Pinguine – Anpassung an einen besonderen Lebensraum

Dass Pinguine sofort als solche erkannt werden, liegt an ihrem besonderen Bauplan, der wiederum auf unterschiedliche Anpassungen zurückzuführen ist. Obwohl sie an Land ihre Eier ablegen, sind sie doch mehr an das Wasser angepasst, denn dort finden sie ihre Nahrung. Schwimmen und Tauchen ist für sie eine der Voraussetzungen, um zu überleben. Dies können zwar auch ein paar andere Vögel, wie zum Beispiel Enten, Kormorane und Blässhühner. Aber im Vergleich zu den Pinguinen sind deren Fähigkeiten im Wasser bescheiden, ja, kläglich. Wie die Tauchenten liegen Pinguine mit dem Körper tief im Wasser. Das wirkt wenig elegant. Aber unter Wasser zeigen Pinguine, was sie können. Geradezu pfeilschnell schießen sie durch das Wasser und erreichen dabei Geschwindigkeiten von bis zu 50 km/h. So gelingt es ihnen, Fische zu fangen. Der an Land so plump wirkende Körper erweist sich im Wasser als äußerst elegant. Vorn und hinten spitz zulaufend wie eine Ellipse, bietet seine Stromlinienform nur geringen Widerstand im Wasser. Der gemessene Widerstandsbeiwert, auch CW-Wert genannt, liegt bei 0,03. Und ist damit zehnmal besser als der eines 2012er Porsche 911 Carrera S Cabrio, welcher einen CW-Wert von 0,30 hat. Ein Pinguin kann also durch seinen geringen Strömungswiderstand ohne großen Energieaufwand weite Strecken in Höchstgeschwindigkeit schwimmen. Die Schwimmbewegung erfolgt durch die Flügel, die von einer sehr kräftigen Muskulatur angetrieben werden. Anders als in der Luft kostet der Flügelaufschwung genauso viel Energie wie der Abschwung. Zur Stabilisierung sind Ober- und Unterarmknochen am Ellenbogen starr miteinander verbunden. Erstaunliche Fähigkeiten entwickeln manche Pinguinarten beim Tauchen. Die großen Kaiserpinguine wurden schon in 500 Meter Tauchtiefe gesehen. Sie können 15 Minuten lang die Luft anhalten. Der Magellanpinguin taucht 100 Meter tief und kann sieben Minuten unter Wasser bleiben. Der Zwergpinguin taucht 30 Meter und weniger als eine Minute lang. Die in der Antarktis lebenden Pinguine halten ihre Körpertemperatur von 39°C bei einer Außentemperatur von -60°C. Das entspricht einer Temperaturamplitude von fast 100°C. Die Wärmeisolierung der Pinguine beruht auf der unter der Haut liegenden Fettschicht sowie auf dem Federkleid. Pinguinfedern sind sehr klein, nur etwa 3 cm lang, und tragen am unteren Teil des Schafts Dunen. Bis zu 13 Federn können auf einem Quadratzentimeter Haut eines Pinguins stehen. Somit kann viel Luft zwischen den Federn sein, welche für die eigentliche Isolation sorgt. Denn die Federn selbst halten nicht warm. Auf den ersten Blick erkennt man beim Pinguin die Federn gar nicht. Es sieht so aus, als trügen sie übereinanderliegende Schuppen. Nur die am Schwanzende abstehenden Federn sind als solche zu erkennen. Die Pflege des Gefieders zählt bei allen Vögeln zu einem wichtigen Ritual. So müssen die Federn mehrfach am Tag gereinigt werden. Mit dem Schnabel werden zunächst grobe Schmutzteile, wie z.B. Algen, aus dem Gefieder gekämmt. Anschließend wird Fett aus der Bürzeldrüse entnommen und jede Feder sorgsam damit behandelt. Gerade bei einem Schwimmvogel ist es wichtig, ein wasserabweisendes Federkleid zu haben. Wie wir bereits in der Einleitung gesehen haben, unterscheiden sich die Pinguinarten zum Teil beträchtlich in ihrer Größe. Auch das ist eine Anpassung an die Kälte. Je kälter der Lebensraum, desto größer ist die dort lebende Art. Denn die Bergmannsche Regel besagt, dass Tiere in kälteren Regionen größer sind, da