Einige Süßwasserschildkröten nehmen den im Wasser gelösten Sauerstoff über ihren Kloaken auf, eine einzigartige Hinteröffnung, die auch für Fortpflanzung und Ausscheidung dient. Dieser Mechanismus, genannt Kloakenatmung, ermöglicht es ihnen, über längere Zeiträume unter Wasser zu bleiben, insbesondere im Winter unter dem Eis, ohne an die Oberfläche zum Atmen zu müssen.
Kloakenblasen und Gasaustausch: die Anatomie hinter dem Phänomen
Von “Atmung durch den Anus” zu sprechen, ist eine Vereinfachung. Der betroffene Bereich ist die Kloake, eine gemeinsame Öffnung für die Verdauungs-, Harn- und Fortpflanzungswege der Schildkröte. Die Kloake ist kein einfacher Schließmuskel: Sie beherbergt innere Strukturen, die Kloakenblasen genannt werden, deren Wände mit sehr feinen Blutgefäßen ausgekleidet sind.
Das Prinzip ähnelt dem der Kiemen bei einem Fisch. Die Schildkröte lässt Wasser durch rhythmische Muskelkontraktionen ihrer Kloake ein- und ausströmen. Das Wasser strömt über die Wände der Kloakenblasen, und der gelöste Sauerstoff gelangt durch Diffusion ins Blut, während das Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung abgegeben wird.
Die Atmung durch den Anus bei der Schildkröte beruht also auf einem spezialisierten biologischen Gewebe, nicht auf dem Verdauungstrakt selbst. Diese anatomische Präzision verändert das Verständnis des Phänomens: Die Schildkröte “atmet” nicht mit ihrem Darm, sie nutzt eine reich durchblutete Kloakenschleimhaut, die dafür ausgelegt ist, den Gasaustausch mit dem umgebenden Wasser zu erhöhen.
Welche Schildkrötenarten praktizieren die Kloakenatmung
Nicht alle Schildkröten teilen diese Fähigkeit. Die Kloakenatmung betrifft hauptsächlich Süßwasserschildkröten, die in Flüssen, Seen oder Teichen der gemäßigten Zonen leben, wo der Winter lange Aufenthalte unter Wasser erfordert.
Die am meisten untersuchten Arten für diese Anpassung gehören zur Familie der Chelidae in Australien und Südamerika sowie zu einigen nordamerikanischen Süßwasserschildkröten. Die Schildkröte des Mary River (Elusor macrurus), eine australische Art, die an den Algen zu erkennen ist, die auf ihrem Panzer wachsen, gehört zu den am häufigsten zitierten Beispielen.
- Die Schnappschildkröten (Chelydra serpentina) in Nordamerika nutzen die Kloakenatmung, um mehrere Monate unter dem Eis zu überleben.
- Die bemalte Schildkröte (Chrysemys picta) kombiniert Kloakenatmung und Sauerstoffaufnahme durch die Haut und die Schleimhaut des Rachens, um den ganzen Winter durchzuhalten.
- Die Weichschildkröten (Familie Trionychidae) besitzen eine stark durchblutete Haut, die die Rolle der Kloake beim aquatischen Gasaustausch ergänzt.
Meeres-schildkröten hingegen atmen fast ausschließlich mit ihren Lungen und tauchen regelmäßig an die Oberfläche. Kloakenatmung ist eine Süßwasseranpassung, kein universelles Merkmal von Schildkröten.
Kloakenatmung und Hibernation unter dem Eis: ein untrennbares Paar
Dieser Mechanismus wird besonders wichtig, wenn die Oberfläche eines Gewässers gefriert. Die Schildkröte, ein ectothermes Tier, passt ihre Körpertemperatur der des Wassers an. In kaltem Wasser verlangsamt sich ihr Stoffwechsel erheblich: die Herzfrequenz sinkt, der Sauerstoffverbrauch nimmt ab, und der Energiebedarf fällt auf ein minimales Niveau.
