Colors in the deep – an ode to deep-sea sea cucumbers

Creatures living on the seafloor in the Clarion-Clipperton Zone in the tropical North Pacific at 4100 m depth: (A) sea urchin, (B) sea anemone, (C) deep-sea cold-water coral, (D) glass sponge with starfish on its stalk. Photos: OFOS Team SO295

Deutsche Version siehe unten

Lilian Boehringer, Alfred-Wegener-Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research in Bremerhaven, Germany

The deep sea is generally considered that part of the ocean where little to no light penetrates the water column, approximately below 200 m depth. The average water temperature in the deep sea is about 4°C and continuously dropping with depth. An entirely unhabitable place for us humans.

The creatures living below that depth, however, are very well adapted to their dark and cold surroundings. Here in the middle of the Pacific Ocean we work at 4100-4500 m depth, where it is pitch black, 1-2°C cold and things generally happen veeeery slowly. At the seafloor, food sources are scarce and most of the animals rely on particles that trickle down from the sunlit surface ocean. At or near the seafloor settling particles are quickly taken up by specialized creatures. For example, feather stars or sea anemones catch food floating by with long and hairy arms or tentacles. Or glass sponges, which filter seawater through their pores to trap particles. And then there are mobile creatures such as sea cucumbers, sea urchins or brittle stars freely crawling around in this dark place, always on the lookout for tasty food particles that have fallen on the ocean floor.

Now of course, like in every ecosystem, there are also predators in the deep sea, which take advantage of all other peaceful, detritus-munching creatures. There is a variety of beautiful but deadly looking starfish roaming the seafloor constantly on the hunt for small helpless creatures they can devour. And, have you ever heard of carnivorous sponges? No? Well, they exist. In the deep sea. Looking nothing short of stunning.

Carnivorous sponge (Chondrocladia sp.) at the seafloor in the Clarion-Clipperton Zone in the tropical North Pacific at 4100 m depth. Photo: OFOS Team SO295

Obviously, there are many other crazy cool creatures inhabiting the seafloor at a depth of several kilometers, but listing them all here would maybe turn out a little long and boring. Therefore, I’ve decided to just write about my favorite deep-sea creature from here on: The sea cucumber. (Please don’t stop reading! I promise they are really cool!)

Before writing this blog post, I have browsed the web for other articles about deep-sea creatures and I got the impression that they are usually biased towards fish. I even came across a website stating: “You cannot possibly design a less-interesting animal than a sea cucumber.”

I wholeheartedly disagree!

But before we dive into the greatness of sea cucumbers, I want to tell you a little about my work on board the research vessel SONNE. After all, this is a research cruise blog and you are probably already wondering where those amazing images above come from and how they were taken.

Aboard the research vessel SONNE is a device called OFOS, short for Ocean Floor Observation System. It basically consists of a steel frame with a still camera and a video camera mounted on. Additionally, there are four different light sources in the corner of the frame and a bright flash for capturing still images. The light sources are desperately needed because, as I mentioned before, the deep sea is a very dark place and in order for us to see who is living down there we have to illuminate the seafloor quite a bit. 

The OFOS (Ocean Floor Observation System) waiting for its deployment on the working deck of research vessel SONNE. Photo: Lilian Boehringer

The OFOS is typically lowered over the side of the ship, down to about 1.5 m above the seafloor, and then towed behind SONNE at a leisurely 0.5 knots (that’s less than 1 km/h). The data it records are transmitted to the ship via a glass fiber cable in real time. This means, while the OFOS is dangling around at more than 4000 m depth I sit inside the warm, dry ship and watch the live feed from the seafloor. While the entire dive is taped on a video recorder, the still camera takes a photo every 20 seconds. Three red lasers on the OFOS point to the seafloor at a distance of 40 cm to each other and give a sense of the size of the animals that appear on the screen. The video and still image data will later be used to make inferences about community composition, abundance and densities of creatures living at the seafloor. Combined with information on the seafloor topography, their preferred habitats can be described. This is especially important for our working area during this cruise, where we are investigating the impact of a manganese-nodule-collector test in 2021 on the benthic fauna.

The OFOS office on board SONNE. The left screen shows the video feed, the right one the still image camera live view and settings. On the laptop the OFOS transect is recorded. Photo: Lilian Boehringer

Now, back to the sea cucumbers.

