LESMODULE: Overleven in de diepzee

De mysterieuze diepzee

De mysterieuze diepzee

^{NOAA Okeanos Explorer Program, Gulf of Mexico 2014 Expedition}

In de 19^de eeuw geloofde men dat er op grote diepte in de oceaan geen zeeleven mogelijk was. De kennis van de diepzee bleef beperkt tot wat toevallig werd opgevist of op de stranden aanspoelde, kortom wat waarneembaar was met het blote oog. Men nam aan dat er geen levend wezen te vinden was. In de diepzee is het doorgaans kouder dan 4°C en pikdonker omdat het zonlicht er niet doordringt. De druk is er enorm. Ook zuurstof en voedsel zijn niet zo overvloedig als boven in de oceaan. Het is er gewoonweg duister en doodeng!

Dankzij het moderne ingenieurswerk beginnen we het rijke leven van dit bijna buitenaards gebied beetje bij beetje te kennen. Op elke expeditie naar diepten onder de 200 meter vinden onderzoekers nieuwe wezens. Het voorbije decennium werden meer dan 17.000 nieuwe diepzeesoorten geregistreerd. De biodiversiteit is er uniek en zeer vreemd in vergelijking met wat we kennen aan land. Dieren die daar voorkomen beschikken over verrassende manieren om in zulke extreme omstandigheden te kunnen overleven. Benieuwd hoe de wereld er op grote diepte uit ziet? Laat je hier onderdompelen in de mysterieuze en fascinerende wereld van de diepzee!

Platgedrukt

Platgedrukt

^{De invloed van druk op een piepschuim hoofd op 0 meter, 684 meter en 6840 meter. (c) NOC}

Zoals je in een vliegtuig drukverschillen ervaart bij het opstijgen en dalen, zo zijn er ook onder water drukverschillen. Hoe dieper je daalt, hoe meer de bovenliggende waterlagen op je wegen. Met dieptes die gemiddeld rond 3.500 meter en maximaal tot bijna 11.000 meter bedragen, is het niet te verwonderen dat de hydrostatische druk een van de meest beïnvloedende factoren is die op het diepzeeleven inwerkt. Onder water verhoogt de druk bij elke 10 meter die je daalt met 1 kg/cm². Op 2.000 meter diepte drukt dus op elk stukje huid van 1 cm² een gewicht van 200 kg. 

Zolang de druk binnen een lichaam gelijk is aan de druk erbuiten, merkt een organisme er weinig van. Water is volgens de natuurkunde moeilijk samendrukbaar. Lucht is dat wel. Bij gassen is er meer ruimte tussen de moleculen dan bij water. Longen, mond-, neus-, keel- en oorholtes worden in de diepte als een colablikje samengeperst. Zeezoogdieren als zeeolifanten en potvissen kunnen hun longen laten dichtklappen wanneer nodig. De potvis heeft maar weinig andere holtes in het lichaam. In zijn grote kop bevindt zich bovendien een vernuftig orgaan zodat hij gemakkelijk tot 1.000 meter en zelfs tot 3.000 meter diep kan duiken. Het spermaceti-orgaan met daarin een wasachtige stof speelt een rol bij het regelen van de dichtheid en de temperatuur in zijn lichaam. De massa stolt bij het dalen en wordt weer vloeibaar bij het naar boven gaan. Het dient dus ook als een drijforgaan zoals de zwemblaas waarmee vissen kunnen blijven 'zweven’ op een bepaalde diepte.

_{Blob-achtige wezens in de diepzee (c) Mbari}

Licht in de duisternis

Een groot probleem voor het diepzeeleven is de pikdonkere omgeving. Zij moeten hun partner, prooi en vijand in het duister kunnen vinden. Vanaf 200 meter dringt al geen zonlicht meer door, waardoor fotosynthese (het proces waarbij algen en andere plantaardige organismen zuurstof aanmaken met behulp van zonne-energie) onmogelijk wordt. Wieren zul je daarom niet in de diepzee terugvinden. Toch wil dat helemaal niet zeggen dat er geen enkel licht is op grote diepte, integendeel. De diepzee is een grote lichtshow. De meeste diepzeeorganismen, gaande van vissen, inktvissen, garnalen, zeesterren en anemonen doen aan bioluminescentie. Dat betekent dat ze zelf licht geven om zich te verdedigen, prooien te lokken, een partner te vinden, zelfs om niet gezien te worden en wellicht nog andere redenen. Wetenschappers beginnen nog maar net de taal van het licht in de diepzee te begrijpen.

