Wale - Wale - Anpassungen an das Leben im Wasser

Wale - Anpassungen an das Leben im Wasser

Die stromlinienförmige Körperform ist ein charakteristisches Merkmal schnell schwimmender Tierarten. Dadurch wird der Wasserwiderstand gering gehalten. Diese Körperform hat sich bei vielen nicht verwandten Tiergruppen unabhängig voneinander als funktionelle Notwendigkeit entwickelt. Sie tritt bei Robben, Seekühen, Pinguinen, wasserlebenden Sauriern, Haien, Knochenfischen und Walen auf. Es handelt sich um ein konvergentes Merkmal.

 

Um den Wasserwiderstand noch stärker zu verringern, haben Wale eine besonders strukturierte Haut, die eine wirbelfreie (laminare) Wasserströmung um den Körper ermöglicht. Durch das Fehlen von Turbulenzen bewegt sich der Wal nahezu reibungslos durch das Wasser. Die Lederhaut bildet einen Papillensaum, der in die Oberhaut hineinragt und die Wasserwirbel elastisch auffängt. Diese langen Papillen sind eine einzigartige Konstruktion bei Walen, kein anderes Säugetier hat sie!

Ursprünglich hat man die Papillen als Schweißdrüsen interpretiert. Nicht einmal im Embryonalstadium sind solche bei Walen angelegt.
Die Oberhaut zeigt im mikroskopischen Bild kleine Rillen, die zusätzlich den Reibungswiderstand herabsetzen.
Die Haut ist so gebaut, dass sich die Wale dauernd im Wasser aufhalten können, sie ist wasserdicht.  Die Oberhautzellen sind stark fetthaltig und daher Wasser abstoßend. Die Oberhaut ist nur schwach verhornt, daher quillt sie nicht auf.
Das für Säugetiere typische Fellkleid ist bei den Walen bis auf wenige Schnauzenhaare zurückgebildet. Unter allen Walarten hat davon der Grauwal die meisten ausgebildet.
Ein Fell wärmt im Wasser nicht, es bewirkt aber einen großen Wasserwiderstand.

Alle abstehenden Körperteile erhöhen den Wasserwiderstand. Daher haben Wale keine Ohrmuscheln ausgebildet.  Die Brustdrüsen sind in Hautfalten verborgen und treten nur beim Säugen des Kalbs hervor, wobei Muskeln die Milch in sein Maul pressen. Dadurch wird die Zeit des Trinkens, in der  das Kalb unter Wasser ist, verkürzt. Die Hoden und der Penis liegen im Inneren des Körpers.

Wale sind wie alle Säugetiere (und Vögel) gleichwarm (homoiotherm). Das ermöglicht ihnen die Besiedelung aller Meere. Sie haben wie der Mensch eine Körpertemperatur von 37 °C, das entspricht nicht der Umgebungstemperatur des Wassers. Daher benötigen sie Regulationsmechanismen, die eine Aufrechterhaltung der Körpertemperatur gewährleisten. Verhaltensweisen, wie sie bei anderen homoiothermen Tieren vorkommen – Aufsuchen warmer Orte, Zusammenrollen etc. – ist bei Walen nicht möglich.

Als Kälteschutz liegt in der Unterhaut eine Fettschichte, der Blubber, der bei einigen Arten zwischen 50 cm und 1 Meter erreicht und den Körper umhüllt.

Die Thermoregulation läuft bei den Walen über das Blutgefäßsystem ab.

Der Blubber isoliert nicht vollständig, ein Teil der Wärme geht über die Körperoberfläche verloren. Da die Körperoberfläche mit der Zunahme des Körpervolumens relativ kleiner wird, ist ein massiger Körper im kalten Wasser von Vorteil. Wale, die in subpolaren und polaren Regionen beheimatet sind, weisen mitunter enorme Körpergrößen auf.

In der Schwanzflosse, der Fluke, in der Rückenflosse, der Finne, und in den Brustflossen, den Flippern, ist kein Fett eingelagert. Dieser Wärmeschutz fehlt. Aber diese Körperteile sind von einem dichten Arterien- und Venennetz durchzogen, die den Wärmeaustausch regeln. Das kühle Blut in den Venen wird durch das körperwarme Blut der Arterien aufgewärmt. Somit haben diese Flossen keine Temperatur von 37° C, sondern eine niedrigere. Das ist insofern von Vorteil, als dadurch der Wärmeverlust an die Umgebung verringert wird.

Wale, die sich bewegen, erzeugen durch die Muskelarbeit viel Wärme, dennoch wird eine Überhitzung des Körpers verhindert. Große Arterien ziehen durch den Blubber hindurch bis an die Hautoberfläche, wo die überschüssige Wärme an das Wasser abgegeben wird.

