebirgsregionen und in eisbedeckten Gewässern ist die UV-Strahlung besonders intensiv. UV-Strahlen können das Erbgut (DNA) schädigen, Zellen zerstören und die Photosynthese beeinträchtigen. Deshalb haben viele Wasserlebewesen Schutzmechanismen entwickelt.

Wasserflöhe und andere Kleinkrebse wandern tagsüber in tiefere Wasserschichten, um der Strahlung auszuweichen. Korallen, Algen und manche Planktonorganismen bilden UV-absorbierende Farbstoffe, die wie ein natürlicher Sonnenschutz wirken. Darüber hinaus können viele Arten Schäden an ihrem Erbgut durch spezielle Reparaturmechanismen wieder beheben.

Ruderfußkrebse speichern Carotinoide, die ihren Körper rötlich färben und ihre Zellen vor UV-Schäden schützen.

Heiße Gewässer mit chemischen Besonderheiten

Manche Gewässer zeichnen sich durch außergewöhnliche chemische Bindungen aus. Dazu gehören hydrothermale Quellen der Tiefsee (auch “Schwarze Raucher” genannt). Dort tritt heißes, mineralreiches Wasser aus dem Meeresboden. Diese Lebensräume enthalten große Mengen an Schwefelwasserstoff und gelösten Metallen. Sie liegen außerdem in völliger Dunkelheit, da kein Sonnenlicht bis in diese Tiefen vordringt.

Dennoch haben sich dort einzigartige Lebensgemeinschaften entwickelt. Die Grundlage dieser Ökosysteme bilden sogenannte thermophile Mikroorganismen. Sie gewinnen ihre Energie nicht aus Sonnenlicht, sondern aus chemischen Stoffen. Sie nutzen zum Beispiel Schwefelwasserstoff aus dem Erdinneren und stellen durch Chemosynthese energiereiche organische Stoffe her. Anders als bei der Fotosynthese ist dafür kein Licht notwendig. Manche Tiefseetiere, wie Röhrenwürmer, leben sogar in enger Symbiose mit solchen Bakterien und werden von ihnen mit Nährstoffen versorgt.

Der Riesenröhrenwurm besitzt weder Mund noch Magen und ist vollständig auf die Bakterien in seinem Körper angewiesen, ohne die er nicht überleben könnte.

Die Tiefseegarnele Rimicaris exoculata lebt in etwa 3.500 m Tiefe nahe heißer Unterwasserquellen und züchtet mithilfe von Bakterien ihre eigene Nahrung.

Leben in Gewässern mit besonderen Eigenschaften

Nicht alle Gewässer bieten ideale Lebensbedingungen. Manche haben einen hohen Salzgehalt oder einen geringen Sauerstoffgehalt, was zu erschwerten Bedingungen für Wassertiere führt.

Manche Salzseen enthalten deutlich mehr gelöste Salze als das gewöhnliche Meerwasser. Durch den hohen Salzgehalt wird dem Körper Wasser entzogen. Einige Tierarten können diesen Wasserverlust ausgleichen und ihren Salzhaushalt regulieren.

Salinenkrebse — Der Salinenkrebs lebt in Salzseen weltweit. Spezielle Drüsen scheiden überschüssiges Salz aus, während seine Körperoberfläche Wasserverlust verhindert.

Brackwasser als spezieller Lebensraum

Ein Lebensraum, der unter anderem für Tiere eine Herausforderung darstellt, ist das Brackwasser. Es entsteht dort, wo sich Flüsse und Meerwasser vermischen – zum Beispiel in Flussmündungen oder Küstenlagunen. Der Salzgehalt schwankt also ständig. Die Tiere müssen sich also ständig an die veränderten Salzkonzentrationen anpassen. Die Regulation des Salz- und Wasserhaushalts wird als Osmoregulation bezeichnet.

Europäischer Aal — Der Europäische Aal lebt meist in Flüssen und Seen, wandert zum Laichen jedoch in den Atlantik. Er kann in Süß- und Meerwasser leben, da sich seine Kiemen und Nieren je nach Umgebung anpassen.

Gewässer mit Sauerstoffmangel

In einigen Seen, Sümpfen und Tiefwasserzonen der Meere ist nur wenig Sauerstoff im Wasser gelöst. Solche Gewässer bezeichnet man als sauerstoffarm oder hypoxisch.

Wenn abgestorbene Pflanzen und Tiere von Bakterien zersetzt werden, verbrauchen diese dabei große Mengen Sauerstoff. Dadurch kann der Sauerstoffgehalt des Wassers stark sinken. Gleichzeitig gelangt sauerstoffreiches Oberflächenwasser oft nur unzureichend in tiefere Wasserschichten. So entstehen Bereiche, in denen nur noch wenig Sauerstoff vorhanden ist.

Für die meisten Wasserlebewesen stellt dies ein Problem dar, weil sie Sauerstoff für die Zellatmung benötigen. Einige Tierarten haben spezielle Anpassungen entwickelt. Sie können Sauerstoff besonders effizient aufnehmen, verlangsamen ihren Stoffwechsel oder benötigen nur wenig Sauerstoff zum Überleben.

