Draaikolken stuwen forellen voort

De alerte visser wist het vast al lang. En ook biologen hadden het fenomeen ook wel eens beschreven. Sommige vissen maken slalombewegingen zodra ze draaikolken in het water tegenkomen. Maar waarom ze dat doen was altijd onduidelijk. Hoog tijd om dit eens in een laboratorium te bestuderen, moet de Amerikaanse bioloog James Liao gedacht hebben. Hij ontdekte dat forellen minder spierkracht gebruiken wanneer ze om draaikolken heen slalommen.

Liao bestudeerde regenboogforellen in een lang rechthoekig aquarium, met daarin een waterpomp om het water te laten stromen. Een soort windtunnel is het, maar dan voor vissen; als je de waterpomp aanzet gaan de vissen vanzelf tegen de stroom in zwemmen.

Draaikolken ontstaan als water langs een stilstaand voorwerp stroomt. En dat is precies wat Liao in zijn aquarium ook deed. De bioloog liet draaikolken ontstaan door achter de waterpomp een in de lengte doorgesneden cilinder neer te zetten. De draaikolken waren even groot als de wervelingen die vissen zelf kunnen maken.

De forellen gebruiken heel wat minder spieren zodra ze om draaikolken heen zwemmen, ontdekte Liao nadat hij spiersensors op de vissen had aanbracht. Alleen de voorste lichaamsspieren spanden ze aan, terwijl ze in stilstaand water spieren over de gehele lengte van het lichaam gebruiken. De forellen hoeven alleen maar het voorste gedeelte van hun lijf langs de juiste kant van de draaikolk de sturen. Als een draaikolk eenmaal rakelings passeert, duwen de wervelingen de rest van het lichaam aan, schrijven Liao en zijn collega’s van de Harvard University deze week in het tijdschrift Science.

Toch zou het voor een vis niet eens zo gek zijn om recht in een draaikolk te zwemmen, in plaats van eromheen, meent de bioloog. Je krijgt veel meer stuwkracht als je een draaikolk van binnenuit verlaat. Echter, het kost ook weer spierkracht om de plotselinge druk te compenseren die het lichaam aan de zijkanten te verduren krijgt. Blijkbaar kiezen vissen liever voor minimale inspanning dan voor maximale stuwkracht.

De slalom van vissen lijkt op een wapperende vlag, schrijft vissenkenner Ulrike Müller in een begeleidend commentaar in Science. Het doek golft immers ook mee met wervelingen. Toch is deze vergelijking niet helemaal gepast. Vlaggen maken zelf ‘draaikolkjes’ door aangewaaide lucht te breken. Vervolgens bewegen de vlaggen zelf passief mee met de wervelingen. Vissen daarentegen zijn niet passief. Ze bewegen actief mee met de draaikolken, omdat ze eerst hun lijf een zetje in goede richting moeten geven.

Leuk dat de vissen dit hebben ontdekt, maar hebben wij mensen er ook iets aan? Volgens Liao wel. De bioloog denkt dat zijn meetresultaten nuttig kunnen zijn bij de ontwikkeling van efficiëntere onderwatervoertuigen, die minder brandstof verbruiken. Daarnaast kunnen Liao’s waarnemingen wellicht de soms onverklaarbare samenhang van een school vissen begrijpelijk maken.

De vissen zelf ten slotte kunnen er ook een voordeel aan overhouden dat ze hun zwemgeheim hebben prijsgegeven. Liao stelt voor te onderzoeken of draaikolken zogeheten “visladders” kunnen verbeteren. Dit zijn speciale doorgangen die vaak worden aangelegd om vissen de weg te wijzen langs onoverbrugbare obstakels, zoals dammen. Door in visladders een goed doordacht draaikolkensysteem in te bouwen, zijn de dieren wellicht aan het eind van de rit minder uitgeput.

Bekijk een videofragment van vier forellen in het aquarium van Liao. De vissen bewegen langs een regelmatige patroon van draaikolken. Onderzoekers noemen dit soort waterstromen een ‘von Kármán street’, genoemd naar de Hongaarse aerodynamicus Theodore von

Bekijk een computerbewerking waarmee Liao de slalom analyseerde van een forel die om draaikolken heen zwemt. De blauwe gebieden zijn draaikolken die met de klok mee draaien, de rode draaien omgekeerd.

Aschwin Tenfelde

James Liao et al.: Fish exploiting vortices decrease muscle activity. In: Science, Vol. 302, p. 1566-1569 (28 november 2003).