Wissenschaftler entdecken tiefsten und größten Wal-Friedhof im Indischen Ozean mit 5,3 Millionen Jahre alten Fossilien

Eine beispiellose Entdeckung unter Wasser

In den stockfinsteren Tiefen des südöstlichen Indischen Ozeans hat ein von China geleitetes Forschungsteam eine Sensation entdeckt, die Meereswissenschaftler weltweit verblüfft. Mithilfe des bemannten Tauchboots Fendouzhe, das bis in 11.000 Meter Tiefe vordringen kann, kartierten die Forscher einen riesigen Unterwasserfriedhof mit den Überresten von Hunderten Walen. Einige davon liegen seit mehr als fünf Millionen Jahren auf dem Meeresboden. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Entdeckung ist die tiefste, älteste und ausgedehnteste Walnekropole, die jemals auf der Erde dokumentiert wurde.

Die Expedition fand zwischen Februar und März 2023 statt. Das Forschungsschiff Tan Suo Yi Hao erkundete damals die Diamantina-Zone, eine abgelegene Bruchzone mit unterseeischen Rücken und Gräben, rund 1.600 Kilometer westlich von Australien. Bei einem ersten Tauchgang in den Dordrecht-Tiefseegraben stießen die Wissenschaftler in 7.002 Metern Tiefe auf Wal-Fossilien. Aus dieser rätselhaften Beobachtung wurde rasch eine einmonatige Untersuchung mit 32 weiteren Tauchgängen. Schließlich katalogisierte das Team 485 Fundstellen mit Wal-Fossilien und aktive Walstürze, die sich über eine außergewöhnlich weite Strecke des Meeresbodens erstrecken.

Xiaotong Peng, stellvertretender Direktor des Instituts für Tiefseewissenschaft und -technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Hauptautor der Studie, zeigte sich angesichts des Ausmaßes des Fundes zutiefst überrascht. Die Forscher wollten ursprünglich die Artenvielfalt, Ökosysteme, Verschmutzung und geologischen Prozesse in der Hadalzone untersuchen, den tiefsten Bereichen des Ozeans zwischen 6.000 und 11.000 Metern. Stattdessen stießen sie auf ein Fossilienarchiv von bisher unbekanntem Ausmaß.

Eine Nekropole dieser Größenordnung zu entdecken, war völlig unerwartet. Ausdehnung, Tiefe und Altersspanne übertrafen alles, was wir uns vorgestellt hatten.

Die Entdeckung hat in der Wissenschaft für Begeisterung gesorgt. Forscher vergleichen ihre Bedeutung mit früheren wegweisenden Funden wie der Entdeckung der ersten hydrothermalen Quellen im Jahr 1977. Die schiere Zahl der Überreste dürfte unser Verständnis der Tiefseeökologie und der Evolution der Wale über geologische Zeiträume hinweg grundlegend verändern.

Ein Friedhof, der sich über den Abgrund erstreckt

Die neu entdeckte Nekropole erstreckt sich über rund 1.200 Kilometer entlang des Meeresbodens. Sie ist damit keine örtlich begrenzte Besonderheit, sondern ein weitläufiger paläontologischer Korridor. Die Fundstelle liegt in Tiefen zwischen 4.200 und 7.002 Metern und reicht weit über die Grenze der Hadalzone hinaus, die 6.000 Meter unter der Oberfläche beginnt. Bisherige Nachweise von Walstürzen beschränkten sich größtenteils auf Tiefen von weniger als 4.000 Metern. Das tiefste bekannte Beispiel lag vor dieser Entdeckung in 4.204 Metern Tiefe. Die Funde in der Diamantina-Zone erweitern den bekannten Tiefenbereich dieser Ökosysteme um mehr als 2.500 Meter und belegen einen der tiefsten bekannten Lebensräume für Walstürze im Ozean.

