Für lungenatmende Meeressäuger ist jeder Tauchgang eine doppelte Herausforderung: Zum einen müssen sie lange genug ohne zu atmen auskommen, um nach Beute jagen zu können. Zum anderen müssen sie sicherstellen, dass sich der Luftstickstoff aus der Lunge beim Tauchen nicht im Blut und den umliegenden Geweben verteilt. Denn wenn sie schnell wieder auftauchen, würde das gelöste Gas Blasen bilden, die das Gewebe zerstören – es käme zur gefürchteten Taucherkrankheit. Verhindert wird dies bei den Delfinen und Walen zum einen dadurch, dass sie die Luft anhalten und nicht wie Taucher weiteratmen – dadurch kann weniger Stickstoff ins Blut übergehen. Zum anderen sind ihre Atemorgane speziell konstruiert: “Es wird seit langem angenommen, dass Meeressäuger steife obere Atemwege besitzen, aber kollabierende Lungen”, erklärt Andreas Fahlmann von der Texas A&M University. Wenn Delfine tauchen, lässt der Wasserdruck ihre Lunge komplett zusammenfallen und schützt dadurch die zarten Lungenbläschen für dem Zerreißen durch einen Überdruck. Knorpelspangen sorgen dafür, dass die Lunge wieder aufgespannt werden kann, wenn die Tiere auftauchen und atmen.
Wie die Delfine atmen, haben Fahlmann und seine Kollegen nun erstmals genauer ermittelt. Sie konstruierten dafür eigens ein Messgerät, das über das Blasloch eines Delfins gestülpt werden kann und so dessen Ein- und Ausatemvolumen und die Atemgeschwindigkeit misst. Dieses Gerät nutzten die Forscher, um die Atmung von neun zahmen Delfinen in der Forschungsstation Dolphin Quest Oahu auf Hawaii zu analysieren. Aus diesen Daten ermittelten sie nicht nur den Gasaustausch in der Lunge der Delfine, sondern schlossen auch darauf, wie hoch der Druck in der Lunge und den oberen Atemwegen ist.
Rekord beim Ausatmen
Das Ergebnis überraschte selbst die Biologen: Die Delfine sogen mit einem Atemzug nicht nur gut 33 Liter Luft pro Sekunde ein. Beim Ausatmen stießen sie sogar fast 140 Liter Luft pro Sekunde aus. Damit können die Meeressäuger nahezu ihr gesamtes Lungenvolumen in einem einzigen Atemzug von weniger als einer Sekunde Dauer austauschen. Im Gegensatz zu uns nutzen sie damit bei der Atmung die Kapazität ihrer Lunge fast voll aus – es bleibt kaum “Totvolumen”, das nicht ausgetauscht wird. “Die Zahnwale sind damit die echten Champions der respiratorischen Physiologie”, so Fahlmann. “Ihre maximalen Atemflussraten sind mindestens doppelt, wahrscheinlich sogar dreimal so hoch wie die des Rekordhalters unter den Landtieren, des Pferdes.”
Aus dem Restvolumen nach dem Ausatmen konnten die Forscher auch ermitteln, dass die Lunge bei den Delfinen tatsächlich kollabiert, während die oberen Atemwege steif und offen bleiben. Die Lunge der Delfine hat dabei eine fast vierfach so hohe Nachgiebigkeit wie die des Menschen. Nach 70 Jahren der Theorie herrscht zumindest bei Delfinen damit nun die Gewissheit. “Denn die einzige Studie, die die mechanischen Eigenschaften der Atemorgane von wachen Meeressäugern bisher getestet hat, wurde 1969 an einem einzelnen Grindwal durchgeführt”, berichten die Forscher. Sie wollen nun ihr Atemmessgerät auch bei anderen Meeressäugern einsetzen, um herauszufinden, wie hoch die Werte von Art zu Art variieren.
