MSM61: Wie die Meerestiefen verbunden sind – Connecting the oceans’ depths

©Cordula Zenk

Hast du dich auch schon einmal gefragt, wie sich Muscheln und kleine Rankenfußkrebse an einer Boje mitten im Ozean festsetzen? Wie sind sie dahin gekommen? Wo kommen sie her? Sind sie geschwommen? Wie lang brauchten sie?

Jetzt denk an all die Lebewesen, die in tausenden Metern Tiefe den Boden der Tiefsee bevölkern.

Rankenfußkrebse und viele andere bodenbewohnende marine Arten haben einen komplizierten Lebenszyklus mit pelagischen Larvenstadien, die sich später als erwachsene Tiere sesshaft niederlassen. Hierzu einen geeigneten Landeplatz zu finden kann zu einer Herausforderung werden gleich der berüchtigten Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Dies sind die treibenden Fragen von Tiefseeökologen, die sich mit benthischen Organismen beschäftigen. Die Verbreitung von Larven ist essentiell für die Kolonisierung neuer Lebensräume. Der Austausch von Tieren zwischen einzelnen Subpopulationen in funktionelle demographische Einheiten wird als Populationskonnektivität bezeichnet. Unser Verständnis dieser Netzwerkfähigkeit der Tiefsee ist jedoch begrenzt durch mangelndes Wissen von physikalischen und biologischen Prozessen, welche die Verbreitung und Besiedelung der Larven verursachen und beeinflussen.

Oberflächenboje bewachsen mit Entenmuscheln – surface buoy covered with goose barnacles ©Carlos Barrera

Biologische Faktoren wie Fortpflanzung, Larvenentwicklung und das jeweilige Larvenverhalten kontrollieren, wie Larven mit der ozeanischen Strömung interagieren, sowie Zeitpunkt, Distanz und Richtung der Larvenverbreitung. Darüberhinaus können unterschiedliche Verbreitungsstrategien sowie hydrographische Prozesse (z.B. Dichteunterschiede, „benthische Stürme“, Gezeitenoszillationen auf dem Meeresgrund) die geographischen Verteilungsmuster und frühere und aktuelle Konnektivitätsraten entscheidend beeinflussen. Das Wissen, inwieweit marine benthische Populationen durch Larvenverbreitung verbunden sind, ist wichtig, um die Auswirkungen geschehener und kommender Eingriffe des Menschen in Tiefseehabitate zu verstehen und die Biodiversität zu schützen.

Direkte Beobachtungen von Larvenanzahl und –verteilung in der Tiefsee sind eine große Herausforderung, denn die Larven sind winzig und die Natur der Beprobung erlaubt nur zufällige Momentaufnahmen in Ort und Zeit eines immensen und komplexen Lebensraumes. Einige Studien bestärken die Annahme, dass sich Larven innerhalb weniger Meter über dem Meeresboden verbreiten. Auf der anderen Seite wurden auch ungefähr ein Dutzend Tiefseearten an der Oberfläche bis in Tiefen von 100 m gefunden, wobei jedoch nicht klar ist, wie viel Zeit die Larven dort verbringen. Von keiner einzigen Tiefseeart ist ihr Aufenthaltsort während der gesamtem Larvenperiode bekannt. Schätzungen der Dauer der planktischen Larvenphase gibt es für knapp zwanzig Tiefseearten, jedoch beruht nur circa die Hälfte hiervon auf direkten Beobachtungen.

Auf dieser Forschungsreise wird ein weiteres Glied in die Kette der Versuchsorte des Projektes LO3CATed hinzugefügt. Das Ziel des Projektes sind in-Situ Beobachtungen von Tiefseelarvenvorkommen und Besiedelung von mikrobiellen und mehrzelligen Gemeinschaften in verschiedenen Bathyal- und Abyssaltiefen des offenen Atlantischen Ozeans und des Mittelmeers.


Ein unter FixO3-TNA neu entwickeltes modulares Gerät kombiniert einen Kolonisierungsrahmen mit drei biogenen Substraten (Holz, Knochen, Austernschalen) mit passiven Larvenröhrenfallen. Während der MSM61 Seereise wurden Larvenfallen und Besiedelungssubstrate auf einem GEOMAR Lander auf dem Senghor Seamount angebracht. Weitere Probengeräte dieser Art wurden an der CVOO Zeitreihenstation in den Hauptwassermassen zwischen 400 und 3600 m eingesetzt. Zusätzlich zu dieser punkuellen Langzeitbeobachtung wurden fünf tiefenstratifizierte Plankton-Netzfänge durchgeführt, um die Mesoplanktonverteilung zu studieren.

