Höhlenforschung: Highlights aus der Unterwelt

Jüngst entdeckte ein österreichisches Expeditionsteam im Toten Gebirge das größte Höhlensystem der EU. Aus purer Abenteuerlust pirschen Forscher jedoch nicht durch die obskure Welt im Berginneren: Sie liefern wichtige Daten und öffnen Fenster in die Vergangenheit der Erde.

Wenn Clemens Tenreiter zu einer seiner Touren aufbricht, verstaut er stets eine Reihe spezieller Utensilien im Rucksack. Neben Schlafsack und Benzinkocher packt er Lampen und einen Kompass, Papier und Schreibgerät, belastungsfähige Seile und eine Bohrmaschine ein. Letztere benötigt Tenreiter, der als Bergsteiger, Eiskletterer, Bergretter und Höhlenforscher tätig ist, um Verankerungen im Fels zu fixieren, an denen er sich in tiefe Bergschächte abseilt.

Seit vorigem Jahr erkundet Tenreiter ein besonders anspruchsvolles Geflecht aus unterirdischen Gängen und verzweigten, sich durch subterrane Gesteinsmassen schlängelnden Röhren: das Feuertal-Höhlensystem im Toten Gebirge. Manch ein Schacht in dem Berg ist gut 200 Meter tief, einige Engstellen weisen indes einen Durchmesser von kaum mehr als 30 Zentimetern auf. In solchen Fällen nimmt Tenreiter seinen Helm ab und behält nur die nötigste Kleidung an, um sich, einen Arm nach vorn gestreckt, hindurchzwängen zu können.

Im Verlauf mehrerer Wochen stieß Tenreiter diesen Sommer bei seinen Biwaktouren immer wieder ins Feuertal vor. Gemeinsam mit zwei Kollegen blieb er stets zwei bis vier Tage in der Höhle, um neue Abschnitte darin aufzuspüren. Die Männer legten keinen Meter zurück, ohne ihre Messinstrumente zur Hand zu nehmen: Mit Maßband, Neigungsmesser und Kompass bestimmten sie die jeweilige Position, notierten die Koordinaten und übertrugen sie später auf der Hütte in einen Höhlenplan am Laptop. Zur Bestimmung von Gesteinsproben träufelten sie siebenprozentige Salzsäure auf den Fels.

Am Freitag, dem 3. August, gegen 15.00 Uhr glückte dem dreiköpfigen Team eine Entdeckung, die Höhlenforschern durchaus als Sensation gilt: Durch enge Spalten drangen die Männer in den so genannten „Satansgang“ vor – und der gehört zu einem anderen unterirdischen Labyrinth mit beachtlichen Dimensionen: zur 86 Kilometer langen Raucherkarhöhle. Bald konnten die Höhlenkundler eine Meldung an die Nachrichtenagenturen absetzen: „Österreich besitzt längste Höhle der EU.“ Denn aufgrund der Entdeckung des Verbindungsstücks konnte man die Abmessungen von Feuertal- und Raucherkarhöhle addieren – zum nunmehr 120 Kilometer umfassenden und sich über drei Etagen mit 34 Eingängen erstreckenden „Schönbergsystem“, wie die gewaltige Höhle im Grenzgebiet zwischen Oberösterreich und Steiermark inzwischen getauft wurde.

Unbekannte Welt. Mit bloßer Abenteuerlust haben Expeditionen, wie Tenreiter sie unternimmt, wenig zu tun. Zum einen liefern die Höhlenkundler permanent neue Daten über die finstersten und entlegensten Winkel im Bauch der Berge. „Eines unserer Ziele ist die Dokumentation“, sagt Maximilian Wimmer, Obmann des oberösterreichischen Landesvereins für Höhlenkunde. Denn weder sind die bisher katalogisierten Höhlen ausgelotet, noch ist überhaupt die Zahl der existierenden Höhlen bekannt: Knapp 15.000 solcher unterirdischen Formationen mit zusammen mehr als 2000 Kilometer Länge gibt es nach derzeitigem Stand allein in Österreich. Vor zwei Jahren war man noch von rund 13.000 österreichischen Höhlen ausgegangen. Und auch deren Dimensionen müssen oftmals korrigert werden. So ist Tenreiter überzeugt, dass sich das Schönbergsystem im Zuge weiterer Touren „noch um einiges vergrößern wird“.