You may have seen images of sea cucumbers inhabiting shallow waters such as coral reefs. Usually, they are black elongate blobs, which I honestly do not find very attractive compared to other, more colorful forms of marine life. But at the seafloor in the deep sea it is an entirely different story. Because – despite the deep sea generally being devoid of the bright colors of a coral reef – sea cucumbers come in astonishing hues, from orange to pink to deep purple.

For you to understand my excitement about sea cucumbers, let me take you on a little journey: 

Imagine you are sitting with me in the OFOS control room. It’s a small room with a lot of screens. The lights are dimmed so that we can fully embrace what shows up on the screens in front of us. At first, we stare at the seemingly endless blue of the ocean illuminated by the powerful light sources of the OFOS. As we get closer to the seafloor, round shapes start to be set apart from the background. At about 5 m above the seafloor they start to evolve into what looks like blackish stones. These are the metal-rich polymetallic nodules. Between the nodules we can see the much lighter muddy seafloor. Now we can already see the three laser points dancing on the seafloor. At 1.5 m distance from the seafloor, we stop the descent of the OFOS. 

We can now clearly recognize the nodules and here and there fragile cold-water corals are attached to them. From another nodule grows a long stalk which terminates into a round white shape. It’s a sponge! Below the sponge a brittle star (a relative of starfish) is trying to find shelter from its predators, but its long arms cannot quite fit behind the slender stalk. Then slowly the OFOS starts to move over the seafloor as the ship is towing it along. We see parts of the seafloor appearing on the left side of the screen and vanishing on the right side. 

Suddenly a trace of life comes into view: small depressions in the sediment twirling around the nodules. They look like tiny footprints. And then, slowly, at the end of the trace, a creature moves onto the computer screen. At first it is dark and fuzzy on the screen. It slowly evolves into a beautiful, pinkish animal, which is partially translucent so that its intestines are shimmering through. We can see that a sort of sail extents from one end of the creature into the water column, looking like it proudly parades its crown around. We know immediately, that we have found it. The most magical creature ever known to exist on the seafloor: a sea cucumber. 

And on this OFOS dive we are super lucky! As a second elongate shape appears on the left-hand side of the screen. This time it’s bright purple and lying rather flat on the seafloor. As the creature moves into the center of the camera where the image is crisper than at the periphery, we can see its textured surface. It barely fits between the laser points, deeming its size to be about 35 cm long. The colors range from a very dark purple on the sides to blue metallic in the middle part of the animal. At the back end of the animal a little pointy skin structure protrudes like a hat out of the creature’s body. Another majestic sea cucumber in vibrant colors – very different from the dark blobs found in coral reefs! 

Before we know it, both sea cucumbers move out of the screen and we are left with a sort of empty feeling. The OFOS had granted us two fun-filled seconds and now we wonder, is there going to be another sea cucumber? Will we be able to appreciate these wonderful creatures one more time? Well, the answer is yes. There are many sea cucumbers, one prettier than the other, silently crawling around in the shadow. To this date, hidden from human eyes. 

But hopefully someday someone just like me will be sitting in front of the computer screen hoping to be blessed with maybe just a glimpse of these breathtaking deep-sea creatures, and now their wish will become true.

So, are you ready to finally see with your own eyes and embrace the full glory and beauty of deep-sea sea cucumbers?

Here you go:

(As a side note, in case you were wondering about the use of such pretty colors in deep-sea animals, the coloration helps them to hide from predators. As there is no natural sun light some animals produce their own light via bioluminescence. Then the reddish or translucent coloration of the sea cucumbers helps them fade into the background, hiding them from potential predators.)

Pinkish translucent sea cucumber (Elpidiidae) in the Clarion-Clipperton Zone in the tropical North Pacific at 4100 m depth. Photo: OFOS Team SO295
Purple and red sea cucumber (Psychropotidae) in the Clarion-Clipperton Zone in the tropical North Pacific at 4100 m depth. Photo: OFOS Team SO295
Purple sea cucumber (Psychropotidae) in the Clarion-Clipperton Zone in the tropical North Pacific at 4100 m depth. Photo: OFOS Team SO295

Deutsche Version

Farben in der Tiefsee – Eine Ode an die Tiefsee-Seegurken

Lilian Boehringer, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven, Deutschland

Nach allgemeiner Auffassung ist die Tiefsee der Teil des Ozeans, in dem nur wenig oder gar kein Licht in die Wassersäule eindringt, also etwa unterhalb von 200 m Tiefe. In dieser Tiefe liegt die durchschnittliche Wassertemperatur bei 4 °C und nimmt mit zunehmender Tiefe kontinuierlich ab. Ein völlig unbewohnbarer Ort für uns Menschen.