Unter diesen Bedingungen reicht die Kloakenblase aus, um den Sauerstoffbedarf des ruhenden Tieres zu decken. Die Schildkröte muss nicht an die Oberfläche kommen, um zu atmen, was ohnehin unmöglich wäre, wenn sich eine Eisschicht über ihr befindet.
Diese Fähigkeit hat klare Grenzen. Wenn sich das Wasser erwärmt oder die Schildkröte aktiv schwimmen muss, übersteigt der Sauerstoffbedarf das, was die Kloake liefern kann. Die Kloakenatmung funktioniert als Überlebensmodus im ruhenden Zustand in kaltem, gut durchlüftetem Wasser, nicht als dauerhafter Ersatz für die Lungen.
Die Rolle des im Wasser gelösten Sauerstoffs
Kaltes Wasser enthält mehr gelösten Sauerstoff als warmes Wasser. Diese physikalische Eigenschaft kommt der überwinternden Schildkröte zugute: Zu dem Zeitpunkt, an dem sie am meisten auf ihre Kloakenatmung angewiesen ist, bietet das Wasser genau die beste Konzentration an verfügbarem Sauerstoff.
Wenn ein Teich an der Oberfläche gefriert, das Wasser darunter jedoch zu lange ohne Erneuerung stagniert, kann der Sauerstoffgehalt gefährlich sinken. Schildkröten, die unter diesen Bedingungen gefangen sind, beginnen schließlich, Milchsäure anzusammeln, die durch einen anaeroben Stoffwechsel (ohne Sauerstoff) produziert wird. Ihr Panzer, der reich an Carbonaten ist, spielt dann eine puffende Rolle, indem er diese Säure teilweise neutralisiert, aber diese Lösung bleibt vorübergehend.
Schildkröte und Atmung: warum der Panzer alles kompliziert
Bei den meisten Wirbeltieren dehnt sich der Brustkorb aus und zieht sich zusammen, um die Lungen zu belüften. Schildkröten haben diesen Luxus nicht. Ihr steifer Panzer verhindert jede klassische thorakale Expansion. Sie nutzen spezifische Muskelgruppen, die an der Basis der Gliedmaßen liegen, um Pumpbewegungen zu erzeugen, die Luft in die Lungen ein- und ausströmen lassen.
Dieses System funktioniert gut an der Luft, erfordert jedoch Muskelenergie. Unter Wasser, im Winter, wenn die Muskeln durch die Kälte betäubt sind, wird die aktive Lungenbelüftung unpraktisch. Die Kloakenatmung übernimmt dann als einzige Sauerstoffquelle.
Diese mechanische Einschränkung erklärt, warum die Kloakenatmung sich bei Süßwasserschildkröten entwickelt hat und nicht bei anderen aquatischen Reptilien. Die Kombination aus einem Panzer, der die klassische Belüftung blockiert, und einem Lebensraum, in dem der Zugang zu Luft monatelang unterbrochen sein kann, hat das Auftreten dieser Anpassung begünstigt.
Kloakenatmung und Schutz der Süßwasserschildkröten
Das Verständnis dieses Mechanismus hat direkte Auswirkungen auf den Schutz der Arten. Wenn ein Gewässer an gelöstem Sauerstoff verarmt, sei es durch Verschmutzung, Eutrophierung oder winterliche Erwärmung, sind die Schildkröten, die auf ihre Kloake angewiesen sind, um den Winter zu überstehen, bedroht.
Die Schildkröte des Mary River ist als gefährdete Art eingestuft. Die Verschlechterung der Wasserqualität ihres Herkunftsflusses in Australien beeinträchtigt direkt ihre Fähigkeit, die Kloakenatmung zu nutzen. Den Schutz dieser Tiere zu gewährleisten, bedeutet auch, kaltes, sauberes und gut durchlüftetes Wasser in ihren Winterlebensräumen zu erhalten.
Kloakenatmung bleibt einer der einzigartigsten Mechanismen im Tierreich. Sie erinnert daran, dass die Atemanpassungen der Süßwasserschildkröten weit über die Lungen hinausgehen und dass das Überleben dieser Arten von spezifischen Umweltbedingungen abhängt, die durch menschliche Aktivitäten schnell beeinträchtigt werden können.