buckelwalflosse.de - Das Buckelwal-Flossen-Projekt
pectoralfin.org
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CFD-Untersuchungen zur Strömung an der Brustflosse eines Buckelwals - Beginn 2004
Der Buckelwal - Entwicklungsgeschichte
Evolution der Wale
Wale sind luftatmende Säugetiere, keine Fische, d.h. sie besitzen Lungen und gebären lebende Junge die sie dann säugen. Evolutionsgeschichtlich betrachtet stellen sie einen "Rückschritt" dar: Nachdem die Tiere mühselig das Land erobert haben fällt dem Proto-Wal (Pakicetus) vor 52 Millionen Jahren plötzlich ein, zurück ins Meer zu gehen. 10 Millionen Jahre später ist's dann passiert: Der Pakicetus guckt morgens in den Spiegel und stellt fest, daß er 1. keine Beine mehr hat und 2. jetzt Basilosaurus heisst (ok, das ist arg verkürzt, soll aber an dieser Stelle reichen). Speziell die Bartenwale haben im Laufe ihrer Evolution dann auch noch ihre Zähne verloren, dafür haben einige von ihnen (die Balaenopteriden) aber die beeindruckende Fähigkeit erlangt, ihr Maul extrem weit aufzureissen. Über eine evolutionsbiologische Verwandtschaft zu Politikern liegen keine Hinweise vor.
Zwar verfügen Wale nicht über Kiemen, sind aber ansonsten ähnlich gut wie als Fische an das Leben im Meer angepasst. Eine dicke Fettschicht (Blubber) schützt die gleichwarmen, d.h. ihre Körpertemperatur konstant haltenden, Wale vor Auskühlung. Sie sind ausserdem in der Lage bis zu 90% des in der Atemluft enthaltenen Sauerstoffs auszunutzen. Spezielle Mechanismen sorgen zusätzlich für einen sparsamen Umgang mit dem kostbaren Element, ähnlich den Stromspar-Strategien moderner Laptops. Die erreichten Tauchdauern liegen damit bei bis zu zwei Stunden (Entenwale).
Warum lohnt sich das Konzept? Eine verfahrenstechnische Betrachtung
Die Luftatmung bietet den Walen neben dem offensichtlichen Nachteil, zum Atmen auftauchen zu müssen einen entscheidenden Vorteil: Meerwasser löst bei 10°C und 1bar Luftdruck nur maximal 11mg Sauerstoff pro Liter. Diese Bestmarke muß aber keinesfalls erreicht werden während man sich auf die 21% Sauerstoffanteil in Luft üblicherweise verlassen kann. Demnach weist Luft eine zweitausendfach höhere Sauerstoffkonzentration auf als Meerwasser. Das lebensnotwendige Element aus dem Atemmedium zu extrahieren fällt einem Lungenatmer deswegen leichter, als einem Kiemenatmer. So werden zum einen Lebewesen mit Maximalgrößen von 200to möglich (einen Blauwal über Kiemen zu versorgen ist eine logistische Herausforderung, die die Evolution bisher nicht gemeistert hat), zum anderen erlaubt die bessere "Energieversorgung" dem Wal einen schnelleren Stoffwechsel, als seinen Beutetieren und Futterneidern.
Das unterschiedliche Atemmedium ermöglicht es ihm, seine Körpertemperatur konstant zu halten und damit unabhängig von der Temperatur seines Lebensraums zu werden. Das Konzept einer isolierenden Blubber-Schicht ist für Kiemenatmer nicht sinnvoll, weil sie tausende Tonnen Wasser durch ein stark durchblutetes Organ führen müßten und darüber zwangsläufig einen massiven Wärmeverlust erlitten.Wärmetauscherkonzepte wie bei Pinguinfüßen haben sich vermutlich aufgrund der notwendigen hohen Blut-Massenströme nicht durchgesetzt.
Ganz grob mit Schulphysik hochgerechnet (die Größenordnungen sollten in etwa stimmen) ergibt sich folgendes: Der Wal benötigt ca. 300kg reinen Sauerstoff täglich um seine Nahrung zu oxidieren (ca. drei Gigajoule Nährwert). Diese kann er aus etwa 2 Tonnen Luft decken, die er dabei um geschätzte 20°C anwärmt. Als Kiemenatmer müßte er selbst bei optimalem Sauerstoffgehalt und 100% Extraktionsrate (d.h. die kompletten 11mg Sauerstoff pro Tonne Wasser nutzend) 30.000 Tonnen Wasser durch seine Atemwege leiten, würde also einen um fast 5 Größenordnungen höheren Wärmeverlust erleiden.
