DE102011008558A1

DE102011008558A1 - Tiefseevorrichtung zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts

Info

Publication number: DE102011008558A1
Application number: DE102011008558A
Authority: DE
Inventors: Günter R. Fuhr
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-19
Also published as: US9180946B2; JP2014509282A; US20130305975A1; KR20140043325A; JP5789674B2; EP2663487A1; WO2012095123A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tiefseevorrichtung zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts, insbesondere zumindest eines Organismus und/oder von Zellmaterial. Die Tiefseevorrichtung umfasst eine Fangeinrichtung (14), um zumindest ein Tiefseeobjekt aufzunehmen, und eine Antriebseinheit (16), um die Tiefseevorrichtung anzutreiben. Die Tiefseevorrichtung ist insbesondere ausgebildet und eingerichtet, um zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) hin zu der Wasseroberfläche vorangetrieben zu werden. Die Tiefseevorrichtung ist insbesondere torpedoartig ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tiefseevorrichtung und ein Verfahren zur Bergung zumindest eines vorzugsweise biologischen Tiefseeobjekts aus der Tiefsee, wobei das zumindest eine Tiefseeobjekt insbesondere zumindest einen (vitalen oder leblosen) biologischen Organismus und/oder Zellmaterial desselben umfasst.
Die Tiefsee, auch wenn der Begriff im allgemeinen Sprachgebrauch nicht exakt mit einem Tiefenbereich definiert ist, stellt den größten Biotop der Erde dar. Unter Tiefsee soll im Folgenden der Bereich der Ozeane, Meere oder Seen verstanden werden, in dem nahezu vollständige Dunkelheit herrscht und Organismen leben, die an die dort herrschenden Verhältnisse (Druck, Temperatur, Nährstoffkonzentration, etc.) weitestgehend angepasst sind und die meiste Zeit ihrer Lebensspanne dort obligat leben müssen. Dieser Bereich beginnt in etwa bei. einer Wassertiefe von 1.000 m und endet bei derzeit bekannten etwa 11.034 m (Marianengraben, der als tiefste Stelle der Erdozeane gilt).
Die durchschnittliche Tiefe der Meere und Ozeane der Erde liegt bei über 3.000 m und nimmt eine Fläche von weit mehr als der Hälfte der Erdkugel ein. Ungeachtet des großen Areals sind die Kenntnisse über diesen Teil der Biosphäre vor allem auf die oberen Bereiche (bis etwa 3.000 m Tiefe) und lokal sehr enge Bereiche begrenzt. Dies hängt vor allem mit eher punktuellen Untersuchungen aufgrund vor allem technischer und logistischer Probleme zusammen, sowie dem erheblichen Aufwand, der mit steigender Tiefe betrieben werden muss, um Tiefseeobjekte oder Proben zu entnehmen, Tiere zu finden, zu beobachten oder andere Handlungen vornehmen zu können.
Die Tiefseeorganismen sind in vielfacher Hinsicht wissenschaftlich aber auch wirtschaftlich interessant. Mit zunehmender Tiefe sind sie obligat „barophil” bzw. „piezophil”, d. h. an die hohen Druckverhältnisse der Tiefsee angepasst. Sie überstehen eine markante Druckänderung nicht mehr lebend. Technisch ist derzeit eine Lebendbergung von Makroorganismen (nicht Bakterien) noch nicht einmal bis zu einer Tiefe von 2.500 m befriedigend gelöst [B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889]. Die Gründe für die erfolglosen Versuche der Bergung lebender Organismen oder auch nur lebenden Zellmaterials und der langzeitstabilen Etablierung von vermehrungsfähigen in vitro-Zellkulturen sind insbesondere:

– die mit wachsender Tiefe steigende Anpassung der Organismen an hohe Drücke und deren Konstanz im natürlichen Lebensraum,
– die Anpassung an entweder sehr konstant niedrige (ungefähr 1°C–6°C +/– 0,1°C, Psychrophilie) oder in der Nähe heißer Quellen hohe Temperaturen (Thermophilie) und daraus resultierende geringe Toleranz der Organismen gegenüber Temperaturänderungen,
– die Optimierung nahezu aller Makromoleküle an hohe Drücke (bis zu ungefähr 110 MPa in ca. 11.000 m Tiefe) und damit ihre Funktions- und Vitalitätsminderung bis zu -verlust bei niedrigen Drücken,
– die vermutlich ab etwa 5.000 m Tiefe auftretende obligate Piezophilie sowie technische Probleme bei Arbeiten, wie der Tierhaltung, Zellkultur, Isolationsverfahren etc. unter derart hohen Drücken, die bislang nicht befriedigend und handhabbar gelöst sind,
– die Verfügbarkeit geeigneter Fang- und Überführungsvorrichtungen aus großer Meerestiefe,
– die mangelnde Erfahrung bei der Haltung von Organismen und die Unkenntnis ihrer physiologischen Eigenschaften, Ernährung etc.,
– der erhebliche Zeitdruck beim Transport der Tiere aus der Tiefe, bis hin zur. Isolation der Zellen, da bisher keine entsprechend genau arbeitenden Transfersysteme existieren.

Insbesondere die folgenden zwei Gründe machen seit Jahrzehnten die Bergung von Tiefseeobjekten, vorzugsweise von zumindest lebendem Gewebematerial von Tiefseemakroorganismen, erforderlich.
Zum einen die Notwendigkeit wissenschaftlicher Untersuchungen. Nur lebend können Tiefseeorganismen, welcher Art auch immer, in eine Laborhaltung oder zumindest über die Kultivierung von Zellen in den regulären Laborkultivierungsbetrieb überführt werden, da dann auch die beliebige Bereitstellung von genügend Material für die Forschung gegeben ist. Die Tiefsee kann nur kurzfristig besucht werden. Eine permanente Laboreinheit existiert derzeit nicht und wäre in der technischen Komplexität vergleichbar mit einer Raumstation. Zum anderen der Wunsch nach einer wirtschaftlichen Verwertung größerer Bestände oder entsprechend viel Biomaterial für eine kommerzielle Nutzung verfügbar zu haben. Nur in Biolaboren auf der Erdoberfläche können Zellen, Makromoleküle und andere Substanzen der Tiefseeorganismen in ausreichenden Mengen isoliert, Tiere, ggf. auch Zellen kultiviert und auf die notwendigen Mengen expandiert, modifiziert und damit wirtschaftlich genutzt werden, da die Organismendichte der Tiefsee meist außerordentlich gering ist und somit keine kommerziellen Fänge erlaubt.
Für die Biotechnologie sind vor allem lebende Zellen, kleine Gewebeverbände und Makromoleküle, für die Wissenschaft eher die vitalen Tiere von primärem Interesse. Auch die Stabilisierung isolierter, lebender Zellen und deren Kultur ist bislang nur bis zu unbefriedigenden Tiefen gelungen. Für Tiefseeorganismen der Megafauna ist dies eine Tiefe von etwa 1.162 m [S. Koyama, Cell biology of deap-sea multicellular organisms, Crytotechnology (2007) 55: 125–133]). Dabei handelte es sich bisher zudem um Organismen, die einen deutlichen Druckabfall bis zu Normaldruck weitgehend tolerieren, d. h. nicht obligat piezophil sind (z. B. der Tiefseeaal). Die Mehrzahl der obligaten Tiefseeorganismen befindet sich in größerer Tiefe und ist daher mit seinem Makroorganismenspektrum bislang nicht in Laborzellkulturen vertreten und zugänglich.
Bisher werden zur Bergung von Tiefseeobjekten im Wesentlichen die folgenden zwei Wege verfolgt.
Zum einen die Bergung des gefangenen Tiefseeobjekts ohne Aufrechterhaltung des Tiefendrucks am Fangort. Zum anderen die Bergung in Druckkammern an Tiefseefahrzeugen und Überführung an die Oberfläche unter mehr oder minder guter Aufrechterhaltung des Druckes im Originallebensbereich des gefangenen Tiefseeobjekts. Ersteres überstehen nur Organismen, die nicht Makroorganismen sind (z. B. Bakterien) und nicht obligat piezophil. Die Verfahren sind daher auf Tiefen geringer als ungefähr 2.000 m beschränkt. Zweiteres bringt Auftauchzeiten im Stundenbereich mit sich und erfordert daher sehr exakte Thermostatierung und Druckstabilisierungen. Auch hier sind deutliche Tiefengrenzen gesetzt und sind keine Vitalbergungen außer den genannten gelungen.
Es ist davon auszugehen, dass aus der Summe der genannten Gründe für eine Lebendbergung von Makroorganismen der Tiefsee bzw. die Installation von Zellkulturen aus intakten Zellen eines obligat piezophilen Organismus (z. B. Fisch, Krebs, etc.) neue Vorrichtungen und Verfahren benötigt werden, d. h. die gegenwärtig bekannte Technik mit dem Ansatz mehr oder minder gut im Druck und der Temperatur einstellbarer Fangkammern nicht ausreicht.
Einen wesentlichen Grund für den Verlust der Vitalität des Gesamtorganismus als auch der Lebensprozesse auf zellulärer Ebene bilden die derzeit erforderlichen langen Auftauchzeiten aus großer Tiefe bei meist suboptimalen Randbedingungen (insbesondere Druck, Temperatur, Licht). So dauert der Auftauchvorgang bei einer Tiefe von 7.000 m bei einer schon günstigen Auftauchgeschwindigkeit eines herkömmlichen Unterwasserfahrzeugs oder konventionellen Fangsystems von 1 m/s bereits 7.000 s, d. h. fast 2 Stunden. Den Zeitraum für die Bergung hinzugerechnet werden meist Zeiten bis zur Entnahme des Organismus von mehreren Stunden benötigt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Tiefseevorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts zu schaffen.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Tiefseevorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zu schaffen, die es erlauben, mindestens ein Tiefseeobjekt (vorzugsweise einen Markoorganismus) zumindest auf zellulärer Ebene vital zu bergen und optional Zellen in eine stabile vermehrungsfähige in vitro-Kultur zu überführen.
