Die schnellsten Tiere unseres Planeten sind weder die kleinsten noch die größten. Der Gepard, der Gelbflossenthunfisch und der Alpensegler, die alle für ihre Geschwindigkeit bekannt sind, teilen eine Gemeinsamkeit: ihre mittlere Größe. Aber warum begünstigt diese Größe die Geschwindigkeit?
Ein Forscherteam hat versucht, dieses Rätsel zu lösen, indem es menschliche Modelle unterschiedlicher Größe simulierte. Mithilfe eines Computerprogramms konnten sie die Größe des virtuellen Menschen von der einer Maus bis zu der eines Pferdes variieren und die Auswirkungen auf die maximal erreichbare Geschwindigkeit beobachten.
Dieses Modell, das seit den 2000er Jahren mit der Software
OpenSim entwickelt wurde, reproduziert getreu die Knochen, Muskeln und Sehnen des menschlichen Körpers. Es wird in zahlreichen Forschungsbereichen verwendet, um die menschlichen Bewegungen zu studieren und die Auswirkungen von Operationen zu simulieren. Im Jahr 2019 gingen belgische Forscher noch einen Schritt weiter, indem sie dieses Modell nutzten, um die idealen Muskelkombinationen zur Erreichung einer bestimmten Geschwindigkeit zu finden, ohne menschliches Zutun.
Im Rahmen dieser neuen Studie variierten die Wissenschaftler die Größe des Modells von 100 Gramm bis zu 2.000 kg. Sie stellten fest, dass die massivsten Modelle sich nicht bewegen konnten, während diejenigen mit 900 kg an die Grenzen der menschlichen Bewegung stießen. Das Modell, das die höchste Geschwindigkeit erreichte, wog etwa 47 kg.
Der Schlüssel liegt in der Muskelkraft, die notwendig ist, um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen. Je größer das Tier ist, desto schwieriger ist es für seine Muskeln, genügend Kraft zu erzeugen, um sich schnell vorwärts zu bewegen. Tatsächlich haben größere Muskeln eine kleinere Querschnittsfläche im Vergleich zu ihrer Masse, was ihre Effizienz einschränkt.
Tiere mittlerer Größe, wie der Gepard, erreichen in der Regel die höchsten Geschwindigkeiten. Computermodelle des Menschen, die auf Größen von der einer Maus bis zu der eines Pferdes skaliert wurden, zeigen ein ähnliches Muster. Dies verdeutlicht die zugrunde liegenden biomechanischen Gründe.
Im Gegensatz dazu haben Miniaturmodelle zwar vergleichsweise stärkere Muskeln, aber Schwierigkeiten, den Bodenkontakt zu halten, da ihre Masse zu gering ist. Sie müssen eine niedrigere Haltung einnehmen, um genug Kraft zu erzeugen, ohne den Boden zu verlassen, was ihre Laufgeschwindigkeit begrenzt.
Daher begünstigt dieser Kompromiss zwischen Bodenkraft und Schritthäufigkeit eine mittlere Größe, bei der die Masse perfekt ausgeglichen ist. Für den Menschen liegt diese optimale Größe bei etwa 47 kg.
Diese Forschungsergebnisse legen nahe, dass die Evolution beim Menschen bereits ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Körpermasse erreicht hat.
Quelle: Nature Communications