Wieso können Fische unter Wasser atmen und wir nicht?

Wieso können fische unter wasser atmen? Kiemen vs. Lunge

Die unterschiedliche Atmung zwischen Mensch und Fisch basiert auf der physikalischen Beschaffenheit des Sauerstoffs. Während Kiemen die Aufnahme von gelöstem Sauerstoff aus Wasser ermöglichen, benötigen unsere Lungen Gase. Warum wieso können fische unter wasser atmen, während Menschen dies nicht können, verstehen Sie durch den Vergleich der verschiedenen Atmungsorgane und deren Funktionsweise.

Wieso können Fische unter Wasser atmen und wir nicht?

Fische atmen, indem sie mit ihren Kiemen den im Wasser gelösten Sauerstoff herausfiltern. Unsere menschlichen Lungen sind hingegen ausschließlich dafür gebaut, gasförmigen Sauerstoff direkt aus der Luft aufzunehmen.

Da Lungen an Land austrocknen würden und Kiemen im Wasser stabil bleiben müssen, ist ein Rollentausch für uns und die Fische schlichtweg tödlich. Wasser in der Lunge blockiert unseren Gasaustausch sofort. Wir ertrinken. Fische hingegen ersticken an der Luft, weil ihre feinen Kiemenblättchen ohne den stützenden Auftrieb des Wassers sofort verkleben.

Seien wir ehrlich - wer hat nicht als Kind im Schwimmbad schon einmal versucht, unter Wasser die Luft ewig anzuhalten? Es ist ein uralter Menschheitstraum. Aber es gibt einen völlig kontraintuitiven Faktor, den fast jeder übersieht. Selbst wenn wir Kiemen hätten, könnten wir damit als Menschen nicht überleben. Ich erkläre diesen entscheidenden biologischen Baufehler weiter unten im Text genauer.

Das Missverständnis vom gelösten Sauerstoff

Viele Menschen glauben, Fische würden das Wasser selbst aufspalten, um an den Sauerstoff zu kommen. Das ist komplett falsch. Fische nutzen winzige Mengen an Sauerstoffgas, das sich im Wasser gelöst hat - ähnlich wie die Kohlensäure in einer Limonade.

Luft enthält etwa 21 Prozent Sauerstoff. Im Wasser hingegen ist der Sauerstoffanteil verschwindend gering - meist liegt er bei unter 1 Prozent. Fische müssen also unglaublich effizient sein, um aus diesem spärlichen Angebot genug Energie zu gewinnen.

Fische nehmen kontinuierlich Wasser durch das Maul auf und leiten es an ihren Kiemen vorbei. Diese bestehen aus zahlreichen hauchdünnen Lamellen mit großer Oberfläche. Der gelöste Sauerstoff diffundiert über diese Lamellen direkt ins Blut, während Kohlendioxid an das Wasser abgegeben wird.

Fische nehmen ununterbrochen Wasser über das Maul auf und pressen es an ihren Kiemen vorbei. Diese Kiemen bestehen aus unzähligen, hauchdünnen Blättchen mit einer riesigen Oberfläche. Ziemlich clever. Über diese feinen Lamellen diffundiert der gelöste Sauerstoff direkt ins Blut des Fisches, während gleichzeitig Kohlendioxid an das Wasser abgegeben wird. So erfährt man am besten, wie funktionieren kiemen einfach erklärt.

Als ich mein erstes kleines Heimaquarium einrichtete, machte ich einen furchtbaren Fehler. Ich dachte, der Filter dient nur dazu, den Schmutz zu entfernen, und schaltete ihn nachts aus, weil er zu laut brummte. Ein fataler Irrtum. Am nächsten Morgen rangen alle Fische an der Wasseroberfläche nach Luft. Es dauerte einige panische Recherchen, bis ich begriff: Ohne die ständige Oberflächenbewegung durch den Filter kommt kein neuer Sauerstoff aus der Raumluft ins Wasser.

Eine harte Lektion. Aber sie zeigte mir eindrucksvoll, dass Wasser nicht von Natur aus Sauerstoff produziert, sondern ihn erst aus der Atmosphäre aufnehmen muss.

Warum unsere Lunge unter Wasser sofort versagt

Unsere Lungen sind im Grunde große, luftgefüllte Hohlräume. Sie benötigen Sauerstoff in Gasform, der sich an den winzigen Lungenbläschen (den sogenannten Alveolen) ins Blut absetzt. Wer sich für das Thema interessiert, erkennt schnell den unterschied lunge und kiemen. Die Oberfläche einer menschlichen Lunge misst beeindruckende 70 bis 100 Quadratmeter. Das ist so groß wie eine halbe Tennisplatzhälfte.

Warum können wir das Wasser nicht einfach ein- und ausatmen, wie wir es mit der Luft tun? Wasser ist extrem schwer. Genauer gesagt ist Wasser fast 800-mal dichter als Luft.

Das ist reine Physik. Unsere Atemmuskulatur - so stark sie auch an Land sein mag - ist schlichtweg nicht dafür gebaut, eine derart zähe Masse ständig in die Lunge und wieder heraus zu pumpen. Die Erschöpfung würde nach wenigen Sekunden eintreten.

Vergleich: Menschliche Lunge vs. Fischkiemen

Menschliche Lunge

Funktioniert nur an der Luft und muss im Inneren des Körpers feucht gehalten werden

Reichlich vorhanden (Luft enthält sehr viel Sauerstoff)

Bewegt leichte Luft, benötigt relativ wenig Muskelkraft

Einatmen und Ausatmen (bidirektionaler Fluss der Atemluft)

Fischkiemen

Funktionieren nur im Wasser, kollabieren und verkleben an der trockenen Luft sofort

Sehr gering (Wasser enthält nur einen Bruchteil des Sauerstoffs von Luft)

Bewegt schweres Wasser, nutzt Schwimmbewegungen zur Unterstützung

Wasser fließt meist in nur eine Richtung (durchs Maul rein, an den Kiemen vorbei raus)

Julians Kampf mit dem Apnoetauchen

Julian, ein 28-jähriger Student aus München, wollte im Starnberger See das Apnoetauchen (Freitauchen ohne Geräte) lernen. Er war extrem frustriert, weil er anfangs nach nur 40 Sekunden unter Wasser in Panik geriet und hastig an die Wasseroberfläche zurückkehren musste.

Sein erster Ansatz war, die Luft mit reiner Willenskraft anzuhalten und hektisch unter Wasser zu paddeln. Das funktionierte überhaupt nicht. Die unruhigen Bewegungen verbrannten den knappen Sauerstoff in Rekordzeit, und der Druck auf seiner Lunge fühlte sich schnell unerträglich an. Er schluckte sogar Wasser.

Der Durchbruch kam, als ihm ein erfahrener Taucher den sogenannten Tauchreflex der Säugetiere erklärte. Julian lernte, nicht gegen den Atemreiz anzukämpfen. Er entspannte sich komplett, verlangsamte bewusst seinen Herzschlag vor dem Abtauchen und vermied jede unnötige Muskelbewegung.

Nach vier Wochen gezieltem Training konnte Julian seine Zeit unter Wasser entspannt auf 2 Minuten und 15 Sekunden steigern - eine Verbesserung von über 200 Prozent. Er verstand, dass wir Menschen Wasser zwar nicht atmen können, unser Körper aber erstaunliche Anpassungsmechanismen besitzt, wenn wir aufhören, gegen die Natur anzukämpfen.