Ein knapp fünf Zentimeter langes Tier erzeugt beim Zuschnappen seiner Schere einen Knall, der lauter ist als ein Presslufthammer in einem Meter Abstand. Die Beute stirbt dabei, ohne dass die Schere sie berührt. Der Pistolenkrebs nutzt eine physikalische Kette aus Wasserstrahl, Unterdruck und implodierender Blase, die im Inneren extreme Bedingungen erzeugt. Bis zum Jahr 2000 hielten Zoologen den Vorgang für einen simplen Klapptrick der Schere.
In den warmen Flachwasserzonen der Tropen und Subtropen sitzt in fast jeder Felsspalte ein Krebs mit einer auffällig ungleichen Ausstattung. Eine seiner beiden Scheren ist normal geformt, die andere umfasst bis zur Hälfte der gesamten Körpermasse und trägt einen beweglichen Fortsatz, der an einen Hammer erinnert. Der Pistolenkrebs, auch Knallkrebs genannt, gehört zur Familie der Alpheidae, in der mehrere hundert Arten beschrieben sind. Am besten untersucht ist Alpheus heterochaelis von der Atlantikküste Nordamerikas. Wer im flachen Wasser einen Kopfhörer an ein Unterwassermikrofon anschließt, hört ein anhaltendes Prasseln, das an brutzelndes Fett erinnert. Es stammt nicht von Strömungen oder Steinen, sondern von Tausenden dieser Tiere, die gleichzeitig zuschnappen und dabei jeweils Beute treffen, Rivalen vertreiben oder ihr Revier markieren.
Lange galt der Vorgang als mechanisch banal. Man nahm an, die beiden Hälften der Schere schlügen beim Schließen aufeinander, ähnlich wie zwei Hölzer, und dieser Aufprall erzeuge das Geräusch. Diese Erklärung stieß allerdings an eine Grenze, denn kleine Beutetiere im Umkreis von mehreren Zentimetern wurden ebenfalls getroffen und bewegungsunfähig, obwohl sie mit keinem Körperteil des Krebses in Kontakt kamen. Auffällig war außerdem, dass Taucher an den Scheren regelmäßig einen kurz aufblitzenden Nebelfleck beobachteten. Erst als ein Biologe aus München und ein Strömungsphysiker aus den Niederlanden ihre Fachgebiete zusammenbrachten, ergab sich eine Erklärung, die zum Kernbereich der Strömungsmechanik gehört und mit dem Verschleiß von Schiffsschrauben mehr zu tun hat als mit klassischer Zoologie.
Für den entscheidenden Versuch wurden sieben Tiere in einem Aquarium fixiert, mit einem Unterwassermikrofon abgehört und gleichzeitig mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet, die 40.000 Bilder pro Sekunde lieferte. Das Ergebnis war eindeutig: Der lauteste Ausschlag im Tonsignal fiel nicht mit dem Moment zusammen, in dem die Scherenhälften aufeinandertrafen. Er trat messbar später auf, nämlich genau dann, wenn ein zuvor entstandener Hohlraum im Wasser wieder in sich zusammenfiel. Die Schere selbst arbeitet damit nur als Antrieb. Was hörbar wird, ist die Folge dieses Antriebs. Die Untersuchung erschien im Jahr 2000 in der Fachzeitschrift Science und ordnete das Verhalten einem physikalischen Effekt zu, der Ingenieuren seit über hundert Jahren Sorgen bereitet.
Der Ablauf beginnt damit, dass der Krebs den beweglichen Teil seiner Schere weit aufklappt und über einen Muskel unter Spannung hält. Beim Auslösen schnellt dieser Teil zurück, und ein zapfenförmiger Vorsprung fährt in eine passgenaue Vertiefung der Gegenseite. Das dazwischen eingeschlossene Wasser hat keinen Platz mehr und wird als gebündelter Wasserstrahl mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 bis 30 Metern pro Sekunde nach vorn gepresst. Wo eine Flüssigkeit derart schnell strömt, sinkt ihr Druck, und unterschreitet er den Dampfdruck, reißt das Wasser auf. Es entsteht ein dampfgefüllter Hohlraum, die Kavitationsblase. Sie hält nur Bruchteile einer Millisekunde, dann drückt der umgebende Wasserdruck sie mit voller Wucht wieder zusammen. Genau dieser Zusammenbruch erzeugt den Knall und eine Schockwelle, die kleine Tiere in der Nähe betäubt oder tötet.
Ein Jahr nach der ersten Untersuchung meldete dasselbe Team eine Beobachtung, die noch weiter ging. Beim Kollaps der Blase tritt ein extrem kurzer Lichtblitz aus, kürzer als zehn Nanosekunden und mit höchstens einigen zehntausend Photonen so schwach, dass er mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar ist. Die Forscher tauften den Effekt Shrimpolumineszenz, in Anlehnung an die Lichtabgabe von Blasen, die durch Ultraschall angetrieben werden. Aus den gemessenen Wellenlängen lässt sich ableiten, dass im Blaseninneren im Moment des Zusammenbruchs mindestens 5000 Kelvin herrschen müssen. Diese Zahl ist eine aus dem Licht erschlossene Untergrenze und kein abgelesener Messwert, worauf die Beteiligten selbst hinweisen. Die Ergebnisse erschienen in Nature. Zum Vergleich liegt die sichtbare Sonnenoberfläche bei rund 5800 Kelvin.
Der Lärm dieser Tiere ist keine Randnotiz der Biologie, sondern hat handfeste technische Folgen. Bereits 1948 beschrieben amerikanische Akustiker in einer Fachpublikation, dass das Prasseln der Kolonien in Küstengewässern ein breitbandiges Dauerrauschen erzeugt, das die Ortung mit Sonar erheblich stört. Marinehistoriker führen darauf zurück, dass U-Boote im Zweiten Weltkrieg in bestimmten Flachwasserzonen praktisch unauffindbar blieben, weil die akustische Kulisse jede Rückmeldung überdeckte. Auch heute rechnen Meeresakustiker den Beitrag dieser Krebse bei Messkampagnen heraus. Damit gehört ein wenige Zentimeter großes Tier zu den Verursachern der lautesten Geräusche der Welt unter Wasser, gemessen an seiner Körpergröße ohnehin.
Der Nutzen liegt in der Reichweite. Ein Räuber, der zubeißen muss, braucht Kontakt und riskiert eine Verfolgungsjagd. Der Pistolenkrebs dagegen lähmt kleine Fische, Würmer und Krebstiere aus einigen Zentimetern Entfernung und sammelt sie anschließend in Ruhe ein. Dieselbe Schockwelle dient in Revierkämpfen als Warnsignal, das Rivalen zum Rückzug bewegt, ohne dass die Tiere sich verletzen. Bemerkenswert ist auch, was nach einem Verlust passiert: Büßt ein Tier seine große Schere ein, wächst die verbliebene kleine Schere zur neuen Knallschere heran, während an der leeren Seite eine normale Schere nachgebildet wird. Wie sehr Meerestiere Werkstoffe und Mechanik ausreizen, zeigt sich auch bei einem Borstenwurm mit metallartigem Kiefer. Am Ende bleibt ein Tier, das eine Blase abfeuert.
Science, How Snapping Shrimp Snap: Through Cavitating Bubbles; doi:10.1126/science.289.5487.2114
Nature, Snapping shrimp make flashing bubbles; doi:10.1038/35097152