Aufdeckung des in situ Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Nährstoffkreislaufs eines von Schwämmen geprägten biologischen Hotspots in der Arktis

Lebensformen, die in der tiefen, dunklen Arktis gedeihen

Tief unter der Wasseroberfläche, in nahezu gefrierenden Temperaturen und ohne jegliches Sonnenlicht, haben Forschende eine überraschend lebhafte Gemeinschaft entdeckt: weite Felder von Tiefseeschwämmen, die auf einem arktischen Unterwasservulkan leben. Diese Studie untersucht, wie diese scheinbar einfachen Tiere ein verborgenes Ökosystem am Leben erhalten, indem sie Sauerstoff aufnehmen, unsichtbare Nahrung verwerten und wichtige Nährstoffe recyceln, von denen andere Meeresorganismen abhängig sind.

Eine Unterwasserstadt aus Schwämmen

Die Forschung konzentriert sich auf den Schulz Bank, einen mächtigen Seamount am arktischen Mittel-Ozean-Rücken, dessen Gipfel etwa 580 Meter unter der Oberfläche liegt. Seine Spitze ist mit dichten „Schwammgründen“ bedeckt, in denen verschiedene Schwammarten riffähnliche Strukturen aus glasigen Skelettnadeln bilden. Diese Schwammfelder schaffen einen dreidimensionalen Lebensraum, der Fische, Korallen und viele kleine Wirbellose schützt. Starke Strömungen wirbeln um den Seamount, fangen Partikel und organisches Material aus saisonalen Planktonblüten ein und transportieren sie zum Gipfel, wodurch dieser trotz der kargen Umgebung zu einem biologischen Hotspot der Tiefsee wird.

Atem und Abfall am Meeresboden messen

Um zu verstehen, wie diese Gemeinschaft funktioniert, setzte das Team ferngesteuerte Fahrzeuge ein, um klare Acrylkammern über Abschnitte des Schwammgrundes zu platzieren. Jede Kammer umschloss einen kleinen Bereich des Meeresbodens und seine Bewohner. Über mehrere Stunden zeichneten Instrumente Veränderungen des Sauerstoffs auf und sammelten Wasserproben, um winzige Mikroben und gelöste Nährstoffe wie verschiedene Formen von Stickstoff und Phosphor zu verfolgen. Durch den Vergleich von Kammern mit hoher Schwammbiomasse mit solchen, die nur wenige oder verstreute Schwämme enthielten, konnten die Forschenden abschätzen, inwieweit die Schwämme selbst die Chemie des umgebenden Wassers steuern.

Ein Tiefsee-Hotspot für die Kohlenstoffnutzung

Der Schwammgrund erwies sich als ein Kraftwerk der Atmung. Die Gemeinschaft verbrauchte Sauerstoff in Raten, die mit denen berühmter Tiefseekorallenriffe vergleichbar und deutlich höher als in benachbarten weichen Sedimenten der Arktis waren. Einfach gesagt verbrennen die Schwämme und ihre Nachbarn organischen Kohlenstoff viel schneller, als der langsame, stetige Nachschub von der Oberfläche vernünftigerweise liefern könnte. Diese Diskrepanz deutet darauf hin, dass Schwämme zusätzliche, weniger sichtbare Nahrungsquellen anzapfen, insbesondere gelösten organischen Kohlenstoff und mikroskopisches Plankton, das sie kontinuierlich aus dem Wasser filtern. Ihre Aktivität verbindet das darüber liegende Wasser eng mit dem Meeresboden und wandelt ansonsten schwer zugänglichen Kohlenstoff rasch in Formen um, die das breitere benthische Nahrungsnetz antreiben können.

Abfall in Dünger für die Tiefe verwandeln

Parallel zum Verbrauch von Sauerstoff und Kohlenstoff setzen die Schwämme einen stetigen Strom an anorganischen Nährstoffen — Ammonium, Nitrat, Nitrit und Phosphat — wieder ins Wasser frei. Diese Nährstoffe wirken wie Dünger und können Mikroben und Algen weit über den Seamount hinaus ernähren. Kammern mit mehr Schwammbiomasse zeigten im Allgemeinen höhere Nährstofffreisetzungen, was die zentrale Rolle der Tiere unterstreicht. Die Studie stellte außerdem fest, dass verschiedene Schwammtypen unterschiedlich reagieren. Schwämme mit wenigen inneren Mikroben neigten dazu, besonders große Mengen an Ammonium und Phosphat freizusetzen, während mikrobenreiche Schwämme Nährstoffe stärker intern zu recyceln schienen und ausgewogenere Stickstoff-zu-Phosphor-Verhältnisse aufrechterhielten. Das legt nahe, dass die Zusammensetzung der Schwammarten auf einem Seamount nicht nur bestimmt, wie viel Nährstoff regeneriert wird, sondern auch in welcher chemischen Form.

Warum diese versteckte Recyclinganlage wichtig ist

Zusammen genommen zeichnen die Ergebnisse das Bild von Schulz Bank als einer Recyclinganlage der Tiefsee: Schwämme ziehen verdünnten, schwer nutzbaren Kohlenstoff und Sauerstoff aus dem Wasser, verarbeiten ihn und setzen nährstoffreiche Nebenprodukte frei, die anderes Leben im dunklen Ozean unterstützen können. Obwohl die Messungen technisch anspruchsvoll und auf eine begrenzte Anzahl von Experimenten gestützt sind, bestätigen sie, dass Schwammgründe nicht nur passive Lebensräume, sondern aktive Motoren des Kohlenstoff- und Nährstoffkreislaufs sind. Da ähnliche Schwammfelder mittlerweile in Ozeanen weltweit entdeckt werden, könnte ihr kumulativer Einfluss die Verteilung von Nährstoffen und Energie in tiefen Gewässern erheblich beeinflussen. Der Schutz dieser langsam wachsenden Gemeinschaften vor Bedrohungen wie Grundschleppnetzen, Tiefseebergbau und klimabedingten Veränderungen der Zirkulation ist daher entscheidend für die Gesundheit und Produktivität des weiteren marinen Ökosystems.

Zitation: Hanz, U., Mueller, B., Bart, M.C. et al. Unveiling in situ oxygen, carbon and nutrient cycling of a sponge-driven biological hotspot in the arctic. Sci Rep 16, 7743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41798-4

Schlüsselwörter: Tiefseeschwämme, Nährstoffkreislauf, Arktischer Seamount, Kohlenstofffluss, benthischer Hotspot