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 Der Hai – Inbegriff von Anpassung an seinen marinen
Lebensraum. Kaum ein Wasserlebewesen schwimmt schneller, kaum eines besitzt
einen raffinierteren Körperbau und kaum eines jagt so effizient wie der „Räuber
der Meere“. Doch was genau macht den Hai zu einem Hochleistungsschwimmer?
Schwimmen mit Biss – wie die Schuppen
des Hais für Geschwindigkeit sorgen
Das Geheimnis liegt in seinen höchst eigenen Körperschuppen.
Was an ihnen so besonders ist und wie bisher in der Bionik versucht wurde, das
Prinzip der Haihaut auch für menschliche Schwimmer nutzbar zu machen, erfahrt
ihr in diesem Artikel.
Einleitung
Wer den Körper eines Hais
betrachtet, der erkennt, wie perfekt angepasst der große Fisch an das Leben im
Wasser ist: der stromlinienförmige Körperbau, die fünf offenen Kiemenspalten,
die kräftigen Flossen, das im Verhältnis zu seiner Statur große Maul mit seinen
dolchartigen Zähnen zeichnen ihn aus – ganz gleich, welche Rasse man
untersucht.
Zwar existieren viele Tierarten,
die sich in Jahrmillionen an die marinen Gegebenheiten angepasst haben. Doch
was macht den Hai zu einem derart herausragend schnellen und daher effizienten
Jäger? Immerhin kann er Geschwindigkeiten von bis zu 70 km/h erreichen.
Streicht man mit der bloßen
Handfläche über seine Haut gen Körperende, so kann man die Antwort auf diese
Frage schon erfühlen: Der Hai besitzt eine schmirgelpapierähnliche, mit
feinsten spitzen Schuppen besetzte Haut. Diese sind dabei derart klein, dass
man sie mit bloßem Auge kaum erkennen kann; zieht man mit größerer Kraft gegen
den „Strich“, so kann man sich die Handfläche sogar aufreißen.
Hauptteil
Diese Schuppen sind dabei alles
andere als gewöhnlich. Anders als andere (Knochen-)Fische besitzt der Hai gar
keine „Schuppen“ im eigentlichen Sinne. Sie bestehen nicht – wie üblich – aus
verhornten Hautzellen, sondern sie sind kleine spitze Zähne. In Jahrmillionen entwickelten sich langsam aus den
ursprünglich nur im Maul vorkommenden Zähnen die feinen und über den gesamten
Körper verteilten „Schuppen“, wie sie sich uns heute auf der Haihaut darbieten.
Im wahrsten Sinne außergewöhnlich
an dieser speziellen Art von „Schuppen“ ist also, dass sie sich im Zuge der
Evolution aus den einst auf ihre Rolle als Mundwerkzeuge beschränkten Organen
entwickelt haben.
Die Biologie spricht dabei von
„Homologie“ (von gr. homolégeo = „übereinstimmen“): Die Zähne des Haimauls und
die Haischuppen sind auf ein gemeinsames „Vorgängerorgan“ zurückzuführen – eben
die Zähne aus dem Maul eines Vorfahren – und besitzen daher ein gleiches
Grundbaumuster.
Da u.a. auch wir mit dem Hai
einen gemeinsamen Vorfahren teilen, sind die menschlichen Zähne und die
Haischuppen ebenfalls homologe Organe.
Hier ist das beiden eigene
Grundbaumuster – und letztendlich die Verwandtschaft beider Organe – sehr gut
nachzuvollziehen: Sowohl die Haischuppe als auch der Säugetierzahn besitzen
trotz unterschiedlicher Größe und Form folgende gemeinsame Charakteristika:
1.) einen Schmelz als oberste Schicht
2.) darunter das Dentin (Zahnbein)
3.) und eine Höhle (Zahn- bzw. Schuppenhöhle)
Es bleibt jedoch noch die Frage
offen, wozu eine derart raue Haut zum Schwimmen überhaupt gut sei. Zwar sind
alle Zähne, die sich vom Maul aus über den gesamten Körper ausbreiten, nach
hinten (also dem Wasserstrom angepasst) gerichtet (siehe Abb.1). Dennoch
erscheint auf dem ersten Blick die Frage, ob nicht eine ganz glatte
Hautoberfläche effizienter wäre, angebracht. Viele andere Meerestiere – vor
allem die Säuger – besitzen eine derart ebene Hautoberfläche.