In Anbetracht der unerforschten Natur der Tiefsee sind Versuche, spezifische Hypothesen über die Larvenverbreitung in der Tiefsee zu testen, nahezu unmöglich. Mithilfe einer engen Kooperation zwischen mehreren internationalen Partnern (Universität von Aveiro, NOC, PLOCAN, GEOMAR, INDP, HCMR) wird dieser innovative Erforschungsansatz das Verständnis über Konnektivität in der Tiefsee erweitern sowie neues Wissen über vertikale Verbreitungsmuster und Besiedelung von Tiefseelarven entlang der europäischen und nordafrikanischen Kontinentränder generieren. Dieses Wissen ist wichtig als Basis für Entscheidungsträger und Beteiligte für wissenschaftsgetriebene Optionen in Management und Umweltschutz.

“The impossible missions are the only ones that succeed.” Jacques Cousteau

Luciana Génio

 

*** English Version ***

Das Multinet wird ausgebracht – multinet deployment ©Lisa-Marie Ode

Have you ever wondered how a barnacle can attach itself to a buoy in the middle of the ocean? How did it get there? Where did it come from? Did it swim? How long did it take?

Now think about all the sea creatures that live hundreds to thousands of meters down on the deep seafloor.

Like barnacles, many marine benthic species have complex life cycles that include pelagic larval stages and sessile/sedentary adults. Finding a suitable habitat in a highly heterogeneous seascape could be as challenging as looking for a needle in a haystack. As a deep-sea benthic ecologist, these are among the most vexing research questions waiting to be answered. Larval dispersal is essential for colonization of new habitats and exchange of individuals among sub-populations into functional demographic units, known as population connectivity. Understanding deep-sea connectivity is however limited by knowledge gaps in both the physical and biological processes regulating larval dispersal and settlement. Biological controls of larval dispersal, such as the reproductive effort of adults, which determines the timing and number of larvae in the water column, and also larval development and behaviour, define how larvae interact with the oceanic circulation and influence the timing, distance and trajectory of larvae among habitats. Specific dispersal strategies (feeding pelagic larvae, non-planktotrophic species) combined with hydrographic processes (e.g. density interfaces, benthic storms and tidal oscillations on the seafloor) may significantly affect geographical distribution patterns as well as historical and contemporary rates of connectivity. Therefore, understanding the extent to which marine populations are connected by larval dispersal is vital to comprehend past impacts and future prospects for sustaining biodiversity and preserving deep-sea ecosystems.

Luciana sucht Larven von Wirbellosen nach Multinet- Fang – Luciana searching for invertebrate larvae from multinet haul ©Brian Kieft

Direct observations of larval abundances and distributions in the deep-sea are extremely challenging due to the small size of larvae coupled with haphazard sampling in space and time of a vast and complex fluid environment. Some studies suggest that larvae disperse within a few meters above the bottom. Yet, about a dozen species of deep-sea larvae have been captured in surface waters (0-100 m depth), but we do not know how much time larvae spend there, or where the larvae of any deep-sea species spend their entire larval period. Planktonic larval duration (PLD) has been estimated for only 21 deep-sea species but fewer than half of these are based on direct evidence. On this cruise I am adding experiment sites to a project called LO3CAted to obtain in-situ observations of deep-sea larval occurrences and settlement of microbial and metazoan communities at various bathyal and abyssal depths in open waters of Atlantic and Mediterranean. A newly designed modular device, developed under FixO3-TNA, combines a colonization frame hosting 3 biogenic substrates (wood, bones and oyster shells) with passive larval tube traps. During the MSM61 cruise, larval traps and settlement substrates have been deployed on the GEOMAR lander at Senghor seamount. More of these devices were deployed at CVOO time-series station spread over the main water masses from 400 to 3600 m depth. In addition to the fixed-point long-term observations, multiple depth plankton net tows were also conducted at CVOO and Senghor stations for ground-truthing mesoplancton sampling.


Given the unexplored nature of the deep-sea, trying to test a specific hypothesis regarding deep-sea larvae dispersal is nearly impossible. With a close cooperation between multiple international partners (Aveiro University, NOC, PLOCAN, GEOMAR, INDP, HCMR) this exploration-driven research will advance the general knowledge of connectivity in the deep sea providing data on vertical distributions and settlement of deep-sea larvae along the continental margin of Europe and Northern Africa. This information will be useful to comprehend the resilience of marine organisms and habitats to natural and anthropogenic disturbances, and to inform stakeholders and decision-makers on science-based options for management and conservation.

“The impossible missions are the only ones that succeed.” Jacques Cousteau

Luciana Génio