A2 Kontrollverlust

Thema

Die Flossen des Fisches sind zentral für dieses Modell: Sie fungieren als aktive hydrodynamische Steuerflächen, die die Kräfte und Momente erzeugen, die für die Aufrechterhaltung von Bahn, Lage und Stabilität beim Schwimmen notwendig sind. Flossenschäden – etwa durch teilweisen Befall durch Fressfeinde, Parasiten, Geschwüre oder physische Traumata – verringern die effektive Flossenfläche, verändern ihre Steifigkeit und können Strömungsablösungsflächen erzeugen, die anstelle von steuernden Kräften störende Kräfte erzeugen. Die unmittelbare Folge einer beschädigten Flosse ist ein Verlust der Manövrierfähigkeit, eine erhöhte Winkelabweichung und eine größere Variabilität der Schwimmbahn des Fisches.

Die Verringerung der effektiven Flossenfläche verringert proportional zu diesem Flächenverlust die zur Steuerung verfügbare Auftriebskraft. Da Stabilitätsmomente vom Hebelarm zwischen dem Druckpunkt der Flosse und dem Massenschwerpunkt des Fisches abhängen, erzeugt jede asymmetrische Verringerung der Flossenfläche – also eine, die eine Körperseite stärker betrifft als die andere – ein resultierendes Ungleichgewichtsmoment, das zuvor nicht vorhanden war.

Dieses Ungleichgewicht zwingt den Fisch, aktiv mit seinen verbleibenden Flossen, die noch Fläche und Stabilität besitzen, gegenzusteuern. Dieser zusätzliche Ausgleichsaufwand verursacht einen höheren Energieverbrauch, der sich als die Energie verstehen lässt, die der Fisch aufwendet, um dem durch das Flossenungleichgewicht erzeugten destabilisierenden Drehmoment entgegenzuwirken.

Wenn die Flossenschädigung insbesondere die Schwanzflosse betrifft oder der Verlust schwerwiegend ist, kann der Fisch seine normale Fortbewegungsart nicht mehr aufrechterhalten und ist gezwungen, bei hohen Geschwindigkeiten auf alternative, weniger effiziente Fortbewegungsarten zurückzugreifen. Parallel zum Ungleichgewicht der Kräfte und Momente beeinträchtigt die Flossenschädigung auch die Nick- und Giersteuerung des Fisches – also seine Fähigkeit, die Ausrichtung von Kopf und Körper beim Schwimmen fein zu korrigieren. Diese Beeinträchtigung der Nick- und Giersteuerung erhöht die seitliche Variabilität der Schwimmbahn des Fisches. In diesem Modell wird dies als Sinuosität bezeichnet und kann als Erhöhung des lateralen Diffusionskoeffizienten der Schwimmbahn dargestellt werden: Je stärker die Nick- und Giersteuerung beeinträchtigt ist, desto stärker streut die Schwimmbahn des Fisches seitlich.

Diese beiden Folgen einer Flossenverletzung – der erhöhte Stoffwechselaufwand zur Kompensation des Ungleichgewichts und der Verlust der Nick- und Giersteuerung – manifestieren sich messbar und spielen je nach betroffener Flosse unterschiedliche Rollen. In Experimenten mit gestutzten Flossen sinkt die kritische Schwimmgeschwindigkeit je nach Größe der entfernten Flossenfläche um 15 bis 40 Prozent, wobei die Schwanzflosse am stärksten betroffen ist. Gleichzeitig korreliert die Sinuosität positiv mit dem prozentualen Flossenflächenverlust: Je größer der Flächenverlust, desto größer die Sinuosität. Diese Unterscheidung nach Flossentyp ist systematisch: Der Verlust der paarigen Brustflossen beeinträchtigt vor allem die Manövrierfähigkeit bei niedrigen Geschwindigkeiten, während der Verlust der Schwanzflosse primär die Höchstgeschwindigkeit des Fisches beeinflusst.

Insgesamt kehrt eine Flossenschädigung die eingangs beschriebene Funktion um: Die Flossen unterstützen die Schwimmbahn, die Körperhaltung und die Stabilität des Fisches nicht mehr mit ihrer ursprünglichen Effizienz. Stattdessen schwimmt der Fisch weniger wendig, auf einem verschlungeneren Kurs und mit einem höheren Energieverbrauch. Dies liegt entweder daran, dass er aufgrund der Schädigung seiner Brustflossen die Feinsteuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten verloren hat oder dass er aufgrund der Schädigung seiner Schwanzflosse seine Höchstgeschwindigkeit nicht mehr erreichen kann.

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