Was Fische bewegt

27.01.10 | Mit gleichmässigen Rucken führe ich meinen Wobbler langsam der Schilfkante entlang. Das Wasser ist nur knapp einen Meter tief und glasklar. Trotzdem kommt der Biss völlig überraschend: Wie eine Rakete schiesst ein grosser Hecht heran und schnappt sich den Köder. Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie es dem Hecht gelingt, aus dem Stand so schnell zu beschleunigen? Der Vergleich mit der Rakete ist zur Erklärung dieses Phänomens gar nicht abwegig. Fische schwimmen nach dem so genannten Rückstossprinzip.

 

Dabei wird das Umgebungswasser beschleunigt und nach hinten weggeschleudert. Die daraus resultierenden Reaktionskräfte treiben den Körper wie beim Strahlantrieb der Rakete vorwärts. Der Hecht ist bekannt für seine überdurchschnittlichen Sprintfähigkeiten, andere Fische können starker Strömung trotzen oder sich durch dichte Wasserpflanzen schlängeln. Wie Fische schwimmen, erkläre ich in den folgenden Zeilen.

 

Körperformen

 

Bei Süsswasserfischen gilt es zunächst einmal zwei verschiedene Körperformen bzw. Schwimmtypen zu unterscheiden: pendelnde Schwimmer (siehe Zeichnung A) und schlängelnde Schwimmer. Letztere besitzen einen lang gezogenen Körper ohne oder mit schwach ausgeprägter Schwanzflosse. Wie die Bezeichnung schon sagt, bewegen sie sich schlängelnd durchs Wasser und sind dadurch sogar befähigt, rückwärts zu schwimmen. Typische Vertreter dieses Schwimmtyps sind der Aal und mit Einschränkungen die Trüsche. Sie leben vorwiegend in Grundnähe. In diesem Lebensraum ist die Wendigkeit bei der Fortbewegung wichtiger als die Geschwindigkeit.

 

Der Körper der pendelnden Schwimmer ähnelt von der Form her einer Spindel. Die Schwanzflosse ist voll ausgebildet und vom Rumpf durch den Schwanzstiel deutlich abgesetzt.  Die Variation der Körperformen unter den pendelnden Schwimmern ist so gross, dass eine weitere Unterscheidung zwischen langsamen und schnellen Schwimmern sinnvoll ist.

 

Bei schnellen Schwimmern wie Forelle oder Hecht ist der Körper zigarrenartig lang gezogen und im Querschnitt mehr oder weniger rund. Langsame Schwimmer wie Karpfen haben einen kompakten Körper und sind seitlich abgeflacht. Dazwischen gibt es eine ganze Reihe von Fischarten, deren Körperbau Eigenschaften beider Typen vereint.

 

Flossen

 

Fische unterscheiden sich nicht nur in der Form ihres Körpers, sondern auch im Bau und der Position der Flossen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen unpaarigen (medianen) und paarigen Flossen. Letztere findet man nur an der Unterseite des Fischkörpers: Die Bauch- und Brustflossen haben verschiedene Funktionen, die man aus der Form, der Grösse und der Anordnung teilweise erkennen kann.

 

Die Hauptaufgabe der paarigen Flossen liegt in der Stabilisierung des Fischkörpers und der Steuerung des Antriebs. Bei einzelnen Arten haben die paarigen Flossen aber noch mehr Funktionen. Ein interessantes Beispiel: Um im Fluss zur Wasseroberfläche aufzusteigen, spreizt die Äsche die Brustflossen ab und lässt sich durch den entstehenden Strömungsdruck ohne Energieaufwand nach oben tragen.

 

Barschartige Fische wie Egli und Zander besitzen Brust- und Bauchflossen mit beweglichen Ansätzen. Zudem sind die Bauchflossen stark nach vorne zur Brust verlagert, das heisst brustständig. Dadurch sind diese Fische in der Lage, auf der Stelle zu schweben und auf engem Raum zu manövrieren. Sie können sogar rückwärts schwimmen.

 

Stabilisierung im Wasser

 

Die so genannt medianen Flossen sind einzeln auf der Mittelachse des Körpers angeordnet. Dazu gehören die After- und die Schwanzflosse sowie sämtliche Flossen auf dem Fischrücken. Die After- und Rückenflossen stabilisieren die aufrechte Stellung des Fischs im Wasser. Sie gleichen geringfügige Wasserturbulenzen oder bei der Fortbewegung entstandene Schwankungen aus.