In Wirklichkeit profitiert der
Hai von seiner rauen Haut jedoch ungemein. Das Phänomen, welches dem Verhalten
des Wassers an der Hautoberfläche zugrunde liegt, bezeichnet man als laminare
Strömung (von lat. lamina = „die Platte“). Hierunter versteht man die Strömung
einer Flüssigkeit (oder eines Gases), bei der keinerlei Verwirbelungen oder
Querströmungen (also Turbolenzen) entstehen.
Im Falle des Haies bedeutet dies,
dass das Wasser in Schichten an der Haut entlang strömt, ohne dass sich diese
vermischen (siehe Abb.2). Für diesen optimierten Wasserfluss entlang des
Körpers sorgen dabei die kleinen Zähne auf der Haut; der Hai spart durch dieses
Verhalten des Wassers entlang seiner Hautoberfläche beträchtlich Energie ein. Im
Umkehrschluss lässt sich auch sagen, dass der Hai bei einem bestimmten Energieaufwand
wesentlich schneller schwimmen kann, als wenn er eine Hautoberfläche besäße, die
diese günstigen Strömungsbedingungen nicht gewährleisten würde.
Bionik
Natürlich wurde auch die Bionik
auf dieses raffinierte, ökonomisierte Prinzip aufmerksam. In dem Bestreben, die
Haihaut nachzuempfinden, entwickelte der Schwimmbekleidungshersteller „SPEEDO“ den „FASTSKIN“, einen Schwimmanzug, der wie die Haihaut an seiner
Oberfläche fein gefächerte „Zähne“ besitzt.
Vier Jahre lang testete und
entwickelte „SPEEDO“ seinen Haianzug, ehe er von den Schwimmern der deutschen Nationalmannschaft
bei der EM 2000 in Helsinki eingesetzt wurde. Dabei kam es nicht darauf an,
bloß die zahnartige Oberflächenstruktur herzustellen; auch die Nähte wurden
entlang der großen Muskelgruppen angeordnet, so dass sie die Funktion von
Sehnen übernehmen. Die deutschen Schwimmer zogen nach der EM ein positives
Resümee:
Zwar sei das Gefühl auf der Haut
etwas ungewohnt (Der Anzug aus Elastan muss sehr eng an der Haut liegen, um zum
einen den „Haifischhauteffekt“ bestmöglich zu gewährleisten und um zum anderen
die Muskelkontraktionen des Schwimmers zu verbessern), doch sei das
Wassergefühl sehr gut und die Aquadynamik vollends gewährleistet. Sollte der
High-Tech-Anzug letztendlich sogar für die sehr gute Leistung durch die
Deutschen verantwortlich gewesen sein (u.a. wurden neue Bestzeiten und einige
Rekorde – darunter ein Weltrekord – aufgestellt)? Drei Prozent
Geschwindigkeitsgewinn soll der „FASTSKIN“ damals gebracht haben – gerade auf
den kurzen Strecken wichtig beim Kampf um die Zehntel.
Auch der Konkurrent „SPEEDOs“, „arena“ stellte sein eigenes Modell
eines Haifischanzuges her, den beispielsweise Franziska van Almsick schwamm.
Einigen Schwimmern ist die neue
Technologie zu suspekt: Das Wassergefühl, die Wasserlage oder einfach die
Tatsache, einen engen Ganzkörperanzug zu tragen, ist so manchem Schwimmer
einfach zu ungewohnt. So kam es, dass nach der Premiere der ersten Variante
eines Haifischanzuges bei der EM 2000 nicht gleich das Gros der Schwimmer auf
den Zug aufgestiegen ist oder bei dem Anzug blieb. Ein prominentes Beispiel
hierfür stellt der „Schwimm-Zar“ Alexander Popov dar – stets mit klassischer
kurzer Schwimmhose bekleidet.
Nichts desto trotz geht die
Entwicklung in Sachen „Haifischanzug“ weiter: Neue Materialien werden verwandt,
kombiniert, die Strömungseigenschaften noch weiter verbessert. Letztendlich
entstehen neue Generationen von Haifischanzügen, wie es der
Schwimmbekleidungshersteller „SPEEDO“ derzeit mit seiner neuesten Variante, den
Anzügen der Serie „FASTSKIN FSII“,
zeigt.
Schwimmen wie der Hai – ein
Traum, den man leider nur zum Teil ausleben kann, denn auch die beste
künstliche Haifischhaut wird den Menschen nicht so schnell sein lassen wie es
der „Räuber der Meere“ ist. Dieser ist nämlich zehnmal schneller unterwegs als
der beste menschliche Schwimmer.
Christian
Wachter
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