Forschung

21 Sekunden Pipi

18.09.2015 - Diesjähriger IgNobel-Preis für Physik geht an Forscher, welche die Blasenentleerung von Säugetieren untersucht haben.

Die IgNobel-Preise sind das spaßige Pendant zu den seriösen Nobelpreisen und sollen wissenschaftliche Leistungen ehren, die „Menschen zuerst zum Lachen, dann zum Nachdenken bringen“. In diesem Jahr wurden sie bereits zum 25. Mal verliehen. Wieder einmal überreichten dabei „echte“ Nobelpreisträger wie Frank Wilczek (Physik, 2004), Dudley Herschbach (Chemie, 1986) oder Roy Glauber (Physik, 2005) die Preise an der Harvard University an die IgNobel-Gewinner.

Thema der diesjährigen Verleihung war „Leben“, und so wundert es nicht ganz so sehr, dass der Physikpreis 2015 an ein Projekt ging, das auf den ersten Blick eher wenig mit Physik zu tun hat: Forscher des Georgia Institute of Technology haben herausgefunden, dass alle schweren Säugetiere im Schnitt 21 Sekunden brauchen, um ihre Blase zu entleeren. Das Team unter Leitung von David Hu, Professor für Fluidmechanik, begab sich dazu in den Zoo von Atlanta und filmte mit Hochgeschwindigkeitskameras verschiedene Säugetiere wie Elefanten, Kühe, Ziegen oder Hunde beim Pipimachen. Die Flussrate bestimmten sie mithilfe der Videos und indem sie den Urin in entsprechenden Behältern auffingen. Die Masse der Tiere erfuhren sie vom Tierarzt – sie erstreckte sich über fünf Größenordnungen.

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Ab einer Körpermasse von drei Kilogramm ist die Zeit beim Wasserlassen bei Säugetieren nahezu identisch (Abb. aus: P. Yang et al., PNAS 111, 11932 (2014))

Anschließend werteten die Forscher ihre Videos und Durchsatzmessungen aus, um die Hydrodynamik der Blasenentleerung aufzuklären. Dazu modellierten sie den Urinfluss als Fließgleichgewicht und den Urin als inkompressible Flüssigkeit. Ergebnis der Untersuchungen: Während beispielsweise Ratten nur einen Bruchteil einer Sekunde für „ihr kleines Geschäft“ benötigen, dauert dies bei Säugetieren mit einer Masse von mindestens drei Kilogramm im Schnitt 21 Sekunden (+/- 13 Sekunden). Die Harnwege lassen sich bis zu einem Faktor 3600 vergrößern, ohne ihre Funktion einzubüßen. Die Blase eines Elefanten kann beispielsweise unglaubliche 18 Liter fassen, die einer Katze gerade einmal 5 ml, und doch benötigen beide Tiere für die Entleerung die gleiche Zeit.

Dieses Kunststück, wie die Forscher es im Abstract ihres Papers nennen, ist möglich, weil größere Tiere entsprechend größere Harnleiter haben und dadurch höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich sind. Denn bei ihnen ist der hydrostatische Druck größer, der den Urinfluss antreibt. Kleine Tiere dagegen „kämpfen“ beim Wasserlassen mit hohen viskosen und kapillaren Kräften, die dazu führen, dass der Urin nur tröpfchenweise entweichen kann.

Und was kann man von den Tieren lernen? Das verriet Patricia Yang, Erstautorin der Studie, während der Preisverleihung: Das Prinzip der anpassungsfähigen Harnwege könne man beispielsweise auf Wassertürme oder Trinkwasserrucksäcke übertragen. Fürs tägliche Leben gab David Hu, der bei der Preisverleihung eine Toilettenbrille um den Hals trug, einen hilfreichen Tipp: „Das nächste Mal, wenn Sie darauf warten, dass jemand im Badezimmer fertig wird, klopfen Sie an die Tür und erinnern Sie ihn freundlich daran, dass er eigentlich in 21 Sekunden fertig sein müsste.“

Maike Pfalz

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