 

Die grossen Rückenflossen strömungsliebender Fische wie Äschen oder Barben sind Stabilisatoren, welche die Feinabstimmung der Körperausrichtung in starker Strömung übernehmen. Die Hauptfunktion der Schwanzflosse liegt hingegen in der Antriebssteuerung. Beim eigentlichen Antrieb spielt die Schwanzflosse nur bei kurzzeitigen Sprints wie beim Jagen oder auf der Flucht eine entscheidende Rolle.

 

Am Bau der Schwanzflosse lässt sich die genaue Fortbewegungsweise eines Fisches erkennen. Als Kriterien dienen dabei die Form, die Spannweite und die Breite der Flosse. Teilt man die Spannweite von Spitze zu Spitze durch die durchschnittliche Breite, erhält man das Seitenverhältnis. Schnelle Süsswasserfische wie der Lachs besitzen ein Seitenverhältnis von drei bis vier, langsame Schwimmer wie Karpfen oder Schleien erreichen nur Werte von eins bis zwei.

 

Bei Fischen, die sich schlängelnd fortbewegen, sind die unpaarigen Flossen nur schwach (Trüsche, Neunauge) voneinander abgetrennt oder vollständig verwachsen (Aal). Sie haben sowohl eine stabilisierende Wirkung als auch einen Einfluss auf den Antrieb.  Die verschiedenen Körperformen sowie der Bau und die Position der Flossen sind als Anpassung an die unterschiedlichen Gewässertypen und Lebensweisen zu verstehen.

 

Forellen weisen einen schlanken, stromlinienförmigen Körper auf. Er ist für das Leben in schnell fliessenden Gewässern geschaffen. Zudem sind Forellen durch ihren kurzen, kompakten Körperbau sehr wendig und können reaktionsschnell nach vorbeitreibender Beute schnappen. Obwohl sie sich kurzfristig in starker Strömung behaupten können, halten sie sich überwiegend im Strömungsschatten hinter Steinen und anderen Hindernissen auf. Anders sieht das bei Äschen und Barben aus. Sie stehen bevorzugt in schnell fliessenden Flusspassagen dicht über Grund. 

 

Typisch für diese Lebensweise sind die grosse Rückenflosse und der nach vorne abfallende Kopf mit dem unterständigen Maul. Dadurch strömt das Wasser, ohne viel Strömungsdruck zu produzieren, über die Fische hinweg. Die langsam fliessenden oder stehenden Gewässer der Brachsmenregion sind die Heimat der gemächlichen Schwimmer.

 

Brachsmen, Karpfen, Schleien und weitere Friedfische sind seitlich abgeplattet und hochrückig. Diese Form stabilisiert den Körper bei Schwimmmanövern auf engstem Raum. Die genannten Fischarten nutzen diesen Vorteil bei der Nahrungsaufnahme, indem sie den Gewässergrund mit nach unten geneigter Körperhaltung nach Kleintieren absuchen.

 

Schleim macht schneller

 

Nicht nur der Körperbau und die Flossen, sondern auch die Körperoberfläche ist für die Fortbewegung der Fische entscheidend. Bei den Fischen hilft der Schleim, die Widerstandskräfte beim Schwimmen zu minimieren. Fischschleim besteht aus langkettigen Molekülen und mikroskopisch kleinen Fasern, die sehr zäh sind. Aus diesem Grund haftet der Schleim stark auf der Fischhaut und lässt sich oft nur schwer abwaschen. Die dünnen Fäden sorgen dafür, dass sich die bei der Fortbewegung entstehenden Mikrowirbel im Schleim verfangen und dadurch die Turbulenzen gedämpft werden.

 

Die physikalischen Eigenschaften des Wassers sind für die Fortbewegung der Fische von entscheidender Bedeutung. Das Schwimmen der Fische ist nur möglich, weil Wasser eine hohe Dichte aufweist und trotzdem vergleichsweise dünnflüssig ist. Im Vergleich zur Luft ist Wasser 800 Mal dichter und trotzdem lässt es sich von einem Körper ohne grossen Kraftaufwand durchdringen. Damit sich Fische optimal fortbewegen können, d.h. bei geringstem Energieaufwand mit ausreichender Geschwindigkeit, müssen sie diesen Voraussetzungen in möglichst vollkommener Weise Rechnung tragen.