Karpfen können in warmen Teichen und langsam fließenden Gewässern mit wenig Sauerstoff leben, indem sie ihren Stoffwechsel verlangsamen und bei Bedarf Luft an der Wasseroberfläche schlucken.

Leben im ständigen Wandel

Gewässer gehören zu den dynamischsten Lebensräumen der Erde. Strömungen, Wellen, Gezeiten, schwankende Wasserstände und jahreszeitliche Veränderungen beeinflussen ständig die Lebensbedingungen im Wasser. Tiere, die in Flüssen, Seen, Küstengewässern oder Gezeitenzonen leben, besitzen besondere Anpassungen, um mit diesen Herausforderungen zurechtzukommen.

Strömungen und Wellengang

In Flüssen, Bächen und Küstengewässern bewegt sich das Wasser ständig. Strömungen und Wellengang erschweren die Fortbewegung und können Tiere fortspülen. Viele Wasserlebewesen besitzen daher besondere Körperformen oder Haftorgane, die ihnen das Überleben ermöglichen.

Leben in der Strömung

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Lebensräume mit Wasserstandsschwankungen

In manchen Gewässern verändert sich der Wasserstand regelmäßig zum Beispiel durch Ebbe und Flut und in manchen Gewässern unregelmäßig durch Überflutung oder Trockenheit. Tiere müssen mit diesen wechselnden Bedingungen zurecht kommen.

Der Schlammspringer kann sich zeitweise außerhalb des Wassers aufhalten. Er atmet über die feuchte Haut und die Schleimhaut im Maul-Rachen-Raum und bewegt sich mit seinen Flossen über den Schlamm.

Leben in isolierten Gewässern

Nicht alle Gewässer stehen miteinander in Verbindung. Manche liegen tief in Höhlen, andere entspringen direkt aus dem Boden oder sind seit Jahrtausenden von anderen Gewässern getrennt. Solche isolierten Gewässer bilden einzigartige Lebensräume. Die dort lebenden Tiere mussten besondere Anpassungen entwickeln, um mit Dunkelheit, Kälte, Nährstoffmangel oder räumlicher Isolation zurechtzukommen.

Insel- und Urzeitseen

Insel- und Urzeitseen sind oft über Millionen von Jahren von anderen Gewässern getrennt. Dazu gehören Vulkanseen auf Inseln, Kraterseen, alte tektonische Seen und besonders tiefe Urzeitseen. Durch diese lange Isolation entwickeln sich dort häufig Tierarten, die nirgendwo sonst auf der Erde vorkommen. Solche Arten bezeichnet man als endemisch. Endemische Arten sind meist eng an ihren Lebensraum angepasst und können deshalb besonders empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren. Da diese Arten nur in einem begrenzten Gebiet vorkommen, sind sie besonders schützenswert.

Ein Beispiel für einen dieser Lebensräume ist der Baikalsee in Sibirien (Russland) zu nennen. Er ist der tiefste und älteste Urzeitsee, der Süßwasser führt. Es haben sich dort einige Tierarten angesiedelt, die es ansonsten weltweit nicht gibt, wie zum Beispiel die Baikalrobbe und der Baikal-Ölfisch.

Die Baikalrobbe ist die einzige Robbenart, die im Süßwasser lebt. Ihre dicke Fettschicht schützt sie vor der Kälte.

Baikal-Ölfische besitzen keine Schwimmblase und sind an extreme Tiefen angepasst. Ihr hoher Fettanteil dient als Energiereserve, ihre Haut ist fast durchsichtig und kaum beschuppt.

Höhlengewässer

Höhlengewässer befinden sich in unterirdischen Höhlensystemen. Es handelt sich dabei zum Beispiel um unterirdische Flüsse, Höhlenseen, Karstgewässer oder Grundwasserhöhlen. Dort herrscht meistens völlige Dunkelheit, die Temperatur bleibt das ganze Jahr über nahezu konstant und die Nahrung ist oft knapp.

Der Grottenolm ist fast blind, da er in lichtlosen Höhlengewässern lebt. Dafür besitzt er einen feinen Geruchs- und Tastsinn und kann jahrelang ohne Nahrung überleben.

Blinder Höhlensalmler — Die Augen des Blinden Höhlensalmlers sind stark zurückgebildet, da in seinem Lebensraum kein Licht vorhanden ist. Zur Orientierung nimmt er feinste Wasserbewegungen und Vibrationen wahr.

Quellen

Quellen sind Ursprungsorte von Flüssen und Bächen. Das Wasser tritt hier aus dem Boden heraus und ist meist kühl, sauerstoffreich und sauber. Da die Temperatur und der Wasserstand konstant sind, haben sich hier Tiere entwickelt, die an die gleichbleibenden Bedingungen angepasst sind. Zu den Quelllebensräumen zählen zum Beispiel Karstquellen, bei denen das Wasser aus unterirdischen Kalkgesteinen austritt. Weiters zählen Thermalquellen dazu, wo das Wasser erwärmt ist und Hangquellen sowie Quellbäche.

Quellen in Österreich

Auch Österreich besitzt zahlreiche Quellen, die spezialisierten Tierarten als Lebensraum dienen.