25.11.2008 | Quelle: Baz.ch/Newsnetz - Es war anno 1936, als der britische Zoologe Sir James Gray über die schönen Delfine staunte, die im Wasser Geschwindigkeiten von mehr als 30 Stundenkilometern erreichten. Gray beobachtete den Flossenschub und Wasserwiderstand der Meeressäuger, analysierte ihre Muskulatur, rechnete und kam zu dem ernüchternden Schluss, dass derlei gar nicht möglich sei – ein Resultat, das als «Gray’s Paradoxon» Eingang in die zoologische Literatur fand.
Nun jedoch haben Wissenschaftler des Rensselaer Polytechnic Institute dieses Rätsel offenbar gelöst. Wie die amerikanische Universität mitteilte, gelang dies einem Team um Timothy Wei – mit Hilfe moderner Methoden der Strömungsmessung und Geschwindigkeitsanalyse. Die Forscher kombinierten dazu gängige Verfahren mit der «Digital Particle Image Velocimety«, einer videobasierten Technologie, die mit bis zu 1000 Bildern pro Sekunde arbeitet.
Im Dienst der Wissenschaft mussten dann "Primo" und "Puka", zwei Grosse Tümmler, wieder und wieder durch eine Wasserzone schwimmen, die mit unzähligen feinen Luftblasen angereichert war. Mit spezieller Software verfolgte Wei die Bewegung, in die jedes einzelne dieser Blässchen versetzt wurde. Aus den Daten zu Geschwindigkeit und Richtung schlossen die Experten schliesslich auf die Kraft, mit der die Delfine ihre Flossen schlugen.
Die Auswertung zeigte laut Wei, dass ein Delfin mit dem Schlag seiner Schwanzflosse eine Kraft erzeugen kann, die dem Gewicht von etwa 90 Kilogramm entspricht – rund zehn Mal so viel, wie der Zoologe Gray einst aufgrund seiner Berechnungen vermutet hatte. "Es zeigte sich, dass die Antwort auf ‹Gray’s Paradoxon› nichts mit der Hautstruktur der Delfine zu tun hat"», sagte Wei, "das war zwar bereits bekannt, doch dies ist das erste Mal, dass jemand die Kraft messen und das Paradoxon damit sicher lösen konnte."
01.04.2008 | Quellen: ddp/wissenschaft.de | Gil Iosilevskii und Danny Weihs (Israel Institute of Technology, Haifa) - Die Geschwindigkeit von Delfinen unter Wasser hängt davon ab, wie viel Schmerzen sie ertragen können: Sobald sie schneller als etwa 50 Kilometer pro Stunde schwimmen, bilden sich kleine Luftbläschen im Wasser, die den Tieren beim Auftreffen auf die Schwanzflosse Schmerzen verursachen. Dieser sogenannte Kavitationseffekt begrenzt die maximale Geschwindigkeit der Meeressäuger, glauben die israelischen Wissenschaftler Gil Iosilevskii und Danny Weihs nach der Auswertung von Rechenmodellen. Thunfische und andere schnell schwimmende Fische haben dieses Problem nicht – ihnen fehlen die Nervenenden in der Schwanzflosse, erklären die beiden Wissenschaftler vom Israel Institute of Technology in Haifa.
Die Auswirkungen von Kavitation auf Schiffe sind seit längerem bekannt: Vor allem an den Antriebspropellern von Schiffen bilden sich die kleinen Gasbläschen, die beim Auftreffen auf die Schiffsschraube großen Schaden verursachen können. Kavitationseffekte entstehen aufgrund der Druckunterschiede, die sich bei schneller Bewegung unter Wasser bilden. Kollabieren die dabei entstandenen Bläschen, so können kurzfristige Druckstöße von mehreren tausend Bar auftreten.
Bei der Suche nach Faktoren, die die Geschwindigkeit von Tieren unter Wasser begrenzen, stießen Iosilevskii und Weihs auf diesen Effekt. Ihre Rechenmodelle ergaben, dass die Geschwindigkeit von kleineren Fischen vor allem von der mangelnden Muskelkraft eingeschränkt wird. Großen Fischen und Meeressäugern wie Thunfischen und Delfinen stehen dagegen genügend Muskeln zur Verfügung. Ihre Geschwindigkeit wird neben der Kavitation in erster Linie von der Frequenz beeinflusst, mit der die Tiere ihre Schwanzflossen bewegen können.
In tieferen Wasserschichten nimmt die Kavitation wegen des höheren Wasserdrucks ab. Fische mit unempfindlicher Schwanzflosse sind also vor allem in flachen Gewässern und nahe der Oberfläche schneller als Meeressäuger. Aber auch wenn Thunfische möglicherweise keine Schmerzen in ihren Schwanzflossen spüren, so sind die Auswirkungen der Kavitation auch bei ihnen zu beobachten: Die Forscher berichten von Verletzungen an den Flossen von Thunfischen, die auf die enormen Druckunterschiede zurückzuführen sind.
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