dies zu einem günstigeren Verhältnis von Volumen zu Oberfläche des Tieres und damit zu weniger Wärmeverlust führt. Ein Blick auf die Füße des Vogels zeigt, dass weder eine Fettschicht noch Federn diese vor Kälte schützen. Selbst wenn sie, wie beispielsweise der Kaiserpinguin, wochenlang auf dem blanken Eis stehen und dabei sogar noch ein Ei ausbrüten, erleiden sie keine Erfrierungen. Wie kommt es, dass das Eis unter ihren Füßen nicht taut und sie infolgedessen auch nicht festfrieren? Eine schematische Darstellung soll uns zeigen, wie das prinzipiell funktioniert. Die Abbildung zeigt eine starke Durchblutung im äußeren Kapillarbereich der Fußsohle. Es wird Wärme nach außen abgegeben. Bei Kälte verengen sich die Kapillaren nahe der Haut sowie die oberflächliche Hautvene, während die Begleitvene deutlich erweitert wird und in unmittelbarer Nähe der Arterie liegt. Durch das Temperaturgefälle zwischen dem arteriellen und venösen Blut geht Wärme von der Arterie zur nahe gelegenen Vene über. Das dadurch vorgewärmte venöse Blut fließt in den Körper zurück, das abgekühlte arterielle Blut zum Kapillargebiet. Der Wärmeaustausch funktioniert somit nach dem Gegenstromprinzip. Die Abstammung der Pinguine ist nicht restlos geklärt. Doch aufgrund ihres Schnabels stehen sie systematisch zwischen den Seetauchern und der Ordnung der Röhrennasen, zu denen unter anderem die Albatrosse und Sturmvögel gehören. Der Pinguinschnabel wird aus dem Kieferknochen gebildet. Im Gegensatz zu anderen Vögeln mit nur einer Hornschicht bilden sich über dem Knochengerüst der Pinguine mehrere Hornplatten aus Keratin. Zu den äußerst scharfen seitlichen Schneidekanten gesellt sich bei vielen Pinguinarten an der Schnabelspitze ein nach unten gebogener Haken. Er dient zum Festhalten der, in der Regel glitschigen, Beute. Pinguine besitzen keine Zähne. Damit die Beute nicht entkommt, befinden sich am Gaumen und auf der Zunge nach hinten gerichtete Fortsätze. Im Schnabel des Pinguins, im Bereich der Nasenhöhle, befindet sich die Schleimhaut. Sie sorgt dafür, dass mit der ausgeatmeten Luft möglichst wenig kostbare Feuchtigkeit verloren geht. In der Lunge des Pinguins herrscht eine Temperatur von 39°C. Bei einer Lufttemperatur von -20°C befindet sich bei Wasserdampfsättigung circa 1 mg Wasser in einem Liter eingeatmeter Luft. In einem Liter ausgeatmeter, erwärmter Luft befinden sich dagegen 50 mg Wasser. Folglich würde der Pinguin mit jedem Liter ausgeatmeter Luft 49 mg Wasser verlieren. Der Wasserverlust betrüge in 100 Tagen 11,5 Liter. Warum es nicht zu diesem hohen Verlust kommt, wurde bei Laborversuchen mit Adeliepinguinen gezeigt. Die ausgeatmete Luft betrug nicht, wie erwartet, 39°C, sondern schwankt je nach Temperatur der Außenluft. Bei einem Blick auf die Tabelle fällt eine deutliche Temperaturerniedrigung der ausgeatmeten Luft bei 10°C auf. Bei weiterer Abkühlung der Luft sinkt auch die Temperatur der ausgeatmeten Luft weiter ab. Wie kommt es dazu? Die Regulierung übernimmt die unterschiedlich starke Durchblutung der Schleimhäute in der Nasenhöhle. Sie dienen als Wärmespeicher und vermindern den Verlust des Wasserdampfes in der Atemluft. Beim Einatmen wird die kühle Luft durch die Berührung der warmen Schleimhäute erwärmt. Dabei kühlt die Schleimhaut ab, denn ihr wird Wärme entzogen. Beim Ausatmen streicht die warme aus der Lunge kommende Luft über die Schleimhäute und gibt seine Wärme an die beim Einatmen abgekühlten Schleimhäute ab. Das dabei kondensierende Wasser setzt sich auf der Schleimhaut ab und bleibt somit im Körper.