Anpassungen an das Leben im Wasser - Tiere

Transkript

1 Skript zur Veranstaltung Anpassungen an das Leben im Wasser - Tiere Weisser Hai Quelle: ikipedia.org/w iki/weisser_hai vom Pädagogische Hochschule Weingarten Sommersemester 2012 Dr. Heinz M. Strehle

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3 Folie 2: Fische der Prototyp aquatisch lebender Tiere Wenn wir von im Lebensraum Wasser lebenden Tieren sprechen, denken wir in der Regel zuerst an Fische. Wie bereits erwähnt, zählen die meisten Fischarten zum sog. Nekton, einer Lebensgemeinschaft, die aktiv gegen Strömungen anschwimmen kann. Folie 3: Was ist genau schwimmen? Wenn sich ein Körper in einem fluiden Medium (Gase oder Flüssigkeiten) befindet und der eine geringere Dichte als diese aufweist, dann schwimmt er. Das heißt, er wird an die Oberfläche dieses Mediums gedrückt. Physikalische gesprochen ist sein Auftrieb größer als seine Masse. Dies ist der Fall bei einem Brocken Eis oder bei einer Ente, die auf dem Wasser ruht. Die Art von Auftrieb mit der man es hier zu tun hat ist ein hydrostatischer. Zu diesem Auftrieb kommt bei Fischen und anderen Wassertieren noch das Vorwärtskommen, die Bewegung in der Horizontalen. Folie 4: Schweben und Schwimmen Was ist der Unterschied? Feste Körper deren Dichte, dem ihrer fluiden Umgebung entspricht, fallen in einen Zustand des statischen Schwebens. Viele Fischarten können mit Hilfe ihrer Schwimmblase die Dichte ihres Körpers so regulieren, dass sie der des umgebenden Wassers entspricht. So können sie statisch schweben. Das heißt, sie können nahezu bewegungslos auf der Stelle verharren. Die Schwimmblase wird mit dem im Blut befindlichen Kohlendioxid oder Sauerstoff befüllt. Entleert wird sie über das Maul oder den Darmausgang. Beim Tauchen mit Geräten macht man sich dieses Prinzip des Schwebens zunutze. Ein Taucher beschwert sich mit einem Bleigurt. So verschafft er sich im Wasser einen negativen Auftrieb und sinkt in die Tiefe. Daneben trägt eine Tarierweste, die er wie ein Fisch seine Fischblassen aus dem Lungenautomat mit Luft füllen kann. So kann er sich einmal in den Zustand des Schwebens bringen oder sich einen positiven Auftrieb zum Auftauchen verschaffen. Folie 5: Schwimmen mit einer Dichte größer als Wasser Haie haben im Laufe ihrer Evolution eine andere Strategie verfolgt, um Schwimmen, Schweben und Tauchen zu können. Die Dichte ihrer Körpers ist größer als des Wassers. Wenn sie ruhen, gehen sie unter. Um Schweben und Schwimmen zu können, machen sie sich ein Phänomen zunutze, das im 18. Jahrhundert Giovanni Battista Venturi und Daniel Bernoulli beschrieben haben. Fließt ein fluides Medium durch ein Rohr, dann hat es einen bestimmten Druck und eine bestimmte Geschwindigkeit. Verengt sich das Rohr, dann erhöht sich die Geschwindigkeit und der Druck wird geringer. Diesen Umstand nutzt man sich bei der Gestaltung der Tragfläche eines Flugzeugs. Die obere Fläche der Tragfläche ist länger als die untere. Also strömt oberhalb der Tragfläche die Luft schneller als unterhalb. Korrespondierend dazu ist der Druck oberhalb der Tragfläche geringer als unterhalb. Durch diese Druckdifferenz wird die Tragfläche und mit ihr das ganze Flugzeug nach oben gehoben. Die Silhouette eines Hais von der Seite betrachtet ist genau so geformt wie die Tragfläche eines Flugzeugs. Diese Art von Auftrieb ist keine statische sondern eine dynamische, weil sie nur dadurch zustande kommt, dass ein Körper in einem Fluid in Bewegung bleibt. Hai müsse, wenn sie schwimmen oder schweben, ständig in Bewegung bleiben. 3

