Salzwasser?
Kürzlich fragte mich meine 5-jährige Tochter, warum die meisten Haie in Salzwasser leben. Können Sie mir helfen, ihr eine Antwort zu geben?
Miguel
Oakville, Ont.
Eine weitere tolle Frage!
Um die komplexen chemischen Reaktionen durchzuführen, die das Leben erhalten, haben alle Lebewesen – einschließlich Haie und Menschen – einen Vorrat an Wasser und Salzen in ihren Körpern. Obwohl Haut und anderes lebendes Gewebe fest aussieht, hat es in Wirklichkeit winzige Poren. Kleine Moleküle wie Wasser und Salze können leicht durch die Haut hin- und herwandern. Wenn sich jedoch auf einer Seite der Haut mehr von einer Molekülart befindet als auf der anderen, wandern einige der Moleküle durch einen natürlichen Prozess, der „Diffusion“ genannt wird, von einem Bereich mit höherer Konzentration zu einem Bereich mit niedrigerer Konzentration. Die Diffusion erfolgt so lange, bis die Konzentration des Moleküls auf beiden Seiten der Haut gleich ist. Diffusion ist derselbe Prozess, der es einem Zuckerwürfel ermöglicht, sich vollständig in einer Tasse Tee oder Kaffee aufzulösen: Die Zuckermoleküle breiten sich von einem Bereich mit hoher Konzentration (dem Würfel) zu einem Bereich mit niedriger Konzentration (dem Tee oder Kaffee) aus; schließlich sind alle Teile des Tees oder Kaffees gleichermaßen zuckerhaltig.
Das Meer besteht hauptsächlich aus Wasser, aber im Wasser sind auch verschiedene Salze gelöst. Die Konzentration der Salze im Meerwasser beträgt normalerweise etwa 3 bis 4 %. Das lebende Gewebe des Menschen und der meisten Fische ist deutlich weniger salzhaltig als dieses. Daher befindet sich im Inneren des Menschen oder Fisches mehr Süßwasser als draußen im Meer. Als Reaktion darauf diffundiert das Wasser auf natürliche Weise aus dem Körper über die Haut, als ob es versuchen würde, das äußere Meer zu verdünnen. (Die Diffusion von Wasser durch eine halbdurchlässige Membran ist ein Spezialfall der Diffusion, der üblicherweise als „Osmose“ bezeichnet wird; der Einfachheit halber werde ich hier weiterhin Diffusion verwenden). Die menschliche Haut ist relativ wasserdicht, aber die Haut von Fischen ist ziemlich undicht. Folglich verlieren die Körper der meisten Meeresfische ständig Frischwasser an das umgebende Meer. Aber alle Lebewesen brauchen einen Vorrat an Wasser in ihren Körpern, um richtig zu funktionieren. Was die meisten Fische tun müssen, um das benötigte Wasser in ihrem Körper wiederherzustellen, ist viel, viel Meerwasser zu trinken. Nun, es ist wahr: Meeresfische trinken fast ständig Meerwasser. Um das im Meerwasser enthaltene überschüssige Salz loszuwerden, haben viele Fische spezialisierte salzabsondernde Strukturen in ihren Kiemen, die „Chloridzellen“ genannt werden.
Aber Haie haben eine andere Strategie gefunden. Anstatt weniger salzig zu sein als das Meer, speichern Haie bestimmte Stoffwechselabfälle (nämlich Harnstoff und Trimethylaminoxid, kurz TMAO), so dass ihr „Salzgehalt“ insgesamt etwas höher ist als der des Meeres. Infolgedessen verlieren Haie nicht ständig ihren körpereigenen Süßwasservorrat an das Meer. Stattdessen diffundiert alles frische Wasser, das sie benötigen, sanft durch das Maul, die Kiemen und andere freiliegende Membranen in ihren Körper. Überschüssiges Wasser im Körper eines Hais wird von den Nieren gefiltert und durch eine Öffnung, die „Kloake“ genannt wird und sich zwischen den Beckenflossen (dem hintersten Flossenpaar hinter dem Bauch des Hais) befindet, ausgeschieden.
Eine sehr elegante Lösung für eine große ökologische Herausforderung. Aber sie hat ihre Grenzen.
Wenn ein typischer Hai mit seinem sehr „salzigen“ Körper in Süßwasser schwimmen würde, würde so viel Süßwasser in sein Gewebe diffundieren, dass die Nieren Überstunden machen müssten, um das alles wieder loszuwerden. Dies ist ein sehr energieaufwändiger Prozess und erklärt, warum die meisten Haie nicht ins Süßwasser gehen: Es ist einfach zu anstrengend, das ganze Süßwasser auszuscheiden. Aber einige Haie, wie der Bullenhai (Carcharhinus leucas), sind in der Lage, für längere Zeit ins Süßwasser zu gehen. Sie erreichen diesen raffinierten Trick, indem sie die Konzentration von Harnstoff und TMAO in ihrem Körper stark reduzieren. Dennoch ist ein Bullenhai im Süßwasser etwas salziger als seine Umgebung, so dass er ständig überschüssiges Wasser in Form von verdünntem Urin ausscheiden muss. Insgesamt verbringen etwa 43 Arten von Haien und Rochen (die im Wesentlichen abgeflachte Haie sind) zumindest einen Teil ihres Lebens im Süßwasser. Aber eine Familie südamerikanischer Rochen – die so genannten Flussstechrochen (Potamotrygonidae) – hat sich aus einem marinen Vorfahren entwickelt und sich gründlich an das Leben im Süßwasser angepasst. So sehr, dass ihre Körper die Fähigkeit verloren haben, Harnstoff zu produzieren, und dass sie, wenn sie in vollwertiges Meerwasser gesetzt werden, schnell sterben. Diese Süßwasserstechrochen sind durch ihre Biochemie gefangen.
Manchmal kann man nicht mehr nach Hause zurückkehren.