Lebewesen, die unterhalb dieser Tiefe leben, sind daher sehr gut an ihre dunkle und kalte Umgebung angepasst. Hier in der Mitte des Pazifiks arbeiten wir in 4100 m Tiefe. Das heißt, es gibt noch weniger Licht, es ist noch kälter und alles geschieht im Allgemeinen sehr langsam. Am Meeresboden sind die Nahrungsquellen knapp und die meisten Tiere sind auf Partikel angewiesen, die die Wassersäule hinunterrieseln. Sobald sich diese in der Nähe des Meeresbodens befinden, werden sie schnell von spezialisierten Lebewesen aufgenommen. So fangen zum Beispiel Federsterne oder Seeanemonen diese Partikel mit langen haarigen Armen oder Tentakeln aus der Wassersäule auf. Glasschwämme hingegen filtern Wasser durch ihre Poren und fangen so die Partikel darin ein. Schließlich gibt es noch mobile Lebewesen, wie Seegurken, Seeigel oder Schlangensterne, die sich frei in diesem dunklen Raum bewegen – immer auf der Suche nach dem nächsten schmackhaften Nahrungspartikelchen.

Verschiedene Lebewesen am Meeresboden in der Clarion-Clipperton Zone im tropischen Nordpazifik in 4100 m Tiefe: (A) Seeigel, (B) Seeanemone, (C) Tiefseekaltwasserkoralle, (D) Glasschwamm mit einem Seestern an seinem Stiel. Fotos: OFOS Team SO295

Natürlich gibt es auch in der Tiefsee, wie überall auf der Welt, Raubtiere, die es auf alle anderen friedlich vor sich hin fressenden Lebewesen, abgesehen haben. Es gibt eine Vielzahl von schönen, aber tödlich aussehenden Seesternen, die den Meeresboden durchstreifen und ständig auf der Jagd nach kleinen, hilflosen Lebewesen sind, die sie verschlingen können. Und hast Du schon einmal von fleischfressenden Schwämmen gehört? Nein? Nun, es gibt sie. In der Tiefsee. Und sie sehen unfassbar cool aus.

Ein fleischfressender Schwamm (Chondrocladia sp.) auf dem Meeresboden in 4100 m Tiefe in der Clarion-Clipperton Zone im tropischen Nordpazifik. Foto: OFOS Team SO295

Natürlich gibt es noch viele andere skurrile Kreaturen, die den Meeresboden in 4100 m Tiefe bevölkern – aber sie hier alle aufzuzählen, würde vielleicht ein bisschen langweilig werden. Deshalb habe ich beschlossen, von nun an nur noch über meine Lieblings-Tiefseekreatur zu schreiben: Die Seegurke. (Bitte nicht aufhören zu lesen! Seegurken sind wirklich spannend!)

Ich habe im Internet nach anderen Blogbeiträgen oder Artikeln über Lebewesen in der Tiefsee gesucht. Hierbei beschlich mich zunehmend das Gefühl, dass diese in der Regel etwas Fisch-lastig sind. Als Krönung bin ich sogar auf eine Website gestoßen, auf der steht: “Man kann unmöglich ein uninteressanteres Tier als eine Seegurke entwerfen”.

Da bin ich ganz und gar anderer Meinung!

Aber bevor wir uns mit den Seegurken beschäftigen, möchte ich ein wenig über meine Arbeit an Bord des Forschungsschiffs SONNE erzählen. Schließlich handelt es sich hierbei um einen Blog über eine Forschungsexpedition. Bestimmt hast Du Dich auch schon gefragt, woher diese wunderschönen Bilder oben stammen und wie sie aufgenommen wurden.

An Bord des Forschungsschiffs SONNE befindet sich ein Gerät namens OFOS, kurz für Ocean Floor Observation System. Es besteht im Wesentlichen aus einem Stahlrahmen, auf dem eine Fotokamera und eine Videokamera montiert sind. Zusätzlich projizieren Laserpointer drei Punkte in einem Abstand von 40 cm auf den Meeresboden, die als Messskala verwendet werden können. In den Ecken des Stahlrahmens befinden sich vier verschiedene Lichtquellen und ein zusätzlicher Blitz für die Fotokamera. All diese Lichtquellen werden dringend benötigt, denn, wie ich bereits erwähnt habe, ist die Tiefsee ein sehr dunkler Ort. Damit wir sehen können, was dort unten vor sich geht, müssen wir die Umgebung ziemlich gut beleuchten.

