Hydrauliksystem steuert Thunfischflossen

Thunfische sind spektakuläre Wasserakrobaten. (Foto: Monterey Bay Aquarium)

Zackig flitzen sie durchs Wasser: Hinter der spektakulären Wendigkeit der Thunfische steckt ein raffiniertes Hydrauliksystem, haben Forscher herausgefunden. Diese Naturtechnik erlaubt es den Unterwasserakrobaten, präzise ihre Flossenstellung anzupassen. Das System basiert den Untersuchungen zufolge auf Druckschwankungen von Lymphflüssigkeit im Bereich des Flossenansatzes. In diesem Thunfisch-Patent steckt auch Potenzial für die menschliche Technik, sagen die Forscher.

Ähnlich wie Flügel und Steuerungsklappen unseren Flugzeugen die Manövrierfähigkeit und einen günstigen Kraftstoffverbrauch sichern, basiert die Wendigkeit der Thunfische im Wasser auf der Beweglichkeit ihrer Flossen. Dieses System begeistert die Meeresbiologin Barbara Block von Stanford University schon lange: "Ich fand es immer faszinierend, die Eleganz dieser majestätischen Fische durch das Glas des Monterey Bay Aquariums zu beobachteten", sagt Block. Ihr fiel auf, dass Thunfische  für ihre Manöver die Brust-, Mittel- und Endflossen erstaunlich fein anpassen. Diese Beobachtung bildete die Grundlage der umfangreichen Studie zur Funktion der Thunfischflossen.

Raffinierte Biohydraulik

Um dem Geheimnis der Beweglichkeit auf die Spur zu kommen, führten Block und ihre Kollegen anatomische Untersuchungen der Flossenansätze von Thunfischen der Arten Thunnus orientalis und Thunnus albacares durch. Dabei entdeckten die Forscher ungewöhnliche Hohlräume an der Basis der Rücken- und Afterflossen, die mit Flüssigkeit gefüllt waren. Genauere Analysen offenbarten dann: Bei dem Gesamtsystem aus Gefäßkanälen, Muskeln und Knochen handelt es sich um ein biologisches Analogon eines technischen Hydrauliksystems. Muskelkontraktionen setzten dabei eine Flüssigkeit unter Druck, was dazu führt, dass sich die Form, Position und Steifigkeit der Flossen beim Schwimmen ändert.

Bis dahin blieb allerdings offen: Um was für eine Flüssigkeit handelt es sich? Um die Vermutung zu überprüfen, dass es sich um Lymphflüssigkeit handelt, führten die Forscher detaillierte Untersuchungen des Gefäßsystems innerhalb der Flossen durch und analysierten die Merkmale der Flüssigkeit. So zeigte sich: Das Bio-Hydrauliksystem basiert tatsächlich auf Lymphflüssigkeit – erstaunlich, denn eine vergleichbare Funktion war von diesem "besonderen Körpersaft" bisher nicht bekannt. Normalerweise dient die Lymphe dem Transport von Nähr- und Abfallstoffen und entsorgt Krankheitserreger wie Bakterien und Fremdstoffe. Doch im Fall des Thunfischs dient sie offenbar auch als Hydraulikflüssigkeit.

Naturpatent mit Potenzial

"Systeme der Biohydraulik waren bisher nur von wirbellosen Tieren wie Mollusken, Krebstiere und Quallen bekannt", sagt Block. "Es war überraschend, nun ein biohydraulisches System bei Wirbeltieren festzustellen, dessen Konzept die Integration von Muskel-, Flüssigkeits- und Knochenstrukturen beinhaltet. Dies Entdeckung zeigt, wie viel es bei Meerestieren noch zu entdecken gibt", so die Biologin.

Ihr Kollege Vadim Pawlow ergänzt: "Tiere sind spannende Vorbilder für elegante technische Lösungen in der Aero- und Hydrodynamik. Was wir bei den Thunfischen entdeckt haben, ist in diesem Zusammenhang besonders interessant, da es sich im Gegensatz zu anderen Hydrauliksystemen um ein ungewöhnliches Komplex-Konzept handelt", so Pawlow. "Der Mechanismus der hydraulischen Steuerung der Flossen könnte sehr attraktiv bei der Gestaltung neuer raffinierter Kontrollelemente mit veränderbarer Form und Steifigkeit sein. Entsprechende Systeme könnte zum Beispiel die Manövrierfähigkeit von unbemannte Luft- und Unterwasserfahrzeuge erhöhen", sagt Pavlov.

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