Tierisches Tempo

Elefanten sind die größten, nicht aber die schnellsten Tiere - warum? (Foto: Bernd Adam)
Zwischen dem Gewicht von Tieren und der maximalen Geschwindigkeit, die sie erreichen können, besteht ein parabelartiger Zusammenhang. (Grafik: Myriam Hirt)

Geparden sind die schnellsten Sprinter im Tierreich – selbst Tiere mit längeren Beinen können sie nicht überholen. Warum das so ist und welche Grenzen bestimmen, wie schnell ein Tier laufen kann, haben nun Forscher aufgeklärt. Demnach spielt die Muskelarbeit in der Phase der Beschleunigung eine entscheidende Rolle: Das Maximaltempo wird demnach nur dann erreicht, wenn die Muskeln es schaffen, die Körpermasse des Tieres auf Touren zu bringen, bevor die Energiereserven der Muskelfasern erschöpft sind. Bei sehr großen und schweren Arten jedoch klappt dies meist nicht.

Die Fortbewegung ist entscheidend für die Lebensweise und die Überlebensfähigkeit eines Tieres. Von ihr hängt ab, ob es einen Partner bekommt, Futter findet oder einem Fressfeind entkommen kann. Die Natur hat in dieser Hinsicht verschiedenste Strategien hervorgebracht, von schnellen Läufern, Schwimmern und Fliegern wie Geparden, Schwertfischen und Wanderfalken über mittelschnelle Tiere bis hin zu Maus, Käfer oder Kaulquappe, die eher langsam vorankommen. Das Interessante daran: "Wissenschaftler haben sich schon immer darüber gewundert, dass die größten Tiere nicht die schnellsten sind", erklären Myriam Hirt vom Zentrum für integrierte Biodiversitätsforschung in Leipzig und ihre Kollegen. "In der Natur sind die schnellsten laufenden oder schwimmenden Tiere wie Geparde oder Falken von mittlerer Größe." Die landläufige Annahme, dass längere Beine längere Schritte und damit ein schnelleres Tempo ermöglichen, stimmt demnach nicht. Als Folge hat die Tempokurve der Tierwelt eine Buckelform: Zunächst nimmt die Maximalgeschwindigkeit zwar mit der Körpergröße zu, dann aber knickt sie wieder nach unten hin ab.

Entscheidend ist die Beschleunigung

Aber warum? Innerhalb einzelner Tiergruppen haben Forscher dies mit verschiedenen biomechanischen Gesetzmäßigkeiten zu erklären versucht. So sind bei einigen Arten schlicht die Muskeln und Knochen zu schwach, um den Kräften eines schnelleren Laufens standzuhalten. "Aber ein generelles Modell, das die Fortbewegungsgeschwindigkeit über alle taxonomischen Gruppen und Ökosysteme hinweg erklärt, fehlte bisher", so die Wissenschaftler. Diese Lücke haben sie nun geschlossen. Ihre Hypothese: Der limitierende Faktor für das Tempo liegt in der Phase der Beschleunigung und in der in dieser Zeit umsetzbaren Energie. Konkreter gesagt: Während der Beschleunigung müssen die Muskeln maximale Arbeit leisten und wandeln dabei chemische Energie in Bewegung um. Dies geschieht durch sogenannte Fast-Muskelfasern, die sich schnell kontrahieren können und viel Energie umsetzen – aber auch schnell ermüden, weil ihr Energievorrat dann aufgebraucht ist.

Genau dies erklärt nach Angaben der Forscher, wie Körpergröße und Fortbewegungstempo zusammenhängen: Je größer ein Tier ist, desto mehr Muskelmasse und mehr schnelle Muskelfasern hat es meist auch. Deshalb nimmt die Maximalgeschwindigkeit zunächst mit der Körpergröße zu. Doch ab einer bestimmten Körpergröße benötigen die Muskeln zu lange, um die große Masse auf Touren zu bringen. Dadurch ist die Energie verbraucht, bevor die theoretisch mögliche Maximalgeschwindigkeit erreicht ist, wie Hirt und ihre Kollegen erklären. In ihrer Studie testen sie die von ihnen entwickelte "Tempoformel" an 474 Tierarten - von winzigen Insekten von gerade einmal 30 Mikrogramm Gewicht bis hin zum 100 Tonnen schweren Blauwal. Und tatsächlich: Egal ob die Tiere fliegen, laufen oder schwimmen – die mit dem Modell errechnete Maximalgeschwindigkeit dieser Arten stimmte ziemlich genau mit dem in der Natur beobachteten Tempo überein.

"Unser Ansatz kann daher als einfaches und machtvolles Werkzeug dienen, um die natürlichen Grenzen der tierischen Fortbewegung vorherzusagen", konstatieren Hirt und ihre Kollegen. "Das kann dabei helfen, die bisher erfassten Daten in verschiedensten Tiergruppen und Ökosystemen besser zu verstehen." Die neue Formel könnte sogar dazu geeignet sein, das Lauftempo ausgestorbener Tierarten zu ermitteln: "Paläontologen debattieren schon lange darüber, wie schnell urzeitliche Laufvögel und Dinosaurier wirklich liefen", sagen die Wissenschaftler. Sie haben daher ihre Formel auch auf einige Dinosaurier wie den Tyrannosaurus rex, den Brachiosaurus oder die Velociraptoren angewendet. Übereinstimmend mit den Annahmen der Paläontologen kamen sie dabei für den wendigen Velociraptor auf ein sehr viel höheres Tempo als den T. rex oder den gigantischen Brachiosaurus.

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