Fortbewegung im Wasser

Unterwasserflug

Die Flossenbewegungen eines Pinguins im Wasser gleichen den Flügelbewegungen eines Vogels in der Luft. Es sieht so aus, als ob Pinguine durch das Wasser "fliegen".

Im Gegensatz zu flugfähigen Vögeln sind die Flossen der Pinguine kürzer und steifer, die Knochen darin sind abgeflacht und die Brustmuskulatur ist stärker ausgeprägt. Der Muskel, der den Flügel wieder hochbewegt, ist bei Pinguinen viel größer als bei flugfähigen Vögeln, sodass Auf- und Abbewegungen der Flossen zu einem Vorstoß führen. So können Pinguine hohe Geschwindigkeiten unter Wasser erreichen.

Youtube-Video eines tauchenden Brillenpinguins im Zoo Hannover

Flossenbewegungen

Die Flossenbewegung ist nicht nur ein plattes Auf und Ab. Videos von tauchenden Pinguinen in Zeitlupe zeigen, dass die Flossen zusätzlich gekippt werden: Beim Senken der Flossen wird zuerst die vordere Kante herabgedrückt, dann folgt erst die Flossenfläche, die das restliche Wasser von sich weg drückt. Beim Anheben der Flossen wird wieder erst die Vorderkante hochgezogen, dann erst wird die Flosse parallel zum Körper ausgerichtet.

Diese Animation verdeutlicht die oben beschriebene Flossenbewegung. Dabei ist darauf zu achten, dass dort nur die Bewegung des Flossen-Querschnitts dargestellt ist (rot markierter Bereich), die Flosse wurde also gedanklich von oben nach unten durchgeschnitten. Die Bewegungen sind schrittweise abgebildet.

Durch diese Bewegungen spart der Pinguin Energie. Ihr könnt das im Schwimmbad oder in der Badewanne mal ausprobieren: Dreht eure Hand so, dass die Handfläche zum Boden zeigt und bewegt sie auf und ab. Dann dreht ihr die Hand so, dass der Daumen nach oben zeigt und wiederholt die Bewegungen. Die letzte Variante müsste viel einfacher und damit mit weniger Kraft (und damit auch weniger Energieaufwand) durchzuführen sein. Das liegt daran, dass durch die geringere Fläche ein geringerer Widerstand vom Wasser auf die Hand wirkt.

Dieses Prinzip lässt sich von der Hand auf die Pinguinflosse übertragen. Allerdings sind ihre Flossenbewegungen nicht ganz senkrecht, sondern sie formen eine Acht, sodass Pinguine im Wasser auch vorwärts kommen.

Luftblasen

Das Video zeigt ebenfalls, dass Pinguine manchmal Luftblasen freisetzen, wenn sie unter Wasser schwimmen. Dieses Phänomen wird Air Lubrication (also eine Art Schmierfilm aus Luft) genannt und wurde 2011 von Meeresbiologen und Ingenieuren analysiert.

Pinguine lagern in der Daunenschicht ihres Gefieders Luft ein, die der Isolation dient. Forschende haben beobachtet, dass Pinguine in kurzen Abständen Luft aus ihrem Gefieder ins Wasser entlassen, besonders kurz bevor sie aus dem Wasser schießen, um an Land zu gehen. Dabei umschließt eine Hülle aus kleinen Luftblasen ihren Körper. Dadurch können Pinguine vermutlich eine höhere Geschwindigkeit erreichen, da die Luftblasen die Dichte und die Viskosität des Wassers um den Pinguinkörper herum reduzieren. Demzufolge wird die Reibung zwischen Körper und Wasser verringert. Die Luftblasen wirken also als eine Art Gleitmittel, was einen Vorteil bei der Jagd und der Flucht vor Feinden mit sich bringt.

Quellen:
Bannasch (1994). Functional anatomy of the ‘flight’apparatus in penguins. Mechanics and physiology of animal swimming, 99, 163-192.
Clark & Bemis (1979). Kinematics of swimming of penguins at the Detroit Zoo. Journal of Zoology, 188(3), 411-428.
Zeitschrift "Welt der Wunder", Ausgabe 1/13
Davenport et al. (2011). Drag reduction by air release promotes fast ascent in jumping emperor penguins—a novel hypothesis. Marine Ecology Progress Series, 430, 171-182.