„Weiters vergleichen wir die erfassten Daten mit denen anderer Höhlen“, berichtet Wimmer. „Wir wollen wissen, ob es Parallelen gibt oder ob jede Höhle ihre eigene Charakterisitik aufweist.“ Dies etwa in Bezug auf Parameter wie Luftfeuchtigkeit – die freilich häufig nahezu gegen 100 Prozent tendiert – oder die herrschende Temperatur. Im Inneren des Schönbergsystems liegt diese bei minus 0,5 bis plus 2,5 Grad Celsius. Schließlich bilden Höhlenkundler gleichsam die Vorhut für eine Reihe wissenschaftlicher Disziplinen, deren Vertreter weder die finanziellen Ressourcen noch oftmals die körperliche Kondition hätten, um selbst kilometerweit in Höhlen zu klettern und wochenlang Forschungen vor Ort durchzuführen. „Der Kontakt zu Höhlenkundlern ist enorm wichtig“, sagt Erhard Christian, Zoologe an der Wiener Universität für Bodenkultur mit Fokus auf die Höhlenfauna. „Sie liefern wertvolle Daten.“

Zwar stammen aus Österreichs Höhlen – zumindest auf den ersten Blick – nicht unbedingt so spektakuläre Funde, wie sie internationale Forscher immer wieder vermelden. So berichteten im vergangenen Jänner Wissenschafter aus den USA und Australien, in drei südaustralischen Höhlen außergewöhnlich gut erhaltene Überreste von mehr als 70 Tierarten entdeckt zu haben, die vor mehr als 100.000 Jahren lebten. Drei Monate zuvor hatten Archäologen bekannt gegeben, in einer Höhle in Westfrankreich auf Steinzeitmalereien gestoßen zu sein, die qualitativ durchaus mit den berühmten Tierbildern in der ebenfalls französischen Lascaux-Höhle vergleichbar seien. In Österreich sind Zeugnisse für kulturelle Leistungen früher Menschen relativ rar. Ein heimisches Beispiel ist die Königshöhle bei Baden, in der Ende des 19. Jahrhunderts kunstvoll dekorierte Gefäße aus Keramik gefunden wurden. Die rund 5000 Jahre alten Stücke waren prägend für die Bezeichnung „Badener Kultur“.

Zufallsfunde. In Bezug auf einige Disziplinen sind Österreichs Höhlen jedoch auch im internationalen Vergleich wahre Schatzkammern für die Speläologie, jene Wissenschaft, die sich der Erforschung von Höhlen widmet: „Es gibt zwei große Blöcke“, so Erhard Christian, „die Geo-speläologie und die Biospeläologie.“ Zum einen konzentriert sich Christian, der sich seit seiner Mittelschulzeit für Höhlen interessiert, auf die Inventarisierung unterirdischer Lebewesen. Noch längst ist die Zahl der Höhlenbewohner nicht bekannt, und viele Tiere würden „unglaublich selten gefunden, obwohl sie weit verbreitet sein können“. Er selbst habe in seiner Sammlung manch eine Art, die bislang noch gar nicht beschrieben sei.

Die Schwierigkeit der Erfassung und professionellen Beobachtung resultiert vor allem aus der Größe der Lebewesen im Untergrund. Oft handelt es sich um Insekten und Spinnentiere, die Höhlenkundlern eher zufällig über den Weg krabbeln, bevor sie flugs in ein Proberöhrchen geschubst werden – in ihre eigentlichen winzigen und extrem entlegenen Behausungen vermag kein Mensch vorzudringen. Eine österreichische Entdeckung ist ein so genannter Pseudoskorpion namens „Neobisium aueri“, der aller Wahrscheinlichkeit nach ausschließlich im Toten Gebirge vorkommt.