4 Wale und andere Meeressäuger regulieren ihren Auftrieb z.t. über die Luft in ihren Lungen und z.t. wie die Haie durch eine Vorwärtsbewegung Folie 6: Schlängeln und Galoppieren zwei Weisen für den Vortrieb im Wasser Vortrieb verschaffen sich Fische dadurch, dass sie ihre Wirbelsäule entlang der Horizontalen bewegen und den damit verbundenen Impuls auf ihre Schwanzflosse übertragen. Diese Art der Vorwärtsbewegung nennt man schlängeln. Auch viele an Land lebenden Wirbeltiere bewegen sich auf diese Art und Weise fort. Bei Krokodilen finden wir einen Übergang zu einer anderen Fortbewegungsweise. Normalerweise bewegen sie sich auch schlängelnd vorwärts. Für eine schnellere Vorwärtsbewegung gehen sie jedoch in eine eine andere Gangart über, den Galopp. Dabei wird die Wirbelsäule nicht mehr in der Horizontalen sondern in der Vertikalen bewegt. So greifen dann beim Laufen die Hinterbeine vor die Vorderbeine und das Tier macht gleichsam einen Satz vorwärts. Säugetiere haben sich gänzlich dieser Art der Bewegung angepasst. Folie 7:Wale vom Landleben zurück ins Meer Wale und andere im Meer lebende Säuger stammen ursprünglich von landlebenden Formen ab. Sie habe sich an das ständige (Wale) oder partielle Leben im Wasser (z.b. Robben) anpassen müssen. Dabei haben sie aber sie sich aber nicht rückentwickelt, sondern aufgrund ihrer dem Landleben angepassten Strukturen weiterentwickelt. Einer der dabei notwendigen Entwicklungschritte war unter anderem der, dass sie ihren Vortrieb im Wasser durch die Bewegung ihrer horizontal ausgerichteten Schwanzflosse in der Vertikalen vollzogen. Wale galoppieren durch das Wasser. Dies ist unter anderem ein Beispiel für das Dogma der Evolution, wonach es grundsätzlich keine Entwicklung zurück gibt. Folie 7: Die Vorfahren der Wale Die stammesgeschichtlichen Vorfahren der heutigen Wale waren hundeähnliche Raubtiere. Folie 8: Weisen der Atmung von im Wasser lebendentieren Fische als ursprünglich im Wasser lebende Tiere bewerkstelligen den Austausch von Atemgasen über besondere an diese Lebensweise angepasste Strukturen, den Kiemen. Dies sind Organe, die einen direkten Austausch von Kohlendioxid, das im Blut gelöst ist, mit dem umgebenden Wasserkörper zu Wege bringen. Das umgekehrte geschieht mit im Wasser gelösten Sauerstoff. Wale und Robben tragen als Hypothek ihrer ursprünglich landgebundenen Lebensweise noch die Atemtechnik ihrer Vorfahren mit sich. Sie sind nicht in der Lage, im Wasser zu atmen. Sie müssen dies in der atmosphärischen Luft zu tun. Gleichwohl ist dies kein Handicap für ihre aquatische Lebensweise. Wale und Robben haben sich in der Evolution als überaus erfolgreiche Spezies entwickelt. Folie 10: Tauchen in 3000 Meter Tiefe der Pottwal Physeter macrocephalus Zu welchen enormen Leistungen Wale befähigt sind beweist unter anderem der Pottwal, der normalerweise in Metern Tiefe taucht, aber auch wie nachgewiesen bis in Meter Tiefe vordringen kann. Welche enormen physiologischen Leistungen dem Tiere dabei abverlangt werden, sei im Folgenden erläutert. Pottwale gehören zu den sog. Spermwalen. Sie tragen im Kopf eine weiche weiße Masse, 4