De zwarte draakvis heeft een lichtproducerend orgaan aan het uiteinde van een lange baarddraad die is gehecht aan de kin. De baarddraad beweegt om zo prooien naar zijn mond te lokken. Hij heeft ook lichtorganen onder zijn oog, op zijn buik en vinnen die hij bij gevaar samen laat oplichten. Je zou van minder schrikken. De lange, lichtgevende rugstekel van de hengelvissen, bekend uit de film ‘ Finding Nemo ’, dient ook als lokaas, maar is op een andere manier geëvolueerd. Aan het uiteinde leven er miljoenen lichtgevende bacteriën. Inktvissen hebben over hun hele lichaam lichtgevende organen, de fotoforen, waarin een chemische reactie optreedt met licht als gevolg.

_{Licht kan ook worden weggeschoten als afleidingsmanoeuvre voor predatoren. Er zijn roeipootkreeftjes die met hun staart een chemische stof afschieten die een eindje verder voor een lichtexplosie zorgt. (c) Mbari}

Bijlvisjes hebben zilverkleurige schubben die licht reflecteren. Langs de zijkant zijn ze dus niet zichtbaar. Zodra organismen sterven, kan het licht van hun paniekkreet nog wel even zichtbaar zijn, dus ook doorheen de maag. Veel diepzeewezens hebben een zwarte kleur, zodat de lichtgevende prooien in de maag niet van buitenaf te zien zijn. Zich goed kunnen camoufleren is een zaak van leven en dood in de diepzee. 

Om al deze lichtjes goed te kunnen waarnemen, hebben diepzeedieren grote, eenvoudige ogen. Daarmee zien ze licht met een blauwe tot groene kleur. Degene die rood kunnen zien, of zelfs kunnen produceren, hebben evolutionair gezien een stapje voor. Zij kunnen zo ongehinderd met elkaar communiceren zonder te worden opgemerkt.

Ademhalen

Ademhalen

Levende wezens hebben zuurstof nodig. Zuurstof zorgt voor het omzetten van voedsel in energie en voor lichaamswarmte. In zeewater bevindt zich net zoals in de lucht zuurstof en koolstofdioxide, weliswaar opgelost in water. In het oppervlaktewater is er ongeveer evenveel zuurstof voorhanden als in de lucht. Dit komt enerzijds omdat golven heel wat luchtbelletjes in het ondiepe water ‘pompen’. Anderzijds kunnen algen, het fytoplankton, er met behulp van zonlicht zuurstof aanmaken uit het opgeloste koolstofdioxide.

_{De zuurstofrijke bovenlaag mixt niet met de waterlagen eronder. Deze krijgen zuurstof door diepe zeestromingen en biologische processen.(c) Maribus}

Maar hoe zit het in de diepzee? Dieper in zee is er geen invloed van de atmosfeer meer, daar spelen andere factoren een rol. Het zuurstofgehalte hangt er af van diepe zeestromingen. Die transporteren namelijk zuurstof van de oppervlakte naar de diepzee. Op bepaalde plaatsen in de poolzeeën is het zuurstofrijke water zo koud en zout dat het een dermate grote dichtheid heeft om als een grote massa diep in de oceaan te zinken. Daar beginnen de thermohaliene stromingen hun reis naar de oceaanbodem en de wereld rond. Deze stromingen voorzien het diepzeeleven onderweg van voldoende zuurstof.

Maar sommige diepzeewezens leven op plaatsen waar er geen stroming en dus weinig zuurstof is. Bepaalde zones zijn zo goed als zuurstofarm omdat bacteriën er alle zuurstof hebben verbruikt. Hebben deze diepzeebewoners een probleem? Neen, ze zijn perfect aangepast. Sommige zijn gewoon minder actief en hebben een traag metabolisme. Minder zuurstof om te verbranden zorgt voor minder energie. Anderen hebben een zacht spierweefsel dat niet veel zuurstof nodig heeft. Organismen reageren verschillend op de hoeveelheid zuurstof in het water (zie grafiek hieronder). Slakken hebben minder zuurstof nodig dan vissen of krabben, zij komen dan ook meer voor op grotere diepte. De vampier inktvis zou sterven mocht hij in water terechtkomen waar het zuurstofgehalte boven 3 procent is.