Diese Aufgaben werden insbesondere mit einer Vorrichtung und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft insbesondere die allgemeine technische Lehre, entgegen den derzeit bekannten Ansätzen zumindest ein Tiefseeobjekt möglichst schnell aus der Tiefsee zu bergen.
Erfindungsgemäß wird eine Tiefseevorrichtung zur Bergung zumindest eines vorzugsweise biologischen Tiefseeobjekts bereitgestellt.
Das zumindest eine Tiefseeobjekt umfasst insbesondere zumindest einen vitalen und/oder leblosen Organismus und/oder Zellmaterial desselben, aber auch jedwede anderen Arten und Formen von in der Tiefsee vorkommenden Objekten und Materialen (z. B. Fische, Krebse, Einzeller, Makromoleküle, Gewebeverbände, etc.). Der Organismus ist vorzugsweise ein biologischer Organismus, der insbesondere zumindest eine biologische Zelle umfasst, vorzugsweise mikrobielle oder tierische Zellen niederer oder höherer Organismen.
Die Tiefseevorrichtung umfasst eine Fang- und/oder Aufnahmeeinrichtung, um zumindest ein Tiefseeobjekt in der Tiefsee aufzunehmen und insbesondere zu fangen, und eine Antriebseinheit, um die Tiefseevorrichtung aktiv anzutreiben.
Die Tiefseevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, um zwischen Tiefsee und Wasseroberfläche zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung hin zu der Wasseroberfläche (vorzugsweise mittels der Antriebseinheit) vorangetrieben zu werden, insbesondere torpedoartig hin zu der Wasseroberfläche vorangetrieben werden.
Die Tiefseevorrichtung kann, muss aber nicht den gesamten Weg aus der Tiefsee zu der Wasseroberfläche im Wesentlichen in Auftriebsrichtung vorangetrieben werden. Es ist auch möglich, dass die Tiefseevorrichtung auf dem Weg aus der Tiefsee zu der Wasseroberfläche abschnittsweise abweichend von der Auftriebsrichtung vorangetrieben wird, z. B. um in einer bestimmten Zielregion an der Wasseroberfläche aufzutauchen.
Die Auftriebsrichtung ist der Schwerkraftrichtung entegegengesetzt und/oder schneidet eine fiktiv ebene Wasseroberfläche im rechten Winkel.
Vorzugsweise ist die Tiefseevorrichtung im Wesentlichen torpedoartig ausgebildet. Torpedoartig im Rahmen der Erfindung umfasst insbesondere zumindest eine der folgenden Eigenschaften: Die Form eines üblichen Torpedos optional zuzüglich weiterer Teile, die Größe eines üblichen Torpedos, die erzielbare Geschwindigkeit eines üblichen Torpedos (d. h. eine Geschwindigkeit größer als 25 km/h, 50 km/h, 75 km/h oder 100 km/h), die Fähigkeit, abweichend von einer Horizontalen, vorzugsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung definiert fortbewegt zu werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Tiefseevorrichtung lassen sich Auftauchzeiten aus der Tiefsee wesentlich verkürzen, z. B. aus 7.000 m Wassertiefe auf weniger als 10 Minuten. So sind mit aktiv angetriebenen herkömmlichen Torpedos Geschwindigkeiten von mehr als 100 km/h erreichbar, was bei z. B. 7.000 m Wassertiefe einer Auftauchzeit von etwa 5 Minuten entspricht.
Es ist möglich, dass die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um vorzugsweise passiv auf den Tiefseeboden abzusinken. Es ist aber auch möglich, dass die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um in einer Tiefseetiefenzielregion beabstandet über dem Tiefseeboden gehalten zu werden.
Es ist möglich, dass die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um in der Tiefsee im Wesentlichen in Auftriebsrichtung ausgerichtet, insbesondere aufgerichtet zu werden, vorzugsweise so, dass das Kopfende der Tiefseevorrichtung zu der Wasseroberfläche weist und die Antriebseinheit zu dem Tiefseeboden weist. Mit anderen Worten ist die Tiefseevorrichtung vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, um in der Tiefsee so ausgerichtet zu werden, dass die Längsachse der Tiefseevorrichtung im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung ist bzw. im Wesentlichen mit der Auftriebsrichtung zusammenfällt und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer fiktiv ebenen Wasseroberfläche ausgerichtet ist.
Es ist möglich, dass die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung ausgerichtet vorangetrieben zu werden, vorzugsweise so, dass das Kopfende der Tiefseevorrichtung zu der Wasseroberfläche weist und die Antriebseinheit zu dem Tiefseeboden weist. Dabei ist mit anderen Worten die Längsachse der Tiefseevorrichtung im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung ausgerichtet bzw. im Wesentlichen mit der Auftriebsrichtung zusammenfallend und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer fiktiv ebenen Wasseroberfläche ausgerichtet.
Die Tiefseevorrichtung kann ein vorzugsweise abwerfbares Gewichtsmittel und/oder eine Auftriebseinheit umfassen.
Vorzugsweise umfasst eine Kopfendregion der Tiefseevorrichtung das Gewichtsmittel und/oder die Auftriebseinheit.
Insbesondere umfasst die Kopfendregion der Tiefseevorrichtung z. B. das kopfseitige Drittel, das kopfseitige Viertel oder das kopfseitige Sechstel der Tiefseevorrichtung.
Das Gewichtsmittel ist ausgebildet, um vorzugsweise das Kopfende der Tiefseevorrichtung während des Sinkens der Tiefseevorrichtung zu bilden. Dadurch kann z. B. gewährleistet werden, dass die Tiefseevorrichtung kopfvoraus und insbesondere mit dem Gewichtsmittel voraus absinkt, wodurch vorteilhaft ermöglicht werden kann, dass die Tiefseevorrichtung kopfvoraus auf den Tiefseeboden trifft und/oder verhindert werden kann, dass die Tiefseevorrichtung mit der Antriebseinheit, der Fangeinrichtung oder anderen sensiblen Teilen auf den Tiefseeboden trifft.
Vorzugsweise ist das Gewichtsmittel mittels eines Abwurfmechanismus von der Tiefseevorrichtung abwerfbar.
Der Abwurfmechanismus ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, um das Gewichtsmittel in der Tiefseetiefenzielregion abzuwerfen (z. B. am Tiefseeboden oder beabstandet über dem Tiefseeboden).
Die Auftriebseinheit ist vorzugsweise in der Kopfendregion der Tiefseevorrichtung ausgebildet, insbesondere unter dem Gewichtsmittel, um die Tiefseevorrichtung in der Tiefsee aus- und/oder aufzurichten, vorzugsweise nachdem das Gewichtsmittel abgeworfen wurde. Wenn die Tiefseevorrichtung so ausgerichtet ist, ist wiederum die Längsachse der Tiefseevorrichtung im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung ausgerichtet bzw. im Wesentlichen mit der Auftriebsrichtung zusammenfallend und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer fiktiv ebenen Wasseroberfläche ausgerichtet. Insbesondere weist dabei das Kopfende der Tiefseevorrichtung zu der Wasseroberfläche und die Antriebseinheit zu dem Tiefseeboden.
Es ist möglich, dass vor Abwurf des Gewichtsmittels das Gewichtsmittel das Kopfende der Tiefseevorrichtung bildet, während nach dem Abwurf die Auftriebseinheit das Kopfende bildet oder zumindest möglichst nahe an dem Kopfende positioniert ist.
Die Auftriebseinheit ist ausgebildet und eingerichtet, um einen vorzugsweise statischen Auftrieb zu erzeugen. Es ist möglich, dass die Auftriebseinheit ein Auftriebsfluid (vorzugsweise ein Auftriebsgas) und/oder eine Auftriebsmasse (z. B. ein Glashohlkugelsystem, Glashohlkugel-Zementgemisch, etc.) umfasst.
Vorzugsweise übersteigt die Gewichtskraft des Gewichtsmittels die Auftriebskraft der Auftriebseinheit.
Vorzugsweise ist die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet, um passiv oder autonom in die Tiefsee abzusinken.
Die Fangeinrichtung kann druckregulierbar und/oder temperaturregulierbar sein. Zu diesem Zweck kann die Tiefseevorrichtung eine Temperiereinrichtung und/oder eine Druckeinstelleinrichtung umfassen.
Vorzugsweise ist die Fangeinrichtung ausgebildet und eingerichtet, um für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt eine Temperatur zu gewährleisten, die im Wesentlichen der Temperatur im Tiefseeaufnahmebereich entspricht.
Ferner kann die Fangeinrichtung ausgebildet und eingerichtet werden, um für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt einen Druck zu gewährleisten, der im Wesentlichen dem Druck im Tiefseeaufnahmebereich entspricht.
Da Literaturbefunde zeigen, dass eine kurze Druckentlastung zu reversiblen Veränderungen in der Konformation und Funktion zellulärer Makromoleküle führen, ist bei erfindungsgemäß kurzen Bergungszeiten sogar eine Fangeinrichtung möglich, deren Innenraum stets dem Außendruck folgt, insbesondere wenn nach der Bergung das Zellmaterial wieder dem Herkunftsdruck ausgesetzt oder sofort kryokonserviert wird. Da die Druckentlastung des Zell- und Gewebematerials so kurz wie möglich sein sollte, sind erneut die aktive und rasche Bergung von entscheidender Bedeutung, um wenigstens noch vitales Zellmaterial z. B. zur Anlage von in vitro-Kulturen isolieren zu können.
Folglich kann die Fangeinrichtung ausgebildet und eingerichtet werden, um für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt einen Druck zu gewährleisten, der im Wesentlichen dem Außen- oder Umgebungsdruck folgt.
Die Fangeinrichtung kann somit druckresistent (für z. B. über 50 MPa, über 75 MPa, über 100 MPa oder über 110 MPa) als auch druckfrei ausgelegt werden.
Vorzugsweise umfasst die Fangeinrichtung eine Kammer, insbesondere eine Fangkammer für zumindest ein Tiefseeobjekt.
Die Fangeinrichtung kann ferner eine Feststelleinheit umfassen, um zu detektieren, ob ein oder mehrere Tiefseeobjekte aufgenommen sind.