Das OFOS (Ocean Floor Observation System) an Bord des Forschungsschiffs SONNE. Foto: L. Boehringer

Das OFOS wird in der Regel über die Seite des Schiffes auf den Meeresboden herabgelassen und dann an einem Glasfaserkabel hinter dem Schiff hergeschleppt. Mit Hilfe des Kabels ist es möglich, Daten in Echtzeit an die FS SONNE zu übertragen. Das bedeutet, dass ich im warmen und trockenen Schiff sitzen kann, während das OFOS in 4100 m Tiefe baumelt und eine Live-Übertragung des Meeresbodens liefert. Während der gesamte Tauchgang auf einem Videorecorder aufgezeichnet wird, macht die Fotokamera alle 20 Sekunden ein Foto. Diese Bild- und Videodaten werden dann verwendet, um Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften, die Häufigkeit und die Dichte der am Meeresboden lebenden Lebewesen zu ziehen. In Kombination mit kleinräumigen bathymetrischen Daten kann ihr Lebensraum und genauer die Heterogenität des Lebensraums beschrieben werden. Dies ist in diesem Gebiet besonders wichtig, denn wir wollen hier in der Tiefsee unter anderem untersuchen, wie sich der Manganknollenabbau-Test, welcher während der Forschungsfahrt MANGAN 21 (2021) durchgeführt wurde, auf die benthische Lebensgemeinschaft auswirkt.

Das OFOS Büro an Bord der SONNE. Der linke Bildschirm zeigt das Live-Video vom Meeresboden. Der rechte Bildschirm zeigt die Fotos und die Kameraeinstellungen. Auf dem Laptop wird der mit OFOS abgefahrene Weg protokolliert. Foto: Lilian. Boehringer

Nun zurück zu den Seegurken.

Vielleicht hast Du schonmal Bilder von Seegurken im flachen Wasser gesehen. Die Seegurken dort sind meistens schwarze längliche Formen. Um ehrlich zu sein, fallen mir zahlreiche andere Beispiele ein, die im Flachwasser mehr Anziehungskraft auf den Forscher ausüben. Aber hier sollten wir kein vorschnelles Urteil fällen, denn am Meeresboden in der Tiefsee sieht die Sache anders aus! Auch wenn die Tiefsee generell nicht so bunt, wie ein Korallenriff daherkommt – Tiefsee-Seegurken bringen erstaunlich farbenfrohe Tupfer auf den Meeresboden, von Orange bis Rosa und einem kräftigen Lila.

Damit Du meine Begeisterung für Seegurken verstehst, lass mich Dich auf eine kleine Reise mitnehmen:

Stell Dir vor, Du sitzt mit mir im OFOS-Kontrollraum. Es ist ein kleiner Raum mit Bildschirmen ringsherum. Das Licht ist gedämpft, so dass wir alles in vollem Umfang wahrnehmen können, was auf dem Bildschirm vor uns zu sehen ist. Wir starren in das scheinbar endlose Blau des Ozeans, das von den starken Lichtquellen des OFOS zumindest wenige Meter weit beleuchtet wird. Je näher wir dem Meeresboden kommen, desto mehr heben sich runde Formen vom Hintergrund ab. In etwa 5 m Entfernung vom Meeresboden beginnen sich die runden Formen in etwas zu verwandeln, was wie eine Ansammlung von schwärzlichen Steinen aussieht. In Wirklichkeit handelt es sich hierbei um Manganknollen. Zwischen diesen Knollen sehen wir den helleren schlammigen Meeresboden, der sich kontrastreich abhebt. 

Jetzt können wir bereits die drei Laserpunkte auf dem Meeresboden tanzen sehen. In 1,5 m Entfernung vom Meeresboden stoppen wir das Abtauchen des OFOS. Die Knollen sind nun deutlich zu erkennen und wir sehen, dass auf einigen von ihnen kleine Kaltwasserkorallen sitzen. Auf einer dieser Knollen befindet sich ein langer Stiel, an dessen Ende sich eine runde weiße Form befindet. Es ist ein Schwamm! Unterhalb des Schwamms versucht ein Schlangenstern Schutz vor Fressfeinden zu finden, allerdings mag ihm das nicht so recht gelingen, denn seine langen Arme passen nicht ganz hinter den schmalen Stiel. Zögerlich beginnt sich das OFOS langsam über den Meeresboden zu bewegen, mitgeschleppt durch das langsame Fahren des Schiffes. Wir können sehen, wie Teile des Meeresbodens auf der linken Seite des Bildschirms auftauchen und schließlich auf der rechten Seite wieder verschwinden. 

