11. April 2000

Auf der Welle schwimmen

In der letzten Woche hat Thierry Brunel seine Hypothese hinsichtlich der Schwimmtechnik von Delphinen erläutert. Heute will er versuchen, diese Theorie zu überprüfen. Machen sich Delphine die Energie der Wellen zunutze, um sich fortzubewegen? Und dient ihnen ihr Rostrum, also ihre Schnauze als Wellenbrecher?

In einem ersten Versuch lässt sich Chloé von Joséphine, dem Delphin, anschieben. Damit will man feststellen, ob ihr Körper bei einer bestimmten Geschwindigkeit Bugwellen produziert. Chloé's Körper erzeugt eine Bugwelle. Doch was geschieht, wenn der Delphin niemanden anschiebt? Thierry Brunel will dazu einen Versuch machen und mit Hilfe des Computers überprüfen, ob das Tier seine Schnauze als eine Art Bulb einsetzt, um damit seine Bugwellen zu kontrollieren. Wie sieht nun ein solcher Versuch aus?

Thierry Brunel
Ich will das kurz skizzieren. Wir befinden uns jetzt auf dieser Plattform. Auf der anderen Seite des Beckens - hier ist auch eine solche Plattform - befestige ich in einem Abstand von zwei Metern zwei Markierungen. Mit einer Standkamera filme ich die gegenüberliegende Ecke. Das Gleiche geschieht unter Wasser, auch hier bringe ich zwei Messstäbe an und stelle auf der Gegenseite eine Unterwasserkamera auf.
Mit Hilfe der Messstäbe kann ich dem Computer Marken setzen. Stehen sie also beispielsweise 80 Zentimeter oder einen Meter auseinander, kann ich das unter Wasser messen und dem Computer sagen, zwischen diesem Punkt hier und jenem dort oder zwischen diesen beiden hier oben ist der Abstand soundso groß. Es ist aber nötig, diese Marken sowohl über als auch unter Wasser anzubringen, denn wir haben ja festgestellt, dass wir uns während unserer Versuche immer zwischen zwei Fluiden bewegen.

Auf der Wasseroberfläche dienen zwei Kanister als Marken. Wichtig dabei ist, dass sie gut sichtbar angebracht sind und ihr Abstand voneinander genau definiert ist. Das Anbringen der Messstäbe unter Wasser stellt Thierry Brunel vor einige Probleme. Die Sicht ist schlecht und die Einstellungen können nur ungenau vorgenommen werden. Außerdem sind die Delphine neugierig und verschieben zuweilen die Kamera in ihrer Position. Nun stellt sich einer der Pfleger auf den Rücken des Delphins und zwingt ihn damit, an der Wasseroberfläche zu schwimmen, denn das entspricht normalerweise nicht der Natur des Tieres.
Thierry Brunel filmt drei Passagen des Delphins, nicht mehr, alles andere würde das Tier langweilen. Dann bringt er die Filme zur Auswertung in sein Labor.

Thierry Brunel
Wir sind hier in meinem Labor - dem so genannten LARAPS - in dem wir uns auf die Erforschung physikalisch-sportlicher Zusammenhänge spezialisiert haben.
Ich möchte dir einige Dinge in Erinnerung rufen, die wir bereits in Antibes angesprochen haben: Es gibt drei Widerstände - den Reibungswiderstand, den Formwiderstand und den Wellenwiderstand. Wir hatten festgestellt, dass sich mit steigender Geschwindigkeit eines Körpers auch sein Wellenwiderstand erhöht. Und die Untersuchung dieses Widerstandes ist am interessantesten, denn wenn es mir gelingt, den Wellenwiderstand zu überwinden, kann ich auch schneller schwimmen, weil ich weniger gebremst werde oder aber ich bewege mich langsamer, um dem Bremseffekt zu entgehen.

Ich möchte dir nun erklären, wie ich meine Filmaufnahmen analysiert habe. Hier sind die beiden Messstäbe, die ich im Wasser und unter Wasser angebracht habe, um meinem Computer Marken setzen zu können. Das heißt, ich teile ihm mit, zwischen diesen beiden Punkten liegt ein Abstand von zwei Metern. Gehen wir nun an den Anfang der Bildsequenz. Ich füttere den Rechner mit den entsprechenden Daten. Dieser Punkt hier soll meine erste Marke sein, und dieser hier meine zweite. Als dritten Punkt nehme ich die Schnauze des Delphins, dann den rechten und schließlich den linken Fuß des Pflegers, und so weiter... Ich bestätige die Eingaben, und schon habe ich mein erstes Bild, das heißt, meine beiden Bezugspunkte sind der Delphin und das kleine Strichmännchen. Das erste Bild ist also registriert. Wir wollen das hier nun nicht weiter verfolgen, denn ich habe die 26 Bilder dieser Sequenz bereits in den Computer eingegeben. Schauen wir uns das Ergebnis einmal an und versuchen wir, unsere Schlüsse daraus zu ziehen.

