Wie atmen Haie?

Haie fangen ihren Anteil an der menschlichen Faszination ein. Diese lebenden Fossilien der Meere besitzen eine erstaunliche Vielfalt an Eigenschaften. Der Glaube, dass Haie sterben, wenn sie aufhören zu schwimmen, ist fast allgemein bekannt, aber nicht ganz richtig. Haie in den Ozeanen sind nicht in ständiger Bewegung, also wie atmen Haie?

Die Sauerstoffkonzentration im Wasser ist viel niedriger als die Sauerstoffkonzentration in der Luft. Tiere mit Kiemen entwickelten Struktur- und Verhaltensmethoden, um so viel Sauerstoff wie möglich aus dem sie umgebenden Wasser aufzunehmen. Haie haben sehr effektive Atemmethoden entwickelt, die sich perfekt an ihre Umgebung anpassen.

Haikiemen

Haie atmen wie alle Fische durch Kiemen. Kiemen sind Atmungsorgane, die bei Landtieren die gleiche Funktion erfüllen wie die Lunge. Die Kiemen eines Hais enthalten Hunderte von gefiederten Filamenten mit Tausenden von Lamellen pro Filament. Lamellen enthalten winzige Blutgefäße oder Kapillaren. Kapillaren nehmen Sauerstoff aus Wasser auf und setzen Kohlendioxid frei. Die menschliche Lunge enthält Kapillaren für den gleichen Zweck. Haie absorbieren 80 % der Sauerstoffkonzentration von 1 % im Wasser. Die menschliche Lunge nimmt nur magere 25 % der 21 % Sauerstoffkonzentration in der Luft auf.

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Ram-Belüftung

Haie haben 5 bis 7 Kiemenbögen mit einem einzigen Kiemenschlitz in jedem Bogen. Die meisten Fische haben ein Operculum oder eine Abdeckung über ihren Kiemen. Haie haben kein Operculum, aber sie haben strukturelle Kiemenrechen senkrecht zu den Kiemenbögen. Haie atmen durch Ram-Ventilation. Die Ram-Ventilation tritt auf, wenn Wasser über die Kiemen des Hais fließt. Wasser fließt durch den Mund und über Kiemen, während ein Hai vorwärts schwimmt. Haie haben direkt hinter ihren Augen einen zusätzlichen Kiemenspalt oder Stigmen. Das Stigmen leitet das Wasser zum Mund und Kiemenrechen leiten das Wasser über die Kiemenschlitze.

Haizirkulation

Haie haben Herzen mit zwei Kammern. Sauerstoffreiches Blut wandert von den Kiemen zum Atrium des Haiherzens. Das Herz pumpt sauerstoffreiches Blut in die Arterien, um Gewebe und Organe im ganzen Körper zu erreichen. Sauerstoffarmes Blut fließt durch Venen in die Herzkammer. Der Ventrikel pumpt sauerstoffarmes Blut in die Kiemenkapillaren. Das Herz eines Hais ist nicht sehr stark – der Wasserfluss hilft, das Blut durch das Kreislaufsystem des Hais zu bewegen, sodass das Herz nicht die ganze notwendige Kraft aufbringt, um den Blutfluss aufrechtzuerhalten.

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Staustrahlprinzip

Der gesamte Prozess der Staubelüftung und -zirkulation bei einem Hai wird effizienter, wenn der Hai schneller schwimmt. Der beschleunigte Vorgang beim schnelleren Schwimmen wird als Ramjet-Prinzip bezeichnet. Das Staustrahlprinzip hilft Haien, Beute ermüdungsfrei zu jagen. Das Blut eines Hais zirkuliert im Gegenstrom, der sich immer in die entgegengesetzte Richtung des Wassers bewegt, was dazu beiträgt, die Sauerstoffaufnahme aus dem Meer zu maximieren.

