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Placoidschuppen

 

Strukturell sind die Placoidschuppen das wichtigste Element der Hai− und Rochenhaut. Streicht man vom Schwanz her Richtung Kopf über die Haut, verursacht dies auf der Handfläche ein raues Gefühl. Heute noch wird Haihaut getrocknet, gegerbt und zu einem schleifpapierähnlichen Material verarbeitet. Haihaut wurde schon vor langer Zeit und in vielen Kulturen verwendet: Im antiken Griechenland polierten Handwerker mit ihr hölzerne Objekte, während japanische Schwertschmiede und die alten Perser die Haihaut dazu benutzten, den Griff und die Scheide ihrer Schwerter zu beziehen.

Die Placoidschuppen sind Überreste des dermalen Hautknochenpanzers ancestraler Wirbeltiere wie Ostracodermen und Placodermen. Im histologischen Aufbau entspricht die Placoidschuppe einem Wirbeltierzahn. Sie besitzt wie dieser eine Pulpa mit Blutgefässen, einen Dentinkegel und einen schmelzartigen Überzug, der aus knochenähnlichem Vitrodentin besteht. Dieser Schmelz wird im Unterschied zum Wirbeltierzahn jedoch nicht von Adamantoblasten gebildet, sondern durch Odontoblasten von innen nach aussen aufgelagert. Im Gegensatz zur Struktur der Placoidschuppe besteht die Elasmoidschuppe der Teleostier nur aus je einem dermalen Knochenplättchen ohne jegliche Schmelzauflagerung. Die Elasmoidschuppe wird im Gegensatz zur Placoidschuppe zudem stets von der Epidermis bedeckt.

Haie weisen von Geburt an eine spezifische Anzahl Schuppen auf. Ausgefallene Schuppen werden durch Neubildungen ersetzt, die mit fortlaufendem Wachstum grösser werden und manchmal ihr Aussehen verändern. Auch bei den kräftigen, scharfen Stacheln und Dornen, die sich an den Rückenflossen vieler Haie finden (Gewöhnlicher Dornhai, Heterodontidae), handelt es sich um modifizierte Placoidschuppen.

Haie und Rochen zeigen eine enorme Vielfalt an Schuppentypen. Atlantische Ammenhaie haben beispielsweise an der Schnauze rundliche und am Rücken längliche Schuppen. An der Flanke finden sich gekielte Schuppen und am Bauch solche, die ähnlich wie gerippte Schilde aussehen.

Die wichtigste Funktion der Schuppen ist das Reduzieren des Schwimmwiderstandes. Die Strukturen, welche die Haihaut in eine Raspel verwandeln, erhöhen zugleich auch die Antriebseffizienz. Vergleichbar mit einem von Grübchen bedeckten Golfball, der schneller und weiter fliegt als einer mit glatter Oberfläche. Mathematische Analysen zeigen, dass die Schuppen einerseits gross genug sind, um die Mikroturbulenzen der laminaren Wasserschicht, die den Hai beim Schwimmen umgibt, zu reduzieren. Andererseits sind sie aber klein genug, um eine signifikante Zunahme der durchfeuchteten Oberfläche zu verhindern. Der Widerstand des Wassers wird dadurch reduziert, dass der Zwischenraum der Schuppen mit Wasser gefüllt ist. Dies bewirkt, dass Haie permanent von einer dünnen Wasserschicht umgeben sind. Idealerweise wird die Hautreibung als Bestandteil des Gesamtwiderstandes verringert. Mit der longitudinalen Ausrichtung ihrer Kämme tragen die Schuppen genau dazu bei. Sie verhindern nicht die Separation der Grenzschicht, sondern reduzieren lediglich die Hautreibung durch Erhaltung der laminaren Strömungsverhältnisse.

Den widerstandsmindernden Effekt der Elasmobranchierhaut versuchen auch Biomechaniker und Ingenieure zu kopieren. Flugingenieure entwickelten eine Folie, welche in ihrer Mikrostruktur der Haihaut gleicht. Flugobjekte, die mit dieser Folie überzogen wurden, erzielten signifikante Energie− und somit Treibstoffeinsparungen. Zudem tragen heute die meisten Hochleistungsschwimmer Anzüge, die mit winzigen, placoidschuppenähnlichen Strukturen überzogen sind. Der Widerstand des Athleten im Wasser kann so verringert werden.

Die Placoidschuppen erfüllen nicht nur die Funktion, den Schwimmwiderstand zu verringern. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben besteht in einem grundsätzlichen Schutz des Tiers. Bei einigen Arten sind die Schuppen so scharf, dass die Haut als Gesamtheit eine Art Waffe bildet, die einem Angreifer schwere Wunden zuführen kann. Beim Schwellhai (Cephaloscyllium suflans) repräsentieren die lanzenförmigen Schuppen ein ausgezeichnetes Beispiel für Konvergenz. Wie beim Igelfisch richten sich die Stacheln auf, sobald der Hai sich mit Wasser aufpumpt. Sie verhaken den Körper unlösbar in jenem Spalt, in dem er Zuflucht gesucht hat. Eine weitere denkbare Funktion der Placoidschuppen − vor allem bei benthischen Arten − liegt im Schutz gegen Schnitte und Schrammen. Bei den Weibchen vieler Arten, deren Männchen ihnen vor und nach der Paarung heftige "Liebesbisse" zufügen, sind die Epidermis und die Schuppen an einigen Körperstellen verdickt. Die Funktion der Placoidschuppen beinhaltet schliesslich auch den Schutz vor Parasiten.

Schuppen haben neben ihrer Schutzfunktion auch eine wichtige Bedeutung in der Sinneswelt der Haie. Sie schützen etwa gewisse Nervenrezeptoren wie die Sinnesgruben, die oft von zwei breiten Schuppen − einer vorn und einer hinten − umgeben sind. Diese sind so modifiziert, dass sie das Wasser den Gruben zuleiten und sie auf diese Weise für Reize noch empfindlicher machen. Andere Schuppentypen, die im Umfeld der Augen zu finden sind, wirken wie eine Barriere, die das Wasser von diesen empfindlichen Organen ablenkt und den Wasserdruck auf das Auge reduziert.

Bei oviparen Arten schliesslich unterstützen die Placoidschuppen das Schlüpfen aus dem Ei. Die Jungtiere besitzen bereits Placoidschuppen, die zum "Aufreissen" der Eihülle eingesetzt werden.


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