_{Grafiek over de gemiddelde dodelijke concentratie zuurstof dat een organisme kan verdragen. © maribus (naar Vaquer-Sunyer und Duarte, 2008)}

‘Ademhalen’ hoeft ook niet altijd met zuurstof te gebeuren. Er zijn micro-organismen in de diepzee die met andere stoffen ademen, zoals ijzer, mangaan, arseen, seleen en chroom. Voordat er dieren en mensen op aarde kwamen, heersten zulke anaerobe micro-organismen op aarde zoals degene die vandaag rond moddervulkanen en in hydrothermale ecosystemen in de oceaan leven (zie Black smokers).

Vers, niet bevroren

Vers, niet bevroren

In de winterse kou een duik nemen in Noordzeewater van 8°C doe je best niet onvoorbereid. Je gaat verkrampen, hyperventileren, en je spieren en zenuwen functioneren niet meer. Hoe gaan diepzeebewoners dan om met een watertemperatuur die zich tussen -1°C en 4°C bevindt? Hoe dieper je afdaalt, hoe kouder de oceaan. Dieren die in dit koude milieu leven hebben een arsenaal aan bijzondere eigenschappen om de lichaamstemperatuur te handhaven en hun cellen niet te laten bevriezen, net zoals zeedieren uit de poolregio’s.

Wat is hun geheim? Om het bloed niet te laten bevriezen, hebben heel wat diepzeewezens een soort antivrieseiwitten in hun bloed. De zogenoemde antivriesglycoproteinen (AFGP) hechten zich aan ijskristallen en remmen zo de groei van deze kristallen in bloed en andere lichaamssappen. Er blijken tientallen verschillende eiwitten met die wonderbaarlijke eigenschap te bestaan, waarvan sommige dieren wel meer dan tien varianten bezitten.

Organismen die goed in de koude gedijen hebben vaak een traag metabolisme. Bij hen gaat zowel het bewegen als de vertering heel langzaam. Daardoor blijft hun buik voor weken vol, wat handig is wanneer voedsel schaars is. Diepzeebewoners worden doorgaans ouder dan bewoners van het warmere ondiepe water. Maar het duurt ook zeer lang voor deze vissen zich kunnen voortplanten. Diepzeebiologen roepen op om geen diepzeevissen meer op de markt te brengen. Zij zijn extra kwetsbaar voor overbevissing.

_{De langstlevende vis -die we kennen- is de keizerbaars (of oranje zaagbuikvis), die naar schatting 140 jaar kan worden.}

Zo eenzaam

Zo eenzaam

De ideale partner vinden in de diepzee is een hele opgave, hij leeft niet zomaar om de hoek. Sommige diepzeewezens mogen tevreden zijn als ze tijdens hun leven één soortgenoot van het andere geslacht ontmoeten. Zodra het zover is, wat doen ze dan? Voorzichtig knipperen met een lichtje onder hun ogen of zichzelf als een kerstboom laten oplichten? Voortplanting in de diepzee is een tikkeltje bizar en zelfs ietwat luguber als je naar het verhaal van de hengelvis luistert.

Het eerste afspraakje van de kleine mannetjes-hengelvis is meteen zijn laatste. Zijn enige doel in het leven is om een levenspartner te vinden en één te worden, letterlijk één. Hij zuigt zich vast in haar huid en ze vergroeien samen tot alleen zijn geslachtsdelen overblijven. Het mannetje sterft niet, maar leeft als een parasiet die het vrouwtje af en toe van sperma voorziet. Deze diepzeebewoners zijn zeker dat ze voor eeuwig samenblijven.

Pijlinktvissen uit de diepzee bezitten enkele interessante technieken om hun kansen op nakomelingen te vergroten. Spermapakketjes van de Moroteuthis ingens hoeven niet rechtstreeks te worden ingebracht, ze kunnen door de huid van een vrouwtje dringen en zich daar nestelen. Deze spermatoforen zijn best bestand tegen extreme omstandigheden. Een Aziatische man werd ooit naar het ziekenhuis gebracht na het eten van zulke pijlinktvis. Een spermapakketje had zich in zijn keel genesteld. Het mannetje van de Octopoteuthis deletron maakt geen onderscheid tussen mannetjes en vrouwtjes. Iedere soortgenoot die hij tegenkomt wordt pijlsnel bevrucht. Bij de soort Taningia danae gaat het er heviger aan toe. De mannetjes snijden met hun bek of met hun haken in de nek van het vrouwtje en zetten daar hun sperma af. Ze sterven zelf kort na deze daad.  