Plötzlich sehen wir eine Spur. Kleine Vertiefungen im Sediment, die sich um die Knollen winden. Sie sehen aus wie winzige Fußabdrücke. Und dann, ganz langsam, bewegt sich am Ende der Spur ein Wesen auf dem Computerbildschirm. Zunächst kann man nur eine längliche Körperform in einer schönen Farbe sehen. Es ist rosafarben und teilweise transparent, sodass der Darm durchschimmert. Wir können sehen, dass eine Art Segel von einem Ende des Wesens in die Wassersäule ragt. Es sieht aus, als würde es seine Krone stolz zur Schau stellen. Wir wissen sofort, dass wir es gefunden haben. Die magischste Kreatur, die jemals auf dem Meeresboden existiert hat. Eine Seegurke. 

Und an diesem Tag haben wir Glück, denn eine zweite längliche Form beginnt sich in unser Blickfeld zu schieben. Diese ist lila und liegt ganz flach auf dem Meeresboden. Durch die Kamera können wir ihre strukturierte Oberfläche erkennen. Dieses Exemplar passt gerade noch zwischen die Laserpunkte, weshalb sich seine Größe auf etwa 35 cm Länge schätzten lässt. Seine Färbung reicht von einem sehr dunklen Violett an den Seiten bis zu einem metallischen Blau im mittleren Teil des Tieres. Am hinteren Ende des Tieres befindet sich eine kleine spitze Hautstruktur, die wie ein Hut aus dem Körper des Tieres herausragt. Eine weitere wahrhaftig majestätische Seegurke! In dieser kurzen Zeit haben wir zwei wunderschöne Seegurken gesehen, beide leuchtend farbenfroh, aber mit sehr unterschiedlichen Färbungen. 

Ehe wir uns versehen, verschwinden beide Seegurken vom Bildschirm und wir bleiben mit einem Gefühl der Leere zurück. Das OFOS hat uns zwei vergnügliche Sekunden beschert, und jetzt fragen wir uns: Wird es noch eine weitere Seegurke geben? Werden wir diese wunderbaren Kreaturen ein weiteres Mal zu Gesicht bekommen? Nun, die Antwort lautet: ja! Es gibt viele Seegurken, eine schöner als die andere, die im Schutz der Schatten auf dem Meeresboden herumkriechen. Bis heute bleiben sie bedauerlicherweise den meisten menschlichen Augen verborgen. Aber hoffentlich sitzt eines Tages jemand, wie wir, vor seinem Computerbildschirm und hofft, dass er vielleicht einen Blick auf diese atemberaubenden Tiefseewesen erhaschen kann – und sein Wunsch wird hiermit in Erfüllung gehen.

Bist Du bereit, endlich mit eigenen Augen die ganze Pracht und Schönheit der Tiefseegurken zu bewundern?

Hier sind sie:

(Nebenbei bemerkt, falls Du Dich über die Verwendung solch hübscher Farben bei Tiefseetieren wunderst: Die Färbung hilft ihnen, sich vor Raubtieren zu verstecken. Da es kein natürliches Sonnenlicht gibt, erzeugen einige Tiere ihr eigenes Licht durch Biolumineszenz. Die rötliche oder durchscheinende Färbung der Seegurken hilft ihnen dabei, mit dem Hintergrund zu verschmelzen und sich so vor potenziellen Fressfeinden zu verstecken).

Rosa-transparente Tiefsee-Seegurke (Elpidiidae) in der Clarion-Clipperton Zone im tropischen Nordpazifik in 4100 m Tiefe. Foto: OFOS Team SO295
Rotviolette Tiefsee-Seegurke (Psychropotidae) in der Clarion-Clipperton Zone im tropischen Nordpazifik in 4100 m Tiefe. Foto: OFOS Team SO295
Violette Tiefsee-Seegurke (Psychropotidae) in der Clarion-Clipperton Zone im tropischen Nordpazifik in 4100 m Tiefe. Foto: OFOS Team SO295

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