Bukkales Pumpen

Haie werden oft als lebende Fossilien bezeichnet, weil aktuelle Arten weit zurück im Fossilienbestand gefunden wurden. Trotz der langen Abstammung der modernen Haiarten gab es vor ihnen uralte Arten. Die ältesten Haie nutzten das bukkale Pumpen zum Atmen, wenn sie sich nicht bewegten. Beim bukkalen Pumpen werden die Wangen- oder Wangenmuskeln verwendet, um Wasser in den Mund und über die Kiemen zu ziehen. Knochenfische und einige moderne Haiarten wie Ammenhaie, Engelshaie und Teppichhaie verwenden immer noch die Mundatmung.

Bodenfressende Haie

Die meisten Haie, die bukkale Pumpen verwenden können, sind Bottom-Feeder. Sie ruhen häufig auf dem Meeresboden und haben einen dorsoventral abgeflachten Körper. Ihre Körper sind flach und dünn auf dem Rücken. Bukkal atmende Haie haben markante Stigmen hinter den Augen. Die Stigmen ziehen Wasser an und drücken es wieder heraus, wenn der Hai im Sand auf dem Meeresboden vergraben ist.

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Bukkal- und Ram-Beatmung

Viele Haie verloren im Laufe ihrer Entwicklung nach und nach die physischen Strukturen, die für das bukkale Pumpen notwendig waren. Die Stigmen großer, schneller Haie schrumpften und verschwanden, als sie sich zu schlanken, modernen Raubtieren entwickelten. Die Ram-Beatmung ist energieeffizienter als die bukkale Atmung. Der Wasserfluss beim Schwimmen eines Hais verbraucht weniger Energie als das Pumpen von Wasser in den Mund. Die meisten modernen Haiarten können zwischen bukkalem Pumpen und Ram-Ventilation wechseln. Der Sandtigerhai wechselt häufig zwischen Atemmethoden, weil er Beute auf dem Meeresboden jagt und durch Wasser schwimmt.

Obligatorische Ram-Ventilatoren

Einige Haie sind obligatorische Ram-Beatmungsgeräte. Sie haben die Fähigkeit zu atmen durch bukkales Pumpen vollständig verloren. Ungefähr 24 von 400 bekannten Haiarten sind obligatorische Ram-Beatmungsgeräte. Diese Haie schwimmen ununterbrochen und ertrinken, wenn sie nicht schwimmen können. Weiße Haie, Mako, Lachshaie und der Walhai atmen nur durch die Belüftung des Widders. Ihre Stigmen sind kaum noch zu sehen und das Weiße hat keine Stigmen mehr.

Wie ruhen sich Haie aus?

Wissenschaftler glauben, dass Haie, die nur durch obligatorische Staulüftung atmen, die Eigenschaften des Wassers nutzen, um sich auszuruhen, ohne zu ertrinken. Temperatur, Salzgehalt und Tageszeit beeinflussen die Sauerstoffkonzentration des Meerwassers. In den Höhlen der schlafenden Haie entdeckten Wissenschaftler in den 1970er Jahren bewegungslose Riffhaie. Riffhaie atmen mit obligatorischer Rammventilation. Die Wissenschaftler vermuteten, dass die außergewöhnlich hohe Sauerstoffkonzentration im Höhlenwasser die Riffhaie still halten ließ.

Haie in Gefahr

Haie haben eine erstaunliche Anpassungsfähigkeit. Ihre Atmungsmethoden sind einzigartig für ihre Ernährungsgewohnheiten und ihre Umgebung geeignet. Apex-Raubtiere neigen dazu, obligate Ram-Beatmungsgeräte zu sein, während Bottom-Feeder gut entwickelte bukkale Pumpmechanismen haben. Haie als Spezies überlebten im Laufe der langen Geschichte der Erde zwei Massenaussterbeereignisse. Leider testen die modernen Zeiten die Bewältigungsmechanismen der Haie bis an ihre Grenzen. Illegales Finning lässt Haie hilflos ertrinken, da sie ohne Flossen nicht schwimmen können. Fischernetze beeinträchtigen auch die Schwimmfähigkeit. Unrechtmäßige Organisationen mit unregulierten Zoos oder Aquarien auf der ganzen Welt haben Tausende von Haien durch Unwissenheit und Inkompetenz während des Transports getötet.