Die Forscher identifizierten 476 fossile Walüberreste sowie fünf erst kürzlich verendete Kadaver in fortgeschrittenem Verwesungsstadium. Auf Grundlage systematischer Hochrechnungen aus den Erhebungsdaten schätzt das Team, dass es in dem Gebiet pro Quadratkilometer sieben bis acht frische Kadaver und etwa 750 Fossilien geben könnte. Hochrechnungen zufolge könnten in der gesamten Region mehr als zehn Millionen Walkadaver verstreut liegen. Sie binden schätzungsweise 6,7 Millionen Tonnen Kohlenstoff, der weiterhin das Leben in der Tiefsee antreibt.

Nick Pyenson, Kurator für fossile Meeressäugetiere am National Museum of Natural History der Smithsonian Institution, äußerte sich zum außergewöhnlichen Ausmaß der Fundstelle.

Sie erstreckt sich über mehr als 1.200 Kilometer. Das ist kaum zu glauben.

Jon Copley, Professor für Meeresforschung an der University of Southampton, sagte, es sei eine echte Überraschung gewesen, fast 800 Skelette pro Quadratkilometer zu finden. Walstürze dienten normalerweise als isolierte Lebensräume für Tiefseetiere. Diese Häufung deute jedoch auf besondere geografische und ozeanografische Bedingungen in der Region hin. Stephen J Godfrey vom Calvert Marine Museum bezeichnete den Friedhof als wirklich einzigartige Entdeckung. Die Studie erinnere ihn, schrieb er, an einen Trailer für den ersten Teil einer epischen Filmreihe.

Leben nach dem Tod in der Tiefsee

Wenn ein Wal stirbt und auf den Meeresboden sinkt, setzt sein Körper eines der bemerkenswertesten ökologischen Phänomene der Meeresbiologie in Gang. Ein solcher Walsturz wird in einer Umgebung, in der Nahrung sonst knapp ist, zu einer Oase des Lebens. Zu der Entdeckung in der Diamantina-Zone gehören fünf aktive Walstürze, an denen zahlreiche Organismen leben, die vollständig von den verwesenden Überresten abhängig sind. Diese Fundstellen befinden sich in der sulfophilen Phase: Bakterien bauen Lipide in den Knochen ab und setzen Schwefelverbindungen frei, die spezialisierte Gemeinschaften wirbelloser Tiere ernähren.

Das Forschungsteam beobachtete dichte, weißliche Mikrobenmatten auf den Knochen sowie knochenbohrende Osedax-Würmer, Schlangensterne, Quallen, Muscheln, Krebstiere und Nesseltiere. Viele dieser Lebewesen könnten Arten angehören, die der Wissenschaft bislang unbekannt sind. Die Dichte mancher Organismen erreichte bis zu 2.800 Tiere pro Quadratmeter. So entstanden lebendige Ökosysteme auf einem ansonsten dunklen und kalten Meeresboden. Peng Zhou, Tiefseegeologe an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, beschrieb, wie es war, diese Lebensgemeinschaften mit eigenen Augen zu sehen.

Die vielfältigen Ökosysteme, die wir sahen, eröffneten eine völlig neue Perspektive auf diesen ansonsten dunklen und kalten Meeresboden.

Walstürze durchlaufen vier bekannte Phasen. Zunächst fressen große Aasfresser wie Schleimaale und Schlafhaie über mehrere Monate das Weichgewebe. In der zweiten, der Anreicherungsphase, besiedeln kleinere Organismen über einen Zeitraum von Jahren die Knochen und das umliegende Sediment. In der dritten Phase, der sulfophilen Phase, zersetzen Bakterien Fette in den Knochen. Dabei entstehen chemische Verbindungen, die über Jahrzehnte Muscheln, Würmer und andere chemosynthetische Organismen ernähren. Sind schließlich alle organischen Stoffe aufgebraucht, dienen die blanken Knochen als Riff für Filtrierer wie Schwämme und Seeanemonen.

Giovanni Bianucci, Paläontologe an der Universität Pisa und Mitautor der Studie, hob die biologische Bedeutung dieser extremen Lebensgemeinschaften hervor.

Diese Entdeckung zeigt, dass in diesen extremen und unerforschten Lebensräumen Arten und Ökosysteme vorkommen, die der Wissenschaft noch unbekannt sind. Wir sind daher noch weit davon entfernt, die tatsächliche Artenvielfalt unseres Planeten zu verstehen.

