Es gibt viele Tiere, die sowohl an Land wie auch im Wasser leben können. Die Kröte zum Beispiel gehört zu den Amphibien. Amphibien sind eine Klasse von Tieren, deren Körper an die Bedingungen in diesen beiden sehr unterschiedlichen Lebensräumen angepasst ist. Auch andere Tieren und Pflanzen sind an die besonderen Bedingungen in ihrer Umgebung angepasst. Die meisten sind aber nur an Land oder im Wasser anzutreffen.

Die Kunst der Fortbewegung

Ein typisches Merkmal für die meisten Tiere ist, dass sie sich fortbewegen. Sie können also aus eigener Kraft von einem Ort zum anderen kommen. Im Wasser muss dafür das Wasser zur Seite geschoben werden, an Land die Luft. Die Kraft dafür wird von den Muskeln erzeugt. Es benötigt deutlich mehr Kraft, Wasser wegzudrücken als Luft.

Tiere im Wasser nutzen ähnliche Strategien, um vorwärts zu kommen: Körperteile mit großer Fläche werden bewegt. Dabei wird Wasser weggedrückt und der Körper nach vorne getrieben. Frösche besitzen eine kräftige Muskulatur an den Hinterbeinen. Schwimmhäuten zwischen den Zehen sorgen für die Wasserverdrängung. Fische bewegen ihren Rumpf und den Schwanz mit der Schwanzflosse, Delphine bewegen die Fluke auf und ab. Bei Wasserschildkröten sind die Gliedmaßen wie Paddel ausgebildet. Da der Mensch weder über Schwimmhäute zwischen den Zehen noch über Schwanzflossen verfügt, hat er sich technische Hilfsmittel geschaffen, um im Wasser schneller vorwärts zu kommen. Beim Schnorcheln und Tauchen sind Schwimmflossen sehr hilfreich, denn sie vergrößern die Fläche der Beine, mit denen das Wasser weggedrückt wird. Ein ähnliches Prinzip wird beim Rudern genutzt. Die Flächen der Paddel drücken das Wasser zur Seite und das Boot bewegt sich vorwärts.

Erleichtert wird das Vorwärtskommen durch einen stromlinienförmigen Körper. Dieser erzeugt beim Schwimmen kaum Wirbel und ruft deswegen nur geringen Widerstand hervor. Auch die Beschaffenheit der Hautoberfläche spielt eine große Rolle: Viele Fische besitzen einen Schleimüberzug, der den Reibungswiderstand verringert. Die Haut des Hais dagegen zeigt unter dem Mikroskop eine mit feinen Rillen und Haken besetzte Oberfläche. Diese Hautstruktur trägt mit dazu bei, dass Haifische besonders schnell schwimmen können. Bionik nennt sich die Wissenschaft, die solche Erkenntnisse in praktisch nutzbare Technologien überführen soll. Die Struktur der Haifischhaut zum Beispiel dient als Vorbild für neue ultraschnelle Schwimmanzüge.

Auf die Stabilität kommt es an!

Auch wenn das Vorwärtskommen im Wasser schwerer ist als an Land: Im Wasser wird dafür die Gewichtskraft durch die Auftriebskraft ausgeglichen. An Land müssen die meisten Lebewesen ihr Gewicht selber tragen können. Der ständige Ausgleich von Gewichtskraft und Auftriebskraft spielt beim Tauchen eine große Rolle. Taucher schweben unter Wasser, weil sie samt ihrer Ausrüstung genauso viel wiegen, wie das Wasser, das sie verdrängen.

Tange, die zu den Braunalgen gehören, können mit Hilfe von kleinen gasgefüllten Bläschen eine schwebende, aufrechte Position im Wasser einnehmen. Wird der Tang aus dem Wasser gebracht, entfällt die Auftriebskraft. Sein schlaffer Körper wird von der Gewichtskraft zusammengedrückt.

