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Der Trick des Pistolenkrebses

Implodierende Gasblasen verursachen lauten Knall

Von Rainer Scharf

Der zu den Garnelen zählende Pistolenkrebs, Alpheus heterochaelis, ist dafür bekannt, daß er mit einer seiner beiden Scheren ein lautes, knallendes Geräusch erzeugen kann. Die bewegliche Scherenhälfte erreicht beim Zuschnappen Geschwindigkeiten von mehr als hundert Kilometern pro Stunde. Bisher hatte man angenommen, daß der Knall entsteht, wenn die beiden Scherenhälften aufeinanderprallen. Doch jetzt haben Biologen und Physiker festgestellt, daß der Pistolenkrebs die Gesetze der Hydrodynamik zur Erzeugung der charakteristischen Geräusche nutzt.

Die Pistolenkrebse treten in großer Zahl in, flachen Meeresgewässern auf. Dort verschmelzen die von den Krebsen verursachten Geräusche zu einem fortwährenden Knacken und Prasseln. Man hat etwa einen Meter entfernt Spitzenlautstärken von über 200 Dezibel gemessen. Diese Geräuschkulisse schränkt die Möglichkeiten sehr stark ein, mit Sonar die von den Pistolenkrebsen bewohnten Meeresgewässer zu erforschen. Weil sie die Ortung feindlicher U-Boote erschwerten, begann man schon während des Zweiten Weltkrieges diese ungewöhnlichen Tiere genauer zu untersuchen. Doch erst die interdisziplinäre Grundlagenforschung in unserer Zeit ist hinter den hydrodynamischen "Trick" des Pistolenkrebses gekommen.

Das Tier erzeugt mit seinen Scheren sogenannte Kavitationsblasen, die unter einem lauten Knall implodieren. Solche Blasen treten auch an der Oberfläche von schnell bewegten Schiffsschrauben oder Turbinenschaufeln auf und führen dort zu gefürchteten Materialschäden. Der Pistolenkrebs bleibt indes immer in sicherem Abstand von der von ihm erzeugten Blase. Er nutzt sie jedoch dazu, Beutetiere wie etwa kleine Krabben, Würmer, kleine Fische oder Garnelen zu betäuben, zu verletzen oder sogar zu töten. Konkurrierende Artgenossen hält sich der Pistolenkrebs mit der Kavitationsblase vom Leibe, ohne sie dabei zu verletzen. Andere Pistolenkrebse registrieren mit ihren an den Scheren sitzenden Sinneshaaren den Wasserstrahl, der aus der zusammenschnappenden Schere hervorschnellt. Auf diese Weise können die Pistolenkrebse miteinander kommunizieren.

Der Biologin Barbara Schmitz von der Technischen Universität München waren erstmals einzelne Gasblasen in der Nähe der Schere aufgefallen, als sie die Scherenbewegung des Pistolenkrebses mit einer Hochgeschwindigkeitskamera untersuchte. Von dieser Beobachtung erzählte sie dem Hydrodynamiker Detlef Lohse von der Universität Twente bei Enschede, der zu einem Vortrag über Sonolumineszenz nach München gekommen war. Der Physiker vermutete, daß es sich bei den Blasen, die nahe der Krebsscheren auftreten, um sogenannte Kavitationsblasen handelt. Nachfolgende Untersuchungen, die Barbara Schmitz und Detlef Lohse zusammen mit seinen Mitarbeitern durchgeführt haben, bestätigten diese Vermutung ("Science", Bd. 289, S. 2114).

Bei ihren Untersuchungen haben die Wissenschaftler die im Wasser sitzenden Pistolenkrebse in einer Halterung fixiert und durch Kitzeln mit einem Pinsel dazu gebracht, ihre fast drei Zentimeter große Schere zusammenschnappen zu lassen. Eine Hochgeschwindigkeitskamera filmte den Vorgang mit mehr als 40 000 Bildern pro Sekunde, während ein Hydrophon den dabei entstehenden Knall aufzeichnete. Die Auswertung der Filme ergab, daß sich eine kleine Gasblase von der Schere löst, sobald diese zusammengeschnellt ist. Diese Kavitationsblase entsteht durch die schnelle Bewegung des Wassers, das zwischen den zusammenschnappenden Scherenhälften hervorschießt.

Im schnell strömenden Wasser bildet sich ein Unterdruck. Ein anfangs winziges Luftbläschen kann dadurch bis auf einen Durchmesser von rund drei Millimeter anwachsen. Die Blase implodiert schließlich nach knapp einer tausendstel Sekunde etwa drei Millimeter von der Schere entfernt mit einem Knall. Theoretische Untersuchungen haben ergeben, daß die Form des akustischen Signals der kollabierenden Blase mit den bekannten hydrodynamischen Gesetzen erklärt werden kann. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 11.10.2000, Nr. 236 / Seite N2

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