mini|Karibik-Manati Als Meeressäugetiere werden aquatische Säugetiere bezeichnet, die sich an ein Leben im Meer so angepasst haben, dass sie darauf angewiesen sind, sie können ohne das Meer nicht selbstständig existieren. Darunter fallen die Wale (einschließlich der Delfine), die Seekühe, die Seeotter, die Robben und die Eisbären. Diese Gruppen sind nicht näher miteinander verwandt; ihre jeweiligen Vorfahren waren landlebende Säuger. Seeotter, Robben und Eisbären gehören zu der Ordnung Raubtiere, während die Wale und Delfine zu den Cetartiodactyla und die Seekühe zu den Tethytheria gezählt werden. Während Seeotter, Robben und Eisbären noch teilweise an Land leben und sich auch dort fortbewegen können und fortpflanzen, ist dies den Walen und Seekühen nicht mehr möglich.
Die Anpassungen an die marine Lebensweise umfassen mehrere nicht konvergente Merkmalsausbildungen. Es gibt außer der stromlinienförmigen Gestalt und verschließbaren Nasenöffnungen kein übergreifendes Merkmal, das allen Meeressäugetieren gemeinsam ist. Bei den Walen, Seekühen und Robben sind die Vorderextremitäten zu paddelartigen Flossen umgestaltet, während die Hinterbeine entweder ganz verloren gingen (Wale, Seekühe) oder im Wasser zu zwei Flossen umgebildet wurden (Robben). Die geringsten Umbildungen der Gliedmaßen zeigen Seeotter und Eisbären, die nur deutliche Schwimmhäute aufweisen. Wale und Seekühe zeigen gemeinschaftlich einen vollständigen Haarverlust, während insbesondere Arten der kalten Regionen ein umfangreiches Unterhautfettgewebe, zum Teil mit spezifischen Fettschichten aufweisen. Obwohl der Atemkreislauf ähnlich dem aller Säugetiere ist, können Meeressäugetiere bis zu 3 Stunden in Wassertiefen bis 3000 m tauchen.
Anatomische und physiologische Merkmale Das Meer stellt einen Lebensraum dar, der sich vom Land deutlich unterscheidet und an die in ihm lebenden Organismen spezielle Anforderungen stellt. Entsprechend kommt es bei Organismen, die im Laufe der Evolution vom Land in das Meer gegangen sind, zu verschiedenen Anpassungen des Körperbaus und der Physiologie, ohne die diese Lebensweise nicht möglich wäre.
Körpergröße Von wenigen Ausnahmen wie dem Seeotter abgesehen, tendieren sekundär an das Meeresleben angepasste Säugetiere zu einem vergrößerten Körper gegenüber den jeweils nächsten rezenten und fossilen Verwandten. Dies trifft vor allem für die Wale zu, bei denen der Blauwal mit einer Länge von über 30 Metern und einer Körpermasse von bis zu 200 Tonnen das schwerste bekannte Tier der Erdgeschichte ist. Aber auch die Seekühe sind im Vergleich zu den Schliefern deutlich größer und unter den Robben erreichen die See-Elefanten und Walrosse deutlich größere Körpergrößen und -gewichte als andere Raubtiere auf dem Land wie etwa die Bären. Diese Größenzunahme hängt wahrscheinlich vor allem mit dem Verlust von Einschränkungen auf dem Land zusammen, die der Auftrieb im Wasser und damit die Reduzierung der Schwerkraft bedingt. Hinzu kommt das Problem der Thermoregulation und der Stoffwechselraten, das durch die Fettschicht und vor allem den größeren Körper reduziert wird: Kleinere gleichwarme Tiere benötigen für den Wärmehaushalt und Stoffwechsel im Verhältnis zur Körpergröße wesentlich mehr Energie als größere.William Gearty, Craig R. McClain, Jonathan L. Payne: Energetic tradeoffs control the size distribution of aquatic mammals. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 26. März 2018; online 201712629 .
Fortbewegung mini|Australischer Seelöwe mini|Großer Tümmler Die meisten Landtiere können mehr oder weniger gut schwimmen, bei dauerhaft im Wasser lebenden Tieren wird diese Grundfertigkeit häufig durch Veränderungen der Gliedmaßen und anderer Körperteile ergänzt. So bilden sehr viele dieser Tierarten Schwimmhäute zwischen den Zehen und den Fingern aus, die eine größere Verdrängung des Wassers ermöglichen. Schwimmhäute findet man innerhalb der Säuger beispielsweise beim australischen Schnabeltier, verschiedenen Nagetieren wie etwa dem Biber, Insektenfressern wie den Desmanen oder auch Raubtieren wie den Ottern. Ebenfalls zur Fortbewegung im Wasser und zugleich zur Steuerung besitzen einige dieser Tiere einen modifizierten Ruderschwanz wie etwa die Biber; außerdem sind alle wasserbewohnenden Säugetiere stromlinienförmig.