Freilich geht es keineswegs nur um die rein quantitative Erfassung der subterranen Tierwelt. Zoologen wie Christian stellen vor allem auch Fragen nach den Lebensbedingungen und Überlebensstrategien der Höhlenbewohner: Wie finden sie in den unwirtlichen Regionen Nahrung? Wie und über welche Zeiträume passen sie sich an ihr Dasein in völliger Finsternis an? Wo gibt es überhaupt echte Höhlentiere, im Fachjargon Troglobionten, die ihr gesamtes Leben unter der Erde zubringen? Und warum gerade dort?

Beispielsweise war es für Speläologen eine Sensation, als man in den zwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts im Dachstein einen Höhlenlaufkäfer fing. Bis dahin war die Lehrmeinung gewesen, dass es in den Nördlichen Kalkalpen gar keine echten Höhlentiere gebe – die Eiszeit habe hier wohl jegliches Leben vernichtet. Doch der Käfer „Arctaphaenops angulipennis“, so Christian, „hat den Klimasturz im Inneren des Kalkgebirges überlebt“. Heute wissen die Wissenschafter, wie sich Tiere in Zonen durchschlagen, die eine nur ärmliche Lebensgrundlage bieten: Sie ernähren sich von eingeschwemmten Pflanzenresten, Bakterien und mikroskopisch kleinen Pilzen. Und wenn sie verenden, dienen ihre Kadaver anderen Tieren als Nahrung.

Regressive Evolution. Ein weiterer Schwerpunkt des Zoologen Erhard Christian ist die erstaunliche Anpassung von Troglobionten an ihre Behausungen im Berg. Viele von ihnen sind aufgrund fehlender Pigmentierung nahezu farblos, büßen ihre Sehkraft ein, verfügen dagegen über ausgeprägte Tastorgane. Christians Frage: Ist diese „regressive Evolution“ eine gezielte Rückbildung mancher Körperteile? Möglicherweise handelte es sich um eine Art Tauschgeschäft: weniger Energieverbrauch durch rückgebildete Augen, was anderen Sensorien zugutekommt. „Es gibt Indizien für diese Theorie, aber keine Beweise“, sagt Christian. „Wenn wir es aber beweisen können, dann am ehesten bei Höhlentieren.“

Deshalb untersucht Christian eine bestimmte Art von Springschwänzen. Diese flügellosen Insekten haben üblicherweise auf jeder Kopfseite acht Augen. Bei in Höhlen lebenden Exemplaren treten jedoch Augenverkümmerungen auf – und zwar teils asymmetrisch, sodass sich auf einer Kopfseite weniger Augen befinden als auf der anderen. Überdies variieren diese Rückbildungen je nach Höhle, in der man die Tiere aufspürt. „Populationen in größerer Entfernung vom Alpenrand zeigen eine stärkere Augenreduktion“, berichtet Christian. „In manchen Gegenden sind diese Springschwänze also auf dem Weg zum Höhlentier schon weiter fortgeschritten. Man muss annehmen, dass die inneralpinen Tiere schon länger im Untergrund leben.“ Folglich interessiert sich der Zoologe auch für deren Ausbreitung. Derzeit plant der Forscher, mit molekularbiologischen Methoden zu prüfen, ob unterirdische Populationen völlig isoliert sind und ob ein Genfluss zwischen benachbarten Höhlen stattfindet. Christian: „Das sind evolutionsbiologische Fragen, die wir jetzt angehen.“

