Modellierung der Nahrungsaufnahme durch Ansaugen bei Fischlarven
Frisch geschlüpfte Fischlarven leben von einer begrenzten Menge Eigelb und müssen dann Nahrung begegnen und aufnehmen bevor dieses zu Ende ist. Darüber hinaus bedeutet ihre geringe Größe, dass sie Wasser hauptsächlich als viskoses Medium erleben, das die Umströmung eines Organismus von der Größe und Schwimmgeschwindigkeit abhängig ist. Dies wird durch die dimensionslose Reynolds-Zahl gekennzeichnet. Glatte, laminare Strömung tritt bei einer niedrigen Reynolds-Zahl auf, wohingegen eine hohe Reynolds-Zahl eine turbulente Strömung bezeichnet. Das SFHABILF Projekt (Suction feeding hydrodynamics and biomechanics in larval fishes) untersuchte die hydrodynamische Grundlage für den Beutefang bei Fischlarven und ihre Auswirkungen auf Fütterungsleistung. Die Entwicklung von Fischlarven und deren anschließende Erhöhung der Geschwindigkeit und Größe führen zu zum Übergang zu einer höheren Reynolds-Zahl, die ihre Nahrungsaufnahme beeinflusst. Eine Reihe von Strömungsvisualisierungen, Experimente mit lebenden Fischen und Modellen wurden daher verwendet, um Einblicke in die Nahrungsaufnahme durch Ansaugen bei Fischlarven zu erhalten. Die Forscher konstruierten ein rechnergestütztes Fluiddynamikmodell (Computational Fluid Dynamics, CFD) , welche die Mund-Expansion von der Größe der ersten Nahrungsaufnahme der Larven bis zum erwachsenen Fisch modelliert. Ziel war es, zu untersuchen, ob und wie Fressgewohnheiten sich mit Larvengröße und Reynolds-Zahlen verändern. Die Ergebnisse zeigten, dass Veränderungen im Strömungsmuster eine signifikante Wirkung auf die Beutefangleistung haben. Veränderungen in der Reynolds-Zahl, beim Strömungsfeld das durch das Ansaugen rund ums Mauls geschaffen wird, und die Futterleistung erklärten eine Verschiebung der Nahrungsaufnahme im Verlauf der Larvenreifung von passiver Beute zu einer ausweichende Beute. Anschließend wurde ein aufwendigeres CFD-Modell verwendet, das die Kiemen und die Ergebnisse für fünf Larvengrößen umfasste. Zusätzlich wurden Visualisierungen der Ansaugströme mit lebenden Larven durchgeführt. Diese Arbeit wurde durch Studien über die Nahrungsaufnahmerate von Goldbrassen (Sparus aurata)-Larven im Labor mit High-Speed-Videos unterstützt. Ein Datensatz mit über 700 Fütterungsereignissen der Larven wurde verwendet, um Störungen beim Beutefang während des Wachstums zu verstehen. Diese Experimente zeigten, dass die Larvengröße und weniger das Alter, die Ansaugfunktion behindert. Darüber hinaus können kleine Larven weniger effektivs Fresser sein, aber Larven mit einer kleinen Reynoldszahl schwimmen langsamer, wodurch sich die Begegnungsrate mit der Beute reduziert. Die Ergebnisse des SFHABILF-Projekts werden zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Veränderungen in der Meeresumwelt nach einer globalen Erwärmung das Überleben der Larven und die Nachhaltigkeit der Fischbestände beeinflussen.
Schlüsselbegriffe
Saug-Fütterung, Fisch, Fischlarven, Reynoldszahl, Beutefang
