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robben & seehunde: DRUCKAUSGLEICH AUF 1.000 METER?


Divemaster - epaper ⋅ Ausgabe 3/2019 vom 12.07.2019

Es ist ein erstaunliches Beispiel evolutionärer Entwicklung wenn Säugetiere den Weg zurück ins Wasser finden. Viele Organe erfahren Anpassungen um im neuen Ökosystem bestehen zu können. Prof. Dr. Jochen D. Schipke und Lucia Donath stellen die Lösung der Druckanpassung von Robben und Seehunden vor.


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Bildquelle: Divemaster, Ausgabe 3/2019

BIOLOGISCHE EINORDNUNG

Robben gehören zu einer Familie, die Flossen (pinna , übersetzt Finnen) haben und diese außerhalb des Wassers als „Füße” (pes ) benutzen. Zoologen nennen daher diese sympathischen SäugetierePinnipedia . Zu der Familie gehören neben den Robben auch Seelöwen und Walrosse.

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... kommt aus dem Meer. Und so entstiegen auch die Urahnen der heutigen Robben den salzigen Fluten und entwickelten sich zu Landraubtieren. Mit Augen und Ohren, einer Lunge und mit vier Beinen. Nach Millionen Jahren wurde es den Robben an Land ungemütlich, und sie gingen zurück ins Wasser. Das war langfristig evolutionsbiologisch gesehen ein guter Weg. Aber die damalige Figur war zunächst für das Leben im Wasser sehr unpraktisch. Es dauerte Millionen Jahre bis sich dies änderte und sich die Vorderbeine zu Flossen entwickelten. Parallel dazu veränderten sich die Hinterbeine so, dass sie zu einer einheitlichen Schwanzflosse zusammengelegt werden können. Auch das Atmungssystem veränderte sich durch die langen Apnoetauchgänge. Wer übrigens eilig ist und die Antwort auf die Frage im Titel erfahren möchte, der sollte jetzt zum Kapitel „Robben und Mittelohr” weiter springen.

ROBBEN UND MENSCHEN

Zwischen Robben und Menschen bestehen viele Gemeinsamkeiten. Erwachsene Robben können bis zu 1,85 Meter lang werden und haben dabei ein Gewicht von 130 Kilo. Daraus ergibt sich ein Body Mass Index oder abgekürzt, BMI von knapp 40 (BMI ist gleich Körpergewicht in Kilo geteilt durch das Quadrat der Körpergröße in Meter–Anmerkung der Redaktion). Solche Werte sind bei Menschen mit dem Wort Fettleibigkeit (Adipositas ) belegt. Ein Großteil des Gewichtes ist dem Unterhautfett (Blubber ) geschuldet, welches gegen Wärmeverlust schützt und den Auftrieb verbessert. Vergleichbares ist beim Menschen bekannt. Bei diesem heißt Blubber jedoch Biopren. Eine andere Ähnlichkeit hat mit dem Älterwerden zu tun: weibliche Robben sterben zwischen 30 und 35 Jahren und – ähnlich wie beim Menschen– sterben männliche Exemplare eher: Sie werden nur 20 bis 25 Jahre alt. Robben und viele Menschen sind Fleischfresser (Carnivoren ). Beide erfreuen sich zum Beispiel an Meeresgetier aller Art. Im Gegensatz zur Robbe verzichtet der Mensch (noch?) auf den Verzehr von Pinguinen. Auch das Sozialverhalten ist vergleichbar. Die meisten Robben leben gesellig, das gilt auch für die Freizeitgestaltung.

So unbeholfen sich Robben an Land bewegen so behende tauchen sie unter Wasser.