Eine Weiterentwicklung der Schwimmextremitäten stellt die Umgestaltung der gesamten Hand und der Beine zu Flossen dar. Bei diesen sind die Finger und Zehen nicht nur durch eine dünne Haut verbunden, sondern vollständig in einem muskulösen Paddel integriert und nicht mehr als einzelne Strahlen erkennbar. Diese Form der Umgestaltung hat sich innerhalb der Säugetiere nur bei den drei Gruppen der Meeressäuger als Konvergenz gebildet: den Robben, den Seekühen und den Walen. Dabei sind alle diese Gruppen vom Landleben zu einem mehr oder weniger vollständigen Leben im Meereswasser übergegangen, nur wenige Arten innerhalb der Wale und Robben spezialisierten sich in einem weiteren Schritt auf das Leben im Süßwasser.
Innerhalb der Meeressäuger ist die Umgestaltung der Extremitäten bei den Robben am wenigsten weit fortgeschritten, vor allem um die Fortbewegung auch an Land noch zu ermöglichen. Die Vorderbeine stellen hier eine Flosse dar, in der die fünf Fingerstrahlen vollständig vorhanden sind. Der erste Fingerstrahl ist dabei allerdings deutlich verlängert und kräftig ausgebildet, die Länge nimmt danach gleichmäßig ab. Auch die Hinterextremität beinhaltet alle fünf Strahlen, hier sind die beiden äußeren deutlich verlängert. Die Schwimmhäute, die über die Fingerstrahlen hinausreichen, werden durch knorpeliges Gewebe gestützt. Die Fortbewegung und damit der Einsatz der Flossen ist bei den beiden Großgruppen der Robben unterschiedlich: Während die Ohrenrobben die Vorderflossen als Antriebsorgane benutzen und die Hinterbeine nur zur Steuerung und Unterstützung einsetzen, nutzen die Hundsrobben die zusammengelegten Hinterextremitäten für den Vortrieb und unterstützen diesen mit den Vorderbeinen.
Bei den Seekühen bilden die Vorderbeine vollständig geschlossene Paddel, bei dem von außen gar keine Strahlen mehr erkennbar sind. Diese Paddel können sowohl im Ellenbogen- als auch im Handgelenk bewegt werden. Die Hinterbeine sind nicht mehr vorhanden, und der Schwanz wurde durch ein großes Ruder ersetzt, die Fluke. Letztere ist das Hauptantriebsorgan bei der sehr langsamen Schwimmweise der Tiere, die Vorderflossen bilden Ruder zur Steuerung im Wasser.
Am deutlichsten an das Meeresleben angepasst sind die Wale. Auch bei ihnen fehlen die Hinterextremitäten vollständig, und die Vorderbeine sind in große, paddelförmige Flossen (Flipper) umgebildet. Anders als bei den Seekühen sind jedoch die Gelenke bis auf das Schultergelenk nicht mehr vorhanden. Während die äußeren Finger stark verkürzt sind, sind die mittleren Finger II und III sehr lang und besitzen eine deutlich erhöhte Anzahl von Fingerknochen, nämlich bis zu vierzehn (Hyperphalangie). Der Schwanz bildet bei allen Walen eine waagerechte Fluke, die als zweiteilige Schwanzflosse ausgebildet ist und für den Antrieb der Tiere sorgt. Zur Stabilität im Wasser kommt bei den Walen eine zusätzliche Flosse hinzu, die Rückenfinne. Dabei handelt es sich um eine unpaare Struktur im Zentrum des Rückens, die nur durch Bindegewebe und Knorpel gestützt wird und unbeweglich ist.
Atmung Säugetiere sind Lungenatmer, was bedeutet, dass sie zur Atmung den Luftsauerstoff brauchen. Kein Säugetier ist in der Lage, im Wasser zu atmen, da keine Kiemen existieren. Aus diesem Grund müssen alle Säugetiere, die im Meer leben, regelmäßig zum Atmen an die Wasseroberfläche. Vor allem die Wale sind jedoch in der Lage, sehr lange zu tauchen, ohne neuen Sauerstoff zu benötigen. Dies ist aufgrund einiger physiologischer Prozesse und Veränderungen der Lungen und anderer Organe möglich.
