#Quallen sind die effizienteren Schwimmer

Thunfische und Delphine, aber auch manche Arten von Kalmaren können dank eines stromlinienförmigen Körpers sehr schnell unterwegs sein. Quallen gehören nicht zu den schnellsten Schwimmern. Doch in puncto Energieeffizienz toppen diese Nesseltiere, die seit 500 Millionen Jahren die Ozeane bevölkern, alle anderen Meeresbewohner. Quallen lassen sich nicht nur passiv mit der Strömung treiben. Mit einer Art Rückstoßantrieb ausgestattet, können sie sich auch aktiv fortbewegen. Allerdings bestehen die Muskeln, die dann aktiv werden, lediglich aus einer einzigen Zellschicht und machen insgesamt kaum ein Prozent des Körpers aus. Fische bestehen dagegen oft zu mehr als fünfzig Prozent aus Muskelmasse.

Quallen kommen jedoch flotter voran, als ihre schwachen Kräfte vermuten lassen. Denn während sich ihre Muskeln nach der Kontraktion entspannen und ihr elastischer Körper wieder seine ursprüngliche Form annimmt, entsteht ein zusätzlicher Schub. Dass dabei ein ringförmiger Wasserwirbel im Spiel ist, berichten Wissenschaftler um Brad J. Gemmell vom Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, in den Proceedings der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften.. Mittlerweile an der University of South Florida in Tampa forschend, entdeckte Gemmell gemeinsam mit Sean P. Colin aus Woods Hole und Kelly R. Sutherland von der University of Oregon in Eugene, dass Quallen noch weitaus trickreicher sind als zunächst gedacht: Mit zwei interagierenden Wasserwirbeln können sie schon während der Kontraktionsphase ihres Bewegungszyklus mehr Fahrt aufnehmen.

Als Forschungsobjekt diente den Forschern um Gemmell die Ohrenqualle (Aurelia aurita). Sie ist in den Weltmeeren weit verbreitet, aber auch in der Nordsee und der westlichen Ostsee anzutreffen. Ihren Namen verdankt die Qualle vier ohrförmig geschwungenen Geschlechtsorganen, die auffällig rosa, orange oder violett in dem ansonsten durchsichtigen Körper plaziert sind. Ohrenquallen können tellergroß werden. Von den Forschern mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt wurden jedoch nur junge, etwa vier Zentimeter große Tiere, die in einem kleinen Aquarium herumschwammen. Um nicht nur den Bewegungszyklus der Quallen genau vermessen zu können, versetzten Gemmell und seine Kollegen das Wasser mit unzähligen winzigen Glaskügelchen, die sie mit Laserlicht bestrahlten. Auf diese Weise gelang es den Biologen, auch die Wasserwirbel, die eine schwimmende Qualle hervorruft, im Detail zu beobachten.

Analyse der Filmaufnahmen

Die Analyse der Filmaufnahmen zeigte, dass ein langlebiger Wasserwirbel die Schwimmleistung der Quallen steigert. Dieser ringförmige Wirbel bildet sich an der zunehmend gewölbten Oberseite, während die Qualle ihre Muskeln kontrahiert. Wenn er eine gewisse Größe erreicht hat, wandert er über den Rand der Qualle auf deren Unterseite, während sich die Muskeln schon wieder entspannen. Mithilfe dieses Wirbelrings steigerten die kleinen Ohrenqallen ihre Spitzengeschwindigkeit um etwa 40 Prozent. Dabei konnten sie die zurückgelegte Strecke um rund 60 Prozent vergrößern. In den Proceedings of the Royal Society B  stellen Gemmell und seine Kollegen entsprechende Berechnungen vor. Diese beruhen auf einem Vergleich von stetig umherschwimmenden Quallen mit solchen, die gerade eine Ruhepause beendet hatten. Beim Start mussten die Tiere ohne den ringförmigen Wirbel einer vorherigen Kontraktion auskommen.

Offenbar hilft der Wirbelring unter der schirmförmigen Oberseite nicht nur, die Qualle wieder in ihre ursprüngliche Form zu bringen. Detaillierte Analysen zeigen, was im folgenden Bewegungszyklus passiert: Sobald die nächste Kontraktion beginnt, bildet sich am Rand des Schirms ein weiterer ringförmiger Wirbel, der dem darunter verborgenen in die Quere kommt. Da sich die beiden Wirbel in jeweils entgegengesetzte Richtungen drehen, entsteht ein Sog, der Wasser wie aus einer Düse unter dem Schirmrand hervorströmen lässt. Das funktioniert freilich nur, wenn der Wirbel unter dem Schirm der Qualle noch kräftig rotiert. Während seine Rotationsenergie dem Rückstoßantrieb zugutekommt, wird er selbst ausgebremst und muss schließlich einem neuen Wirbel Platz machen.

Dass Quallen trotz ihres eher simplen Körperbaus erfolgreich mit weit komplexeren Organismen konkurrieren, verdanken sie wohl nicht zuletzt ihrer effizienten Schwimmtechnik. Extrem sparsam im Verbrauch, können sie die Chance eines reichen Nahrungsangebots nutzen, um schnell zu wachsen und viel Energie in die Produktion von Nachwuchs zu investieren. Nicht selten zum Entsetzen von Feriengästen, denen Scharen von Ohrenquallen den Badespaß verderben. Fischer sind von großen Quallen-Populationen ebenso wenig begeistert. Denn die gallertigen Meeresbewohner fangen mit ihren Tentakeln nicht nur kleine Krebstiere, sondern auch Fischlarven. Außerdem verstopfen sie die Netze, die dann mühsam gereinigt werden müssen.

Für Ingenieure ist die Effizienz, die Quallen im Laufe der Evolution erreicht haben, jedoch eine faszinierende Herausforderung: Womöglich könnte man auch Wirbel im Kielwasser von Tauchrobotern so geschickt arrangieren, dass sich beim Antrieb viel Energie einsparen lässt.