ROBBEN UND TAUCHEN

Ab jetzt geht es um das Tauchen. In jüngeren Studien wurden Mützenrobben, auch Klappmützen(Cystophora cristata )genannt, mit einem Tauchcomputer ausgestattet. Das Ergebnis lässt nicht nur den Hobby-Apnoeisten erbleichen: die Tauchgänge führten auf mehr als 1.000 Meter und dauerten fast eine Stunde. Sowohl Boyle als auch Mariotte hätten es mit dem Rechnen einfach, denn auf 1.000 Meter beträgt der Druck etwa 100 Bar, und damit wären Gas gefüllte Räume auf ein Tausendstel reduziert. Dieses gern genutzte Gesetz macht auch für unsere Robbe keine Ausnahme, und so müsste sie nicht nur ein Lungenbarotrauma sondern auch ein Ohrenbarotrauma entwickeln. Erleidet sie aber beides nicht, obwohl die Gasvolumina um den Faktor 1.000 verkleinert wurden. Mit der Lunge ist die Robbe fein raus. Beim Tauchen kollabiert die Lunge, und die darin enthaltene Luft wird durch Mund oder Nase ausgestoßen. Auf diese Weise befindet sich beim Tauchen kaum freies Gas im Robbenkörper. Damit erledigt sich auch die Frage nach Stickstoff-Narkose und Stickstoff-Bläschen- Bildung.

Aber in der Paukenhöhle befindet sich noch Luft. Also doch Barotrauma des Ohres? Nein!

DAS MITTELOHR DER ROBBEN

→ Abbildung 1: Der Gehörgang ist mit einem Bindegewebe ausgekleidet, welches ungewöhnlich viele Venen (Pfeile) enthält. Diese füllen sich mit zunehmendem Umgebungsdruck mit Blut. Nach Welsch & Riedelsheimer, 1997

Schema einer Paukenhöhle:

→ Abbildung 2 (mitte): Die Paukenhöhle ist mit einer stark durchbluteten Schleimhaut ausgekleidet.

→ Abbildung 3 (unten): Mit steigendem Umgebungsdruck steigt der intravenöse Druck an und führt zu einer Vergrößerung des Blutvolumens. Grafik nach Odend’hal & Poulter, 1966

ANATOMIE

Die Anatomie dieser Säugetiere entspricht dem Grundbauplan aller Landsäuger. Beim Weg zurück ins Wasser führten zufällige Mutationen und Selektion zu immer stärkeren Anpassungen an das Leben im Wasser.

Die äußeren Ohren der Robben sind verkümmert oder nicht mehr existent. Falls vorhanden, werden sie beim Tauchen verschlossen. Die Auskleidung des Hörkanals und des Mittelohrs erlaubt beim Tauchen die Anpassung des Innendruckes, sagt Wikipedia etwas ungenau. Aber es geht tatsächlich um die Auskleidung des Gehörganges und der Paukenhöhle.

MENSCHEN UND MITTELOHR

Der äußere Gehörgang hat beim Menschen eine Länge von etwa 20 bis 25 Millimeter und einen Durchmesser von rund sieben Millimeter. Nach innen wird der Gehörgang vom Trommelfell abgeschlossen. Es hat eine Fläche von zirka 0,8 Quadratzentimeter. Innerhalb vom Trommelfell liegt das Mittelohr mit der Paukenhöhle und den Gehörknöchelchen. Die Paukenhöhle ist etwa zwölf bis 15 Millimeter lang und drei bis sieben Millimeter breit. Ihr Binnenvolumen beträgt etwa nur einen Kubikzentimeter. Und dieses kleine Volumen macht beim Abtauchen und fehlendem Druckausgleich große Schwierigkeiten. Auf zehn Meter Tiefe ist das Paukenhöhlen-Luftvolumen bereits halbiert. Die einzige Struktur an der Paukenhöhle, die sich verformen könnte ist das Trommelfell. Diese 0,1 Millimeter dünne Membran müsste sich allerdings sehr weit nach innen wölben, um den Druckausgleich zu ermöglichen. Weil die Membran das nicht kann, rupturiert sie und beendet so den Tauchgang mit Schmerz und Drehschwindel.

