Wie Quallen sich durchs Wasser saugen

Anstatt sich durch ihre Bewegungen im Wasser nur vorwärts zu drücken, erzeugen Quallen und Neunaugen Unterdruckzonen um ihre Körper herum. Zu diesem verblüffenden Resultat sind Forscher gekommen. Möglicherweise lässt sich das technisch für Unterwasserantriebe nutzen.

Martin Vieweg
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Ebenso elegant wie raffiniert und giftig: Die Qualle.

Ebenso elegant wie raffiniert und giftig: Die Qualle.

Wenn wir gehen, drücken wir uns bekanntlich vom Boden ab – ähnlich verpassen sich auch andere Lebewesen einen Schub nach vorn, indem sie auf ein Medium ihrer Umwelt Druck ausüben. Bei Vögeln ist dies die Luft unter den Flügeln. Im Meer schieben die Tiere Wasser mit Flossen nach hinten, um ihren Körpern Schub zu geben.

Unverändert seit Urzeiten

Durch die Krafteinwirkung auf das Wasser entstehen dabei lokale Hochdruckzonen, von denen sich die Tiere abstossen können. Von einem ähnlichen Mechanismus ging man bisher auch im Fall der Schirmbewegungen von Quallen und den schlängelnden Bewegungen der Neunaugen aus. Diese urtümlichen Tiere, die sich seit 500 Millionen Jahren kaum verändert haben, haben einen aalartigen, langgestreckten Körper, der mit einem flossenartigen Rücken- und Schwanzsaum besetzt ist.

Erstaunlich effizient

Es war bereits bekannt, dass die Fortbewegungsweise dieser eigenartigen Wesen extrem energiesparend ist. Die Ergebnisse der Forscher um John Dabiri von der Stanford School of Engineering geben nun neue Hinweise auf das Geheimnis hinter dieser Effizienz.

Um die Wasserdynamik beim Schwimmverhalten von Quallen und Neunaugen aufzudecken, nutzten die Forscher ein raffiniertes System: Sie liessen die Tiere zu diesem Zweck in Versuchstanks schwimmen, in deren Wasser winzige hohle Glaskügelchen schwebten.

Von Laser erfasste Bewegungen

Deren Bewegungen im Zusammenhang mit den tierischen Verursachern konnten die Wissenschafter durch Lasertechniken genau erfassen. Mit den Daten entwickelten sie dann präzise Modelle dazu, was genau mit dem Wasser passiert, wenn sich eine Qualle oder ein Neunauge durch dieses hindurch befördert.

Ihre Auswertungen belegten: Quallen verursachen durch ihre Bewegungen Unterdruckzonen in bestimmten Bereichen um ihren Körper. Zu diesen Zonen strömt dann das Wasser aus dem Bereich der Schwimmrichtung des Tieres. Dadurch entsteht letztlich eine nach vorn gerichtete Kraft, die das Tier gleichsam durchs Wasser saugt. Ein ähnliches Grundkonzept zeichnet auch die Fortbewegung der Neunaugen aus, berichten Dabiri und seine Kollegen. Bei den Bewegungen der aalartigen Fische entstehen in den «Kurven» ihres Körpers Unterdruckbereiche, die den Körper des Tiers nach vorn ziehen.

Saugen statt schieben

Den Forschern zufolge handelt es sich bei diesen Effekten um das massgebliche Element der Fortbewegung der beiden Wesen. «Unsere Versuche zeigen, dass Quallen und Neunaugen sich tatsächlich vorwärts saugen statt schieben, wie man bisher annahm», fasst Dabiri zusammen. Den Forschern zufolge könnte das Saugkonzept nun von grossem Interesse für die Entwicklung von bioinspirierten Techniken sein.

Andere Unterwasserantriebe?

Denn «seit fast hundert Jahren ging man davon aus, dass man für die Kopie natürlicher Fortbewegungsmechanismen Verfahren entwickeln muss, bestmöglich Druck auf Wasser auszuüben. Nun hingegen könnte die Suche nach Möglichkeiten losgehen, gezielt Niederdrucksog zu erzeugen und so effizientere Unterwasserantriebe zu entwickeln», sagt John Dabiri aus Stanford.