Wissenschaftlich exaktere Informationen:
Wale sind luftatmende Säugetiere, keine Fische, d.h. sie besitzen Lungen und gebären lebende Junge die sie dann säugen. Evolutionsgeschichtlich betrachtet stellen sie einen "Rückschritt" dar: Nachdem die Tiere mühselig das Land erobert haben fällt dem Proto-Wal (Pakicetus) vor 52 Millionen Jahren plötzlich ein, zurück ins Meer zu gehen. 10 Millionen Jahre später ist's dann passiert: Der Pakicetus guckt morgens in den Spiegel und stellt fest, daß er 1. keine Beine mehr hat und 2. jetzt Basilosaurus heisst (ok, das ist arg verkürzt, soll aber an dieser Stelle reichen). Speziell die Bartenwale haben im Laufe ihrer Evolution dann auch noch ihre Zähne verloren, dafür haben einige von ihnen (die Balaenopteriden) aber die beeindruckende Fähigkeit erlangt, ihr Maul extrem weit aufzureissen. Über eine evolutionsbiologische Verwandtschaft zu Politikern liegen keine Hinweise vor.
Zwar verfügen Wale nicht über Kiemen, sind aber ansonsten ähnlich gut wie als Fische an das Leben im Meer angepasst. Eine dicke Fettschicht (Blubber) schützt die gleichwarmen, d.h. ihre Körpertemperatur konstant haltenden, Wale vor Auskühlung. Sie sind ausserdem in der Lage bis zu 90% des in der Atemluft enthaltenen Sauerstoffs auszunutzen. Spezielle Mechanismen sorgen zusätzlich für einen sparsamen Umgang mit dem kostbaren Element, ähnlich den Stromspar-Strategien moderner Laptops. Die erreichten Tauchdauern liegen damit bei bis zu zwei Stunden (Entenwale).
Warum lohnt sich das Konzept? Eine verfahrenstechnische Betrachtung
Die Luftatmung bietet den Walen neben dem offensichtlichen Nachteil, zum Atmen auftauchen zu müssen einen entscheidenden Vorteil: Meerwasser löst bei 10°C und 1bar Luftdruck nur maximal 11mg Sauerstoff pro Liter. Diese Bestmarke muß aber keinesfalls erreicht werden während man sich auf die 21% Sauerstoffanteil in Luft üblicherweise verlassen kann. Demnach weist Luft eine zweitausendfach höhere Sauerstoffkonzentration auf als Meerwasser. Das lebensnotwendige Element aus dem Atemmedium zu extrahieren fällt einem Lungenatmer deswegen leichter, als einem Kiemenatmer. So werden zum einen Lebewesen mit Maximalgrößen von 200to möglich (einen Blauwal über Kiemen zu versorgen ist eine logistische Herausforderung, die die Evolution bisher nicht gemeistert hat), zum anderen erlaubt die bessere "Energieversorgung" dem Wal einen schnelleren Stoffwechsel, als seinen Beutetieren und Futterneidern.
Das unterschiedliche Atemmedium ermöglicht es ihm, seine Körpertemperatur konstant zu halten und damit unabhängig von der Temperatur seines Lebensraums zu werden. Das Konzept einer isolierenden Blubber-Schicht ist für Kiemenatmer nicht sinnvoll, weil sie tausende Tonnen Wasser durch ein stark durchblutetes Organ führen müßten und darüber zwangsläufig einen massiven Wärmeverlust erlitten.Wärmetauscherkonzepte wie bei Pinguinfüßen haben sich vermutlich aufgrund der notwendigen hohen Blut-Massenströme nicht durchgesetzt.
Ganz grob mit Schulphysik hochgerechnet (die Größenordnungen sollten in etwa stimmen) ergibt sich folgendes: Der Wal benötigt ca. 300kg reinen Sauerstoff täglich um seine Nahrung zu oxidieren (ca. drei Gigajoule Nährwert). Diese kann er aus etwa 2 Tonnen Luft decken, die er dabei um geschätzte 20°C anwärmt. Als Kiemenatmer müßte er selbst bei optimalem Sauerstoffgehalt und 100% Extraktionsrate (d.h. die kompletten 11mg Sauerstoff pro Tonne Wasser nutzend) 30.000 Tonnen Wasser durch seine Atemwege leiten, würde also einen um fast 5 Größenordnungen höheren Wärmeverlust erleiden.
Wissenschaftlich exaktere Informationen:
GEO kompakt Nr.10:Lebensraum Meer; Seite 104 ff (hier wird ein Urwal namens "Ambulocetus" erwähnt)
http://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_of_cetaceans
http://darla.neoucom.edu/DEPTS/ANAT/whaleorigins.htm
die nächsten Verwandeten der Wale ...
... sind Paarhufer:
Kühe, Schweine, Kamele und Flußpferde
Kühe, Schweine, Kamele und Flußpferde
by Kirsten 2006