21.05.2015
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Anpassungen im Tierreich: Schwimmen

Einleitung

Von allen wasserlebenden Tieren beschränken wir uns hier auf die Wirbeltiere. Die große Gruppe der Fische ist im Wasser geblieben. Aber auch von den Landtieren Reptilien, Säugetiere und Vögel sind einige ins Wasser zurückgekehrt, wie die ausgestorbenen Fischsaurier, die Wale und die Pinguine. Als Lungenatmer, die dem Wasser keinen Sauerstoff entnehmen können, mussten sie hierfür besondere Anpassungen entwickeln.

Fische können im Wasser atmen

Das wichtigste Organ, das die Gruppe der Fische verbindet, zu der alle primär wasserlebenden Wirbeltiere zählen, sind die Kiemen. Bei den "modernen" Fischen, den Knochenfischen, liegen jeweils vier knöcherne Kiemenspangen mit tiefroten, dünnhäutigen Blättchen in der hinteren Mundhöhle, der nach außen gedeckelten Kiemenhöhle. Der Fisch saugt Wasser an und presst es durch die zahlreichen Kiemenblättchen, deren feine Blutgefäße den gelösten Sauerstoff aufnehmen und Kohlendioxid nach außen abgeben.

Dieses Organ ist nicht so leistungsfähig wie die Lunge eines Landwirbeltiers, der Fisch benötigt als Kaltblüter jedoch weniger Sauerstoff. Dem entspricht ein im Vergleich zu höheren Wirbeltieren primitives Herz mit hintereinander geschalteten Kammern und nur einem Blutkreislauf, der Mischblut befördert. Um zusätzlich Energie zu sparen, haben die Knochenfische eine gasgefüllte Schwimmblase entwickelt, deren Füllung variiert werden kann: Mit diesem Auftriebsorgan kann der Fisch nahezu bewegungslos im Wasser stehen. Sie hat sich aus der Lunge ursprünglicher Formen wie der Lungenfische entwickelt, die als erste Wirbeltiere den Versuch des Landgangs unternahmen: Die Schwimmblase ist der Lunge der Landwirbeltiere homolog.

Die perfekte Anpassung an das Wasser drückt sich auch im stromlinienförmigen, seitlich abgeplatteten Körper mit paarigen Brust- und Bauchflossen sowie unpaarer Rücken-, After- und Schwanzflosse aus; letztere ist stets senkrecht gestellt. Zur Verminderung des Wasserwiderstandes ist der Körper mit dachziegelartig angeordneten Schuppen bedeckt, die eine Schleimschicht tragen; die Haut der Knorpelfische (Haie und Rochen) weist zum gleichen Zweck knochenartige Plättchen mit einem der Körperachse parallelen Kiel auf.

Mit dem Seitenlinienorgan schließlich, einem Kanal mit Sinneszellen unter der Haut mit nadelfeinen Öffnungen nach außen, die den Eindruck einer Linie ergeben, kann der Fisch über elektrische Impulse auch im Dunkeln Beutetiere oder Artgenossen "erfühlen" und sich im Schwarm orientieren.

Den Fischen nachgebaut: Wale

Unter allen sekundär ins Wasser gegangenen Wirbeltieren ist der Wal am perfektesten an den Lebensraum Meer angepasst; lange hielt man die aus ursprünglichen Huftieren hervorgegangenen Riesen nicht für Säugetiere, sondern für "Walfische".

Neben der fischförmigen Gestalt und einer (im Gegensatz zu den Fischen horizontalen) Schwanzflosse (Fluke) besitzen zahlreiche Arten eine häutige Rücken-, einige auch eine Afterflosse. Die paarige Brustflosse entspricht der Vorderextremität. Bauchflossen fehlen, da die Hinterextremität zurückgebildet ist.