5 die man ursprünglich für das Sperma der Pottwale hielt. Tatsächlich ist dieses vermeintliche Sperma das Spermaceti-Organ, das bei den Tauchgängen der Wale eine wichtige Rolle spielt. Um Abzutauchen macht der Wale mehre tiefe Atemzüge durch sein Blasloch. Dabei kühlt sich das Spermaceti-Organ ab. Es wird zu einer zähflüssigen wachsartigen Masse und zieht sich etwas zusammen. Als Folge davon nimmt die Dichte der Körpermasse des Wales geringfügig zu und er bekommt einen negativen Auftrieb, d.h. er sinkt ab. Beim Atemhohlen hat sich seine myosinreiche Muskelmasse mit Sauerstoff gesättigt. Forschungen zeigen, dass der Wal jetzt vermutlich in eine Art Tiefschlaf verfällt, bei der sein Stoffwechsel stark reduziert wird. Trotz dieses Tiefschlafs sendet das Tier Schallwellen aus, um seine Beute große Tintenfische und Kalmare aufzuspüren. Meldet seine Echolot das Vorhandensein von Beute, erwacht der Wal aus seinem Tiefschlaf. Der Sauerstoffvorrat in seinem Gewebe reicht für eine rund 10minütige Jagd auf die Weichtiere. Dabei erwärmt sich sein Körper und sein Blut und das Spermaceti-Organ wird wieder flüssig und dehnt sich aus. Der Pottwal bekommt jetzt ein positiven Auftrieb und treibt zur Wasseroberfläche. Dort kann er wieder durch tiefes Ein- und Ausatmen sich tauchfertig machen oder durch ruhiges Atmen an der Wasseroberfläche bleiben. Bei seinem Tauchgang in rund Meter Tiefe wird seine Lunge auf einen Bruchteil ihres ursprünglichen Volumens zusammengedrückt. In Meter Tiefe muss der Organismus des Tieres einem Druck von 300 Atmosphären stand halten! Folie 11: Weitere Anpassungen an das Leben im Wasser - müssen Fische trinken? Eine weitere Anpassung an das Leben im Wasser besteht darin, dass jeder Organismus sich ständig Wasser zuführen muss. Der Salzgehalt im Meer ist größer als der in den dort lebenden Fischen. Bei Süßgewässern ist es umgekehrt. Nach den Gesetzmäßigkeiten der Osmose wird Meeresfischen durch das umgebende Meerwasser ständig Wasser entzogen. Sie müssen dieses daher durch Trinken ersetzen. Um den Salzgehalt in ihrem Körper konstant zu halten entziehen sie dem getrunkenen Wasser unter Energieaufwand Salz. Sie verfügen über eine Art Meerwasserentsalzungsanlage. Das salzarme Süßwasser dringt ständig in den Körper von Süßwasserfischen ein. Sie müssen daher nicht trinken, sondern das überschüssige Wasser über die Nieren ausscheiden. Folie 12: Weitere Anpassungen an das Leben im Wasser- das Problem der Wanderfische Es gibt eine Reihe von Fischarten, die sog. Wanderfische, die ständig zwischen einer marinen und einer an das Süßwasser gebundenen Lebensweise hin- und herpendeln. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang folgende Formen: anadrome (aus dem griechischen ana = auf, hinauf, zurück und dromas = laufend) Wanderfische, zum Beispiel der Lachs, der, vom Meer kommend, Flüsse hinauf schwimmt um zu laichen, katadrome (aus dem griechischen kata = herab, herunter, nach) Wanderfischen, zum Beispiel der Aal, der flussabwärts ins Meer schwimmt, um dort zu laichen, amphidrome Arten, die regelmäßig zwischen Meer und Süßwasser oder umgekehrt wandern ohne dass diese Wanderungen der Fortpflanzung dienen und schließlich noch und potamodromen Wanderfische, die nur in Süßgewässern wandern. 5

6 Aale und Lachse verfügen über entsprechende physiologische Funktionen um sowohl im Meer- als auch im Süßwasser überleben zu können. Ein Problem, das aus der fischereilichen Nutzung von Gewässern herrührt und die Wanderfische betrifft, sind Fehlbesätze von Fischern. So werden z.b. im Donausystem Aale eingesetzt, wohlwissend, dass die Tiere gar nicht in der Lage sind, sich auf natürliche Weise fortzupflanzen. Der Weg in die Sargassosee, dem Laichgrund der Aale, können diese über die Donau und das Schwarze Meer nicht finden. Durch den Ausbau vieler Gewässer sind z.b. Lachse nicht mehr in der Lage, den Weg vom Meer in ihre Laichgewässer beschreiten zu können. 6