Grauwale schwimmen mit 8 km/h, Delphine mit 45 km/h, Finnwale mit 55 km/h, Schwertwale mit 65 km/h.

Wale sind Säugetiere und haben folglich eine Lungenatmung. Alle Wale sind gute Taucher, wie lange sie unter Wasser bleiben, ist bei den einzelnen Arten unterschiedlich. Bei vielen Schweinswalen und den meisten Delphinen dauert das Tauchmanöver 3-5 Minuten, sie tauchen sehr häufig. Der große Tümmler bleibt bis zu einer Viertel Stunde unter Wasser. Die Furchenwale tauchen nach spätestens 40 Minuten wieder auf. Pottwale können 60 bis 90 Minuten unter Wasser verweilen, Schnabelwale bis zu 1 Stunde. Am längsten tauchen Entenwale ab, nämlich bis zu 2 Stunden.

Beim Auftauchen erfolgt das Aus- und Einatmen  innerhalb von Sekunden. Die verbrauchte Luft wird unter großem Druck durch die schmalen Nasenöffnungen, die bei Bartenwalen paarig, bei Zahnwalen jedoch zu einem einzigen Blasloch verschmolzen sind, ausgeblasen. Dieser Vorgang ist von Zischlauten begleitet. Da die Nasenöffnungen am höchsten Punkt des Walkörpers angeordnet sind, reicht es aus, dass der Wal den Kopf nur wenig aus dem Wasser hebt. Die abgegebene Atemluft kühlt ab und kondensiert zu einer Wolke, dem Blas, der je nach Art eine bestimmte Form und Größe hat und daher zur Artbestimmung herangezogen werden kann. Beim Blauwal, beim Pottwal und beim Finnwal ist der Blas 6 Meter hoch, bei Glattwalen 4 Meter, beim Buckelwal 2 Meter. Wale können nur über Nasenöffnungen atmen, nicht über das Maul! Die Nasenöffnungen werden vor dem Abtauchen mit Zapfen dicht verschlossen.

Wale schlafen niemals tief, sie haben auch keinen regelmäßigen Schlaf – Wach Rhythmus. Ihre Atmung unterliegt einer bewussten Kontrolle, bei tiefem Schlaf würden sie ertrinken. Ruhen sie, schläft eine Gehirnhälfte, die andere befindet sich im Wachzustand.

Wale atmen nicht so häufig wie Landsäugetiere, nutzen aber die eingeatmete Luft effizienter aus. Bei jedem Atemzug tauschen Wale 80 %-90 % des Luftvolumens der Lunge aus, Landsäugetiere nur 10 %-15 %.

Wale entnehmen der eingeatmeten Luft doppelt so viel Sauerstoff wie Landsäugetiere. Sie haben vergleichsweise eine größere Zahl an roten Blutkörperchen, an deren Hämoglobin der Sauerstoff gebunden wird. Dieses ist das Transportmittel für den Sauerstoff zu den Zellen.

Wale speichern 82 % des Sauerstoffs im Körpergewebe, vor allem in der Muskulatur. Diese enthält Myoglobin, das eine höhere Affinität zu Sauerstoff aufweist als Hämoglobin. Landsäugetiere speichern nur 25 % des Sauerstoffs im Körpergewebe.

Im Blut der Wale beträgt der Sauerstoffgehalt 9 %, bei Landsäugetieren 41 %. Dieser eher niedrige Wert bei Walen ist trotzdem von Bedeutung, weil sie eine 2-3 Mal größere relative Blutmenge haben als Landsäugetiere.

Während bei Landsäugetieren 34 % des Sauerstoffs gespeichert werden, sind es in der Wal-Lunge 9 %. Die Lungenkapazität ist also gering, Wale nehmen beim Tauchgang nur wenig Luft in der Lunge mit.

Wale haben bezogen auf ihre Körpergröße kleinere Lungen als Landsäugetiere.

Um mit der gespeicherten Sauerstoffmenge den Tauchgang absolvieren zu können, wird dessen Verbrauch gedrosselt. Einige Organe, wie Nieren, Darm und Magen werden vorübergehend fast ganz von der Sauerstoffzufuhr abgetrennt, der Herzschlag und die Blutzirkulation verlangsamen sich. Das Herz eines Delphins schlägt beim Tauchen 30-45 Mal pro Minute, sonst 80-90 Mal.

Mit zunehmender Tauchtiefe nimmt der Druck, mit dem das Wasser auf den Walkörper wirkt, um 1 Bar pro 10 Meter zu. Entenwale und Pottwale tauchen besonders tief. Entenwale erreichen 500 Meter, Pottwale 3 000 Meter Meerestiefe, Blauwale 200 Meter.

Körpergewebe, die reichlich Wasser oder Öl enthalten, halten dem Wasserdruck stand, der Walkörper selbst wird also nicht zusammengepresst.