Fossilien, die die Evolutionsgeschichte neu schreiben

Unter den 43 fossilen Exemplaren, die das Tauchboot Fendouzhe mit Roboterarmen barg, identifizierten die Forscher Überreste von fünf Schnabelwalarten und einer Bartenwalart. Die Fossilien waren zwischen etwa 120.000 und 5,26 Millionen Jahre alt. Eine Strontium-Isotopenanalyse der Knochen bestätigte, dass es in dieser Region mindestens seit dem frühen Pliozän Walstürze gibt. Dieser Zeitraum eröffnet einen kontinuierlichen Einblick in die mehrere Millionen Jahre umfassende Geschichte der Wale.

Das älteste Fossil stammte von einem ausgestorbenen Schnabelwal der Gattung Pterocetus und war etwa 5,3 Millionen Jahre alt. Ein weiterer bedeutender Fund gehörte einer völlig neuen Art, die die Forscher zu Ehren der Fundstätte offiziell Pterocetus diamantinae nannten. Giovanni Bianucci zufolge unterschieden sich die Schädelfragmente anatomisch deutlich genug von bekannten Arten, um die neue Einordnung zu rechtfertigen. Die Entdeckung erweitert unser Verständnis der Evolutionsgeschichte der Schnabelwale und trägt dazu bei, zu klären, wie sich diese hoch spezialisierte Gruppe über Millionen von Jahren entwickelte.

Das Fossilienarchiv umfasste neben ausgestorbenen Arten auch Überreste heute lebender Schnabelwale, darunter die Andrews-Schnabelwale und den Gürtelfischzahnwal. Das zeigt, dass bestimmte Entwicklungslinien diese tiefen Gewässer schon seit Millionen von Jahren besiedeln. Zwischen den überwiegend von Schnabelwalen stammenden Funden wurde außerdem ein einzelnes Fossil eines Bartenwals geborgen, das einem Seiwal zugeordnet wurde.

Der größte entdeckte frische Kadaver war ein fünf Meter langer Zwergwal, der in 5.610 Metern Tiefe gefunden wurde. Dieser Fund war besonders bemerkenswert, weil Zwergwale Filtrierer sind, die sich normalerweise in geringeren Tiefen ernähren, während Schnabelwale in der Tiefe nach Beute jagen. Dass unter den Überresten sowohl Arten, die in geringeren Tiefen tauchen, als auch Tieftaucher vertreten sind, gibt den Wissenschaftlern noch Rätsel auf. Craig Smith, ein Walsturz-Experte an der University of Hawaii, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die dokumentierte große Zahl fossiler Walstürze als wirklich erstaunlich und als äußerst wichtig für das Verständnis der Evolution und Verbreitung von Walen über geologische Zeiträume hinweg.

Warum sammelten sich hier so viele Wale?

Die außergewöhnliche Konzentration von Walüberresten in der Diamantina-Zone wirft die spannende Frage auf, wie dieser Friedhof entstanden ist. Die Forscher vermuten, dass eine Kombination geografischer, ozeanografischer und biologischer Faktoren über Millionen von Jahren ideale Bedingungen für die Ansammlung von Kadavern schuf. Die Diamantina-Bruchzone selbst entstand vor 60 bis 50 Millionen Jahren, als sich die Kontinente Australien und Antarktika voneinander trennten. Dabei entstand eine komplexe Landschaft aus Rücken und Gräben, die später Meeresströmungen und Wanderungsrouten beeinflusste.

Die V-förmige Topografie der Zone scheint wie ein natürlicher Trichter zu wirken, der absinkende tote Wale zum Boden des Grabens lenkt. Dieses geologische Merkmal verhindert vermutlich, dass die Kadaver abgetrieben werden, und konzentriert sie stattdessen an bestimmten Stellen, wo sie verschüttet und konserviert werden können. Die Topografie allein erklärt jedoch nicht die schiere Zahl der Überreste.

