Waterpistolen

De luidste schutter in deze reeks is ongetwijfeld de pistoolgarnaal, die zich met recht  cowboy van de zee mag noemen.  In plaats van een tweede schaar is  dit diertje namelijk uitgerust met een supersonisch  vuurwapen waarmee hij zijn tegenstander in één klap knock-out schiet.

Naam: Pistool garnaal
Stam: Arthropoda (Geleedpotigen)
Klasse: Malacostraca (hogere kreeftachtigen)
Orde: Decapoda (Tienpotigen)
Familie: Alpheidae
Aantal soorten: ongeveer 600 wereldwijd
Lengte: 3-5 cm
Dieet: kleine visjes, kreeftjes etc.
Wapenarsenaal: Luchtbellen
Titel: Luidste schutter
Opmerkelijk: Als de garnaal zijn schaar verliest is hij in staat om deze terug te groeien; het stompje groeit uit tot een kleinere schaar en de in eerste instantie normale schaar ontwikkelt zich tot een nieuwe schietschaar. Als in het laboratorium de zenuwen van de schietschaar worden doorgesneden ontwikkelt zich aan de andere kant een tweede exemplaar. Dit fenomeen is in de natuur slechts eenmaal waargenomen.

Onder de radar

Pistoolgarnalen behoren tot de Alpheidae familie die zich kenmerkt door hun asymmetrische scharen.  Wereldwijd telt deze familie zo’n 600 verschillende soorten. De garnaal leeft in warm ondiep water, vaak verstopt onder koraal of tussen oesterriffen. Een kolonie pistoolgarnalen produceert een oorverdovende onderwater kakofonie. Qua decibelniveau doet de garnaal niet onder voor veel grotere zeebewoners, zoals de potvis. Het is zelfs zo dat er tijdens de tweede wereldoorlog meer aandacht kwam voor deze kleine herrieschoppers, omdat het lawaai dat ze produceerden de marine tot wanhoop dreef. De garnalen knalden namelijk zo luid dat ze de geluidsgolven van de sonardetectie overstemden waardoor onderwater communicatie tussen onderzeeërs verstoord raakte.  Erger nog, vijandelijke onderzeeërs bleken gebruik te maken van de garnalenkolonies om onder de radar te blijven.

Hoe is zo’n klein beestje in staat om zoveel herrie te maken? Maar vooral: waarom?

Biologen  dachten aanvankelijk dat de pistoolgarnaal de knallen produceerde door met zijn schaarhelften op elkaar te klappen. Dit bleek echter maar de helft van het verhaal, zo ontdekte Prof. dr. Detlef Lohse van de Universiteit van Twente die onderzoek heeft gedaan naar het mechanisme achter het geluid van pistoolgarnalen.

[dropshadowbox align=”right” effect=”horizontal-curve-bottom” width=”350px” height=”” background_color=”#ffffff” border_width=”0″ border_color=”#ffffff” rounded_corners=”false” inside_shadow=”false” ]Bodyguard
Als een echte rockstar wordt de pistoolgarnaal bewaakt door zijn eigen bodyguard. Hij heeft namelijk een symbiotische relatie met de goby vis waar hij zijn hol mee deelt. De garnaal bouwt en onderhoudt het hol en de goby, die een beter gezichtsvermogen heeft, houdt een oogje in het zeil. Als ze op pad gaan staat de garnaal via zijn voelsprieten in contact met de vis, wanneer er gevaar dreigt laat de goby dit weten met een zwiep van zijn staart.

[/dropshadowbox]

Bellen

Aan een zijde van zijn lichaam heeft de pistoolgarnaal een bijzonder uit de kluiten gewassen schaar die bijna half zo lang is als hij zelf. Een gewricht zorgt ervoor dat een 1 van de schaarhelften, ‘de hamer’, naar achter kan worden gekanteld, vergelijkbaar met de haan van een geweer.  Normaal gesproken staat de schaar open, maar wanneer de garnaal zijn spieren spant klapt deze bliksemsnel, binnen een duizendste van een seconde, dicht waardoor er een krachtige waterstraal met snelheden tot wel 90 km per uur wegspuit. In deze stroom ontstaan luchtbellen die vervolgens imploderen.  Dit fenomeen wordt verklaard door de wet van Bernoulli, die beschrijft dat toename in de snelheid van een vloeistof of gas gepaard gaat met een verlaging van de druk in die vloeistof of dat gas.  Doordat de garnaal het water met zulke hoge snelheden wegspuit, daalt de druk in de vloeistof tot onder de dampdruk van water. Onder atmosferische druk wordt water pas bij 100 ºC gasvormig maar bij lagere druk gebeurt dit al bij lagere temperatuur, dit proces wordt cavitatie genoemd. Kleine luchtbelletjes die zich in het zeewater bevinden kunnen hierdoor uitzetten. In rustiger water neemt de druk weer toe en klappen de luchtbellen ineen, door deze implosie ontstaat een schokgolf die te horen is als geluid. Cavitatie was al bekend in de scheepsvaart, waar het wordt veroorzaakt door de scheepsschroeven,  maar het was nog niet eerder bij dieren waargenomen. Een knap staaltje fysica van dit kleine schaaldier!

De wetenschappers van de Universiteit Twente registreerden met een supersnelle camera (40.500 beeldjes per seconde) het dichtklappen van de schaar en het ontstaan van de bellen. Tegelijkertijd namen ze het geluid op en hiermee werd duidelijk dat de knallen niet ontstonden door met dichtklappen van de schaar, maar door het imploderen van de bel.

 Flitsend

Bij het inklappen van de bel ontstaat niet alleen een knal, onder invloed van de akoestische energie komt er ook veel warmte vrij. Zoveel zelfs, dat de temperatuur in de directe omgeving van de bel stijgt tot ruim 4000 °C. Ter vergelijking; de oppervlakte temperatuur van de zon is ongeveer 5,500 °C! Tevens ontstaan er kleine lichtflitsjes. Deze zijn heel kort, niet langer dan 10 nanoseconden, en zijn met het blote oog niet waarneembaar. Dit verschijnsel, waarbij geluidsgolven worden omgezet in licht, heet sonoluminescentie. De pistoolgarnaal is tot dusver het eerste dier waarbij dit is waargenomen. De lichtflits lijkt niet direct van nut te zijn voor de garnaal, maar is waarschijnlijk een bijproduct van de schokgolf die ontstaat. Het eindresultaat is een zeer krachtige, hete bellenstroom die implodeert met een luide knal van zo’n 200 decibel waarbij zelfs een straaljager, met ongeveer 150 decibel, in het niet valt. De garnaal gebruikt deze jet-stream om zijn prooi knock-out te schieten, zijn territorium te verdedigen of om te communiceren met andere garnalen.

Zie hier een filmpje van de pistoolgarnaal in actie:

 Bronnen:

• Versluis, M. et al, How snapping shrimp snap: through cavitating bubbles. Science 289, 2114-2117 (2000). DOI:10.1126/science.289.5487.2114
• M. R. McClure (1996). “Symmetry of large claws in snapping shrimp in nature (Crustacea: Decapoda: Alpheidae)”. Crustaceana 69 (7): 920–921. DOI:10.1163/156854096X00321
• “Sea creatures trouble sonar operators – new enzyme”. New York Times. February 2, 1947. Retrieved July 2, 2011.
• https://en.wikipedia.org/wiki/Alpheidae