_{Deze octopus (Graneledone boreopacifica) broedt gedurende maar liefst 4,5 jaar op de rand van een diepzeeklif (1.400 meter diepte). Omdat de eitjes zich zo lang hebben kunnen ontwikkelen, maken de jonge octopussen meer kans om te overleven. © 2009 MBARI}

Eng en meedogenloos

Eng en medogenloos

_{De Sloanes addertandvis is tot de tanden gewapend. Zijn tanden zijn zo groot dat hij zijn mond niet kan sluiten. (c) Nature Geoscience Gul}

Heel wat diepzeevissen behoren tot de meest angstaanjagende wezens op aarde. Hun uiterlijk verraadt hoe ze moeten overleven in een milieu waar voedsel schaars is. Velen hebben daarom een grote mond met enorme kaken en vlijmscherpe, naaldachtige tanden. Daarmee grijpen ze elke prooi die voorbijzwemt. Want wanneer in de diepzee een prooi ontsnapt, is ze voorgoed weg.

Geen enkele vis heeft zulke lange tanden als de Sloanes-addertandvis (zie hieronder). Hij gebruikt de tanden alleen om prooien te vangen.Zodra ze achter het traliewerk van tanden zitten, zet zijn maag uit en kan de vertering beginnen.Niet alleen de tanden maar ook het hoofd is in verhouding tot het lichaam vaak groter bij diepzeevissen. Dit zie je bij de grootbek-aal of ook pelikaanpaling genoemd. Omdat zijn kaken loszitten kan hij prooien grijpen die groter zijn dan hem. Zijn maag is ook zeer elastisch.

Snel kunnen happen is een ander voordeel. De kobolthaai kan zijn kaken als een speer naar voor laten schieten.

De koekjessnijder-haai pakt het anders aan. Dit echte koekjesmonster snijdt geniepig ronde stukken uit het vlees van zijn prooi. Aangezien hij geen last ondervindt om snel van de diepzee naar het wateroppervlak te zwemmen, vinden we zijn beten zelfs op zeezoogdieren terug, en ja ook op de mens.

_{De koekjessnijderhaai is de enige haai die we kennen die als een parasiet van zijn gastheer leeft. Met een mond vol kleine vlijmscherpe tanden neemt hij cirkelvormige happen uit het vlees. (c) illustratie door Buzzle}

Niet alle diepzeebewoners zijn actieve jagers, sommige gebruiken meer afwachtende strategieën. Die vissen lokken hun prooi niet, maar ze vertrouwen erop dat de stroming hun voedsel aanvoert. Je ziet dat vaak bij de bodembewoners. Op de bodem komt wel eens een geschenk uit de ‘hemel’ gevallen. Een kadaver van een walvis, of een ander groot zeedier, wordt een tijdelijke biotoop voor aaseters zoals slijmprikken en spinkrabben die zich voeden met al dat lekkers.  

Zeesneeuw

Zeesneeuw

James Cameron, de regisseur die in de onderzeeër Deepsea Challenger in 2012 naar het diepste punt op aarde afdaalde, concludeerde dat de oceaanbodem een ‘steriele, bijna woestijnachtige plek’ was. Op zijn tocht door de bijna 11 km diepe Marianentrog was er nauwelijks leven te bespeuren. Andere bezoeken aan de diepzeebodem onthullen net dat de biodiversiteit er op zijn minst even rijk kan zijn als in de kustwateren. Het hangt ervan af waar je precies gaat kijken. Want er komen in de diepzee diverse bodemvormen voor gaande van continentale hellingen, diepe canyons, vlakke abyssale vlaktes, onderzeese bergketens, koude moddervulkanen,  …  (zie Lesmodule Oceaanlandschappen). 

_{Het sediment op de oceaanbodem bestaat voor een groot deel uit zeesneeuw. (c) Nature Geoscience Glud}

Het grootste deel van de oceaanbodem is bedekt met dikke lagen modder (zeer fijne sedimentdeeltjes). Afglijdingen en stromingen zorgen dat het bodemmateriaal op de ene plaats dikker is dan op de andere. Het bodemmateriaal is meer dan sedimentdeeltjes, het bestaat ook uit zeesneeuw, overblijfselen van dode organismen als algen en zoöplankton, uitwerpselen, slijm etc. Al deze resten zakken langzaam de diepte in, plakken aan elkaar en vormen zeesneeuwvlokken die opnieuw tot voedsel dienen voor de dieren daar ‘beneden’ (zie Lesmodule Oceaanlandschappen). Zeesneeuw is dus ontzettend belangrijk voor de diepzeevoedselketen. De voedingsstoffen worden uit het water gefilterd door sponzen, zeelelies, anemonen en koudwaterkoralen die zich aan een stenige ondergrond hebben vastgehecht. Ze dienen ook als voedsel voor zee-egels, zeeslakken, zeesterren, krabben, garnalen, wormen, bodem-etende vissen en zelfs bacteriën.

