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News: Fischige Filtermethoden

Die Kiemen mancher Fische sehen aus wie Siebe. Bisher gingen Wissenschaftler denn auch davon aus, dass jene genau diesem Zweck dienen - dem Zurückhalten der Nahrung, wenn das Wasser senkrecht hindurch strömt. Doch ein solcher konventioneller Filter würde sich schnell zusetzen. Um das zu verhindern, verwenden manche Arten ihre Kiemen wie eine Membran bei der Querstromfiltration - sie leiten das Wasser parallel dazu entlang. Damit aus den zahlreichen kleinen Häppchen auch wirklich ein sättigender großer Happen wird.
Manche Fische müssen nur das Maul aufreißen, um ihre Mahlzeiten zu bekommen: Sie sind Suspensionsfresser, das heißt sie ernähren sich von Zooplankton, Algen und anderen Kleinstlebewesen, die um sie herum im Wasser treiben. Um jedoch nicht jedesmal auch einen großen Schluck Wasser nehmen zu müssen, filtern sie die Organismen heraus. Ihre Kiemen sind wie Siebe gestaltet, an denen die Nahrung hängen bleiben sollte, wenn das Wasser hindurch fließt.

Doch damit stehen Fische vor demselben Problem wie Abwassertechniker, Brauereimeister oder Chemieingenieure: Mit der Zeit setzt sich das Sieb zu und wird immer weniger durchlässig. Um es wieder funktionstüchtig zu machen, müsste es von hinten durchgespült werden – doch dann ist die abgesetzte Nahrung verloren. Abgesehen davon sind die im Filter gefangenen Partikel noch weit von der Speiseröhre entfernt. Wie also behelfen sich die Wasserbewohner?

Mit einem Lichtleiterendoskop schaute Laurie Sanderson vom College of William and Mary Goldfischen (Carassius auratus), Fadenflossigen Alsen (Dorosoma cepedianum) und Buntbarschen der Art Oreochromis esculentus nun tief in den Rachen. Zu ihrer Überraschung strömten 95 Prozent der Partikel direkt zur Speiseröhre, ohne die Kiemenblättchen überhaupt zu berühren. Nur ein Prozent der Futterteilchen setzte sich überhaupt auf der Kiemenoberfläche ab, bevor sie sich nach gerade einmal durchschnittlich 0,1 Sekunden wieder ablösten und weiter nach hinten verlagerten. Als konventionelles Sieb dienten die Kiemen also offenbar nicht, das zeigten auch die Computersimulationen, die Angela Cheer von der University of California in Davis anhand verschiedener Kiemenmodelle machte.

Also doch ein großer Schluck Wasser zu jeder Mahlzeit? Nein, die Tiere verwenden ein viel ausgeklügelteres Prinzip: die Querstromfiltration. Dabei fließt die zu filtrierende Flüssigkeit den Filter nicht senkrecht an, sondern strömt parallel an ihr vorbei. Welche Strömungsprozesse dafür sorgen, dass die Teilchen sich nicht an der durchlässigen Wand ansammeln, sondern sogar von ihr weg bewegen, ist noch nicht ganz entschlüsselt. Aber es ist ein beliebtes Verfahren in der Industrie, um beispielsweise Wein oder andere Getränke zu klären.

Den Fischen geht es nun natürlich nicht um klares Wasser, sondern um die darin enthaltenen Partikel. Diese werden bei der Querstromfiltration im Zentrum des Flüssigkeitsstroms aufkonzentriert – und sammeln sich hier im hinteren Rachenraum, bevor sie mit einem großem Schluck dann den Magen füllen.

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  • Quellen
Nature 412: 439–441 (2001)
Nature 412: 387–388 (2001)

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