Hydroskelett

Grundprinzip

Das Hydroskelett ist die phylogenetisch älteste Form des Muskel-Skelett-Systems. Dabei arbeitet ein Teil der Muskulatur gegen ein nichtkomprimierbares Flüssigkeitspolster. Dieses muss prall gefüllt sein, damit es mechanische Kräfte wirksam weiterleiten kann. Das Prinzip ähnelt deshalb einem technischen Hydrauliksystem.

Davon zu unterscheiden sind hydrostatische Muskeln: Sie können ebenfalls eine stützende Wirkung entfalten, besitzen aber keine flüssigkeitsgefüllte Blase.

Vorkommen und Bauformen

Hydrostatische Skelettunterstützung kommt bei sehr vielen Tieren und tierischen Strukturen vor. Beispiele sind Anemonen und andere Polypen, wurmartige Wirbellose, die Röhrenfüße der Stachelhäuter, die Penisse von Säugetieren und Schildkröten, die Füße grabender Muscheln und Schnecken sowie die Beine von Spinnen. Auch die Arme und Tentakel der Kopffüßer, die Zunge der Säugetiere und der Elefantenrüssel werden hydrostatisch gestützt; ihnen fehlen jedoch die für ein eigentliches Hydroskelett typischen flüssigkeitsgefüllten Hohlräume.

Bei Nematoden bildet ein einheitlicher Flüssigkeitsraum das Hydroskelett. Dieser Raum wird Pseudocoel genannt. Bei Anneliden sind die Flüssigkeitsräume normalerweise auf einzelne Körpersegmente verteilt und sowohl quer als auch längs unterteilt. Die trennenden Gewebewände können allerdings teilweise oder vollständig zurückgebildet sein. Die Hohlräume der Anneliden heißen Coelomräume. Ein Coelom ist ein voluminöser, flüssigkeitsgefüllter Körperhohlraum und tritt bei vielen Tierformen auf. Ob die Coelomräume verschiedener Gruppen homolog, also auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung zurückzuführen sind, ist umstritten: Sie könnten auch mehrfach unabhängig voneinander entstanden sein.

Bei Nesseltieren kann der Gastralraum beziehungsweise das Gastrovaskularsystem als voluminöses Hydroskelett gelten. Bei Plattwürmern übernehmen flüssigkeitsgefüllte Spalträume im Parenchym diese Funktion. Das Parenchym ist das den Körper ausfüllende Gewebe; auch seine einzelnen Zellen wirken als kleine hydraulische Einheiten.

Bewegung bei Gliederfüßern

Viele Gliederfüßer nutzen ein Hydroskelett zusätzlich zu ihrem deutlich ausgebildeten Exoskelett, also ihrer festen äußeren Körperhülle. In ihren Beingelenken arbeiten Beugemuskeln gegen eine innere Flüssigkeitsfüllung. Die Flüssigkeit streckt das Bein. Wenn sich der Beugemuskel zusammenzieht, drückt er die Flüssigkeit wieder aus dem Bein in den Körper und beugt dadurch das Gelenk.

Dieses Zusammenspiel ermöglicht effektive und energiesparende Laufbewegungen. Ein schlagartiger Druckanstieg kann außerdem weite Sprünge auslösen. Besonders während der Häutung sind die hydraulischen Mechanismen lebenswichtig: Sie helfen dem Tier, den Körper und sämtliche Körperanhänge aus der alten Exoskelett-Hülle herauszuziehen. Auch unmittelbar nach der Häutung und bei vielen Insekten während des Larvenstadiums übernimmt das Hydroskelett eine wichtige Stützfunktion.

Hydroskelett bei Pflanzen

Auch krautige, nichtverholzte Pflanzen erhalten ihre Festigkeit durch ein Hydroskelett. Grundlage ist der Turgor, also der osmotische Druck wassergefüllter Vakuolen. Vakuolen sind flüssigkeitsgefüllte Räume innerhalb der Pflanzenzellen und können bis zu 95 % des Zellvolumens einnehmen. Ihr Innendruck wirkt gegen die robuste Zellwand aus Zellulose und stabilisiert dadurch das Pflanzengewebe.

Bedeutung für die Evolutionsforschung

Die Hydroskelett-Theorie versucht, die Evolution unterschiedlicher Tierbaupläne anhand der jeweiligen Ausbildung des Hydroskeletts schrittweise nachzuvollziehen. Ausgangspunkt ist, dass Flüssigkeitspolster immer in einer bestimmten funktionalen Beziehung zum Bewegungsapparat stehen. Dazu gehören vor allem die Muskulatur und verschiedene bindegewebige Strukturen, die beispielsweise mit Muskeln verbunden sein können.

Da ein Bewegungsapparat im Verlauf der Evolution nicht sprunghaft und beliebig umgebaut werden kann, lassen sich anhand von Hydroskelettsystemen mögliche funktionale Zwischenschritte untersuchen. Das ist besonders für weichkörperige Tiergruppen wichtig, von denen kaum umfangreiche Fossilreihen zu erwarten sind. Dies betrifft die Mehrzahl der Tierstämme und damit die meisten Wirbellosen.