Körperbau und hydrodynamische Anpassung

Grundlagen der Hydrodynamik

Das Leben im Wasser stellt Tiere vor besondere Herausforderungen. Wasser ist dichter als Luft und erzeugt bei der Fortbewegung einen hohen Widerstand. Daher haben sowohl Wirbeltiere als auch Wirbellose im Laufe der Evolution spezielle Körperformen und Bewegungsweisen entwickelt, die eine effiziente Fortbewegung ermöglichen. Hydrodynamische Anpassungen sind besondere Merkmale des Körperbaus und der Fortbewegung, die Tiere an die physikalischen Bedingungen des Wassers anpassen. Sie helfen dabei, den Wasserwiderstand zu reduzieren und Energie bei der Fortbewegung zu sparen.

Hydrodynamik bei Fischen/Meeressäugern: Der stromlinienförmige Körper sorgt dafür, dass das Wasser gleichmäßig an ihm vorbei fließt, weil der Wasserwiderstand geringer ist.

MOTOR

Die Anpassung der Körperform zeigt sich zum Beispiel ganz besonders bei einigen der schnellsten Schwimmern im Meer, wie Thunfischen, Delfinen und Haien.

Meeressäuger wie Delfine und Wale besitzen neben dem stromlinienförmigen Körper eine sehr glatte Körperoberfläche, wodurch der Wasserwiderstand weiter verringert wird.
Bei manchen Wirbellosen, wie zum Beispiel Tintenfischen, sorgt die weiche, flexible Körperform dafür, dass sie sich besonders geschickt durch das Wasser bewegen können.

Die Schwimmblase

Man unterscheidet zwei Formen der Schwimmblase: die offene und die geschlossene Schwimmblase. Der wesentliche Unterschied liegt darin, wie die Gasmenge in der Schwimmblase reguliert wird.

Bei der offenen Schwimmblase (physostome Schwimmblase) ist diese über einen Gang mit der Speiseröhre verbunden. Der Fisch kann Luft an der Wasseroberfläche schlucken oder wieder abgeben. Dadurch lässt sich der Auftrieb relativ schnell verändern.

Bei der geschlossenen Schwimmblase (physokliste Schwimmblase) besteht keine Verbindung zur Speiseröhre. Die Gase werden über spezielle Blutgefäße in die Schwimmblase hinein- oder aus ihr heraus transportiert. Die Regulation des Auftriebs erfolgt langsamer, dafür aber sehr präzise.

Fortbewegung im Wasser

Tiere im Wasser haben verschiedene Möglichkeiten entwickelt, sich fortzubewegen. Dabei unterscheidet man zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen.

Die meisten Wirbeltiere im Wasser, wie zum Beispiel Fische, nutzen ihre Flossen zur Fortbewegung. Fische bewegen ihren Körper und ihre Schwanzflosse in wellenförmigen Bewegungen von einer Seite zur anderen. Dadurch wird Wasser nach hinten gedrückt und das Tier bewegt sich nach vorne. Die Brust- und Bauchflossen helfen beim Steuern, Bremsen und Stabilisieren des Körpers.

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Meeressäuger wie Delfine und Wale besitzen keine Flossen wie Fische, sondern eine waagrecht liegende Schwanzflosse. Diese bewegen sie kräftig auf und ab. Dadurch können sie sehr schnell und energieeffizient schwimmen und große Strecken zurücklegen.

Wirbellose Tiere haben andere Fortbewegungsarten entwickelt. Tintenfische nutzen das sogenannte Rückstoßprinzip. Sie saugen Wasser in ihre Mantelhöhle ein und pressen es anschließend mit hoher Geschwindigkeit wieder hinaus. Durch den Rückstoß wird das Tier in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Quallen bewegen sich durch regelmäßiges Zusammenziehen und Entspannen ihres Schirmes fort. Dabei wird Wasser nach hinten verdrängt, wodurch ein Vortrieb entsteht.

Andere wirbellose Tiere, wie manche Würmer oder Seeschnecken, bewegen sich durch wellenförmige Muskelbewegungen ihres Körpers langsam fort.

Vergleich von Wirbeltieren und Wirbellosen

Sowohl Wirbeltiere als auch Wirbellose besitzen Anpassungen, die den Wasserwiderstand verringern und eine effiziente Fortbewegung ermöglichen. Bei vielen Arten kommen stromlinienförmige Körperformen und spezielle Bewegungsmechanismen vor, die an die Eigenschaften des Wassers angepasst sind.

Der wichtigste Unterschied liegt im inneren Aufbau. Wirbeltiere besitzen eine Wirbelsäule und ein inneres Skelett, das den Körper stützt und Ansatzstellen für die Muskulatur bietet. Wirbellose Tiere besitzen keine Wirbelsäule. Stattdessen verfügen sie je nach Tiergruppe über ein Außenskelett oder ein sogenanntes Hydroskelett, bei dem der Flüssigkeitsdruck die Körperform stabilisiert.

Trotz dieser Unterschiede verfolgen beide Tiergruppen dasselbe Ziel: den Wasserwiderstand möglichst gering zu halten und mit möglichst wenig Energie einen effektiven Vortrieb zu erzeugen. Dadurch können sie Nahrung suchen, Feinden entkommen und unterschiedliche aquatische Lebensräume erfolgreich besiedeln.

Die Flossen

Fische bewegen ihre Schwanzflosse nach links und rechts. Sie bewegen ihren Körper seitlich. Die Muskulatur entlang der Wirbelsäule erzeugt Wellenbewegungen von links nach rechts, wodurch auch die Schwanzflosse seitlich schlägt.

Wale und Delfine bewegen ihre Schwanzflosse hingegen auf und ab. Sie stammen von vierbeinigen Landsäugetieren ab. Deren Wirbelsäule war vor allem für Bewegungen nach oben und unten beim Laufen und Springen ausgelegt. Als sich ihre Vorfahren wieder an das Leben im Wasser anpassten, blieb dieses Grundmuster erhalten. Deshalb bewegen Wale und Delfine ihre waagrecht liegende Schwanzflosse auf und ab.

Das Hydroskelett

Einige Wirbellose, wie Quallen, Seeanemonen oder bestimmte Würmer, besitzen kein festes Innenskelett. Stattdessen wird ihr Körper durch Flüssigkeit im Inneren gestützt. Diese Flüssigkeit steht unter Druck und verleiht dem Körper Stabilität. Man spricht dabei von einem Hydroskelett oder hydrostatischen Skelett. Wenn sich die Muskeln zusammenziehen, wird der Druck der Flüssigkeit auf andere Körperbereiche übertragen. Dadurch können sich die Tiere bewegen, ihre Körperform verändern oder grabende und kriechende Bewegungen ausführen. Das Hydroskelett stabilisiert den Körper und ermöglicht somit trotz fehlender Knochen eine gezielte Fortbewegung.