Im Erdmittelalter, zur Zeit der Dinosaurier, lebten in den Meeren verschiedene Sorten von Meeresreptilien. Eine Gruppe waren die Plesiosaurier. Mit den Dinos waren sie nicht besonders eng verwandt – ihre nächsten heutigen Verwandten sind Eidechsen und Schlangen. Plesiosaurier gab es in zwei Varianten – es gab die eher kurzhalsigen Pliosaurier und die langhalsigen “eigentlichen” Plesiosaurier.
Hier eine Rekonstruktion eines langhalsigen Elasmosaurus’ (sozusagen ein Prototyp für das Loch-Ness-Ungeheuer):

Elasmosaurus NT.jpg
Elasmosaurus NT“ von Nobu Tamura http://paleoexhibit.blogspot.com/ http://spinops.blogspot.com/Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons.

Bei den Pliosauriern ist – seit der Serie “Dinosaurier – im Reich der Giganten” – der Liopleurodon sicher der bekannteste Vertreter:

Lebendrekonstruktion von Liopleurodon ferox
Liopleurodon BW“ von Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com) – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY 2.5 über Wikimedia Commons.

Im Film wurde behauptet, dass der Liopleurodon bis zu 25 Meter lang wurde – reale Exemplare erreichten wohl eher 15 Meter in der Länge, immer noch beeindruckend, aber nicht ganz so gigantisch. Die meisten Plesiosaurierarten waren aber nicht so riesig, sondern hatten Längen von einigen Metern.
Eine Besonderheit der Plesiosaurier sind ihre Flossen – heutige Landwirbeltiere, die sich wieder an das Leben im Wasser angepasst haben, haben zwei große Vorderflossen, während die Hinterflossen eher klein sind und für das Schwimmen keine Rolle spielen – so ist es bei den Robben oder auch bei den Pinguinen. Auch bei den Meeresschildkröten sind die Vorderflossen normalerweise deutlich größer als die hinteren.

Zum Schwimmen mit Flossen unter Wasser gibt es generell zwei Möglichkeiten: Alle heutigen Flossenschwimmer (Robben, Pinguine, Schildkröten) bewegen ihre Vorderflossen auf und ab, ähnlich wie Vögel es beim Fliegen tun, Durch passende Neigung der Flossen erzeugen sie einen Auf- und Vortrieb, ganz analog zum Vogelflug. Man spricht deswegen auch vom Unterwasserflug. Die zweite Möglichkeit wäre das “Rudern” – die Flossen bewegen sich im wesentlichen vor und zurück, werden beim nach vorn Ziehen flach gehalten, um wenig Widerstand zu haben, und beim nach hinten drücken möglichst stark gekippt, um viel Wasser nach hinten zu verdrängen. Beim Rudern schiebt man sich also quasi durchs Wasser.

Welche Möglichkeit die Plesiosaurier nutzten, war bisher nicht klar. Es gab einige versuche, entweder mit Modellen oder auch mit Menschen, die sich Flossen angeheftet haben; doch die Ergebnisse waren nicht besonders eindeutig, auch wenn insgesamt die meisten Paläontologinnen den Unterwasserflug sicher für die plausiblere Variante hielten. Ein Problem mit solchen Experimenten ist auch, dass man natürlich viele Annahmen machen muss, wie genau die Flossen bewegt werden – man kann zwar ein paar Varianten ausprobieren, aber nicht sehr viele, weil die Experimente ja eine Weile dauern.

Es liegt also eigentlich nahe, das Problem durch Computersimulationen zu lösen. Dort kann man viele Varianten durchprobieren und den Computer selbst die günstigste finden lassen. Und genau das wurde jetzt getan.

Dazu hat man erst mal ein besonders gut erhaltenes Skelett der Art Meyerasaurus victor vermessen und dann versucht, den Querschnitt an verschiedenen Stellen abzuschätzen:

plesiosaurus2

Aus Liu et al., s.u.

Anschließend wurde auf dieser Basis ein Computermodell erstellt:

plesiosaurus3

Aus Liu et al., s.u.

