Rektale Unterwasseratmung bei Schildkröten

Einer der größten Schritte in der Evolution des Lebens war die Kolonisierung des Festlandes vom Wasser aus. Im Laufe der Erdgeschichte haben aber eine ganze Reihe von Lebensformen wieder amphibische oder sogar vollaquatische Lebensweisen entwickelt. Die Gründe dafür dürften verschieden sein, etwa die Vermeidung von Konkurenten oder Feinden, in vielen Fällen aber sicher einfach die Möglichkeit reiche Nahrungsrescource nützen zu können. Wenn man einmal den Blick auf die Wirbeltiere beschränkt, und dabei die Amphibien außen vor läßt, dann verwundert es womöglich etwas warum von allen wieder ins Wasser zurückgekehrten Arten keine Kiemen entwickelt hat, und alle noch zum Atmen an die Oberfläche müssen, egal ob es sich dabei um Krokodile, Wale oder Robben handelt. Warum haben sich bei diesen Tieren also keine Kiemen entwickelt? Ein Grund dürften wohl fehlende anatomische Voraussetzungen sein, die die Entwicklung von Kiemen begünstigen würden, und dass die allermeisten dieser Arten ja auch allem Anschein nach recht gut ohne derartige Anpassungen auskommen können, indem sie in mehr oder weniger großen Abständen einfach Luft holen. Das ist kein Problem, schließlich geht das ja (abgesehen von Unterwasserhöhlen) auch überall, wohingegen an Land kommende Wassertiere keineswegs immer zwischendurch ins Wasser springen können, es sei denn sie halten sich in einem lokal sehr begrenzten Lebensraum auf, wie etwa die Schlammspringer. Ein Wasserlebewesen dass dauerhaft an Land leben will, muß also in der Lage sein, den Sauerstoffbedarf vollständig durch atmosphärische Luft zu decken. Das geht entweder durch Lungen, oder bei sehr kleinen Tieren wie etwa den Lungenlosen Salamandern unter Umständen auch vollständig durch Hautatmung.

Ein Hauptgrund warum echte Kiemen nie von ins Wasser zurückgekehrten Wirbeltieren entwickelt wurden, dürfte auch in dem geringen Sauerstoffanteil des Wassers liegen. Wasser hat nur etwa ein zwanzigstel des Sauerstoffanteils von Luft, und unter Umständen sogar noch weitaus weniger. Insbesondere sehr aktive warmblütige Arten mit einem hohen Sauerstoffbedarf, etwa Wale oder Robben, wären möglicherweise gar nicht in der Lage allein durch Kiemenatmung immer genügend Sauerstoff aufzunehmen, zumal wenn schon ein einziger tiefer Atemzug an der Oberfläche wieder eine große Menge Sauerstoff liefern kann. Der hohe Sauerstoffanteil der Luft hat wahrscheinlich auch dazu geführt, dass viele Fische unabhängig voneinander aus teilweise unterschiedlichen Strukturen Organe entwickelt haben, mit denen sie Sauerstoff aus der Luft aufnehmen können, was insbesondere in von Natur aus sauerstoffarmen Gewässern überlebenswichtig sein kann. Solche Anpassungen findet man unter Welsen, Knochenzünglern, Labyrinth-Fischen und vielen anderen.

Unter den im Wasser lebenden höheren Tetrapoden (also Vierfüßern) konnten nur einige Angehörige der Reptilien mit ihrem in der Regel niedrigen Stoffwechsel und geringen Sauerstoffverbrauch zusätzlichen Sauerstoff aus dem Wasser aufnehmen. Ich habe schon mal gehört dass Seeschlangen in der Lage sind zusätzlich Sauerstoff über Hautatmung aufzunehmen, um länger tauchen zu können, genaueres weiß ich da aber nicht. Schon weitaus besser ist da die Hautatmung der Weichschildkröten bekannt. Diese teils äußerst seltsamen und manchmal sogar völlig unreptilisch aussehenden Tiere haben einen stark zurückgebildeten Panzer, der komplett von weicher Haut überwachsen ist. Mit ihrer stark durchbluteten und zottenartig vergrößerten Oberfläche ihrer Rachenschleimhaut können sie zusätzlichen Sauerstoff unter Wasser aufnehmen, und so sehr lange unter Wasser bleiben, ohne Luft holen zu müssen. Zusätzlich können sie noch über die Haut eine relativ große Menge Sauerstoff aufnehmen. Dass sich bei diesen Tieren so etwas entwickeln konnte, hängt sicherlich mit ihrem langsamen Metabolismus, und der Lebensweise am Gewässergrund zusammen, bei der ständiges Luftholen an der Oberfläche sehr störend ist.

Die aber wohl bemerkenswerteste Unterwasseratmung die sich bei manchen Schildkröten entwickelt hat, ist die Sauerstoffaufnahme durch die Kloake. Durch den Anus zu atmen hört sich für uns Menschen auf den ersten Blick natürlich alles andere als delikat an, für diese Schildkröten dürfte es nicht viel anders sein als ganz normales Atmen. Bei Reptilien werden sowohl Kot und Urin, als auch die Geschlechtsprodukte alle aus der gleichen Körperöffnung, der Kloake abgegeben. Manche Schildkröten beitzen paarige Aussackungen in ihrer Kloake, aber nur bei wenigen kann über diese auch tatsächlich Sauerstoff aufgenommen werden. Der bei weitem extremste Fall von Kloakenatmung ist die kleine Fitzroy-Schildkröte Rheodytes leukops aus Australien, welche erst 1973 entdeckt wurde. Diese Schildkröten leben im Wasser niedriger Stromschnellen, das extrem sauerstoffreich ist. Ihre Kloake hat einen Durchmesser von etwa 30mm und bleibt ständig offen, sogar wenn man die Tiere aus dem Wasser nimmt. Man kann dann sogar regelrecht in die riesigen Kloakensäcke hineinschauen. Diese erreichen eine Länge von über 10cm, was verhältnissmäßig enorm ist, wenn man bedenkt dass die Panzerlänge nur 26 cm beträgt. Ihre Oberfläche ist von stark durchbluteten Gefäßen bedeckt, so dass ein Austausch von Sauerstoff stattfinden kann. Zudem sind sie in der Lage diese Kloakensäcke zu kontrahieren und wieder Wasser anzusaugen, was sie in Frequenzen von 15-60 mal pro Minute machen. Ich hatte einmal die Gelegenheit in einer Dokumentation zu sehen wie eine solche Schildkröte unter Wasser atmet, indem sie ihre Kloakensäcke rythmisch kontrahieren läßt, ganz ähnlich wie eine Lunge. Ich muß gestehen, es sah ziemlich obszön aus. Nichtsdestotrotz sind diese komplexen Unterwasserlungen, mit denen die Tiere bis zu 68% ihres Sauerstoffbedarfs decken, und so sehr lange unter Wasser bleiben können, eine wirklich bestaunenswerte Entdeckung.