Anders als ein Fisch benötigt der Warmblüter Wal eine Wärmedämmung in Form einer bis zu 35 Zentimeter dicken Speckschicht zur Aufrechterhaltung einer von der Umgebung unabhängigen Körpertemperatur. Damit der Lungenatmer möglichst lange unter Wasser bleiben kann, besitzt sein Blut eine gegenüber dem Menschen mehrfach höhere Sauerstoff-Speicherkapazität, die sich im Hämoglobin- (Hb-)Wert ausdrückt. Der Pottwal kann beispielsweise mehrere Stunden lang und bis zu 1000 Meter tief tauchen. Entscheidend für den erfolgreichen Weg zurück ins Meer aber war, dass der Wal es lernte, seine Jungen unter Wasser zur Welt zu bringen.

Keine reinen Wassertiere: Vögel

Vögel legen Eier und müssen daher zumindest zu Eiablage und Brutgeschäft an Land. Daher sind sie im Grunde Landtiere geblieben, auch der Pinguin, der ansonsten bemerkenswerte Anpassungen an das Wasser zeigt: Seine Flügel sind zu Flossen umgebaut, eine Speckschicht ähnlich der der Wale sichert seine Körpertemperatur, und er kann lange und tief tauchen. Das Federkleid hat er, anders als der Wal sein Fell, jedoch behalten.

In der Regel fliegt ein Wasservogel umso schlechter, je besser er schwimmt und taucht: Von den perfekten Flugkünstlern Möwen und Röhrennasen (Albatrosse) über die durchschnittlich fliegenden Entenvögel, die in der Luft unbeholfenen Taucher bis zum flugunfähigen Pinguin lässt sich eine Entwicklungsreihe hin zum Wasser ausmachen.

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Fragen

1) Warum braucht ein Fisch wesentlich weniger Energie als ein Wal?

2) Wozu dient die Schwimmblase, und welchem Organ ist sie homolog?

3) Welche Merkmale unterscheiden den Wal von einem Fisch?

4) Welche Tiergruppe hat sonst noch eine perfekte Fischgestalt hervorgebracht?

5) Warum ist das den Vögeln nicht gelungen?

Antworten

1) Der Fisch ist ein Kaltblüter, der seine Körpertemperatur weitgehend dem Umgebungsmedium Wasser angepasst hat. Er kommt so mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff aus, den er über die Kiemen aufnimmt.

2) Die gasgefüllte Schwimmblase ist ein Auftriebsorgan, das dem Fisch erlaubt, auch ohne Bewegung im Wasser zu schweben. Sie ist der Lunge der Lungenfische und der Landwirbeltiere homolog.

3) Der Wal hat keine Bauchflossen; die Schwanzflosse ist waagerecht gestellt. Als Lungenatmer muss er zum Atmen auftauchen; als Warmblüter benötigt er viel Sauerstoff und eine hohe Körpertemperatur, damit einen besonders hohen Hb-Wert und eine dicke Speckschicht.

4) Der Ichthyosaurus, ein Meeresreptil der Jurameere, hatte große Ähnlichkeit mit einem Delphin. Die Schwanzflosse war jedoch senkrecht gestellt. Aus Fossilfunden ist bekannt, dass er lebendgebärend war.

5) Die Vögel waren - bisher jedenfalls - nicht in der Lage, sich perfekt an das Wasser anzupassen, da sie zur Eiablage und Jungenaufzucht an Land gehen müssen.

Bibliografie

Neil A. Campbell, Jane B. Reece: Biologie, München 2005

Rüdiger Wehner: Walter J. Gehring: Zoologie, Stuttgart, 24. Auflage 2007

Volker Storch, Ulrich Welsch: Systematische Zoologie, Heidelberg 2003

Kontakt

Fische / Schwimmen:
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EMail: sven.gemballa@uni-tuebingen.de

Biomechanik der Lokomotion wasserlebender Säugetiere:
Prof. Dr. Holger Preuschoft
Ruhr-Universität Bochum

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