Die Kammer ist vorzugsweise eine mittels eines Verschlussmittels verschließbare Kammer. Die verschließbare Kammer wird z. B. geschlossen, wenn eine Feststelleinheit das Vorhandensein eines oder mehrerer Tiefseeobjekte in der Fangeinrichtung festgestellt hat.
Die Fangeinrichtung kann ferner ein Lockmittel zum Anlocken zumindest eines Tiefseeobjekts in die Fangeinrichtung umfassen.
Außerdem kann die Fangeinrichtung eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Tiefseewasser und insbesondere zumindest eines Tiefseeobjekts in die Fangeinrichtung umfassen und/oder eine Filter- oder Siebeinrichtung zum Herausfiltern oder Erfassen zumindest eines Tiefseeobjekts aus dem Tiefseewasser.
Vorzugsweise wird zumindest ein Tiefseeobjekt mittels der Ansaugeinrichtung gegen die Siebeinrichtung beaufschlagt.
Ferner kann die Tiefseevorrichtung eine oder mehrere Präparationseinrichtungen umfassen, um zumindest ein in der Fangeinrichtung aufgenommenes Tiefseeobjekt zu präparieren, z. B. nachdem eine Feststelleinheit das Vorhandensein zumindest eines Tiefseeobjekts in der Fangeinrichtung festgestellt hat und/oder bereits vor Auftauchen der Tiefseevorrichtung aus der Wasseroberfläche, z. B. bereits in der Tiefsee und/oder während die Tiefseevorrichtung zu der Wasseroberfläche hin vorangetrieben wird.
Beispielsweise kann eine Präparationseinrichtung vorgesehen werden, um zumindest ein in der Fangeinrichtung aufgenommenes Tiefseeobjekt z. B. mittels Penetrierens zu fixieren und/oder z. B. mittels Schneidens zu fraktionieren und/oder zu töten. Zu diesem Zweck kann die Präparationseinrichtung schneid- und/oder stechmittelartige Fixier- und/oder Zerlegteile umfassen. Vorzugsweise wird zumindest ein Tiefseeobjekt sandwichartig fraktioniert und/oder fixiert.
Ferner kann eine Präparationseinrichtung vorgesehen werden, um zumindest ein Wirkmittel zumindest einem in der Fangeinrichtung aufgenommenen Tiefseeobjekt bereitzustellen.
Das Wirkmittel kann z. B. zumindest eine konservierende Substanz sein, zumindest ein Nährmedium, zumindest eine Enzymlösung (insbesondere zur Auflösung eines Gewebeverbands eines Tiefseeobjekts) und/oder zumindest ein Kryoprotektivum (insbesondere zur Aufrechterhaltung der Vitalität zumindest eines Tiefseeobjekts).
Vorzugsweise ist die Präparationseinrichtung und/oder die Fangeinrichtung ausgebildet und eingerichtet, um zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt im Wesentlichen von Umgebungswasser zu isolieren, z. B. mittels Verdrängens oder Beaufschlagens (Saugen oder Drücken) des Umgebungswassers aus der Präparationseinrichtung und/oder der Fangeinrichtung, wodurch vorteilhaft z. B. das Wirkmittel nicht unerwünscht durch Wasser verdünnt oder ausgespült wird oder allgemein die Präparation nicht durch Wasser beeinträchtigt wird.
Es ist aber auch möglich, dass die Präparationseinrichtung und/oder die Fangeinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt umgeben von Umgebungswasser zu bergen, z. B. mittels dichtem Verschließens, so dass in der Präparationseinrichtung und/oder der Fangeinrichtung aufgenommenes (Tiefsee-)Wasser nicht entweichen kann.
Die Tiefseevorrichtung weist vorzugsweise einen langgestreckten Hauptkörper auf. Der langgestreckte Hauptkörper kann eine Metall-, Kunststoff- und/oder Keramikkonstruktion sein.
Der langgestreckte Hauptkörper kann im Wesentlichen zylinder- und/oder konusförmig ausgebildet werden. Ferner kann der langgestreckte Hauptkörper ein- oder mehrteilig ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die Fangeinrichtung bzw. die Kammer in das Innere des langgestreckten Hauptkörpers abnehmbar und wiederanbringbar integriert, insbesondere zusammen mit zumindest einem darin aufgenommenen Tiefseeobjekt.
Es ist möglich, dass die Fangeinrichtung zumindest abschnittsweise, d. h. in Teilen oder komplett, vorzugsweise modulartig und/oder zusammen mit zumindest einem darin aufgenommenen Tiefseeobjekt von der Tiefseevorrichtung abnehmbar (und vorzugsweise wiederanbringbar) ist, z. B. um ein rasches Weiterbehandeln zumindest eines darin aufgenommenen Tiefseeobjekts zu gewährleisten.
Die Fangeinrichtung kann eine Anschlusseinrichtung zum Anschließen an ein externes Drucksystem umfassen. Vorteilhaft ist es somit möglich, dass die Fangeinrichtung komplett oder ein Teil davon mit zumindest einem aufgenommenen Tiefseeobjekt oder ein Teil davon nach der Bergung rasch entnommen und an ein anderes Drucksystem anschließbar ist und ergänzend oder alternativ als ganze Baugruppe oder in Teilen mit dem zumindest einen aufgenommenen Tiefseeobjekt (z. B. Zellen, Geweben oder dem ganzen gefangenen Organismus) weiterbehandelt, z. B. tiefgefroren (kryokonserviert) werden kann.
Die Fangeinrichtung kann mittels eines Schnellverschlusses an der Tiefseevorrichtung abnehmbar und vorzugsweise wiederanbringbar befestigbar sein. Ebenso kann der Abschnitt der Fangeinrichtung, der von der verbleibenden Fangeinrichtung entfernbar ist, mittels eines Schnellverschlusses abnehmbar und vorzugsweise wiederanbringbar an der Fangeinrichtung oder einem anderen geeigneten Teil der Tiefseevorrichtung befestigbar sein.
Die Tiefseevorrichtung kann ferner zumindest eine Abstandhalteeinrichtung umfassen, um zu verhindern, dass eine Einlassöffnung der Fangeinrichtung auf dem Tiefseeboden aufliegt und so durch den Tiefseeboden verschlossen wird. Vorzugsweise ist die Abstandshalteeinrichtung bügelartig ausgebildet und/oder erstreckt sich über der Einlassöffnung der Fangeinrichtung. Vorzugsweise dient die Abstandshalteeinrichtung ferner als Schutzvorrichtung, um z. B. zu verhindern, dass die sensible Fangeinrichtung beim Auftreffen auf den Tiefseeboden beschädigt wird.
Es ist möglich, dass die Antriebseinheit als Propeller-Antriebseinheit und/oder Rückstoß-Antriebseinheit ausgebildet ist. Ferner kann die Antriebseinheit als Schrauben-Antriebseinheit, vorzugsweise als Doppelschrauben-Antriebseinheit ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit ausgebildet und eingerichtet, um die Tiefseevorrichtung mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die größer ist als: 25 km/h, 50 km/h, 75 km/h, 100 km/h, 125 km/h oder 150 km/h.
Ferner kann die Tiefseevorrichtung eine Signalvorrichtung (z. B. Funk, Licht, Reflektoren, etc.) aufweisen, um eine schnelle Ortung (z. B. bei Verdriftung) zu erlauben.
Die Tiefseevorrichtung kann auch ein Einstellsystem zum Einstellen (z. B. Steuern, Regeln, Kontrollieren, etc.) der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung insbesondere während des Auftauchens umfassen, um z. B. ein Verdriften oder eine anderweitige ungewollte Richtungsabweichung zu kompensieren und/oder ein Auftauchen der Tiefseevorrichtung in einer Zielregion an der Wasseroberfläche zu gewährleisten.
Ebenso ist es möglich, dass die Tiefseevorrichtung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines z. B. akustischen Richtstrahls umfasst. Außerdem ist es möglich, dass die Tiefseevorrichtung eine Bestimmungseinrichtung (insbesondere eine Sensor- oder Messeinrichtung) umfasst, mittels der die Position und/oder die Tiefe und/oder die Ausrichtung bzw. die Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung erfassbar, bestimmbar, messbar bzw. ermittelbar ist. Beispielsweise kann in Abhängigkeit hiervon die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit der Tiefseevorrichtung während des Auftauchens eingestellt werden. Ferner kann beispielsweise in Abhängigkeit hiervon die Auftauch-Geschwindigkeit der Tiefseevorrichtung eingestellt werden und/oder ein Sinken der Tiefseevorrichtung gestoppt werden, um die Tiefseevorrichtung in einer Tiefseetiefenzielregion über dem Tiefseeboden zu halten, z. B. indem das Gewichtsmittel abgeworfen wird und die Auftriebseinheit so ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Tiefseevorrichtung die Tiefseetiefenzielregion nicht verlässt, also weder sinkt noch aufsteigt. Es ist auch möglich, dass die Tiefseetiefenzielregion mittels der Antriebseinheit oder auf andere geeignete Weise gehalten wird.
Die Bestimmung der Tiefe der Tiefseevorrichtung kann insbesondere über einen erfassten Wasserdruck oder lichtbasiert erfolgen. Die Tiefe kann den Abstand der Tiefseevorrichtung zu der Wasseroberfläche und/oder den Abstand der Tiefseevorrichtung über dem Tiefseeboden umfassen.
Die Tiefseevorrichtung ist insbesondere für einen Einsatzbereich von zwischen ungefähr 1.000 m und ungefähr 11.000 m ausgelegt.
Die Tiefseevorrichtung ist vorzugsweise als Tiefseesonde ausgebildet und/oder unbemannt und funktioniert vorzugsweise autonom.
Es ist möglich, dass der Antrieb mittels der Antriebseinheit vorprogrammiert erfolgt.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts mittels einer Tiefseevorrichtung, vorzugsweise einer Tiefseevorrichtung wie hierin beschrieben.