Das Gebiet dient wahrscheinlich sowohl als Wanderungskorridor als auch als ergiebiger Nahrungsraum. Filtrierer wie antarktische Zwergwale könnten während ihrer saisonalen Wanderungen durch die Region ziehen, während tief tauchende Schnabelwale in den umliegenden Gewässern nach Kalmaren jagen. Einige Forscher vermuten, dass Schnabelwale bei extrem tiefen Tauchgängen in dieser Region an ihre physiologischen Grenzen stoßen und dadurch einem erhöhten Risiko tödlicher Erschöpfung oder einer Dekompressionskrankheit ausgesetzt sind. Xikun Song, Meeresbiologe mit Schwerpunkt auf Artenvielfalt an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erklärte, dass Schnabelwale bei Tauchgängen in mehr als 3.000 Meter Tiefe körperlichen Belastungen ausgesetzt sein könnten, die tödlich enden.

Jon Copley vermutete, dass die Nekropole wohl deshalb entstanden ist, weil das Gebiet auf einer Wanderungsroute von Filtrierern liegt und zugleich ein Jagdgebiet für Schnabelwale ist. Bei der Jagd in der Bruchzone könnten diese Räuber beim Tauchen bis dicht an ihre körperlichen Grenzen gehen und gelegentlich nicht mehr an die Oberfläche zurückkehren. Die Kombination aus regelmäßigem Durchzug und gefährlichen Jagdbedingungen könnte über geologische Zeiträume hinweg ideale Voraussetzungen für eine massenhafte Ansammlung geschaffen haben.

Das Geheimnis der fünf Millionen Jahre langen Erhaltung

Knochen auf dem Meeresboden zu finden, ist nicht ungewöhnlich. Fossilien zu entdecken, die mehr als fünf Millionen Jahre unversehrt geblieben sind, setzt jedoch außergewöhnliche Bedingungen voraus. In der Diamantina-Zone kommen seltene Faktoren zusammen, die die Überreste vor den üblichen Abbau- und Zerstörungsprozessen bewahrt haben. Der wichtigste Faktor ist die besondere Anatomie der Schnabelwale selbst. Diese Tiere haben außerordentlich dichte Rostren, also Schnauzenknochen, die reich an Mineralien und gegen Verwitterung widerstandsfähig sind. Xiaotong Peng verglich diese Knochendichte mit einer Panzerung. Die dichte Struktur mache die Knochen für knochenbohrende Organismen weniger attraktiv und widerstandsfähiger gegen den extremen Druck, sagte er.

Auch die Umweltbedingungen in der Diamantina-Zone spielen eine entscheidende Rolle. Die Sedimentationsraten sind dort außerordentlich niedrig: In den vergangenen fünf Millionen Jahren lagerten sich pro tausend Jahre nur 0,05 bis 0,55 Millimeter Material ab. Deshalb wurden die Fossilien nicht rasch von Sediment bedeckt, das sie hätte zerdrücken oder verdecken können. Stattdessen blieben sie lange genug freiliegend, um schützende Überzüge aus Eisen-Mangan-Oxiden zu entwickeln, die die Knochen gegenüber ihrer Umgebung abschirmen und natürliche Sarkophage bilden.

Auch die Tiefseeumgebung selbst trägt zur Erhaltung bei. Niedrige Temperaturen und stabile chemische Bedingungen halten physikalische und chemische Verwitterung in Grenzen. Da Temperaturschwankungen und Veränderungen der chemischen Bedingungen wie in flacheren Gewässern ausbleiben, werden die Knochen kaum abgetragen. So blieben die Fossilien mehr als fünf Millionen Jahre lang davor bewahrt, gefressen oder aufgelöst zu werden. Sie bilden ein kontinuierliches Zeugnis von Leben und Tod der Wale, das bis ins Pliozän zurückreicht.