Die Nasenlöcher der Wale liegen auf der Kopfoberseite, wodurch ein vollständiges Auftauchen des Kopfes zur Atmung nicht notwendig ist. Mit jedem Atemzug tauschen die Tiere zwischen 80 und 90 Prozent des Lungeninhalts vollständig aus (bei Landsäugern beträgt dieser Anteil nur etwa 10 bis 15 Prozent). Die Lunge besitzt ein doppeltes Netz von Kapillaren, das ansonsten nur bei den Seekühen und dem Schnabeltier zu finden ist, und erlaubt, die doppelte Menge an Sauerstoff aus der Atemluft zu entziehen. Im Vergleich zu den Landsäugern wird auch nur ein sehr geringer Teil von 9 Prozent des Gesamtsauerstoffs in den Lungen gespeichert, der überwiegende Teil von etwa 82 Prozent ist im Myoglobin der Muskulatur gebunden, der Rest zirkuliert im Blut. Zum Vergleich enthalten die Lungen von Landsäugern etwa 34 Prozent des Sauerstoffs und die Muskulatur nur 25 Prozent. Damit der Sauerstoff zudem effektiv transportiert werden kann, besitzen die Wale die zwei- bis dreifache relative Blutmenge pro Kilogramm Körpergewicht wie Landsäuger. Beim Tauchen wird der Sauerstoffbedarf zusätzlich herabgesenkt, die Blutzirkulation und die Herztätigkeit verlangsamen sich. Außerdem werden einige Organe und Körperregionen vom Blutkreislauf abgekoppelt. Die besonderen Anpassungen ermöglichen es den Walen, teilweise sehr lange unter Wasser zu bleiben. So tauchen einige Furchenwale bis zu 40 Minuten, Pottwale bis zu 90 Minuten und Entenwale sogar bis zu zwei Stunden. Pottwale können dabei Tiefen von über 3.000 Metern erreichen.
Bei den Robben sind es vor allem Modifikationen des Blutkreislaufsystems, die längere Tauchgänge ermöglichen. Der Blutfluss wird trotz verminderten Herzschlags beim Tauchen vor allem durch flexible Aderwände und Hohlräume gewährleistet. Die Nase und der Kehlkopf werden beim Tauchgang verschlossen, außerdem wird auch bei ihnen die Durchblutung des Körpers reduziert. Eine deutlich höhere Blutmenge als bei Landsäugern und ein vermehrter Anteil des Blutfarbstoffes Hämoglobin erlauben zudem eine deutlich höhere Sauerstoffaufnahme aus der Atemluft. Vor allem die Weddellrobbe und der Südliche See-Elefant sind dafür bekannt, dass sie über einen besonders langen Zeitraum tauchen und besonders große Tiefen erreichen können.
Seekühe atmen etwa alle zwei bis fünf Minuten und erreichen maximale Tauchzeiten von etwa 20 Minuten. Wie die Wale können sie über ein doppeltes Kapillarnetz sehr effektiv Sauerstoff aufnehmen, und der Stoffwechsel ist bei ihnen sehr langsam. Auch die Herzfrequenz ist deutlich geringer als bei Tieren vergleichbarer Größe und kann noch weiter abgesenkt werden.
Wärmeregulation Besonders für Säugetiere als homoiotherme, also „warmblütige“, Tiere ergibt sich im Meerwasser das Problem, dass eine effektive Wärmeisolation existieren muss. Das Fell, das bei den Landsäugern diese Funktion übernimmt, besitzen Meeressäuger mit Ausnahme einiger Robben, Eisbären und Ottern nicht. Stattdessen haben viele Meeressäugetiere eine sehr dicke Fettschicht, die unterhalb der Haut liegt. Dieses Unterhautfettgewebe isoliert die Tiere gegenüber dem kalten Meerwasser und sorgt dafür, dass der Körper eine gleichmäßige Temperatur halten kann. Bei einigen Walen kann diese Schicht, die bei ihnen als Blubber bezeichnet wird, bis zu 70 Zentimeter dick sein.
Besonders bei den pelzlosen Robben wird die Körperoberflächentemperatur durch eine reduzierte Durchblutung im Bereich der Wassertemperatur gehalten, um möglichst wenig Wärme an das Wasser zu verlieren. Das Fell der Pelzrobben besitzt dagegen Lufteinschlüsse, die nach außen isolierend wirken.
Ähnlich sind die Verhältnisse beim Seeotter, der als einziges Meeressäugetier nicht über eine isolierende Fettschicht verfügt. Hier wird die Wärmeisolierung allein durch ein extrem dichtes Fell mit Lufteinschlüssen besorgt. Seeotter haben bis zu 100.000 Haare auf einem Quadratzentimeter Fell.
Salzgehalt