A3 Widerstandserhöhung

Thema

Die Körperoberfläche des Fisches ist für dieses Modell von zentraler Bedeutung, da hier die beiden häufigsten Ursachen für erhöhten Wasserwiderstand bei Wildfischen wirken: die anhaftende äußere Biobelastung und Beschädigungen der Schuppen. Ektoparasiten und beschädigte oder fehlende Schuppen verändern die Hydrodynamik der den Fisch umgebenden Grenzschicht und erhöhen letztendlich denselben physikalischen Effekt: den Reibungs- und Druckwiderstand, den der Fisch beim Schwimmen überwinden muss. Zu den Ektoparasiten, die sich an der Körperoberfläche anhaften, gehören Asseln wie Gnathia, Ruderfußkrebse wie Lepeophtheirus und Saugwürmer sowie andere ähnliche Organismen. Durch ihre Anhaftung verändern diese Parasiten direkt die Hydrodynamik der Grenzschicht und erhöhen Reibungs- und Druckwiderstand signifikant. Ist der anhaftende Parasit groß – Asseln beispielsweise können bis zu zwei Zentimeter lang werden –, erhöht er den lokalen Wasserwiderstand zusätzlich. Dieser steigt proportional zur Stirnfläche des Parasiten und dem Quadrat der Schwimmgeschwindigkeit des Fisches: Ein größerer Parasit oder eine höhere Schwimmgeschwindigkeit verstärken diesen zusätzlichen lokalen Wasserwiderstand. Beschädigte oder fehlende Schuppen wirken anders auf die Körperoberfläche als Parasiten. Fehlt eine Schuppe oder ist sie beschädigt, fehlt dem Fischkörper die Oberflächenstruktur, die die Schuppe zur Reduzierung des Wasserwiderstands beisteuerte – die Wirkung der feinen Rillen auf Kammschuppen. Stattdessen entsteht eine Rauheit, vergleichbar mit der eines Sandkorns. Dadurch gerät die Wasserströmung um den Körper schneller in einen turbulenten Bereich als auf einer intakten Oberfläche. Der Einfluss der Oberflächenrauheit auf den Wasserwiderstand lässt sich durch eine dimensionslose Kennzahl zusammenfassen, die die Rauheitshöhe mit der Strömungsreibungsgeschwindigkeit und der Wasserviskosität kombiniert. Solange dieser Wert niedrig bleibt, hängt der Reibungswiderstand noch vom Strömungsregime ab. Sobald er jedoch einen Wert nahe 70 überschreitet, wird die Oberfläche hydraulisch rau, und der Reibungswiderstand ist nicht mehr vom Strömungsregime abhängig, sondern wird ausschließlich durch das Verhältnis der Rauheitshöhe zur Körperlänge des Fisches bestimmt.

Der zusätzliche Widerstand, der sowohl durch Parasiten als auch durch beschädigte Schuppen entsteht, hat konkrete biologische Kosten, die sich anhand der Fähigkeit des Fisches, einem Fressfeind zu entkommen, abschätzen lassen. Die maximale Fluchtgeschwindigkeit des Fisches sinkt proportional zum zusätzlichen Widerstand, und der sichere Fluchtradius – die Entfernung, in der der Fisch seinem Verfolger noch entkommen kann – verringert sich quadratisch mit abnehmender Relativgeschwindigkeit: Ein geringer Abfall der Relativgeschwindigkeit führt zu einer deutlich größeren Verringerung dieses sicheren Fluchtradius.

Das Ausmaß dieser Kosten hängt von der Parasitenlast des Fisches ab: Bei starkem Befall mit mehr als 100 Ruderfußkrebsen pro Fisch können die Transportkosten um 30 bis 80 Prozent steigen, und die kritische Dauerschwimmgeschwindigkeit kann um 20 bis 40 Prozent sinken. Generell skaliert der Einfluss dieses zusätzlichen Widerstands mit dem Verhältnis der Stirnfläche des Parasiten zur Stirnfläche des Fisches und mit dem Quadrat der Schwimmgeschwindigkeit. Größere Parasiten und höhere Schwimmgeschwindigkeiten sind daher für den Fisch am schädlichsten.

Obwohl die äußere biologische Belastung und die Schuppenschädigung über unterschiedliche Mechanismen auf die Körperoberfläche des Fisches einwirken, führen sie letztendlich zum gleichen Ergebnis: Ein Fisch, der mehr Widerstand erzeugt als nötig, verbraucht mehr Energie, um mit der gleichen Geschwindigkeit zu schwimmen, und hat im Falle einer Flucht vor einem Fressfeind einen geringeren Geschwindigkeitsspielraum und eine kürzere Sicherheitsdistanz als ein Individuum ohne diese äußere biologische Belastung.

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