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Biophysik: Mit voller Kraft übers Wasser

Schwimmen kann (fast) jeder. Schneller geht es aber, wenn man auf zwei Beinen über das Wasser läuft. Dieses Kunststück beherrschen als einzige Wirbeltiere die Basilisken Mittelamerikas. Mit moderner Lasertechnik haben Wissenschaftler den Echsen dabei unter die wirbelnden Füße geschaut.
Basilisk
Die Szene könnte aus einem Psycho-Thriller stammen: Friedvoll schlummert das Opfer in der schwülen Tropenluft auf einem über den See ragenden Ast. Kein Windhauch mildert die drückende Mittagshitze. Da weckt ein plötzliches Geräusch den Schläfer, der Ast vibriert unter den Schritten eines Räubers. In panischer Angst lässt die aufgeschreckte Beute sich ins Wasser fallen, ohne einen Gedanken an die dort lauernden Kaimane. Schnitt.

In der folgenden Einstellung segelt der Flüchtling durch die Luft, nähert sich dem Wasser, taucht mit den Beinen kurz ein – und läuft mit erhobenem Haupt und schnellen Schritt davon. Unversehens scheint der Film das Genre gewechselt zu haben: Statt Gruselschocker erinnert es eher an eine Slapstick-Komödie, wenn ein Basilisk auf der Flucht vor einem Raubtier buchstäblich über das Wasser läuft. Kein anderes Wirbeltier – und schon gar nicht der Mensch – macht ihm diesen Trick nach.

Wenn sich der Gang übers Wasser schon nicht imitieren lässt, dann möchten Wissenschaftler zumindest gerne wissen, wie die zu den Leguanen gehörenden Echsen es schaffen, nicht bei jedem Schritt einzusinken. Bereits in früheren Untersuchungen haben sie mit Hochgeschwindigkeitskameras den Lauf von Basilisken aufgezeichnet und drei Schrittphasen unterschieden. Zunächst setzen die Tiere ihren Fuß flach auf die Oberfläche und drücken das Wasser nach unten, sodass sich eine luftgefüllte Mulde bildet. Dann kippen die Basilisken den Fuß und stoßen sich nach hinten ab. Bevor das Wasser zurückschwappt und die Mulde füllt, müssen sie schließlich noch den Fuß zurückziehen. Schnell genug hintereinander ausgeführt trägt diese Technik selbst erwachsene Echsen mit bis zu 200 Gramm Gewicht und 80 Zentimetern Länge mit rund zehn Kilometern pro Stunde über das Wasser.

Ein Basilisk kann übers Wasser laufen | Ein Basilisk läuft über Wasser: zunächst sorgt ein anfänglicher Fußschlag (oben) für Auftrieb und einen von Wissenschaftlern bislang unentdeckt gebliebenen Schub nach vorne. Dieser wird in einer zweiten Anschubphase noch verstärkt und treibt das Tier nach vorne (mitte und unten).
In groben Zügen war das Geheimnis also schon gelüftet, doch Tonia Hsieh und Georg Lauder von der Universität Harvard wollten es genauer wissen. Sie interessierten sich vor allem für die Abläufe im Wasser und die wirkenden Kräfte. Mit einer Messmethode aus den Ingenieurwissenschaften verfolgten sie die Ströme und Wirbel unter den Füßen der Basilisken. Kleine, silberummantelte Glaskügelchen mit nur wenigen Tausendstel Millimetern Durchmesser schwebten im Wasser des Testbeckens und reflektierten das Laserlicht, das selektiv eine Schnittebene von einem Millimeter Dicke beleuchtete. Lief einer der jungen Stirnlappenbasilisken (Basiliscus plumifrons) über das Wasser, konnten die Wissenschaftler aus den Geschwindigkeiten der Kügelchen die wirkenden Kräfte berechnen. Die Kombination von Daten mit verschiedenen Messebenen ergab schließlich ein dreidimensionales Bild der "Fußabdrücke".

Wie erwartet sorgt vor allem der anfängliche Fußschlag nach unten für den Auftrieb. Überraschenderweise bringt er aber zugleich Schub nach vorne. Die Tiere treten nämlich mit leicht angewinkelten Füßen auf und drücken so etwa genauso stark nach hinten wie in der zweiten Schrittphase, von der man bisher angenommen hatte, sie wäre alleine für den Vorwärtstrieb verantwortlich. Zusätzlich zeigten die Daten eine starke seitliche Kraft, die anfangs zur Körpermitte gerichtet ist, dann aber nach außen weist und zuvor nie beobachtet wurde. Womöglich dient sie dazu, auf dem nachgiebigen Wasser das Gleichgewicht zu halten.

Es mag somit lustig aussehen, wenn Basilisken über das Wasser flitzen – die physikalischen Abläufe sind jedoch komplizierter, als selbst Zeitlupenaufnahmen es vermuten lassen. Und bei aller unfreiwilligen Komik darf der Leguan nicht ins Straucheln geraten, will er nicht als Leckerbissen für Kaimane und andere Räuber tropischer Gewässer enden.

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