Bei dem Verfahren wird zumindest ein Tiefseeobjekt mittels einer Fangeinrichtung in der Tiefsee aufgenommen und die Tiefseevorrichtung nach der Aufnahme mittels einer Antriebseinheit angetrieben.
Es ist möglich, dass die Tiefseevorrichtung zwischen Tiefsee und Wasseroberfläche zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung hin zu der Wasseroberfläche (vorzugsweise mittels der Antriebseinheit) vorangetrieben wird. Alternativ oder ergänzend kann die Tiefseevorrichtung torpedoartig ausgebildet sein, insbesondere torpedoartig hin zu der Wasseroberfläche vorangetrieben werden.
Weitere Verfahrensschritte gemäß der Erfindung ergeben sich aus der zugehörigen Beschreibung der Tiefseevorrichtung.
Obige erfindungsgemäßen Merkmale und Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
1 bis 5: zeigen schematische Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Tiefseevorrichtung oder Abschnitten davon,
6 und 7: zeigen schematische Schnittansichten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationseinrichtung zum Präparieren eines Tiefseeobjekts,
8 bis 10: zeigen schematische Schnittansichten eines Abschnitts einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tiefseevorrichtung,
11 bis 13: zeigen schematische Schnittansichten insbesondere einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fangeinrichtung,
14: zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationseinrichtung zum Präparieren eines Tiefseeobjekts und eine weitere beispielhafte Prozedur nach der Bergung des Tiefseeobjekts, und
15: zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prozedur zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen teilweise überein, wobei ähnliche oder identische Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Tiefseevorrichtung 1 zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts 13, z. B. in Form eines (vorzugsweise vitalen biologischen) Organismus und/oder Zellmaterial desselben. Die Tiefseevorrichtung 1 ist als unbemannte, torpedoartige Tiefseesonde ausgebildet.
Bevorzugtes Ziel der Tiefseevorrichtung 1 ist es, die bisher erfolglose Überführung lebender Organismen der Makrofauna aus der Tiefsee zu realisieren, wobei die Bergung vitaler Gesamtorganismen nicht im Vordergrund der Bemühungen steht, gleich wohl angestrebt wird, sondern es genügt, lebende Zellen an der Oberfläche in diesen vorzufinden, aus denen dann z. B. in geeigneten druckgesteuerten Zellkultursystemen (vgl. B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889)) langzeitstabile, vermehrungsfähige Suspensions- oder Oberflächenkulturen von Zellen der gefangenen Organismen im Labor etabliert werden können.
Die Tiefseevorrichtung 1 umfasst eine Fangeinrichtung 14, um zumindest ein Tiefseeobjekt 13 aufzunehmen und zu fangen, und eine Antriebseinheit 16, um die Tiefseevorrichtung 1 aktiv anzutreiben.
Die Tiefseevorrichtung 1 ist ausgebildet und eingerichtet, um aus der Tiefsee mittels der Antriebseinheit 16 im Wesentlichen in Auftriebsrichtung Ar, also im Wesentlichen vertikal zu einer fiktiv ebenen Wasseroberfläche, hin zu der Wasseroberfläche angetrieben zu werden (siehe 15).
Wie in 1 zu sehen, ist die Tiefseevorrichtung 1 torpedoartig ausgebildet. Die Tiefseevorrichtung 1 umfasst jedoch keinen Sprengkörper und wird nicht wie bei Torpedos üblich horizontal eingesetzt, sondern um im Wesentlichen in Auftriebsrichtung Ar hin zu der Wasseroberfläche fortbewegt zu werden.
Ferner ist die Tiefseevorrichtung 1 ausgebildet und eingerichtet, um im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung Ar ausgerichtet hin zu der Wasseroberfläche fortbewegt zu werden, d. h. so, dass die Längserstreckung und somit die Längsachse La der Tiefseevorrichtung 1 im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung Ar ausgerichtet ist oder im Wesentlichen mit der Auftriebsrichtung Ar zusammenfällt.
Die Tiefseevorrichtung 1 weist eine Kopfendregion auf. An oder in der Kopfendregion ist ein mittels eines Abwurfmechanismus abwerfbares Gewichtsmittel 11a, das als Gewichtshaube ausgebildet ist, und eine Auftriebseinheit 11b, die als Auftriebskörper ausgebildet ist, angeordnet.
Vor Abwurf des Gewichtsmittels 11a bildet das Gewichtsmittel 11a das Kopfende der Tiefseevorrichtung 1, während nach dem Abwurf die Auftriebseinheit 11b das Kopfende bildet oder zumindest möglichst nahe an dem Kopfende positioniert ist.
Das Gewicht des Gewichtsmittels 11a übersteigt den Auftrieb der Auftriebseinheit 11b deutlich. Das Gewichtsmittel 11a sorgt nach der Wasserung dafür, dass die Tiefseevorrichtung 1 mit dem Gewichtsmittel 11a voraus auf den Tiefseegrund oder eine Tiefseezieltiefenregion absinkt.
Die Tiefseevorrichtung 1 umfasst ferner einen zylinderförmigen, zumindest teilweise hohlen Hauptkörper 12, der an seinem Heckende die Antriebseinheit 16 mittelbar oder unmittelbar aufweist und an seinem Kopfende das Gewichtsmittel 11a und/oder die Auftriebseinheit 11b mittelbar oder unmittelbar aufweist.
Die Tiefseevorrichtung 1 und deren Funktionsteile sind, wo immer sich dies vermeiden lässt, nicht mit Gasräumen versehen, so dass keine druckbeständigen Behälter erforderlich sind, was z. B. ermöglicht wird durch eingegossene Elektronik, mit dem Außenraum in Verbindung stehende Kompartimente, Motoren etc. und ein drucktolerantes Batteriesystem, wie sie bereits heute Anwendung finden.
Die in 1 gezeigte Fangeinrichtung 14 ist ausgebildet, um in hydraulischer Verbindung mit dem Außenraum, insbesondere Wasser zu stehen und kann somit dünnwandig, als nicht druckstabiles Teil ausgebildet sein.
Bezugszeichen Ah kennzeichnet eine Abstandshalteeinrichtung, die mehrere Bügel umfasst, um zu verhindern, dass eine Einlassöffnung (in 1 nicht dargestellt) der Fangeinrichtung 14, durch die ein Tiefseeobjekt 13 in die Fangeinrichtung 14 gelangen kann, auf dem Tiefseegrund aufliegt und so durch den Tiefseegrund verschlossen wird. Gleichzeitig ist die Abstandshalteeinrichtung Ah vorgesehen, um ein Beschädigen der Fangeinrichtung-14 zu vermeiden, wenn die Tiefseevorrichtung 1 auf den Tiefseeboden trifft. Vorzugsweise sind mehrere, vorzugsweise vier oder mehr Bügel in einer 90°-Versetzung vorgesehen.
Die Antriebseinheit 16 ist in 1 als ein eine Düse und ein Gasreservoir umfassendes Gasantriebssystem gezeigt, das insbesondere hohe Geschwindigkeiten zulässt, damit die Bergung eines Tiefseeobjekts 13 innerhalb kürzester Zeit aus der Tiefsee möglich ist. Aus dem Gasreservoir kann über die Düse das unter hohem Druck stehende Gas austreten. Das Gasreservoir ist insbesondere ein Flüssiggasreservoir, wobei die Gasbildung und der Vortrieb durch eine Verbrennung erfolgen. Es können auch mehrere Gasbehälter mit den Verbrennungskomponenten, Mischkammern und Verbrennungselemente vorgesehen werden (hier nicht abgebildet).
Die Tiefseevorrichtung 1 weist ferner mehrere, vorzugsweise vier Seitenelemente 17 auf, um die Bewegung der Tiefseevorrichtung 1 insbesondere während des Auftauchens zu stabilisieren. Die Seitenelemente 17 sind insbesondere als Heckflossen ausgebildet.
Das Anlocken und der Fang eines Tiefseeobjekts 13 kann auf verschiedenste Weise erfolgen. Dies ist einmal das Ansaugen von Umgebungswasser, Durchströmen der Fangeinrichtung 14 und herausfiltern zumindest eines Tiefseeobjekts 13, das in der Fangeinrichtung 14 verbleibt. Hierzu ist z. B. ein Pumpensystem und Steuerelektronik erforderlich (in 1 nicht abgebildet). Es ist auch möglich, dass ein Tiefseeobjekt 13 z. B. über einen Köder in der Fangeinrichtung 14, der bereits vor der Wasserung in die Fangeinrichtung 14 eingebracht wurde, in die Fangeinrichtung 14 gelockt wird.
Um festzustellen, ob zumindest ein Tiefseeobjekt 13 in der Fangeinrichtung 14 aufgenommen ist, kann die Fangeinrichtung 14 eine Feststelleinheit umfassen (z. B. Sensoren, Lichtschranken, Bewegungsmelder, Kontaktsensoren, etc.). Wird das Vorhandensein eines oder mehrerer Tiefseeobjekte 13 festgestellt, wird das Tiefseeobjekt 13 in der Fangeinrichtung 14 gefangen, z. B. indem die Einlassöffnung Eö der Fangeinrichtung 14 mittels eines Verschlussmittels geschlossen wird oder das Tiefseeobjekt 13 in der Fangeinrichtung 14 fixiert wird.
Nachdem ein Tiefseeobjekt 13 gefangen wurde, kann das Gewichtsmittel 11a abgeworfen werden. Der nun an der Kopfendregion der Tiefseevorrichtung 1 wirkende Auftrieb mittels der Auftriebseinheit 11b richtet die Tiefseevorrichtung 1 in Auftriebsrichtung Ar auf und optional kann ein passives oder statisches Auftauchen erfolgen. Nach der Ausrichtung oder programmiert später setzt der aktive Antrieb mittels der Antriebseinheit 16 ein, wodurch die Tiefseevorrichtung 1 im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung Ar ausgerichtet im Wesentlichen in Auftriebsrichtung Ar zu der Wasseroberfläche hin vorangetrieben wird und zwar mit hoher Geschwindigkeit, z. B. über 50 km/h. Das Auftauchen kann durch eine Steuer- oder Einstelleinrichtung ergänzt werden, die Richtungskorrekturen ermöglicht oder Verdriftungen kompensiert, wodurch ein Auftauchen in einer Zielregion an der Wasseroberfläche gewährleistet werden kann.