Was die Entdeckung für Wissenschaft und Naturschutz bedeutet

Die Diamantina-Nekropole ist nicht nur ein paläontologischer Schatz, sondern hat auch große Bedeutung für das Verständnis der Tiefsee-Artenvielfalt und der Evolution. Die Autoren der Studie schrieben, ihre Ergebnisse veränderten das Verständnis der Grenzen und der Biogeografie von Walsturz-Ökosystemen. Der Nachweis, dass solche Lebensgemeinschaften in Tiefen von mehr als 6.700 Metern gedeihen können, erweitert die bekannten Umweltgrenzen chemosynthetischen Lebens. Zugleich deutet er darauf hin, dass ähnliche verborgene Archive weltweit in der Tiefsee verbreitet sein könnten.

Walstürze scheinen als evolutionäre Hotspots und biogeografische Trittsteine für sulfidgebundene Lebewesen zu dienen. Möglicherweise verbinden sie weit voneinander entfernte Tiefseegemeinschaften, die sonst isoliert blieben. Einige der an der Fundstelle beobachteten Tiere leben auch an hydrothermalen Quellen und kalten Quellen. Das deutet darauf hin, dass Walkadaver diese unterschiedlichen Ökosysteme über große Entfernungen miteinander verbinden könnten. Der in den geschätzten Millionen Kadavern gebundene Kohlenstoff, insgesamt rund 6,7 Millionen Tonnen, unterstreicht die Rolle von Walstürzen im Kohlenstoffkreislauf der Tiefsee.

Die Entdeckung wirft auch wichtige Fragen zum Naturschutz auf. Xikun Song wies darauf hin, dass Tiefseegräben trotz ihrer extremen Tiefe zunehmend durch Verschmutzung und menschliche Aktivitäten bedroht seien. Zum Schutz der letzten unerforschten Bereiche unseres Planeten und ihres einzigartigen evolutionären Erbes sollten Meeresschutzgebiete in Grabensystemen eingerichtet werden, argumentierte er. Professor Peng vermutete, dass ähnliche Walnekropolen auch in anderen Lebensräumen vorkommen, die für Schnabelwale wichtig sind. Künftige Expeditionen könnten daher weitere Fundstätten von vergleichbarer Bedeutung entdecken.

Da vermutlich noch viele neue Arten auf ihre Beschreibung warten und weitere Fossilien unter dem Sediment verborgen sein könnten, hat sich die Diamantina-Zone als eine der bedeutendsten Meeresentdeckungen der vergangenen Jahrzehnte etabliert. Die Forscher erwarten, dass weitere Erkundungen dieses Unterwasserarchivs neue Erkenntnisse über vergangene Klimaverhältnisse, veränderte Meeresströmungen und die langfristige Evolution der Meeressäugetiere über gewaltige Zeiträume liefern werden.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Chinesische Forscher entdeckten in der Diamantina-Zone im Indischen Ozean einen riesigen Wal-Friedhof, der sich über 1.200 Kilometer erstreckt und bis in 7.002 Meter Tiefe reicht.
• Die Fundstelle umfasst 485 Fundorte mit Wal-Fossilien und aktive Walstürze. Die Überreste sind mindestens 5,3 Millionen Jahre alt und reichen bis ins frühe Pliozän zurück.
• Fünf aktive Walstürze beherbergen vielfältige Tiefseegemeinschaften, darunter knochenfressende Würmer, Schlangensterne und Weichtiere. Viele davon könnten neuen Arten angehören.
• Die Forscher identifizierten eine neue ausgestorbene Schnabelwalart, Pterocetus diamantinae, sowie Fossilien ausgestorbener und heute lebender Walgruppen.
• Die hohe Konzentration der Überreste geht wahrscheinlich auf die V-förmige Topografie zurück, die Kadaver bündelt. Zudem dient das Gebiet als Wanderungskorridor und als Jagdgebiet in der Tiefe.
• Die außergewöhnliche Erhaltung beruht auf den besonders dichten Wal-Knochen, der geringen Sedimentation, den Überzügen aus Eisen-Mangan-Oxiden und den stabilen Bedingungen in der Tiefsee.
• Die Funde erweitern den bekannten Tiefenbereich von Walsturz-Ökosystemen um mehr als 2.500 Meter und zeigen, dass Tiefseeböden wichtige Archive für die Erforschung der Evolution der Wale sind.