Pflanzen, die in die Luft aufragen, besitzen Festigungsgewebe, die ihrem Körper Stabilität verleihen. Dazu gehören Fasern aus Zellulose, die Zugbelastung ermöglichen. Außerdem werden in die Zellwände verschiedene Stoffe eingelagert, die Druckfestigkeit verleihen. Wenn man sich an einem Grashalm schneidet bekommt man die festigende Wirkung der eingelagerten Kieselsäure zu spüren. Holze, wohl das bekannteste Festigungsgewebe, entsteht durch die Einlagerung von Lignin.

Einen besonderen Trick haben sich die Kletterpflanzen einfallen lassen: Sie bilden nur dünne Stängel, die das Gewicht der Pflanzen eigentlich nicht tragen können. Um trotzdem in die Höhe, in Richtung zum Licht zu gelangen, besitzen sie die unterschiedlichsten Haltorgane, mit denen sie an anderen Gewächsen, Felsen oder Mauern empor klimmen. Wirbeltiere und Menschen besitzen ein festes Innenskelett aus Knochen, das den Körper in Form hält und das Körpergewicht an Land oder in der Luft gut tragen kann.

Lebensmotor Atmung

Sauerstoff ist zum Leben unentbehrlich. Alle Lebewesen nehmen den Sauerstoff aus ihrer Umgebung auf. Landwirbeltiere, also auch der Mensch, besitzen eine Lunge, mit der sie Sauerstoff aus der Atemluft aufnehmen. Die beiden Lungenflügel befinden sich gut geschützt im Brustkorb. Die Atemluft wird durch immer feiner werdende Verzweigungen auf eine große Oberfläche verteilt. Beim Atmen wird Sauerstoff vom Blut aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgegeben. Dieser Gasaustausch läuft in Millionen von Lungenbläschen ab. Sauerstoff benötigen alle Lebewesen für die Zellatmung. Viele im Wasser lebende Tiere müssen zum Atmen jedes Mal an die Oberfläche kommen. Wenn sie tauchen, nehmen sie einen Sauerstoffvorrat mit unter Wasser.

Die Atmosphäre der Erde und damit die Luft, die wir atmen, bestehen aber nicht nur aus Sauerstoff. Luft ist eigentlich ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. 100 Liter Luft bestehen aus etwa 78 Litern Stickstoff, 21 Litern Sauerstoff und einem Liter anderen Gasen, darunter auch Kohlenstoffdioxid. Luft hat einen deutlich höheren Sauerstoffgehalt als Wasser. Aber auch im Wasser ist Sauerstoff enthalten. Er ist im Wasser gelöst, ähnlich wie man Zucker in Wasser lösen kann. In 100 Liter Wasser kann aber nur maximal 1 Liter Sauerstoff gelöst werden.

Viele Wassertiere atmen mit Kiemen. An den Kiemen findet der Gasaustausch zwischen Wasser und Blut statt. Bei den Fischen befinden sich die Kiemen geschützt unter den Kiemendeckeln. Die Untergliederung in feinste Kiemenblättchen bewirkt eine große Oberfläche. Wegen des geringen Sauerstoffgehalts im Wasser muss den Kiemen durch Bewegung ständig frisches Wasser zugeführt werden. Bei den Larven der Frösche, den Kaulquappen, kann man die Verwandlung von einem mit Kiemen atmenden Tier zu einem Tier mit Lungenatmung beobachten.

Vor Verdunstung schützen! Um sich zeitweise oder dauerhaft an Land aufzuhalten und unabhängig vom Lebensraum Wasser zu sein, muss der Körper vor Austrocknung geschützt sein. Eine stabile Haut schützt Reptilien, Vögel, und Säugetiere vor dem Austrocknen. Auch an Land gelegte Eier müssen gut gegen Wasserverlust geschützt sein. Die Schalen der Reptilien und Vögel bieten einen guten Schutz vor Verdunstung. Fisch- und Amphibieneier können sich nur im Wasser entwickeln. Pflanzen sind durch einen Wachsüberzug auf ihrer Oberfläche, der Cuticula, vor zu starker Verdunstung geschützt. Über kleine Schlitze an der Blattunterseite, den Spaltöffnungen, können sie die Verdunstung regulieren. An besonders trockenen Standorten speichern Kakteen und andere Wüstenbewohner Wasser in ihrem Inneren. So überstehen sie auch lange Trockenzeiten.