Mit Tieren gänzlich anderen Kalibers befasst sich Gernot Rabeder, Paläontologe an der Universität Wien. Er interessiert sich für Arten, Verbreitung und Lebensweise der Höhlenbären, die vor rund 15.000 Jahren ausstarben. Der österreichische Alpenraum war dabei eine wahre „Schwerpunktregion“ für diese Spezies, so Rabeder. Allein im Toten Gebirge gibt es sieben Bärenhöhlen, und in manchen davon wurden beachtliche Mengen von Knochen und Zähnen gefunden. „Für Untersuchungen sind zumindest 30 Exemplare von jedem Stück nötig“, so Rabeder. „Mit Einzelfunden kann man nicht viel aussagen.“ Schon nach dem Ersten Weltkrieg stieß man in der Drachenhöhle bei Mixnitz in der Steiermark auf Überreste der mächtigen Höhlenbewohner. Aus Mangel an Dünger hatte man dort begonnen, im Rahmen der „Österreichischen Höhlendünger-Aktion“ Phosphaterde abzubauen, und dabei legten Arbeiter auch die Bärenknochen frei.

Rabeder selbst betreibt seit Jahrzehnten Grabungen vor allem in Höhlen des Toten Gebirges. Mittlerweile hat er morphologische und, gemeinsam mit Experten des Leipziger Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie, molekulargenetische Untersuchungen an fossiler DNA durchgeführt und kann einen verfeinerten Stammbaum der Höhlenbären vorlegen.

Molekulare Uhr. Rabeder weiß heute, dass es in Mitteleuropa vier verschiedene Linien von Höhlenbären gab; dass im Alpenraum drei davon heimisch waren, und zwar der Conturinesbär, den man einst nur in den italienischen Dolomiten vermutet hatte, sowie der in der Ramesch-Knochenhöhle entdeckte Rameschbär und der deutlich größere und plumpere Gamssulzenbär; dass die erheblichen körperlichen Unterschiede zwischen den beiden Letzteren wohl auf die verschiedenen Bedingungen zurückzuführen sind, unter denen sie lebten: Der Rameschbär hatte sich offenbar auch äußerlich an sein karges Dasein in höheren Lagen angepasst. Und aufgrund von Analysen mitochondrialer DNA – von Zellbestandteilen, die bis zu einem gewissen Grad als molekulare Uhr dienen und Aufschluss über die Abspaltung einzelner Linien geben – weiß Rabeder auch, dass zwischen den beiden Bären, obwohl sie über lange Zeit in räumlicher Nähe zueinander lebten, kein messbarer Genfluss stattfand, es sich also tatsächlich um zwei verschiedene Arten handelte.

Freilich sind noch Fragen offen: etwa, warum die Höhlenbären ausstarben. Die Eiszeit, die Tiere wie das Mammut hinwegraffte, war jedenfalls nicht Schuld an ihrem Ende. Rabeder: „Die Gründe für ihr Aussterben sind eigentlich ein Rätsel.“ Doch auch als Indikator für andere Phänomene könnte der Höhlenbär in Betracht kommen. „Er ist ein guter Indikator für das damals herrschende Klima“, glaubt Rabeder. So könnte sich am Umstand, dass die Tiere vor 50.000 Jahren in Regionen lebten, die heute völlig kahl sind, ablesen lassen, dass die Vegetationsgrenzen zu dieser Zeit höher lagen.

Auch der Innsbrucker Geologe Christoph Spötl nutzt Höhlen als Quelle für klimatische Erkenntnisse. Er untersucht Höhlensinter – all jene Gebilde, die quasi das steinerne Mobiliar in Tropfsteinhöhlen darstellen und Bezeichnungen wie Sinterröhrchen, Sinterfahnen und Höhlenperlen tragen. Am bekanntesten sind die vom Boden mit vier bis sechs Hundertstel Millimeter pro Jahr emporwachsenden Stalagmiten und die sich mit ähnlich geringem Tempo von der Decke nach unten entwickelnden Stalaktiten. Diese Sedimente entstehen durch chemische Prozesse, wenn Karbonatmineralien unter Entweichen von Kohlendioxid aus durch die Höhlendecke sickerndem Tropfwasser ausgeschieden werden. Derart fügt jeder Tropfen ein wenig Karbonat hinzu, bis sich über Jahrtausende Tropfsteine bilden.

