Hydraulische Steuerung der Thunfischflossen durch lymphatisches System

Thunfische (Thunnus) sind sehr schnell schwimmende und z. T. sehr große Raubfische (1-4,5 m lang, mit einer Masse von 20-700 kg; griech. tuno: eilen, stürmen). Beim Schwimmen erfolgt der Vortrieb vor allem durch die Schwanzflosse, während der Rumpf praktisch nicht bewegt wird. In den echten Knochenfischen (Teleostei) – zu dieser Teilklasse der Knochenfische (Osteichthyes) gehören die Thunfische – weist das Lymphatische System Ähnlichkeiten zu dem von Säugetieren bekannten System auf. Das Lymphatische System ist an der Immunantwort und am Flüssigkeitsausgleich (Homeostase) innerhalb des Körpers beteiligt (in enger Kopplung an das Blutsystem).

Abb. 1: Blauflossen-Thunfisch (Thunnus orientalis) (aes 256, CC BY 2.1 jp)

Ein Team um die amerikanische Biologin Barbara Block konnte in einer Studie nachweisen, dass das Lymphatische System beim Thunfisch auch für eine ganz andere als die übliche Funktion genutzt wird: die Regulierung der Bewegung der After- und 2. Rückenflosse (Pavlov et al. 2017). Diese anspruchsvolle Zusatzfunktion ist erstaunlich. Die Untersuchungen wurden an Nordpazifischen Blauflossen-Thunfischen (Thunnus orientalis) und Gelbflossen-Thunfischen (Thunnus albacares) durchgeführt.

An der Basis der 2. Rückenflosse befindet sich ein nicht komprimierbares Lymphgefäß, das auch in der Flosse die Räume zwischen den Flossenstrahlen durchzieht. Das Lymphgefäß vor und hinter dem nicht komprimierbaren Bereich ist in Muskelgewebe eingebettet, durch das es komprimiert werden kann. Als Folge davon wird die Lymphe in den nicht komprimierbaren Teil unter und zwischen den Flossenstrahlen der 2. Rückenflosse gepresst und diese dadurch steil aufgestellt. Dasselbe System findet sich auch bei der Afterflosse. Der Anstellwinkel der 2. Rückenflosse und der Afterflosse verändert sich in den untersuchten Thunfischen synchron. Mit dem Aufstellen der Flossen kann der Thunfisch die Steuerung seiner Schwimmrichtung beeinflussen.

Anders als bei bisher bekannten Beispielen für Anwendungen der Hydraulik im Tierreich wird bei Thunfischen das Zusammenwirken von Muskeln und Lymphgefäßen zur Manipulation des Skeletts genutzt: Die Muskeln wirken als hydraulische Pumpen, die die Lymphflüssigkeit durch die Gefäße pumpen und den Druck und das System steuern und regulieren. Die Flossenstrahlen wandeln dann diesen Druck in mechanische Energie um.

Die erstaunlichen Zusammenhänge des hydraulisch genutzten Lymphatischen Systems in Thunfischen sind auch im Zusammenhang mit der Entwicklung von Tauchrobotern, die in steigender Zahl zur Erforschung der noch vergleichsweise wenig bekannten submarinen Welt entwickelt werden, von Interesse, besonders was deren Steuerbarkeit betrifft. So schreibt Michael S. Triantafyllou, Direktor des Center of Ocean Engineering, MIT, in einem Begleitbeitrag im Untertitel: „Wie Thunfische die Form ihrer Flossen regulieren, während sie scharfe Kurven schwimmen, das legt höchste Ingenieurskunst nahe.“ („How tuna control fin shape while making sharp turns suggests optimum engineering design.“)

In der Tat, beim Versuch, Details der Schöpfung ins Auge zu fassen und besser zu verstehen, gerät man immer wieder ins Staunen und ist von Neuem fasziniert.

H. Binder

[Pavlov V, Rosental B, Hansen NF, Beers JM, Parish G, Rowbothan I & Block BA (2017) Hydraulic control of tuna fins: A role for the lymphatic system in vertebrate locomotion. Science 357, 310-314 · Triantafyllou MS (2017) Tuna fin hydraulics inspire aquatic robotics. Science 357, 251-252.]