In dem Modell wurde angenommen, dass Rumpf und Flossen selbst sich als starre Körper verhalten und nur die Gelenke zwischen ihnen beweglich sind. Dann wurde das Modell an ein strömungsmechanisches Modell gekoppelt, das berechnet, wie der Plesiosaurus beim Schwimmen vom Wasser umströmt wird. Dieses Modell ist allerdings etwas vereinfacht – die Viskosität (also die Zähigkeit) des Wassers wurde vernachlässigt, was vor allem bedeutet, dass im Wasser keine turbulenten Strömungen auf treten können. (In der Physik nennt man dieses vereinfachte Modell gern “trockenes Wasser”). Diese Vereinfachung war wohl insbesondere deshalb notwendig, weil sehr viele Rechnungen durchgeführt wurden – ganz unproblematisch ist das meiner Ansicht nach aber nicht (dazu später mehr).

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Kommentare (6)

  1. #1 Lars Fischer
    24. Januar 2016

    Das Modell erscheint mir überhaupt nicht plausibel, vor allem weil sich dann die Frage stellt, was die Hinterflossen sollen, die ja doch nen erheblichen Widerstand erzeugen. Für Beutegreifer scheint mir die Geschwindigkeit auch arg gering zu sein. Wie du ja schon anmerkst, ist der Verzicht auf Turbulenz vermutlich das Problem an der Sache – und damit steht für mich irgendwie auch der Wert des ganzen Modells in Frage.

  2. #2 MartinB
    24. Januar 2016

    @Lars
    “Für Beutegreifer scheint mir die Geschwindigkeit auch arg gering zu sein”
    Wie gesagt, das liegt sicher an der konstant gehaltenen Frequenz – 0.5 Hz scheint mir ziemlich wenig zu sein, wenn man schnell schwimmen will.

    Und ja, das mit der Turbulenz ist sicher ein problem. Es wäre schön gewesen, man hätte am Ende zumindest die optimierte Lösung mal mit Turbulenz gerechnet. Habe gerade ein paper über das Schwimmen von Quallen wiedergefunden – da spielen turbulente Wirbel eine ziemlich große Rolle.

  3. #3 Uli Schoppe
    10. Februar 2016

    Wo kann man das über die Quallen lesen? ☺

  4. #4 MartinB
    10. Februar 2016
  5. #5 Volker
    Waakirchen
    26. Februar 2016

    Vielleicht kann man das Phänomen Gravitationswellen in der Raumzeit auch anders betrachten

    Dazu einige meiner Denkmodelle:
    1. Die Raumzeit ist eine fiktive, mathematische Größe, um die räumlichen und zeitlichen Abstände zwischen Ereignissen und Elementen wie Massenpunkte (Teilchen), Energieträgern (Quanten), Wellen etc. berechnen zu können.
    2. Gravitation ist eine Eigenschaft (Wirkung) zwischen massebehafteten Objekten, ähnlich wie Elektromagnetismus die Wirkung (Kräfte) zwischen geladenen Teilchen.
    3. Gravitationswellen könnten auch die periodische Schwankung der Gravitationskonstanten G sein, die dann sogar eine vektorielle Größe wäre. G ist meines Wissens ohnehin nicht auf einen sehr genauen Wert festgelegt, also vielleicht gar nicht so konstant.
    4. Mit einem Raum, also einem physikalisch ereignislosen -sprich leerem- Gebilde, der schwingt, habe ich nach wie vor meine Probleme.

  6. #6 MartinB
    26. Februar 2016

    @Volker
    Ich habe keinen Schimmer, warum du das hier postest, wo es um Plesiosaurier geht.
    1 und 2 sind keine Physik, nur interpretationen (wobei 2 problematisch ist, wenn du kein feldkonzept verwendest, wir wissen, dass em-Felder Energie und Impuls tragen können)
    3 ist schlicht falsch, das kann nicht funktionieren.
    4 ist ein Problem unseres Denkens, keins der Natur, die kümmert sich wenig darum, was uns konzeptionell Probleme macht.