Bei Geschwindigkeiten von über ungefähr 30 km/h schießt die Tiefseevorrichtung 1 aus der Wasseroberfläche heraus und könnte ein Fahrzeug an der Wasseroberfläche treffen und beschädigen. Soll dies vermieden werden, lässt sich z. B. über eine Messeinrichtung der Wasserdruck erfassen und kurz vor Erreichen der Wasseroberfläche kann die Geschwindigkeit definiert verringert werden. Die Positionserfassung kann auch über eine Lichtmessung erfolgen. Andererseits kann das Herausschießen der Tiefseevorrichtung 1 aus der Wasseroberfläche sogar erwünscht sein, um den Auftauchort rasch identifizieren zu können. Im Falle eines kleinen oder bereits fraktionierten Tiefseeobjekts 13 in der Fangeinrichtung 14, mit dem Ziel der Bergung lediglich vitaler Zellen, dürfte das Auftreffen auf die Wasseroberfläche und der damit verbundene Stoß problemlos sein.
Um die Tiefseevorrichtung 1 auch bei z. B. ungünstiger Sicht, hohem Wellengang oder in der Nacht finden zu können, kann die Tiefseevorrichtung 1 eine Signaleinrichtung umfassen, um (vorzugsweise nach dem Auftauchen) Funksignale, Lichtblitze, akustische Signale oder andere Lokalisierungssignale abzugeben.
Nach der Bergung der Tiefseevorrichtung 1 z. B. auf ein Schiff oder bereits beim Erreichen der Tiefseevorrichtung 1 z. B. mittels eines kleineren Boots kann die komplette Fangeinrichtung 14 oder zumindest ein das zumindest eine Tiefseeobjekt 13 umfassender Abschnitt der Fangeinrichtung 14 von der Tiefseevorrichtung 1 entnommen werden und z. B. an Ort und Stelle weiterbehandelt werden, etwa eingefroren (Kryokonservierung) oder an Bord eines Schiffes mit Laboren gebracht werden. In diesen kann dann z. B. eine Zellisolation oder eine Überführung von Zellen, Gewebeteilen oder auch der ganzen Organismen in Druckammern etc. vorgenommen werden.
Eine Besonderheit der in 2 gezeigten Ausführungsform ist, dass die Fangeinrichtung 14 tiefendruckstabil ist, insbesondere als tiefendruckstabile, dickwandige Kammer ausgebildet ist. Während die Fangeinrichtung 14 aus 1 mehr auf die Bergung lebender Zellen und nicht vitaler Organismen abzielt, kann mittels der Fangeinrichtung 14 aus 2 sowohl die Bergung lebender Zellen als auch vitaler Organismen ermöglicht werden. Eine weitere Besonderheit der in 2 gezeigten Ausführungsform ist, dass die Antriebseinheit 16 als ein eine Batterie, einen Elektromotor und ein Antriebsteil umfassender Elektroantrieb ausgebildet ist. Das Antriebsteil kann als Propeller oder Schraube ausgebildet sein, zur Kompensation eines Drehmomentes vorzugsweise als gegenläufiges Doppelschraubsystem.
Die in den 1 und 2 gezeigten Fangeinrichtungen 14 sind mit einem Schnellverschluss an dem Hauptkörper 12 modulartig entfernbar und wiederanbringbar befestigt, was eine Mehrfachverwendung ermöglicht. Nach dem Auftauchen kann daher die Fangeinrichtung 14 mit dem aufgenommenen Tiefseeobjekt 13 rasch entnommen werden und wird handlicher für die weitere Nutzung des Tiefseeobjekts 13. Die Entnahme der Fangeinrichtung 14 erfolgt im Bereich A-B (vgl. 2).
3 zeigt eine detaillierter dargestellte Tiefseevorrichtung 1. An der Position A ist ein Schnitt vorgenommen worden, so dass der hintere Teil der Tiefseevorrichtung 1 unter dem vorderen Teil der Tiefseevorrichtung 1 dargestellt ist. Tatsächlich bilden beide eine lineare Einheit.
An oder in der Kopfendregion der Tiefseevorrichtung 1 befindet sich das Gewichtsmittel 11a und ein Abwurfmechanismus 211 für das Gewichtsmittel 11a. Der Abwurfmechanismus 211 kann z. B. eine kleine Sprengkapsel sein, die das Gewichtsmittel 11a in der Meerestiefe wegschleudert, oder ein Federmechanismus sein, der z. B. elektro-mechanisch ausgelöst wird und der das Gewichtsmittel 1la abwirft. Ebenso an oder in der Kopfendregion der Tiefseevorrichtung 1 und unter dem Gewichtsmittel 11a befindet sich die Auftriebseinheit 1lb, die nach dem Abwurf des Gewichtsmittels 11b die Tiefseevorrichtung 1 zur Wasseroberfläche hin aufrichtet und optional ein statisches Auftauchen der Tiefseevorrichtung 1 gewährleisten kann. Die Auftriebseinheit 11b kann ein Glashohlkugelsystem oder ein Glashohlkugel-Zementgemisch mit Auftriebseigenschaften sein.
An oder in der Kopfendregion oder an anderer geeigneter Stelle der Tiefseevorrichtung 1 befinden sich ferner Sensoren und Signalelemente 213, die insbesondere beim Auftauchprozess eingesetzt werden. Dies können Druck- oder Lichtsensoren oder aber auch akustische Sensoren wie Richtmikrophone sein. Es ist möglich, dass vorzugsweise akustisch von der Wasseroberfläche her ein Leitstrahl erzeugt wird, der es gestattet, die Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung 1 zu steuern und die Tiefseevorrichtung 1 in eine Zielregion an der Wasseroberfläche zu lenken. Hierzu ist z. B. ein Stereo- oder quadropolares akustisches Richtungsempfangssystem vorzugsweise an oder in der Kopfendregion der Tiefseevorrichtung 1 installiert. Über Differenzmessungen der Signale lässt sich permanent die Abweichung vom Richtstrahl bestimmen und die Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung 1 über Steuerruderelemente 220 und 221 am Heck Tiefseevorrichtung 1 verändern.
Die Tiefseevorrichtung 1 umfasst ferner einen Raum 214, in dem sich erforderlich Elektronik z. B. für die Sensorik, den Abwurfmechanismus, die Steuerung der Fangeinrichtung 14, etc. befindet. Diese ist gasfrei eingegossen und muss aus diesem Grund nicht druckfest ausgeführt werden.
Wie in 3 zu sehen, sind die einzelnen Funktionsteile, insbesondere die Fangeinrichtung 14 und Teile der Antriebseinheit 16 in dem Hauptkörper 12 untergebracht, der in Leichtbauweise und vorzugsweise nicht druckfest ausgeführt ist. Der Hauptkörper 12 kann z. B. eine Metall-, Kunststoff- oder Keramikkonstruktion sein. Der Hauptkörper 12 ist mit Öffnungen versehen (nicht dargestellt), so dass der Innendruck stets dem Außendruck folgt.
Die Fangeinrichtung 14 umfasst eine Kammer 24, in der zumindest ein Tiefseeobjekt 13 aufgenommen und insbesondere gefangen werden kann. Im Falle eines Transportes des Tiefseeobjekts 13 unter Beibehaltung des Drucks des Tiefseeobjekt-Aufnahmebereichs ist die Fangeinrichtung 14 druckstabil und daher dickwandig ausgeführt. Geeignete Abmessungen liegen vorzugsweise bei einem Durchmesser von wenigen Zentimetern bis zu einem Meter oder sogar darüber hinaus. Die Fangeinrichtung 14 und die Kammer 24 besitzen eine Einlassöffnung Eö, die mit einem Verschlussteil 22 (z. B. einer Türe, Klappe, Schiebeelement, etc.) verschließbar ist, das ebenfalls den Druckverhältnissen in der Tiefsee und beim Auftauchen standhält und aktiv geschlossen werden kann, z. B. wenn eine Feststelleinheit ein aufgenommenes Tiefseeobjekts 13 detektiert hat.
In der Kammer 24 oder der Einlassöffnung Eö befindet sich ein Anlockmittel 222, mit dem Tiefseeobjekte 13 in die Kammer 24 gelockt werden sollen. Das Anlockmittel 222 kann ein Köder, ein akustischer oder ein optischer Signalgeber sein, der z. B. Lichtblitze oder Töne abstrahlt, wie sie von Tiefseeobjekten 13 selbst zum Fang verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend kann über die Einlassöffnung Eö Tiefseewasser 13 mittels eines Pumpsystems, das eine Pumpe 29 und eine Rohrleitung 27, 28 umfasst, angesaugt und wieder herausgepumpt werden, bis zumindest ein Tiefseeobjekt 13 in der Fangeinrichtung 14 aufgenommen ist, insbesondere auf einem vorzugsweise plattenförmigen Sieb- oder Filterelement 26 zum Anliegen kommt. Das Siebelement 26 besitzt Wasserdurchlässe, die den Flüssigkeitsstrom hindurch lassen, ein angesaugtes Tiefseeobjekt 13 aber nicht passieren lässt.
Über die Feststelleinheit (z. B. Sensor, Lichtschranke, Berührungssensor etc.) lässt sich feststellen, ob ein Tiefseeobjekt 13 aufgenommen wurde. In Abhängigkeit davon kann die Einlassöffnung Eö mittels des Verschlussteils 22 verschlossen werden.
Die in 3 gezeigte Tiefseevorrichtung 1 umfasst ferner eine Präparationseinrichtung für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt 13.
Die Präparationseinrichtung umfasst ein Fixier- und/oder Zerlegelement 25 zum Fixieren und/oder Zerlegen zumindest eines Tiefseeobjekts 13. Das Fixier- und/oder Zerlegelement 25 ist in Richtung des Siebelements 26 bewegbar, das ergänzend oder alternativ ebenso als Fixier- und/oder Zerlegelement ausgeführt sein kann. Eine detaillierte Beschreibung der Funktion und Wirkweise hiervon erfolgt unter Bezugnahme auf die 4 und 5.
