Zebrafische sorgen für Wirbel

Harbin (China) - Gestreifte Zebrafische zählen seit Jahrzehnten mit zu den beliebtesten Bewohnern von Aquarien. Nun offenbarten diese bis zu fünf Zentimeter langen Zierfische – auch Zebrabärblinge genannt – neue Details zu ihrem eleganten Schwimmverhalten. So lassen die Bewegungen der Schwanzflosse wirbelförmige Strömungen neben dem Fischkörper entstehen, die wesentlich zur Vorwärtsbewegung beitragen. Die in der Fachzeitschrift „Physics of Fluids“ veröffentlichte Analyse könnte, so die Autoren der Studie, die Entwicklung effizienter bionischer Propeller erleichtern.

Ein Fisch schwingt mit seiner Schwanzflosse und bewegt sich dadurch vorwärts. Doch so plausibel dieser Zusammenhang auf den ersten Blick scheint, erklärt er die Schwimmbewegungen vieler Fische nicht komplett. Wie sich das Wasser beim Schwimmen von Zebrafischen darin verhält, untersuchte nun ein Forscherteam um Yang Han vom College of Shipbuilding Engineering der Universität Harbin in China genauer. Dazu filmten sie die Bewegungen der Tiere mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Zusätzlich verfolgten sie die teils turbulenten Wasserbewegungen um den Fisch mithilfe winziger Plastikkügelchen, die sie zuvor im Aquarium verteilt hatten. Dazu leuchteten die Forscher mit zwei Lasern in das Aquarium, deren rotes Licht von den Kügelchen reflektiert wurde. Die Bewegung der Kügelchen und damit die Strömungen um den Fisch ließen sich dann mit 2000 Bildern pro Sekunde aufnehmen.

Bei der Analyse ihrer Messungen zeigte sich: Während eines Schlags der Schwanzflosse bilden sich auf dem Fischkörper Zonen mit höheren und niedrigeren Drücken aus. Als Ursache für die unterschiedlichen Druckzonen machten die Forscher kleine Wasserwirbel aus, die sich in jeweils entgegengesetzte Richtungen drehten. Zonen, in denen ein Unterdruck herrscht, ziehen den Fisch in Richtung des Wirbels mit dem Unterdruck. Zonen mit hohem Druck hingegen drücken den Fisch etwas nach vorne – vom Wirbel weg. Schlägt der Fisch mit der Flosse, bewegten sich diese verschiedene Druckzonen auf beiden Seiten des Fisches genau so, dass sich der gesamte Körper des Fischs stabil vorwärts bewegt.

Zebrafische – und wahrscheinlich auch die meisten anderen Fischarten – erzeugen also mit ihrem Flossenschlag nicht nur eine simple Vorwärtsbewegung. Vielmehr können die Fische durch dynamisch verteilte Wasserwirbel und verschiedene Druckzonen entlang ihres Körpers effiziente Schwimmbewegungen durchführen. „Diese Erkenntnisse können nun das optimale Design von Antriebsmethoden – beispielsweise mit einem bionischen Propeller – erleichtern“, sind Yang Han und seine Kollegen überzeugt.