News: Das Geheimnis der Schwimmfüße
Was gibt es entspannenderes, als Enten dabei zuzusehen, wie sie auf einem See herumpaddeln? Es sei denn, man fragt sich, wie sie das eigentlich machen. Denn die Hydrodynamik des Antriebs von Schwimm- und Tauchvögeln ist noch weitgehend unerforscht und recht kompliziert.
© (Ausschnitt)
"Fisch schwimmt, Vogel fliegt, Mensch läuft." Diese einfache Philosophie des tschechischen Langstreckenläufers Emil Zatopek tut den Kormoranen, Haubentauchern und all den anderen Wasservögeln Unrecht. Angepasst an das nasse Element sind sie auf und unter Wasser oft ebenso schnell wie Fische, die häufig ganz oben auf dem Speiseplan stehen, und legen dabei bemerkenswerte Strecken im Tauchgang zurück. Kaum zu glauben, wenn man bedenkt, wie anstrengend es für uns Menschen ist, mit Brust- oder Kraulschwimmen voranzukommen. Die Frage liegt nahe, welche Tricks die Evolution sich für Wasservögel hat einfallen lassen.
Da fallen natürlich als erstes die Schwimmfüße auf. Dank der Haut zwischen den Zehen können die Tiere damit ordentlich Wasser nach hinten stoßen und sich selbst so nach vorne schieben – ähnlich wie Menschen es beim Brustschwimmen mit den Beinen machen. Doch auf diese Weise kommt nur ein geringer Teil des Vortriebs zustande, meinen die Biologen Christoffer Johansson von der Harvard University in den USA und Åke Norberg von der schwedischen Göteborg University. Bei diesem Rückstoßprinzip müssten die Schwimmfüße für den Antrieb schneller nach hinten bewegt werden, als der Rumpf vorwärts unterwegs ist, und anschließend müsste der Vogel sie ebenfalls schneller wieder anziehen, um den nächsten Stoß vorzubereiten. Insgesamt eine gewaltige Energieverschwendung für einen relativ kleinen Effekt.
Um herauszufinden, wie die Vögel wirklich schwimmen, analysierten die Forscher Videoaufnahmen von tauchenden Kormoranen. Sie stellten fest, dass die vorantreibenden Beinbewegungen in drei Phasen ablaufen. Zunächst drücken die Tiere tatsächlich das Wasser mit der Sohle nach hinten. Allerdings dauert das nur etwa 40 Prozent der Zeit eines Beinschlages an. Danach geht die Bewegung nicht nach hinten, sondern nach oben weiter. Ähnlich wie beim sportlichen Kraulschwimmen entsteht der Vortrieb nun durch eine Bewegung, die senkrecht zur Schwimmrichtung ist. Ein komplexes Zusammenspiel von Wirbeln und Wasserströmen sorgt dafür, dass der Vogel dennoch beschleunigt wird, und zwar stärker und energiesparender als es mit einem simplen Rückstoß möglich wäre. Zum Abschluss zieht das Tier dann den Fuß zusammen und lässt die hervorgerufenen Kräften wirken, bevor es an den nächsten Schwimmschlag geht.
Eine entscheidende Rolle für den Antrieb kommt somit den Wirbeln um und hinter den Schwimmfüßen zu. Mit einem einfachen Fuß-Modell aus Aluminium simulierten Johansson und Norberg die Schwimmbewegung, wobei sie mit Farbstoffen den lokalen Weg des Wassers sichtbar machten. Es zeigte sich, dass anscheinend die Dreiecksform der Füße besonders geeignet ist, um Vortrieb zu erzeugen. Vielleicht ist das der Grund, spekulieren die Biologen, warum auch die Flossen von Fischen, Walen und Seekühen annähernd dreieckig sind.
Mögen wir die theoretischen Hintergründe ihres Paddelns nun ein bisschen besser verstehen, den Enten dürfte das egal sein. Sie schwimmen und tauchen, ohne weiter darüber nachzudenken. Und das ist auch ganz gut so, denn wer kennt das nicht: Kaum fragt man sich, wie eine komplizierte Bewegungsfolge genau ausgeführt wird – schon verhaspelt man sich dabei.
Da fallen natürlich als erstes die Schwimmfüße auf. Dank der Haut zwischen den Zehen können die Tiere damit ordentlich Wasser nach hinten stoßen und sich selbst so nach vorne schieben – ähnlich wie Menschen es beim Brustschwimmen mit den Beinen machen. Doch auf diese Weise kommt nur ein geringer Teil des Vortriebs zustande, meinen die Biologen Christoffer Johansson von der Harvard University in den USA und Åke Norberg von der schwedischen Göteborg University. Bei diesem Rückstoßprinzip müssten die Schwimmfüße für den Antrieb schneller nach hinten bewegt werden, als der Rumpf vorwärts unterwegs ist, und anschließend müsste der Vogel sie ebenfalls schneller wieder anziehen, um den nächsten Stoß vorzubereiten. Insgesamt eine gewaltige Energieverschwendung für einen relativ kleinen Effekt.
Um herauszufinden, wie die Vögel wirklich schwimmen, analysierten die Forscher Videoaufnahmen von tauchenden Kormoranen. Sie stellten fest, dass die vorantreibenden Beinbewegungen in drei Phasen ablaufen. Zunächst drücken die Tiere tatsächlich das Wasser mit der Sohle nach hinten. Allerdings dauert das nur etwa 40 Prozent der Zeit eines Beinschlages an. Danach geht die Bewegung nicht nach hinten, sondern nach oben weiter. Ähnlich wie beim sportlichen Kraulschwimmen entsteht der Vortrieb nun durch eine Bewegung, die senkrecht zur Schwimmrichtung ist. Ein komplexes Zusammenspiel von Wirbeln und Wasserströmen sorgt dafür, dass der Vogel dennoch beschleunigt wird, und zwar stärker und energiesparender als es mit einem simplen Rückstoß möglich wäre. Zum Abschluss zieht das Tier dann den Fuß zusammen und lässt die hervorgerufenen Kräften wirken, bevor es an den nächsten Schwimmschlag geht.
Eine entscheidende Rolle für den Antrieb kommt somit den Wirbeln um und hinter den Schwimmfüßen zu. Mit einem einfachen Fuß-Modell aus Aluminium simulierten Johansson und Norberg die Schwimmbewegung, wobei sie mit Farbstoffen den lokalen Weg des Wassers sichtbar machten. Es zeigte sich, dass anscheinend die Dreiecksform der Füße besonders geeignet ist, um Vortrieb zu erzeugen. Vielleicht ist das der Grund, spekulieren die Biologen, warum auch die Flossen von Fischen, Walen und Seekühen annähernd dreieckig sind.
Mögen wir die theoretischen Hintergründe ihres Paddelns nun ein bisschen besser verstehen, den Enten dürfte das egal sein. Sie schwimmen und tauchen, ohne weiter darüber nachzudenken. Und das ist auch ganz gut so, denn wer kennt das nicht: Kaum fragt man sich, wie eine komplizierte Bewegungsfolge genau ausgeführt wird – schon verhaspelt man sich dabei.
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