Die in 3 gezeigte Tiefseevorrichtung 1 umfasst ferner einen Raum 215, der Ansteuerelektronik für die Pumpe 29 aufnimmt und ergänzend oder alternativ weitere Beilasten, Messmodul(e,) Probeentnahmesysteme etc.. Auch der Raum 215 steht in direktem Kontakt zum Außenbereich und folgt somit dem Außendruck.
Die Tiefseevorrichtung 1 umfasst ferner einen Raum 216, in dem ein Batteriesystem untergebracht ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein gasfreies, folienartiges nicht komprimierbares Stapelsystem oder eine andere geeignete Batterieform, wie sie bereits jetzt in Tiefseefahrzeugen Anwendung findet.
Die in 3 gezeigte Antriebseinheit 16 umfasst einen tiefseetauglichen Elektromotor 217 und ein Schraubensystem 218, das von dem Elektromotor 217 antreibbar ist. Zur Vermeidung eines auf die Tiefseevorrichtung 1 übertragenes Drehmoment werden in der Regel gegenläufige Doppelschraubensysteme eingesetzt.
Die 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen für die Fangeinrichtung 14. 4 zeigt eine Ausführungsform, in dem der Druck des Tiefseeobjekt-Aufnahmebereichs gehalten oder gesteuert werden kann, während 5 eine Ausführungsform zeigt, in der der Druck in der Fangeinrichtung 14 dem Außendruck folgt.
Die Ausführungsform gemäß 4 dient der Aufrechterhaltung der Druck- und vorzugsweise auch der Temperaturverhältnisse bis zum Auftauchen und Bergen, wie sie am Tiefseeobjekt-Aufnahmebereich herrschten, insbesondere mit dem Ziel des Transfers vor allem lebender Tiefseeorganismen. Zu diesem Zweck kann die Tiefseevorrichtung 1 gemäß 4 eine Druck- und vorzugsweise auch eine Temperiereinrichtung umfassen. Die Ausführungsform gemäß 5 dient insbesondere der Gewinnung von vitalen Zellen aus den Geweben unter Verlust der Vitalität des Tiefseeorganismus.
In beiden Ausführungsformen umfasst die Fangeinrichtung 14 eine Präparationseinrichtung, um eine Vorpräparation zumindest eines Tiefseeobjekts 13 zu ermöglichen, z. B. eine Vorbereitung auf eine angestrebte Isolation vitaler Zellen und/oder eine Anlage von Kryoproben bzw. in vitro Zellkulturen bereits vor und während des Auftauchens. Ebenso umfasst die Fangeinrichtung 14 in beiden Ausführungsformen das Fixier- und/oder Zerlegelement 25 (nachfolgend als Fixierelement bezeichnet), um zumindest ein Tiefseeobjekt 13 zu fixieren und/oder zu zerlegen.
Eine Präparation des Tiefseeobjekts 13 ist insbesondere erforderlich, da die Wahrscheinlichkeit, lebende, vermehrungsfähige Zellen isolieren zu können, beginnend mit dem Fangzeitpunkt dramatisch abnimmt. Eile ist insbesondere aus den folgenden drei Gründen geboten: Einmal, da der Gesamtorganismus aufgrund kleinster Veränderungen der Druck- und Temperaturverhältnisse kollabiert, was mit zunehmender Fangtiefe kaum vermieden werden kann, zum anderen, weil die Toleranz gegen deutliche Druckänderungen auf zellulärer und molekularer Ebene nur über einen begrenzten Zeitraum besteht, und Drittens, weil die Isolation von Zellen neben dem Bergungsstress einen weiteren Stressfaktor darstellt und folglich die Gesamtstressperiode so kurz wie möglich gehalten werden sollte.
Beispielhaft wird die Präparationseinrichtung und ein zugehöriges Präparationsverfahren nun an der Ausführungsform gemäß 4 näher erläutert.
In der Tiefsee angekommen, kann die Einlassöffnung Eö der Fangeinrichtung 14 durch Öffnen des Verschlussmittels 22 z. B. über einen stark vereinfacht dargestellten Mechanismus 34 geöffnet werden. In der Regel aber wird die Tiefseevorrichtung 1 mit geöffneter Einlassöffnung Eö in die Tiefsee gelassen.
In 4 wird ein Tiefseeobjekt 13 (z. B. ein Tiefseemakrorganismus) in die Fangeinrichtung 14 und insbesondere die Kammer 24 angesaugt. Die in 4 gepunkteten Pfeile stellen die Strömungsrichtung des Tiefseewassers dar. Das Ansaugen erfolgt mittels des Pumpsystems, das die Pumpe 29 und die Rohrleitung 27, 28 umfasst, wobei die der Pumpe 29 vorgeschaltete Rohrleitung 27 und/oder die der Pumpe 29 nachgeschaltete Rohrleitung 28 ein Ventil aufweisen kann, um einen Rückstrom oder passives Ausströmen z. B. während des Auftauchens der Tiefseevorrichtung 1 zu verhindern. Durch das Ansaugen wird das Tiefseeobjekt 13 gegen das Siebelement 26 beaufschlagt, während Tiefseewasser und kleine Partikel (Millimeter- und Submillimeterbereich) durch die Zwischenräume in dem Siebelement 26 passieren.
Die Einlassöffnung Eö befindet sich zwischen dem Fixierelement 25 und dem Siebelement 26. Das Fixierelement 25 ist z. B. mittels eines vorzugsweise federbeaufschlagten Vorspannmechanismus 310 über einen Führungsmechanismus 39, hier als Prifielstange ausgebildet, in Richtung Siebelement 25 axial bewegbar. In der Regel erfolgt dies rasch (innerhalb weniger Sekunden).
Das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 haben Fixierund/oder Zerlegteile 44, 45 (z. B. Schneiden, Stechmittel wie etwa nagel-, pfeil- oder stiftförmige Teile), die korrespondierend zueinander ausgebildet und angeordnet sind, um zumindest ein Tiefseeobjekt 13 sandwichartig zu fixieren, z. B. mittels Penetrierens, und/oder mittels Schneiden zu zerlegen. Mittels des Fixierelements 25 wird das Tiefseeobjekt 13 gegen das Siebelement 26 gedrückt und in ein kleineres Volumen zerlegt, in dem erste Prozesse der Präparation begonnen werden können.
Befindet sich das Fixierelement 25 auf dem Siebelement 26, wird eine Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit geschaffen, die mittels einer Verbindungseinrichtung 312 vorzugsweise zusammen mit zumindest einem aufgenommenen Tiefseeobjekt 13 von der Tiefseevorrichtung 1 und der verbleibenden Fangeinrichtung 14 entnommen werden kann. Die Verbindungseinrichtung 312 kann dabei z. B. eine druckdichte Schraubverbindung oder ein anderer Mechanismus sein. Das Öffnen und Entnehmen der Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit erfolgt in der Regel an der Oberfläche, an Bord eines Schiffes oder im Labor und erlaubt die rasche Weiterverarbeitung des Tiefseeobjekts 13 in der angestrebten Weise.
In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Fangeinrichtung 14 nicht druckbeständig ausgebildet und kann daher dünnwandig ausgeführt werden. Die Fangeinrichtung 14 kann somit zusätzlich zu der Einlassöffnung Eö weitere Öffnungen 316 umfassen, durch die Wasser ein- und ausströmen kann und ein Druckausgleich erfolgt. Die in 5 gepunkteten Pfeile stellen potentielle Strömungsrichtungen des Tiefseewassers dar.
Wenn nicht angesaugt werden soll, sondern z. B. ein Tiefseeobjekt 13 mit Lichtblitzen z. B. über eine LED 317 angelockt wird, kann auf ein Pumpsystem verzichtet werden. Auch die Einlassöffnung Eö muss nicht mit einem Verschlussmittel 22 verschließbar sein, wenn eine Fixierung eines Tiefseeobjekts 13 in der Fangeinrichtung 14 ermöglicht ist. Umgekehrt kann auf eine Fixierung eines Tiefseeobjekts 13 verzichtet werden, wenn das Verschlussmittel 22 vorgesehen wird.
In den 6 und 7 sind das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 gegenüber den vorigen Figuren vergrößert dargestellt. In 6 sind das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 noch nicht in Eingriff miteinander und das Tiefseeobjekt 13 noch unversehrt. In 7 sind das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 in Eingriff miteinander und das Tiefseeobjekt 13 ist zwischen dem Fixierelement 25 und dem Siebelement 26 sandwichartig fixiert und penetriert, zerlegt und wird für die Isolation vitaler Zellen nach der Bergung vorbereitet.
Das Siebelement 26 umfasst Durchlässe 46, die zwischen den Fixierteilen 45 angeordnet sind und durch die Wasser hindurch treten kann, z. B. wenn das Fixierelement 25 auf das Siebelement 26 zu bewegt wird. Das Fixierelement 25 umfasst Fixierteile 44, die ausgebildet und angeordnet sind, um in die Durchlässe 46 des Siebelements 26 zu passen und um diese zu verschließen, wenn das Fixierelement 25 mit dem Siebelement 26 in Eingriff ist, wodurch der Zwischenraum zwischen Fixierelement 25 und Siebelement 26 und ein aufgenommenes Tiefseeobjekt 13 von Umgebungswasser isoliert ist.
Es ist möglich, dass die Fangeinrichtung 14 Behältnisse 47 für Wirkmittel für das Tiefseeobjekt 13 umfasst. Insbesondere können in Zwischenräumen des Fixierelements 25 mit dünnen Folien verschlossene Volumina 47 angeordnet sein, in denen sich z. B. eine Enzymlösung zur Auflösung des Gewebeverbandes und/oder ein Kryoprotektivum für die Aufrechterhaltung der Vitalität von Zellen während und nach einem Einfrieren befindet. Ebenso können die Behältnisse 47 ergänzend oder alternativ auch an dem Siebelement 26 oder anderer geeigneter Stelle vorgesehen werden.
