Die Tiefsee beginnt dort, wo kein Sonnenlicht mehr in die Wassersäule eindringt. Dies ist die Schwelle von etwa 200 Metern Tiefe, jenseits derer die Dämmerzone (Mesopelagial) beginnt, gefolgt von der ewigen Dunkelheit der bathyalen, abyssalen und hadalen Zone, die bis in Tiefen von 11 Kilometern im Marianengraben reichen. Hier erreicht der Druck 1100 Atmosphären, die Temperaturen liegen nahe null Grad, und Nahrung findet sich ausschließlich in Form von „Meeresschnee“ – organischen Partikeln, die langsam von der Oberfläche absinken. Trotz dieser extremen Bedingungen existiert Leben nicht nur, sondern gedeiht in Formen, die uns fremdartig erscheinen.
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Lange Zeit glaubte man, Leben sei unterhalb von 500–600 Metern unmöglich. Die ersten Tiefseeexpeditionen des 19. Jahrhunderts, wie die Weltumsegelung der Challenger (1872–1876), widerlegten diesen Irrtum. Wissenschaftler bargen Schleppnetze voller bisher unbekannter Lebewesen – Seelilien, Schlangensterne und seltsame Fische mit riesigen Augen. Diese Entdeckung begründete eine neue Wissenschaft – die Tiefseebiologie – und seither hat jeder Tauchgang mit einem Bathyscaph oder U-Boot neue Erkenntnisse gebracht. Schätzungen zufolge sind bisher weniger als 0,01 % des Tiefseebodens erforscht.
Eines der größten Probleme für Tiefseeorganismen ist der Druck. In 10.000 Metern Tiefe ist er tausendmal höher als der Atmosphärendruck. Doch das Leben hat eine Lösung gefunden: Die Zellen von Tiefseefischen und -wirbellosen sind mit Osmolyten gesättigt – Substanzen, die die Kompression von Proteinen verhindern – und ihre Skelette weisen oft keine großen Lufteinschlüsse auf. Viele Fische (wie beispielsweise Schneckenfische) besitzen einen gallertartigen Körper, der dem Druck problemlos standhält. Interessanterweise schwellen ihre Körper beim Aufstieg an die Oberfläche an und fallen aufgrund des plötzlichen Temperaturwechsels wieder zusammen.
Die Temperaturen in der Tiefsee liegen typischerweise bei 2–4 °C, doch es gibt auch Ausnahmen: Hydrothermale Quellen lassen bis zu 400 °C heißes Wasser austreten und schaffen so lokale Lebensräume. In den Tiefseeebenen, die von einer dünnen Schlickschicht bedeckt sind, herrscht konstant niedrige Temperatur, was den Stoffwechsel der Bewohner verlangsamt. Tiefseefische wachsen langsam, leben lange (manche Arten können 100–200 Jahre alt werden) und pflanzen sich selten fort, wodurch sie anfällig für Überfischung sind.
Die Nahrungskette der Tiefsee beginnt mit „Meeresschnee“ – einem kontinuierlichen Regen aus organischen Partikeln, Exkrementen, totem Plankton und Kadavern. In großen Tiefen ist dieser Schnee die einzige Energiequelle. Einige Organismen, wie beispielsweise Seegurken, haben sich so entwickelt, dass sie das Sediment filtern und daraus Nährstoffe gewinnen. Andere, wie der Anglerfisch, sind zu aktiven Jägern geworden und nutzen biolumineszente Köder, um Beute in der stockfinsteren Nacht anzulocken.
Zu den erstaunlichsten Tiefseefischen zählt der Viperfisch (Chauliodus) mit seinen enormen Fangzähnen und Leuchtorganen. Er kann Beutetiere verschlingen, die so groß sind wie er selbst, und seine Zähne sind so lang, dass sie nicht in sein geschlossenes Maul passen. Ein weiterer bekannter Bewohner ist der Schwertfisch (Alepisaurus), ein Raubtier mit torpedoförmigem Körper und tennisballgroßen Augen, die ihm helfen, selbst kleinste Bewegungen in der Dunkelheit wahrzunehmen.