Onderzoekers zijn verrast hoeveel microbieel leven er nog in zulk onherbergzaam gebied als de Marianentrog te vinden is. Bacteriën doen zich tegoed aan de regen aan dood materiaal. Ze weten op de meest onmogelijke plekken op aarde te overleven (zie Black smokers), zelfs waar er amper zuurstof te vinden is.

Black smokers

Black smokers

Robert Ballard (°1942) droomde als kind om in de voetsporen te treden van kapitein Nemo uit de roman Twintigduizend mijlen onder zee van Jules Verne. Hij kwam dicht bij zijn jeugddroom door oceanograaf te worden. In 1975 ontdekte hij met de duikboot Alvin bizarre formaties op de oceaanbodem die op een kruising tussen een stalagmiet en een schoorsteen leken, en er spoot water van 350°C uit. Waren deze hydrothermale bronnen de mariene tegenhanger van een geiser op het land? Het kokende water was verzadigd met metaalsulfiden zoals ijzer, koper, goud, zink, … Uit openingen in de oceaankorst sijpelden een neerslag van mineralen wat voor zwarte rookpluimen zorgde. De formaties kregen de naam black smokers (zie Schoorstenen onder water).

Deze black smokers zijn zo bijzonder omdat er in dit vijandige milieu een uniek ecosysteem bestaat dat zijn levensenergie uit de oxidatie van waterstofsulfide haalt. De bacteriën doen aan chemosynthese, zonder zonlicht kunnen ze organische verbindingen vormen uit eenvoudige chemische elementen. Rond hydrothermale bronnen komt typisch heel veel leven voor, gegroepeerd in unieke en complexe gemeenschappen. Bacteriën vormen de basis van het voedselweb, ze kunnen de stoffen opgelost in het zeewater omzetten in bruikbare voedselelementen voor bijvoorbeeld reuzenkokerwormen, krabben en garnalen. Veel van deze bacteriën dienen ook als rechtstreekse voedselbron voor andere organismen, waardoor velen afhankelijk zijn van deze microscopisch kleine organismen. Dit milieu komt sterk overeen met het milieu waar de eerste primitieve levensvormen ontstonden. Robert Ballard ontdekte er eind jaren zeventig de Archaea of ook oerbacteriën genoemd, volgens de taxonomische leer een van de drie grote domeinen van het leven. Archaea zijn perfect aangepast aan leven in extreme omstandigheden.

Diepzeegiganten

Diepzeegiganten

Uitzonderlijke levensomstandigheden scheppen uitzonderlijke wezens. Sommige diepzeebewoners zoals de reuzenpijlinktvis, de spinkrab en de reuzenpissebed hebben een verrassend groot formaat in vergelijking met hun verwante soorten in minder diep water. Dit fenomeen heet ‘diepzee gigantisme’. Het bestaan van de diepzeegiganten heeft de fantasie van menig zeeman op hol laten slaan, denk maar aan de legende van het Scandinavishce diepzeemonster de Kraken. Waarom ze zo groot worden weten onderzoekers niet precies. Evolutionair gezien is er alvast een verband gevonden tussen de hoeveelheid predatoren, het voedselaanbod en de groei.

In een omgeving met veel predatoren, is het voordelig om klein te zijn en minder op te vallen. In desolate gebieden met overvloedig voedsel en geen predatoren is de groei optimaal. Reuzenpijlinktvissen staan bovenaan het voedselweb in de diepzee. Ze zijn uitgerust met grote ogen, een dodelijke bek, scherpe haken en zuignappen. Bovendien schieten ze door het water als een pijl, daar valt niet aan te ontsnappen. Reuzenpissebedden hebben een aantal andere succesvolle strategieën om te overleven. Ze kunnen in gevangenschap ongeveer 4 jaar overleven zonder voedsel. Veel angst voor predatoren hebben ze niet, ze rollen zichzelf op in een bolletje zodat ze volledig omgeven zijn door een hard pantser. De reusachtige kokerworm die op de vulkanische schoorstenen (zie Black smokers) voorkomt, heeft het voordeel dat hij zich onbeperkt kan voeden door samen te leven met een bacterie. Ongestoord en in enkele jaren wordt hij meer dan twee meter groot. Dit maakt hem wat de groeisnelheid betreft een recordhouder onder de ongewervelden. 

_{De riemvis is de langste vis ter wereld. Er zijn exemplaren van meer dan 10 meter op het strand gevonden. (c) Cataline Island Marine Institute}