Günstigerweise wird der Präparationsvorgang, insbesondere die Gewebeisolation bereits am Fangort aktiviert. Dies erfolgt, indem das Tiefseeobjekt 13 fixiert und in kleine Gewebestücke zerlegt wird, und indem die Behältnisse 47 mittels der Fixierteile 45 des Siebelements 26 geöffnet werden, so dass sich der Inhalt der Behältnisse 47 in das Gewebe ergießen kann. Ferner verschließen die Fixierteile 44 des Fixierelements 25 die Durchlässe 46 des Siebelement 26 dicht, so dass kein Wasser zu dem Tiefseeobjekt 13 vordringt und die Wirkung des Wirkmittels, insbesondere die Konzentration der Lösung zum Auflösen des Gewebeverbandes oder zur Vorbereitung der Kryokonservierung nahezu konstant bleibt.
Die 8 bis 10 verdeutlichen den zeitlichen Ablauf der Fixierung, Zerlegung und Präparation eines Tiefseeobjekts 13. Dieser Prozess kann sehr schnell erfolgen, z. B. im Bereich einer Sekunde oder weniger. Die Geschwindigkeit kann z. B. über die Vorspannung des Vorspannmechanismus 310 gesteuert werden.
In den 8 bis 10 ist wiederum eine dickwandige, druckstabile Fangeinrichtung 14 dargestellt. Gezeigt ist insbesondere nochmals der Prozess des Fixierens und Zerlegens eines Tiefseeobjekts 13, der zeitgleich und/oder nachfolgend durch die Wirkmittelabgabe ergänzt werden kann. Nach der Fixierung des Tiefseeobjekts 13 werden in der Rohrleitung 27, 28 angeordneten Ventile geschlossen, damit der Druck für das in der Fangeinrichtung 14 aufgenommene Tiefseeobjekt 13 erhalten bleibt. Soll ein Tiefseeobjekt 13 gefangen aber nicht getötet und das Gewebe vorbereitet werden, kann die Funktion der Zerlegung entfallen.
11 zeigt nochmals die in der Tiefseevorrichtung 1 angeordnete Fangeinrichtung 14, wobei das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 in Eingriff gebracht werden und ein Tiefseeobjekt 13 dort dazwischen fixiert und zerlegt wird.
Wie aus den 11 bis 13 ersichtlich wird, kann nach dem Auftauchen der Tiefseevorrichtung 1 die Fangeinrichtung 14 modulartig in Teilen oder komplett an den Stellen A und B entnommen (z. B. Ausklinken über einen Schnellverschluß) werden. Wesentlich für die Bergung vitalen Materials (Organismen, Gewebe oder Zellen) ist ein möglichst kurzer Zeitraum zwischen dem Fang und einem optionalen Fixieren/Zerlegen und der weiteren Verarbeitung z. B. im Labor an Bord eines Schiffes. Daher spielt die Entnahme der Fangeinrichtung 14 und aus dieser der eigentlichen Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit (siehe 13), die insbesondere das Siebelement 26 und das Fixierelement 25 umfasst, eine wichtige Rolle.
12 zeigt die entnommene Fangeinrichtung 14, während 13 die entnommene Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit zeigt, wie sie direkt ins Labor zur weiteren Verarbeitung gelangt. Es sind ebenso Ausführungsformen möglich, bei denen nur eine Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit von der Tiefseevorrichtung 1 entfernbar ist, wobei die übrigen Teile der Fangeinrichtung an oder in der Tiefseevorrichtung 1 verbleiben.
Geht man z. B. von einem Fang in 6.000 m Tiefe aus, so benötigt die Tiefseevorrichtung 1 zum Auftauchen mit einer Geschwindigkeit von z. B. 60 km/h 6 Minuten bis zum Erreichen der Wasseroberfläche. In dieser Zeit, und es handelt sich gerade um den auch sonst üblichen Zeitraum für die Wirkung von Enzymen zur Auflösuneln in die Zellen, wirken die freigesetzten Substanzen zg des Gewebeverbandes bzw. das Eindringen von Gefrierschutzmittur Vorpräparation. Bei Leitstrahlgeführtem Auftauchen der Tiefseevorrichtung 1 ist eine Bergung innerhalb von 5 bis 10 Minuten möglich. Die Entnahme der kompletten Fangeinrichtung 14 oder der Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit und deren Übergabe z. B. ins Labor kann weitere ca. 5 Minuten in Anspruch nehmen. Im Labor können dann bereits Drucksysteme und weitere Isolationsbehälter zur Erzeugung von vermehrungsfähigen Zellkulturen oder flüssiger Stickstoff für die Kryokonservierung zur Verfügung stehen. Selbst bei ungünstigem Zeitverlauf (z. B. 10 Minuten Auftauchzeit +10 Minuten Bergungszeit +10 Minuten Transfer zum Schiff) beträgt der Belastungszeitraum des Zellmaterials weniger als 1 Stunde. Literaturbefunde zeigen, dass auf molekularer und zellulärer Ebene Druckänderungen bis zu einer Stunde tolerierbar sind. In günstigen Fällen vergehen vom Fang bis zum Labor weniger als 15 Minuten. Mittels der erfindungsgemäßen Tiefseevorrichtung 1 ist eine Bergungsprozedur möglich, die um den Faktor 10 bis 30 schneller ist als bisher übliche.
14 zeigt eine beispielhafte weitere Prozedur der Gewebe-/Zellverarbeitung nach der Bergung. Die entnommene Tiefseeobjekt-Festsetzeinheit wird im Labor geöffnet, indem das Fixierelement 25 und das Siebelement 26 voneinander getrennt werden. Daraufhin lassen sich von dem Siebelement 26 fraktionierte und ggf. vorpräparierte Gewebeteile 75 des Tiefseeobjekts 13 entnehmen und weiter verarbeiten. Dargestellt sind zwei Wege: Einmal das Einfrieren z. B. in Plastikröhrchen 76, insbesondere wenn vorher Gefrierschutzmittel (z. B. DMSO, Glyzerin) zugesetzt wurden, zum anderen die Erzeugung einer Primärzellkultur 78 über Zugabe von Enzym- und Nährlösungen in geeigneten Gefäßen 77 und deren Passagierung, bis vermehrungsfähige Zellen 710 stabil in Kultur wachsen. Die Prozedur wird vorzugsweise so realisiert, dass die Druck- und/oder Temperaturverhältnisse der Tiefsee einstellbar sind. Zumindest sollten die Phasen ab 75 über 77 zu 79 unter Tiefseebedingungen ausgeführt werden. Sollte das nicht möglich oder notwendig sein (z. B. nach Bergung ohne Druckkammer) sind schnellstmöglich Tiefseebedingungen (z. B. Druck, Temperatur) nach der Zellisolation herzustellen. Entsprechende Systeme sind bekannt und bereits erprobt worden (vgl. B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889).
15 zeigt eine Ausführungsform einer Einsatzprozedur der Tiefseevorrichtung 1 zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts 13 (insbesondere von vitalen Tiefseeorganismen).
An einer Tiefseestelle 81 wird die Tiefseevorrichtung 1 von Bord eines Schiffes 84 zu Wasser gelassen. Durch das Gewichtsteil 11a der Tiefseevorrichtung 1 sinkt die Tiefseevorrichtung 1 mit dem Gewichtsteil 11a zum Tiefseeboden 82 gerichtet und der Antriebseinheit 16 zur Wasseroberfläche gerichtet. Die Tiefseevorrichtung 1 soll bis auf den Tiefseeboden 82 absinken, wobei auch ohne Grundberührung in beliebiger Tiefe über dem Tiefseeboden 82 gefangen und geborgen werden kann.
Abschnitt a) kennzeichnet ein passives Sinken der Tiefseevorrichtung 1. In dieser Phase besteht normalerweise keine Eile.
Abschnitt b) kennzeichnet die Ankunft der Tiefseevorrichtung 1 auf dem Tiefseegrund 82, wo die Tiefseevorrichtung 1 in Abhängigkeit der Oberflächenkontur des Tiefseegrunds 82 eine meist im Wesentlichen horizontale Lage einnimmt. Durch die Abstandshalteeinrichtung Ah (in 15 nicht dargestellt) wird verhindert, dass die Einlassöffnung Eö der Fangeinrichtung 14 durch den Tiefseeboden 82 verschlossen wird.
Durch Anlocken oder Ansaugen (Abschnitt c)) gelangt zumindest ein Tiefseeobjekt 13' in die Fangeinrichtung 14. Ist dies erfolgt und mittels einer Feststelleinheit festgestellt, wird die Fangeinrichtung 14 verschlossen und alternativ oder ergänzend der Fixier-, Zerlege- und/oder Wirkmittelzugabevorgang gestartet.
In Abschnitt d) wird das Gewichtsmittel 11a abgeworfen und die Tiefseevorrichtung 1 richtet sich mittels der Auftriebseinheit 11b auf, so dass die Auftriebseinheit 11a bzw. das Kopfende der Tiefseevorrichtung 1 zur Wasseroberfläche zeigt und die Antriebseinheit 16 zum Tiefseeboden 82 zeigt (Phase e)). Ist die Tiefseevorrichtung 1 aufgerichtet, ist die Tiefseevorrichtung 1 oder deren Längsachse La im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung Ar und somit im Wesentlichen senkrecht zu einer fiktiv ebenen Wasseroberfläche F ausgerichtet.
Wenn aufgerichtet, kann der Antrieb mittels der Antriebseinheit 16 und somit das Auftauchen erfolgen (Abschnitt f)). Die Tiefseevorrichtung 1 ist auf dem Weg aus der Tiefsee zu der Wasseroberfläche hin im Wesentlichen senkrecht zu der fiktiv ebenen Wasseroberfläche F ausgerichtet und wird im Wesentlichen in Auftriebsrichtung Ar vorangetrieben. Obwohl in 15 nicht gezeigt, ist es möglich, dass die Tiefseevorrichtung 1 auf dem Weg aus der Tiefsee zu der Wasseroberfläche abschnittsweise abweichend von der Auftriebsrichtung Ar vorangetrieben wird, z. B. um ein Auftauchen in einer bestimmten Zielregion an der Wasseroberfläche zu gewährleisten.