Wir wollen nun die Bewegungen von Michaël und dem Delphin graphisch darstellen. Man kann bei dem Delphin eine gewisse Wellenbewegung erkennen, während Michaël relativ ruhig stehen bleibt - das war auch schon mit bloßem Auge zu sehen - denn er versucht ja, sich auf dem Tier zu halten. Im Standbild können wir erkennen, dass es bei Michaël sehr wohl eine vertikale Bewegung gegeben hat. Auch wenn er selbst ganz ruhig stehen blieb, sieht man in dieser ersten Sequenz, dass sich sein Kopf in einer leichten Wellenbewegung nach oben und unten verschoben hat. Wir haben ja den Begriff Bulb schon erwähnt. Ich habe versucht, eine etwas genauere Graphik zu erzeugen und Michaël daraus eliminiert, denn wir interessieren uns ja eigentlich nicht für ihn. Deshalb habe ich mich ausschließlich auf unseren Delphin konzentriert. Wir wollen versuchen, unseren Blick auf diese beiden Punkte zu fixieren. Man kann erkennen, dass der Schwanz eine Bewegung vollführt, die dem Delphin eine gewisse Stabilität verleiht, das heißt, die Flossen und die Schnauze des Tieres bewegen sich gleichzeitig nach oben und nach unten. Das bedeutet, dass der Delphin seinen Bulb einsetzt. Sein Bulb, was ist das? Das ist sein Rostrum, also seine unbewegliche Schnauze, die er unmittelbar unter der Wasseroberfläche hält, um damit seinen Wellenwiderstand auszuschalten.

Bei allen drei Durchgängen, die wir gefilmt haben, konnte man sehen, dass der Delphin seinen Kopf, also seinen Oberkörper aus eigenem Antrieb blockiert hat, damit er - das ist zumindest meine Vermutung - einen solchen Bulb erzeugen und sich mit Michaël auf seinem Rücken fortbewegen kann. Damit habe ich aber noch nicht nachgewiesen, dass er sich die Energie der Wellen zunutze macht. Meine Aufnahmen sind noch nicht aussagekräftig genug, denn dazu müsste ich mindestens 100 Delphine beobachten, dann hätte ich vielleicht Glück. Aber die Tatsache, dass sich der Delphin im Bereich seiner Schnauze und seines Kopfes regelrecht steif macht, bestärkt uns in der Vermutung, dass er in der Lage ist, sich seinen eigenen Bulb zu schaffen. Wie sieht das Ganze nun unter Wasser aus? Ich möchte wissen, wie sich seine Schwimmtechnik ändert, wenn er sich genau im Grenzbereich zwischen Wasser und Luft befindet. Warum? Weil unter Wasser keine Bugwelle entsteht. Achte genau auf den Kopf des Delphins. Er bewegt ihn nicht, er hält in völlig starr. Und nun schauen wir uns diesen hier an, er ist unter Wasser. Sein Kopf macht kleine Bewegungen nach oben und unten. Das Schwimmverhalten eines Delphins ist also unterschiedlich, je nachdem, ob er sich im Wasser befindet oder an der Wasseroberfläche. Im Wasser vollführt er mit dem Kopf eine kleine Wellenbewegung. An der Wasseroberfläche bewegt er den Kopf nicht, also gehen wir davon aus, dass er sich dort einen Bulb schaffen. Wenn das wirklich der Fall ist, kann er auch die Energie einer Welle spüren und sich diese irgendwie zunutze machen.

Nach der Digitalisierung der gesamten Bildsequenz habe ich das Ganze noch ein wenig langsamer abgespielt und bin dabei auf etwas ganz Interessantes gestoßen, denn diese Beobachtung kann unsere Hypothese bestätigen. Hier ist ein Wellental und dort der Kamm einer zweiten Welle. Was bedeutet das? Das bedeutet, dass dieses Wellensystem von unserem Delphin erzeugt wurde. Und nun kommt etwas ganz Interessantes. Wenn ich den Film ganz langsam weiterlaufen lassen, erkennt man, dass sich diese Welle fortsetzt, denn sie besitzt eine gewisse Energie. Es erscheint ein weiterer Delphin, der sich von dieser Welle tragen lässt.
Diese ganzen Beobachtungen sind aber erst der Anfang unseres Versuchsprotokolls. Das bisherige Ergebnis ist für mich interessant, weil alles darauf hindeutet, dass wir den wahren Zusammenhängen dicht auf der Spur sind. Wir müssen unsere Arbeit also fortsetzen. Und da stehen wir schon vor einem weiteren Problem, wir müssen nämlich das Schwimmverhalten der Delphine unter Wasser noch genauer beobachten und versuchen, ihre Kopfbewegungen dazu in Relation zu setzen. Dann können wir eine Aussage darüber treffen, ob ein Delphin schneller oder langsamer schwimmt als seine Wellen.

In der nächsten Woche untersuchen Thierry Brunel und Chloé, wie Wettschwimmer mit Hilfe ihrer Technik die Entstehung von Bugwellen kontrollieren.