Anpassungen an das Leben im Wasser - Tiere

Skript zur Veranstaltung
Anpassungen an das Leben
im Wasser - Tiere
Weisser Hai Quelle: http://de.w ikipedia.org/w iki/Weisser_Hai vom 14.07.2012
Pädagogische Hochschule Weingarten
Sommersemester 2012
Dr. Heinz M. Strehle
Regierungspräsidium Tübingen – Abteilung Umwelt
Einführung in die Gewässerökologie: Anpassungen an das Leben im Wasser - Pflanzen
Pädagogische Hochschule Weingarten Sommersemester 2012 Dr. Heinz M. Strehle ([email protected])
Regierungspräsidium Tübingen – Abteilung Umwelt
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.
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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 1 500 Metern Tiefe taucht, aber auch wie nachgewiesen bis in 3 000 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,
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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 1 500 Meter Tiefe wird seine Lunge auf einen Bruchteil ihres
ursprünglichen Volumens zusammengedrückt. In 3 000 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.
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Einführung in die Gewässerökologie: Anpassungen an das Leben im Wasser - Pflanzen
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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.
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