Die Tiefseevorrichtung 1 ist ausgebildet und eingerichtet, um entweder nur der Auftriebsrichtung Ar oder einem Leitstrahl zu folgen oder umfasst eine Sensoreinrichtung zur Erfassung ihrer Lage und/oder Ausrichtung. In diesem Fall kann die Richtung der Bewegung der Tiefseevorrichtung 1 über die Steuerelemente am Heck korrigiert. werden.
Kurz vor der Oberfläche (z. B. innerhalb der letzten 100 m) kann die Geschwindigkeit der Tiefseevorrichtung 1 gedrosselt werden, damit die Tiefseevorrichtung 1 nicht aus der Wasseroberfläche herausschießt. Dies kann allerdings auch vorteilhaft sein, da auf diese Weise der Auftauchort leichter erkannt wird (Abschnitt h)).
Die Abschnitte i) und j) zeigen beispielhaft, wie die Tiefseevorrichtung 1 geborgen werden kann, was jedoch auch mit einem Schlauchboot oder anderen Systemen erfolgen kann.
An Bord eines Schiffes 84 mit Labor wird in der bereits beschriebenen Art (Abschnitt k)) das Tiefseeobjekt 13 weiter verarbeitet.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand der einzelnen Unteransprüche unabhängig von dem Gegenstand der in Bezug genommenen Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889 [0004]
S. Koyama, Cell biology of deap-sea multicellular organisms, Crytotechnology (2007) 55: 125–133 [0007]
B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889 [0085]
B. Shillito, G. Hamel, C. Duchi D. Cottin, J. Sarrazin, P.-M. Sarradin, J. Ravaux, F. Gaill, Live capture of megafauna from 2300m depth, using a newly designed pressurized recovery device, Deep-Sea Research I 55 (2008) 881–889 [0143]

Claims

Tiefseevorrichtung zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts, insbesondere zumindest eines Organismus und/oder von Zellmaterial, aufweisend: – eine Fangeinrichtung (14), um zumindest ein Tiefseeobjekt aufzunehmen, und – eine Antriebseinheit (16), um die Tiefseevorrichtung anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) hin zu der Wasseroberfläche mittels der Antriebseinheit (16) vorangetrieben zu werden, und/oder – die Tiefseevorrichtung torpedoartig ausgebildet ist.
Tiefseevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefseevorrichtung – ausgebildet und eingerichtet ist, um in der Tiefsee im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet zu werden, und/oder – ausgebildet und eingerichtet ist, um zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet vorangetrieben zu werden.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung ein abwerfbares Gewichtsmittel (11a) umfasst, und/oder – die Tiefseevorrichtung ein Gewichtsmittel (11a) umfasst, um die Tiefseevorrichtung kopfvoraus absinken zu lassen, und/oder – die Tiefseevorrichtung eine Auftriebseinheit (11b) umfasst, um die Tiefseevorrichtung im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) auszurichten.
Tiefseevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gewichtsmittel (11a) und/oder die Auftriebseinheit (11b) in einer Kopfendregion der Tiefseevorrichtung angeordnet ist, und/oder – die Tiefseevorrichtung im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet wird, nachdem das Gewichtsmittel (11a) abgeworfen wurde, und/oder – ein statisches Auftauchen der Tiefseevorrichtung erfolgt, nachdem das Gewichtsmittel (11a) abgeworfen wurde.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangeinrichtung (14) – wasserdicht und/oder tiefendruckresistent verschließbar ist, und/oder – eine Temperiereinrichtung umfasst, um die Fangeinrichtung (14) und/oder zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt zu temperieren, und/oder – eine Druckeinstelleinrichtung umfasst, um den Druck in der Fangeinrichtung (14) und/oder für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt einzustellen, oder – ausgebildet und eingerichtet ist, um in der Fangeinrichtung und/oder für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt einen Druck zu gewährleisten, der im Wesentlichen dem Außendruck folgt.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangeinrichtung (14) zumindest eines von Folgenden umfasst: – eine Kammer, in der zumindest ein Tiefseeobjekt gefangen werden kann, – eine Feststelleinheit, um festzustellen, ob zumindest ein Tiefseeobjekt in der Kammer aufgenommen ist, – eine verschließbare Kammer, die geschlossen wird, wenn eine Feststelleinheit das Vorhandensein zumindest eines Tiefseeobjekts in der Kammer festgestellt hat, – ein Lockmittel zum Anlocken zumindest eines Tiefseeobjekts in die Kammer, – eine Ansaugeinrichtung (29) zum Ansaugen zumindest eines Tiefseeobjekts und/oder von Tiefseewasser in die Kammer, – eine Siebeinrichtung (26), gegen die zumindest ein angesaugtes Tiefseeobjekt beaufschlagbar ist.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – eine Präparationseinrichtung (25, 26, 47), um zumindest ein in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenes Tiefseeobjekt zu zerlegen und/oder zu fixieren, und/oder – eine Präparationseinrichtung (25, 26, 47), um mindestens ein Wirkmittel zumindest einem in der Fangeinrichtung aufgenommenen Tiefseeobjekt zuzuführen, und/oder – eine Fangeinrichtung (14) oder eine Präparationseinrichtung (25, 26, 47), die ausgebildet und eingerichtet ist, um zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt von Umgebungswasser im Wesentlichen zu isolieren oder um zumindest ein Tiefseeobjekt von Umgebungswasser umgeben zu bergen.
Tiefseevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenes Tiefseeobjekt – sandwichartig fixierbar und/oder zerlegbar ist, und/oder – mittels Penetrierens fixierbar und/oder mittels Schneiden zerlegbar ist.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung einen langgestreckten Hauptkörper (12) umfasst und die Fangeinrichtung (14) in das Innere des langgestreckten Hauptkörpers (12) zumindest abschnittsweise entfernbar und vorzugsweise wiederanbringbar integriert ist, und/oder – die Fangeinrichtung (14) zumindest abschnittsweise von der Tiefseevorrichtung abnehmbar und vorzugsweise wiederanbringbar ist, und/oder – eine Anschlusseinrichtung für ein Drucksystem umfasst.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefseevorrichtung zumindest eine Abstandshalteeinrichtung (Ah) umfasst, um zu verhindern, dass eine Einlassöffnung (Eö) der Fangeinrichtung (14) von dem Tiefseeboden (82) verschlossen wird.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (16) – als Propeller-, Schraub- und/oder Rückstoß-Antriebseinheit ausgebildet ist, und/oder – ausgebildet und eingerichtet ist, um die Tiefseevorrichtung mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die größer ist als: – 50 km/h, – 75 km/h, – 100 km/h.
Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – ein Einstellsystem zum Einstellen der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung, und/oder – eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Richtstrahls, und/oder – eine Bestimmungseinrichtung, um die Position und/oder die Tiefe und/oder die Ausrichtung der Tiefseevorrichtung zu ermitteln.
Verfahren zur Bergung zumindest eines Tiefseeobjekts, insbesondere zumindest eines Organismus und/oder von Zellmaterial, mittels einer Tiefseevorrichtung, vorzugsweise einer Tiefseevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: – zumindest ein Tiefseeobjekt mittels einer Fangeinrichtung (14) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) hin zu der Wasseroberfläche mittels einer Antriebseinheit (16) vorangetrieben wird, und/oder – die Tiefseevorrichtung torpedoartig hin zu der Wasseroberfläche vorangetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung in der Tiefsee im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet wird, und/oder – zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu der Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet vorangetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Gewichtsmittel (11a) der Tiefseevorrichtung abgeworfen wird, und/oder – die Tiefseevorrichtung kopfvoraus absinkt, und/oder – die Tiefseevorrichtung mittels einer Auftriebseinheit (11b) in der Tiefsee im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung im Wesentlichen in Auftriebsrichtung (Ar) ausgerichtet wird, nachdem das Gewichtsmittel (11a) abgeworfen wurde, und/oder – ein statisches Auftauchen der Tiefseevorrichtung erfolgt, nachdem das Gewichtsmittel (11a) abgeworfen wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fangeinrichtung (14) – für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt eine Temperatur gewährleistet wird, die im Wesentlichen der Temperatur im Tiefseeaufnahmebereich entspricht, und/oder – für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt ein Druck gewährleistet wird, der im Wesentlichen dem Druck im Tiefseeaufnahmebereich entspricht, oder – für zumindest ein aufgenommenes Tiefseeobjekt ein Druck gewährleistet wird, der im Wesentlichen dem Außendruck folgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Feststelleinheit feststellt, ob zumindest ein Tiefseeobjekt in der Fangeinrichtung (14) aufgenommen ist, und/oder – eine verschließbare Kammer geschlossen wird, wenn eine Feststelleinheit das Vorhandensein zumindest eines Tiefseeobjekts in der Kammer festgestellt hat, und/oder – eine Ansaugeinrichtung (29) zumindest ein Tiefseeobjekt und/oder Tiefseewasser in die Kammer ansaugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest ein in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenes Tiefseeobjekt zerlegt und/oder fixiert wird, und/oder – mindestens ein Wirkmittel zumindest einem in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenen Tiefseeobjekt zugeführt wird, und/oder – zumindest ein in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenes Tiefseeobjekt im Wesentlichen von Umgebungswasser isoliert wird oder von Umgebungswasser umgeben geborgen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein in der Fangeinrichtung (14) aufgenommenes Tiefseeobjekt – sandwichartig fixiert und/oder zerlegt wird, und/oder – mittels Penetrierens fixiert und/oder mittels Schneiden zerlegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tiefseevorrichtung rückstoßartig mittels der Antriebseinheit (16) angetrieben wird, und/oder – die Tiefseevorrichtung mit einer Geschwindigkeit vorangetrieben wird, die größer ist als: – 50 km/h, – 75 km/h, oder – 100 km/h.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefseevorrichtung einen Richtstrahl erfasst, wobei in Abhängigkeit des erfassten Richtstrahls die Bewegungsrichtung der Tiefseevorrichtung einstellbar ist.