Damit es nicht so weit kommt, führt der Taucher den Druckausgleich über die Eustachische Röhre mit Schlucken oder Kaubewegungen durch (Abb.4 ). Häufiger ist aber der Druckausgleich durch das Valsalva-Manöver, bei dem die Nase mit der Hand verschlossen wird. Und das kann ein Flossenfüßer nicht.

DAS MITTELOHR DER MENSCHEN

Die Paukenhöhle enthält die Gehörknöchelchen . Schallwellen gelangen über den Gehörgang auf das Trommelfell. Die Gehörknöchelchen nehmen die Schallwellen auf und leiten sie an das ovale Fenster weiter. Erst in der Schnecke werden diese Reize in Nerveninformationen gewandelt.

ROBBEN UND MITTELOHR

Der Gehörgang, das Mittelohr und das Innenohr weisen bei den Robben nur wenige Unterschiede im Vergleich zu anderen Säugetieren auf. Eine Besonderheit betrifft den äußeren Gehörgang. Dieser Kanal ist mit einem Bindegewebe ausgekleidet, welches ungewöhnlich viele Venen enthält (Abb.1 bis Abb.3 ). Taucht die Robbe ab, dann werden diese Venen abhängig vom Umgebungsdruck verstärkt mit Blut gefüllt und dadurch der Querschnitt des Gehörganges verkleinert. Weil Schallwellen in Wasser eine höhere Amplitude haben spricht viel dafür, dass die Robben mit diesem Mechanismus für das Hören im Wasser besser angepasst sind.

Ein weiterer Unterschied betrifft das Mittelohr und damit den Druckausgleich. Die Paukenhöhle ist von einer besonderen Schleimhaut ausgekleidet, die ähnlich wie das Bindegewebe im Gehörgang, von ungewöhnlich vielen Venen durchzogen wird. Steigt der Umgebungsdruck beim Abtauchen an, dann entsteht ein Unterdruck in der Paukenhöhle (negativ) und die Venen füllen sich mit Blut. Blut wird also in die Schleimhaut verschoben und dieser „Schwellkörper” nimmt mit zunehmender Tiefe mehr und mehr Paukenhöhlenraum ein und ermöglicht auf diese Weise den Druckausgleich.

Beim Auftauchen vermindert sich der Umgebungsdruck. Der Druck in der Paukenhöhle steigt an und „massiert” das venöse Blut aus der Schleimhaut. Die Luft in der Paukenhöhle kann sich kontinuierlich ausdehnen. Hat die Robbe die Eisscholle erreicht, hat die Paukenhöhle ihr ursprüngliches Volumen wieder eingenommen und der Gehörgang hat seinen ursprünglichen Durchmesser erreicht. Damit ist zugleich das Hören wieder optimal für die Bedingungen an Land.

MENSCHEN UND EVOLUTION

Pinnipidiae – also auch Robben – sind ein wunderbares Beispiel für eine evolutionäre Entwicklung. Nachdem diese ursprünglichen Landtiere wieder ins Wasser gefunden hatten, hat es immerhin fünf Millionen Jahre gedauert, bis die jetzigen Exemplare so exzellent angepasst sind. Es gibt aktuelle Beispiele, wie man sich Evolution vorstellen kann. Eines davon hat mit Schafen zu tun, die seit Jahrhunderten die Orkney-Inseln bevölkern. Diese recht wilden Schafe haben lange Beine und einen langen Hals. Bei Ebbe „grasen” die Schafe auf dem trocken gefallenen Küstenstreifen Algen und Seetang und schwimmen auch schon mal zu einem vorgelagerten Kap. Eine besondere Qualifikation: Die Schafe erkennen schon früh einen herannahenden Sturm oder die zurückkehrende Flut und bringen sich in Sicherheit. Auch erwähnenswert: diese Schafe teilen sich die Nahrungsgründe mit Graurobben (Halichoerus grypus ), die die Schafe ignorieren. Und die Schafe gehen den Robben aus dem Weg. Es ist gut vorstellbar, dass diese Strandschafe in wenigen Millionen Jahren zu maritimen Schafen mutiert sein werden.