Die Geschwindigkeit des Tropfsteinwachstums wird erheblich durch das Klima außerhalb der Höhle beeinflusst: In Warmzeiten mit viel Niederschlag geht es schneller voran, in einer Eiszeit hingegen wird das Wachstum oft sogar völlig gestoppt. Untersucht man nun die einzelnen Schichten eines Tropfsteins, erhält man Rückschlüsse auf die jeweiligen klimatischen Verhältnisse – und genau damit befasst sich Spötl. „Wir verstehen uns als Paläoklimatologen“, sagt der Wissenschafter. „Wir sind das einzige Institut in Österreich, das diese Forschungen betreibt.“

Blick in die Eiszeit. Zunächst „screent“ Spötl, wie er sagt, eine Reihe von Höhlen, um eine für seine Untersuchungen geeignete zu finden – in Österreich zählen dazu etwa die Spannagel-Höhle im Zillertal und das Katerloch nördlich von Graz. Mit einem fingerdicken Hohlbohrer nimmt Spötl dann Kernbohrungen vor, um das Material auf seine Tauglichkeit zu prüfen. Im Labor werden die Höhlensinter mit einer Diamantsäge aufgeschnitten, und es folgen die eigentlichen Befundungen: Altersbestimmung, mikroskopische und chemische Analysen. Deren Ergebnisse sind inzwischen auch international äußerst gefragt, berichtet Spötl. So lassen sich etwa Eisbohrungen, wie sie aus Grönland vorliegen, schwer datieren – im Gegensatz zu Stalagmiten. Derart sei es gelungen, „Daten aus Grönland zu verfeinern und einen Blick zurück in die Eiszeit zu werfen“.

Auch andere Daten und klimatologische Annahmen konnte Spötl bestätigen oder präzisieren: anhand der Untersuchung eines Stalagmiten namens „SPA-12“ beispielsweise eine mittelalterliche Warmperiode zwischen etwa 800 und 1300. Der Stalagmit „SPA-49“ wiederum verriet einiges über die Temperaturentwicklung in einem Zeitfenster vor 58.000 bis 47.000 Jahren: Keineswegs herrschte damals permanenter Frost. Vielmehr wurde die Eiszeit von drei Wärmeperioden unterbrochen, die jeweils 100 bis 3000 Jahre währten. Und anhand mehrerer Tropfsteine aus dem Zillertal erstellten Spötl und Kollegen aus Heidelberg eine „klimatische Fieberkurve der Temperaturänderungen im Verlauf der letzten 9000 Jahre“. Resultat: Das nacheiszeitliche Klima war systematischen Schwankungen unterworfen, vor rund 7000 Jahren gab es zum Beispiel eine „ausgeprägte klimagünstige Phase“. Rückschlüsse auf heutige respektive künftige klimatische Änderungen seien daraus zwar nicht zulässig. Doch könne man behaupten, dass sich sämtliche Klimawechsel bis Mitte des 20. Jahrhunderts „innerhalb der natürlichen Schwankungsbreite des Klimas der vergangenen 9000 Jahre bewegten“.

Zumindest bis dahin kennt Spötl auch die Ursachen: „Da ist ein Puls dahinter, ein Beat, und das ist die Sonne.“ Deren erhöhte Aktivität verlief stets im Gleichklang mit den diagnostizierten Wärmephasen. Die Mechanismen dahinter seien allerdings noch vielfach unklar. Zwar sei evident, dass schon geringe Änderungen der Sonnenaktivität zu recht massiven Effekten auf der Erde führten. „Es muss dabei Verstärkungsprozesse geben“, so Spötl, „die wir aber noch zu wenig verstehen.“ Sofern es künftig gelingen sollte, weitere Einblicke in diese Abläufe zu gewinnen, stehen die Chancen nicht schlecht, dass sie neuerlich von Tropfsteinen stammen werden: Denn diese, so Spötl, seien nun mal „ein versteinertes Klimaarchiv“.

Von Alwin Schönberger