Die Lungenbläschen sind mit Knorpelmaterial versteift. Allerdings kollabieren die Lungen fast zur Gänze und werden an die Brustwirbelsäule gedrückt.

Wale leiden nicht an der Taucherkrankheit. Bei dieser bilden sich während des Auftauchens durch den abnehmenden Druck Stickstoffblasen im Blut-, Nerven- und Fettgewebe. Der Wal nimmt im Gegensatz zu einem tauchenden Menschen während des Tauchens keine Luft auf, er hat nur geringe Luftmengen in der Lunge und  beim Kollabieren  derselben sind die Kapillaren blockiert.

Der Pottwal ist ein extremer Tiefseetaucher. Er hat einen übermäßig großen Kopf, in dem sich das Spermaceti-Organ befindet, das weißes Walrat enthält. Ursprünglich hielt man diese Substanz für Samenflüssigkeit. Es handelt sich um Fett mit anderer Zusammensetzung als der Blubber. Ein 30 Tonnen schwerer Pottwal speichert über 2 Tonnen dieser öligen Flüssigkeit. Ihr Volumen ist temperaturabhängig. Bei Abkühlung durch Wasserzufuhr über den rechten Nasengang wird sie milchig, fest und dicht (weißes Walrat) – der Wal sinkt, bei Erwärmung über die Blutgefäße wird Walrat gelblich, flüssig und ist weniger dicht – der Wal steigt. Er regelt mit dem Spermaceti-Organ den Auftrieb.

Das Skelett der Wale enthält keine kompakten Knochenstrukturen, das Wasser trägt den Walkörper. An Land würde dieses Säugetier mangels eines stabilisierenden Skeletts von seinem Körpergewicht erdrückt werden, was bei gestrandeten Großwalen passiert.

Im Vergleich zu Landwirbeltieren sind Walknochen leichter und elastischer. Knochen-, Fett- und Knorpelgewebe begünstigen den Auftrieb, nur dadurch konnten sich massige Großwale überhaupt entwickeln. Ihren ungeheuren Nahrungsbedarf decken sie in den kalten Meeren, wo die enorme Körpergröße von Vorteil ist, weil sie über die damit verbundene relativ geringe Körperoberfläche weniger Wärmeverlust haben.

Im Vergleich zu den Landwirbeltieren haben sie einen auffällig verlängerten Schnauzenfortsatz (Rostrum). An seiner Spitze liegen im Embryonalstadium die Nasenöffnungen, die im weiteren Verlauf durch die Verschiebung der Nasenbeine zur höchsten Stelle des Schädels wandern. Der Walschädel ist stark umgeformt. Die Knochen sind zusammen geschoben, Stirnbein und Scheitelbeine sind verkürzt, das Hinterhauptsbein ist der größte Knochen und steht vertikal.

Der Schädel der Zahnwale ist asymmetrisch, vermutlich hängt das mit der Fähigkeit der Ultraschallortung und  des Richtungshörens zusammen. Zahnwale haben gerade verlaufende Kiefer.

Bartenwale haben einen symmetrischen Schädelbau. Die Unterkieferbögen sind flexibel über ein Ligament verbunden. Bartenwale haben Zähne nur embryonal angelegt. Je nach Länge der Barten ist der Oberkiefer wenig bis stark gewölbt.

Die Wirbelsäule besteht je nach Art aus 40 – 93 Wirbeln. Wie alle Säugetiere besitzen Wale 7 Halswirbel, Träger und Dreher sind verwachsen, die übrigen Wirbel mehr oder weniger verwachsen (bei Furchenwalen nicht verschmolzen). Die Drehbewegung des Kopfes ist stark eingeschränkt.

9 -17 Brustwirbel tragen Rippen, sie sind so schwach, dass sie im Falle einer Strandung die Organe nicht schützen. Das Brustbein ist stark zurückgebildet. Der Brustkorb ist flexibel, ein Vorteil beim Tauchen unter verschiedenen Druckverhältnissen.

Bei Furchenwalen und Pottwalen ist das Schlüsselbein noch embryonal angelegt, bei allen anderen Walen fehlt es grundsätzlich.

Die Dornfortsätze der Wirbel sind lang und  eine Ansatzstelle für die Muskeln.

Rumpf und Schwanzflosse (Fluke), eine knochenlose, aus Bindegewebe bestehende Neukonstruktion, die nur bei Walen vorkommt, sorgen für den Antrieb des Körpers durch Auf- und Abschlagen.

Auch die Rückenfinne ist eine Neukonstruktion, sie besteht ebenfalls nur aus Bindegewebe und dient dem Steuern. Sie  kommt nicht bei allen Walen vor. Beim Schwertwal erreicht sie 2 Meter Länge.