DAS MITTELOHR DER MENSCHEN

→ Abbildung 4: Ein Taucher muss bei zunehmender Tiefe Luft in die Paukenhöhle pressen, um dort denselben Druck wie im Gehörgang herzustellen. Robben können keinen aktiven Druckausgleich machen. Bei ihnen wird das Volumen der Paukenhöhle verkleinert: Venen in der dortigen Schleimhaut werden tiefenabhängig stärker gefüllt.

HOMO AQUATICUS

Nun bleibt noch der Mensch. Ähnlich den Orkney-Schafen halten sich Menschen in großer Zahl in Strandnähe auf. Einige wagen sich ins Wasser und bewegen sich dort teilweise recht geschickt vorwärts. Dabei verwenden sie teilweise Vortriebshilfen, die sie denPinnipedia abgesehen haben. Andere tauchen sogar ab, tauchen aber nach kurzer Zeit – meistens ohne Beute – wieder auf. Eine besonders dynamische Gruppierung will offenbar die evolutionäre Rückkehr ins Wasser vorwegnehmen. Autonome Taucher nehmen in der Evolution eine Zwischenstufe ein. Noch muss diese Spezies die Atemluft mit ins Wasser nehmen. Aber: darauf wird derHomo aquaticus in fünf Millionen Jahren vielleicht auch verzichten können.

EVOLUTION

Erste Wasserraubtiere traten vor etwa 28 Millionen Jahren im Oberen Oligozän auf. Aus ihnen entwickelten sich vor 24 bis 21 Millionen Jahren Otter bis Marder ähnliche Raubtiere wiePuijila darwini . Aus diesen entwickelten sich dann, als erstes in den damaligen europäischen Meeren, die Seehunde.

PROF. DR. RER. NAT. JOCHEN D. SCHIPKE schreibt als freischaffender Journalist (VDFJ) Beiträge mit Bezug zum Tauchsport, zur Tauchphysiologie und Tauchmedizin. Als Mitglied im DUC Düsseldorf ist er aktiver Taucher und Tauchlehrer** im VDST.

WALROSS (Odobenus rosmarus )

Zwei Unterarten dieser mächtigen Robbenart , das Atlantische (O. r.rosmarus ) und das etwas größere Pazifische Walross (O. r.divergens ), bevölkern zum Teil in riesigen Herden die in den kalten Meeren der Nordhalbkugel. Die Bullen können bis dreieinhalb Meter lang und 1.200 Kilogramm schwer werden.

SEEHUND (Phoca vitulina )

Diese Hundsrobbenart ist in allen nördlich-gemäßigten Meeren verbreitet. Bei uns ist sie häufig in der Nordsee anzutreffen, wo sie flache Sandbänke bevölkert. Als Fischjäger können sie bis zu zweihunder Meter tief und bis zu 30 Minuten lang tauchen. Ihre Beute sind Heringe, Sardinen, Dorsche, Lachse, Stinte und Plattfische.

MOENCHSROBBE (Monachini )

Monachini ist der Sammelbegriff für folgende drei ganzjährig in tropischen und subtropischen Meeresregionen vorkommenden Hundsrobbenarten (Phocidae ): Mittelmeer-Mönchsrobbe (Monachus monachus ), Hawaii-Mönchsrobbe (Neomonachus schauinslandi ) und die Karibische Mönchsrobbe (N. tropicalis ).

WEDDEL ROBBE (Leptonychotes weddellii )

Diese charakteristische, antarktische , bis zu drei Meter lange und bis 400 Kilogramm schwere Robbenart kann über eine Stunde lang, bis zu zwölf Kilometer weit und 600 Meter tief tauchen. Orcas sind ihre gefährlichsten Feinde.

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FOTOS: DAVID HALL & ORTWIN KHAN


Fotos: David Hall (3)l