 

Wasser stellt einem Fisch in Bewegung eine als Strömungswiderstand bezeichnete Widerstandskraft entgegen. Diese tritt in zwei Formen auf: Druckwiderstand und Reibungswiderstand. Beide Widerstände wirken entgegen der Bewegungsrichtung des Fisches und können nur durch Energieaufwand überwunden werden. Der Druckwiderstand ist am vorderen Ende des Fischkörpers am grössten und hinter ihm am kleinsten. Am besten versteht man dieses Prinzip, wenn man sich einen im Windschatten seines Vordermanns fahrenden Radfahrer vorstellt. Der Vordermann spürt einen grösseren Widerstand beim Fahren als der Kollege hinter ihm. Der Druckwiderstand variiert je nach Dichte der Flüssigkeit mit der Geschwindigkeit des Fisches und seiner Form.

 

Der Reibungswiderstand entsteht durch die Berührung der Fischoberfläche mit dem ihm umgebenden Wasser. Ist ein Fisch in Bewegung, wird er durch eine dünne Wasserschicht benetzt, welche sich teilweise mit ihm mitbewegt. Zwischen dieser Wasserschicht und der nächst angrenzenden Wasserschicht entsteht die so genannte Grenzschicht. Wenn sich Fische fortbewegen, gleiten aufeinander folgende Schichten dieser Grenzschicht aneinander vorbei, ohne dass dabei Verwirbelungen entstehen. In der Fachsprache sagt man, die Strömung sei laminar.

 

Um dies zu erreichen, muss das sich fortbewegende Objekt eine möglichst glatte Oberfläche und eine stromlinienförmige Form besitzen. Dank ihrem stromlinienförmigen mit Schleim überzogenen Körper erfüllen die Fische diese Voraussetzungen nahezu perfekt.

 

Bewegungsformen

 

Fische mit einer schlangenförmigen Gestalt sind sehr wendig, können jedoch nur vergleichsweise langsam schwimmen. Zur Fortbewegung versetzen sie den ganzen Körper in S-förmige Bewegungen. Dabei nutzen sie den Reibungswiderstand des Wassers. Diese Art der Fortbewegung funktioniert übrigens auch an Land. Zur Überwindung von Hindernissen kommen Aale gelegentlich an Land und umschlängeln die Wanderhürde.

 

Viel schneller – aber nur für kurze Zeit und über kurze Distanz – kann sich der Hecht fortbewegen. Er ist mit seiner weit nach hinten verlagerten Rücken- und der grossen Afterflosse der unumstrittene Sprintmeister unter unseren Fischen. Wie ein Pfeil schiesst er aus seiner Deckung hervor und packt sich die Beute. Aber er kann auch gemächlich über längere Distanzen schwimmen. Lachse oder Forellen sind ähnlich gebaut. Sie können ebenfalls schnelle Sprints hinlegen und sind dazu auch noch wendig. Wer schon einmal eine Forelle beim Steigen nach Anflugnahrung beobachtet hat, kann dies bestätigen.

 

Faszinierend bei den Salmoniden ist ihr Schnellstart. In realer Geschwindigkeit von unserem Auge nicht zu erkennen, verbiegen diese Salmoniden ihren Körper zuerst zu einer C-Form, bevor sie sich durch blitzartiges Strecken in jede beliebige Richtung katapultieren. Dadurch sind sie in der Lage, blitzschnell aus dem Stand zu flüchten oder auf ein Beutetier zuzuschiessen.

 

An dieser Stelle drängt sich der zu Beginn gemachte Vergleich mit der Rakete wieder auf. Die Forelle und der Lachs kommen mit ihren schlanken, spindelförmigen Körpern der Rakete schon sehr nahe. Beim Karpfen hinkt der Vergleich, aber auch dieser Fisch hat für seinen Lebensunterhalt die ideale Form. Gemütlich und langsam durchsucht er das Gewässer nach Fressbarem, mal am Grund und mal an der Oberfläche.

 

Er kann sich präzise und millimetergenau fortbewegen und verbraucht träge schwebend nur wenig Energie. Ist es aber nötig, kann ein Karpfen überraschend rasch flüchten und sich in Sicherheit bringen. Ohne das  kraftvolle Zusammenspiel von Muskeln und Flossen wäre das Fischen wohl nur halb so aufregend…

 

Autor: Lukas Bammatter