Weich, stark und sehr, sehr breit

Weil wir knochig sind, neigen wir dazu, weichen, matschigen Knorpel als minderwertige Imitation abzutun. Viele Fische, vor allem Haie und Rochen, haben Skelette, die fast vollständig aus Knorpel bestehen, und sie kommen sehr gut damit zurecht. Sie weisen eine Erfolgsgeschichte auf, die Hunderte von Millionen Jahren zurückreicht, aber das menschliche Vorurteil betrachtet eher das Alter als den Erfolg des Knorpels und hält ihn im Vergleich zum Knochen für primitiv.

Der Kuhflossenrochen (Aetobatus narimari). Bild © NOAA.

Jetzt setzt sich Adam Summers von der University of California, Berkeley, im Journal of Morphology für Knorpel ein, indem er zeigt, wie die knorpeligen Kiefer einiger Rochen zu effektiven Nussknackern modifiziert wurden, die die harten Schalen von Muscheln zerquetschen können.

Diese Rochen gehören zur Familie der Myliobatidae, zu der mehrere Arten von hartköpfigen Muschelknackern gehören, darunter der Gefleckte Adlerrochen (Aetobatus narimari) und der Kuhrochen (Rhinoptera bonasus), sowie einige Planktonfresser wie der Riesenmanta (Manta).

Bevor er auf die Rochen eingeht, räumt Summers mit einigen alten Mythen über die angebliche Weichheit von Knorpeln auf. Unter den Knorpelfischen, sagt er, gibt es Tiere, die mit 60 Stundenkilometern schwimmen können, und Riesen, die mehr als 10 Tonnen wiegen. Obwohl Knorpel weder so stark noch so steif wie Knochen sind, können sie unter körperlich anspruchsvollen Bedingungen arbeiten. „Aber wie“, fragt Summers, „kann ein Knorpelkiefer Beute zermalmen, die härter ist als der Kiefer selbst?“

Die Antwort liegt in einem anderen Mythos über Knorpel. An sich ist Knorpel ungefähr so steif und stark wie Turkish Delight (ein Konfekt auf Gelatinebasis). Aber alle Knorpelfische bestehen aus einer steiferen, etwas mineralisierten Version, dem so genannten „verkalkten“ Knorpel. Jedes ihrer Skelettelemente besteht aus einer dünnen Schale aus Faserknorpel, die eine Schale aus „prismatischem“ Knorpel umgibt, der aus mineralisierten, fliesenartigen Abschnitten oder „Mosaiksteinen“ besteht. Dieser umhüllt einen weicheren Kern aus so genanntem „hyalinem“ Knorpel.

Die Kiefer von muschelzermalmenden Rochen bilden da keine Ausnahme. Summers zeigt, wie Stachelrochen einige Designinnovationen eingeführt haben, die ihnen helfen, Muscheln zu zerquetschen. Erstens können die Mosaiksteine in ihren Kieferknorpeln – die ihre zermalmenden, pflasterartigen Zähne tragen – mehrere Schichten dick sein. Dies ist vergleichbar mit der Verdickung von Knochen, die große Lasten tragen.

Zweitens werden die weichen Knorpelkerne der Kieferelemente der Rochen durch dünne, hohle mineralisierte Streben gestützt, wie die Streben in einem Flugzeug oder die Streben in den hohlen Knochen von Vögeln. Diese Konstruktion verbindet Leichtigkeit mit Stärke. Rochen werden mit diesen Verstrebungen geboren: Sie entwickeln sie offenbar nicht später im Leben als Reaktion auf Stress. Summers demonstriert dies anhand eines Exemplars eines ungeborenen Kuhrochens (Rhinoptera bonasus), das einen vollständigen Satz von Verstrebungen trägt, obwohl das Tier noch nie einen einzigen Bissen genommen hat.

Selbst Planktonfresser wie der Manta haben Kiefer, die durch interne Verstrebungen gestützt werden, was darauf hindeutet, dass sie sich von einem muschelzermalmenden Vorfahren entwickelt haben. Es könnte jedoch sein, dass die meterbreiten Kiefer des Mantas eine kleine interne Verstrebung gebrauchen könnten, um zu verhindern, dass sie sich verbiegen, wenn der Fisch mit offenem Maul durch das Wasser schwimmt.

Die lockeren Kiefer des südlichen Stechrochens (Dasyatis sabina) – ein Stechrochen, aber kein Myliobatide – erlauben eine große Bewegungsfreiheit. Im Gegensatz dazu haben die bandgebundenen Kiefer der muschelzerquetschenden myliobatiden Rochen nur einen sehr eingeschränkten Bewegungsspielraum. Die Ober- und Unterkiefer sind im Grunde horizontale Stangen, die sich nur ein kurzes Stück auf und ab bewegen können. Sie können sich weder von einer Seite zur anderen bewegen, um zu kauen, noch können sie sich drehen.

Allerdings können diese Kiefer asymmetrisch arbeiten. Wenn ein Stechrochen eine Muschel auf einer Seite seines Kiefers hält, betätigen die Muskeln auf der gegenüberliegenden Seite den Kiefer wie einen Hebel zweiter Ordnung, wobei die Muschelseite des Kiefers als Drehpunkt dient und einen vergrößerten Brechstoß ausübt. Genau wie ein altmodischer Nussknacker.