Die Vorderbeine enthalten die für sie typischen Knochenelemente, sind aber stark abgewandelt und zu paddelförmigen Flossen, den Flippern, umgebildet. Sie erreichen beim Buckelwal 5 Meter Länge. Ober- und Unterarmknochen sind stark verkürzt, die Finger durch viele Fingerknochen verlängert (Hyperphalangie), bei einigen Arten sind nur mehr 4 Finger vorhanden. Das Vorderbein ist nur mehr im Bereich des Schultergelenks beweglich.

Die Hinterbeine sind bis auf Knochenreste des Oberschenkels nicht mehr vorhanden, vom Beckengürtel liegen ebenfalls nur mehr Reste vor. Diese Relikte haben für den Organismus keine Bedeutung mehr.

Sinnesorgane:

Die Augen des Wals sind von einem dicken Schleimfilm, den die Tränendrüsen erzeugen, vor dem Salzwasser geschützt.

Bartenwale haben eine Riechschleimhaut und Riechlappen, diese Strukturen fehlen bei den Zahnwahlen. Auf der Zunge liegen Geschmacksknospen, einige Wale haben eine Vorliebe für bestimmte Beutetiere.

Wale reagieren empfindlich auf Berührungen, diese haben eine soziale Funktion. Die Haut hat viele Berührungsrezeptoren.

Die meisten Walarten erzeugen verschiedene Geräusche. Im Gegensatz zu anderen Säugetieren, die die Laute im Kehlkopf über die Stimmbänder erzeugen, fehlen solche bei den Walen. Bei Bartenwalen vermutet  man lautgenerierende Strukturen im Kehlkopf. Bekannt sind die Buckelwalgesänge. Die Lautäußerungen der Bartenwale dienen der Aufrechterhaltung des Sozialgefüges, sie können über Rufe ein Individuum identifizieren, dessen Standort bestimmen, den „Gefühlszustand“ eines Tieres erkennen und die Laute sind Teil des Fortpflanzungsverhaltens. Über niedrig frequente  Laute verständigen sich Blauwale und Finnwale über tausende Kilometer. Wie Bartenwale hören, wissen wir nicht.  Der Gehörgang ist bei Bartenwalen mit einem Pfropfen verschlossen, bei den Zahnwalen ist er nur mehr rudimentär vorhanden. Ohrloch und Gehörgang haben keine Funktion mehr.

Zahnwale verfügen über Echo-Ortung. Sie erzeugen Schallimpulse in Gewebestrukturen der Nasengänge in der Nähe des Blaslochs. Die große fetthaltige Melone im Kopf ist eine akustische „Linse“ und bündelt die Schallwellen. Diese prallen an einem Objekt ab und kehren als Echo zum Tier zurück. Das  Schall übertragende Organ ist der Unterkiefer. Der Schall wird über ein dünnes akustisches Fenster (Pfannenkuchen) des Unterkiefers über fetthaltiges Gewebe zum Ohr geleitet. An der Luft erhält die Kopfseite, die der Schallquelle näher ist, ein intensiveres Signal, im Wasser geht der Schall durch den Kopf durch. Daher ist bei den Walen das Innenohr umgestaltet. Es ist durch luftgefüllte  Hohlräume und Bindegewebe vom übrigen Schädel akustisch völlig isoliert. Die Ohrkapsel besteht aus sehr dichtem Knochengewebe. Sie ist nicht direkt mit dem Schädel verbunden. Gelegentlich werden Ohrkapseln von toten Walen gefunden. Man nennt sie „Walsteine“.

Das Gehirn interpretiert die eintreffenden Nervenimpulse. Entfernung, Geschwindigkeit, Größe und Form des Objekts sind für den Wal  erkennbar. Da die Kieferseiten getrennt sind, kann die Schallrichtung festgestellt werden – „Kieferhören“. Delphine können auf 10 Meter Entfernung noch Objekte zwischen 1 mm und 3 mm akustisch „sehen“.

Die Echo- Ortung bringt Vorteile, es gibt eine größere Artenvielfalt bei Zahnwalarten, sie können alle Gewässer erschließen. Echo-Ortung funktioniert in trüben Küstengewässern, in sedimentreichen Flüssen und in allen dunklen tiefen Gewässern.  

Lautäußerungen  sind für die Zahnwale ein bedeutendes Kommunikationsmittel. Tiere, die sich weit entfernt von der Gruppe aufhalten, finden wieder zurück, erkennen einander individuell. Manche Gruppen entwickeln eigene Dialekte. Sie tauschen akustisch Informationen z. B. über sexuelles Interesse oder Bedrohungen aus, sie koordinieren auf diese Weise die gemeinsame Jagd. Delphine brechen allerdings ihre Kommunikation ab, wenn Schwertwale in der Nähe sind. 

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