Benutzer:Keimzelle/Copyscape
Auffallende Köpermerkmale der Haifische sind seit vielen Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Bereits Ende der 1970er Jahre entdeckten Forscher eine mikroskopisch feine Struktur der Haifischhaut. Sie ist mit winzigen Schuppen besetzt, die in Strömungsrichtung verlaufende Längsrippen aufweisen. Derartige Strukturen verringern den Strömungswiderstand. Nach diesem Vorbild existieren bereits Schwimmanzüge sowie eine Folie, die beispielsweise auf Außenhaut von Flugzeugen geklebt werden kann und den Energieverbrauch herabsetzt. Besonders einer Arbeitsgruppe um die Meeresbiologin Cheryl Wilga von der University of Rhode Island (USA), auch "shark lady" genannt, befasst sich mit Haien.In einer ihrer ersten Arbeiten konnte das Team mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras und winzigen Elektroden, die die Aktivität der Kiefermuskulatur aufzeichneten, das Beißverhalten von Haien näher untersuchen. Viele Experten glaubten bis dahin, dass Haie Beutestücke reißen, indem sie ihren Unterkiefer beim Zubeißen bewegen. Wilga zeigte, dass der Hai seinen Oberkiefer vor dem Biss nach vorne schiebt, zubeißt und dann wieder zurückschiebt – eine Art Förderband mit Reißzähnen. Von der Rückenflosse, dem Furcht einflössenden Markenzeichen der Haie, ist bekannt, dass sie dem Tier Stabilität im Wasser verleiht und die ruckartigen Bewegungen der Schwanzflosse ausgleicht. Wie der Kiel eines Bootes sorgt sie dafür, dass der Hai eine stabile Schwimmlage einnehmen kann und nicht mit dem Bauch nach oben treibt.
Die Schwanzflosse ist - wie bei den meisten anderen Fischen - bei Haien das Antriebsorgan. Obwohl Größe und Form der Schwanzflosse zwischen den einzelnen Haiarten stark variiert, fällt auf, dass der obere Schwanzflossenlappen (oberer Lobus) wesentlich größer ausgeprägt ist als der untere. Diese asymmetrische Schwanzflossenform wird auch als heterozerkal bezeichnet und kommt beispielsweise auch bei Stören vor. Welchen hydrodynamischen Vorteil dieser offensichtliche Symmetriebruch für die Bewegung der Haie hat, ist noch weitgehend unklar.
Das Team um Wilga analysierte die Strömungswirbel, die durch die nach oben vergrößerte Schwanzflosse verursacht werden. Die Wissenschaftler führten ihre Untersuchungen an kleineren, 69 cm langen Dornhaien (Squalus acanthias) durch, eine der wenigen Arten, die in Gefangenschaft überleben. Um das von der Schwanzflosse erzeugte Strömungsmuster im klaren Wasser sichtbar zu machen, wurde das so genannte DPIV-Verfahren (DPIV: digital particle-image velocimetry, digitale Partikelbild-Geschwindigkeitsmessung) benutzt. Dazu wird das Wasser mit unzähligen winzigen Glaskügelchen angereichert, die so klein sind, dass sie mühelos durch die Kiemen der Haie strömen können. Jeder dieser Kugeln ist mit Silber beschichtet. Zur Beobachtung wird ein Laser benutzt, der einen breiten Strahl – ähnlich einem Blatt Papier – vertikal durch das Wasserbecken sendet. Durch den Schwanzschlag des Haifischs geraten die Kügelchen in Bewegung, wodurch sich die Reflexion des Laserlichts verändert. Die Strömungsmuster im Kielwasser des Fischs wurden mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet.
Die Auswertung zeigte eine komplexere Wirbelbildung als sie von anderen Fischen mit symmetrischen Schwanzflossen bekannt ist. Die Flosse des Hais verdreht sich während des Schlags im oberen Teil um eine Achse, die in Bezug zur Schwimmrichtung eine Aufwärtsneigung aufweist. Es entstehen ringförmig ineinander gelagerte Wirbelzentren, die am oberen Ende miteinander verschmelzen. Zusammen produzieren diese beiden Wirbel einen effektiven Strömungsjet, der nach hinten und nach unten gerichtet ist, der erforderliche Rückstoß für den Antrieb des Tieres. Die Forscher vermuten, dass durch die abwärts geneigte Wirbelbildung auch die vertikale Manövrierfähigkeit des Tieres zunehmen könnte.
Das Team will jetzt untersuchen, inwieweit die Schwanzflosse tatsächlich der Höhenkontrolle dient. Die Wissenschaftler wollen jedoch nicht nur die Hai-Anatomie besser verstehen. Ein Vergleich mit Strömungsmuster, die entstehen, wenn Wasser aus Rohren mit schräger Öffnung herausgeschleudert wird, zeigte gute Übereinstimmung. Die Schwanzflosse des Hais wirkt beim Schlag, bei dem sich die beiden asymmetrischen Enden gegeneinander rollen, demnach wie ein Rohr mit schräger Öffnung auf das durchströmende Wasser. Das aufgezeigte Prinzip könnte zur Entwicklung besserer Antriebe und Steuermechanismen bei Schiffen und U-Booten beitragen.