Wissenschaftler entdecken, warum Geparden so schnell sind

Wissenschaftler haben bei Tieren einen Sweet Spot entdeckt, der erklärt, warum sich schnell bewegende Tiere wie der Gepard so hohe Geschwindigkeiten erreichen können.

Tiere, die schnell laufen können, wie zum Beispiel der Gepard, sind in der Regel mittelgroß. Und ein internationales Forscherteam von Imperial, der Harvard University, der University of Queensland und der University of the Sunshine Coast machte sich daran, herauszufinden, warum. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.

Um zu ihren Erkenntnissen zu gelangen, entwickelten die Wissenschaftler ein Modell, das demonstrierte, wie sich die Muskeln eines Tieres an Land bewegen, und bewertete dann die Einschränkungen hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit der sie laufen können.

„Die schnellsten Tiere sind weder große Elefanten noch winzige Ameisen, sondern mittelgroße Tiere wie Geparden. Warum bricht die Laufgeschwindigkeit mit den regelmäßigen Mustern, die die meisten anderen Aspekte der Tieranatomie und -leistung bestimmen?“ sagte Hauptautor Dr. David Labonte vom Department of Bioengineering des Imperial College London in einer Zusammenfassung der Ergebnisse.

Sie fanden heraus, dass es nicht nur eine Grenze dafür gibt, wie schnell ein Tier laufen kann, sondern vielmehr zwei: nämlich wie schnell und wie weit sich seine Muskeln zusammenziehen können, heißt es in der Studie.

Und die maximale Laufgeschwindigkeit hängt davon ab, welche Grenze sie zuerst erreichen. Diese Grenze werde durch die Gesamtgröße des Tieres bestimmt, fügt die Studie hinzu.

Die erste Grenze, die als „Grenze der kinetischen Energiekapazität“ bezeichnet wird, bezieht sich darauf, dass die Muskeln kleinerer Tiere durch die Geschwindigkeit ihrer Kontraktion eingeschränkt werden. Die zweite Grenze, auch „Arbeitskapazitätsgrenze“ genannt, bezieht sich darauf, wie große Tiere durch die Kontraktion ihrer Muskeln eingeschränkt werden.

„Der Schlüssel zu unserem Modell ist das Verständnis, dass die maximale Laufgeschwindigkeit sowohl davon abhängt, wie schnell sich die Muskeln zusammenziehen, als auch davon, wie stark sie sich während einer Kontraktion verkürzen können“, Co-Autor Professor Christofer Clemente von der University of the Sunshine Coast und der University of the Sunshine Coast von Queensland, heißt es in der Zusammenfassung. „Tiere von der Größe eines Geparden befinden sich in einem physischen Sweet Spot von etwa 50 kg, wo diese beiden Grenzen zusammenfallen. Diese Tiere sind daher die schnellsten und erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 65 Meilen pro Stunde.“

Beim Testen der Genauigkeit des Modells stellten die Forscher fest, dass es die maximalen Laufgeschwindigkeiten verschiedener Tiere, von großen Säugetieren über Vögel bis hin zu Eidechsen, korrekt vorhersagte.

Das Modell beantwortet nicht nur die Frage, wie bestimmte Tiere schneller laufen können als andere, es gibt auch Aufschluss darüber, wie sich die Muskeln entwickelt haben. Es liefert auch Hinweise darauf, warum es große Unterschiede zwischen bestimmten Tiergruppen gibt. Zum Beispiel, warum große Reptilien wie Krokodile langsamer sind als große Säugetiere.

Ein anderer Co-Autor, Taylor Dick von der University of Queensland, sagte, dass dies durch die Tatsache erklärt werden könnte, dass die Muskeln der Gliedmaßen einen geringeren Anteil am Körper eines Reptils ausmachen. Das bedeute, dass sie mit einem geringeren Körpergewicht an die Leistungsgrenze stoßen müssten, „und daher klein bleiben müssen, um sich schnell bewegen zu können“, sagte sie.

„Für große Tiere wie Nashörner oder Elefanten könnte sich das Laufen wie das Heben eines enormen Gewichts anfühlen, da ihre Muskeln relativ schwächer sind und die Schwerkraft einen höheren Aufwand erfordert. Als Folge von beidem müssen Tiere irgendwann langsamer werden, wenn sie größer werden“, sagt Co -Autor Dr. Peter Bishop von der Harvard University, sagte.

Diese Forschung ergab auch, dass Landtiere mit einem Gewicht von mehr als 40 Tonnen völlig bewegungsunfähig wären. Dies wirft Fragen zu Dinosauriern auf, da es solche Arten gab Patagotitan das wog wahrscheinlich mehr als das hier. Das schwerste heute lebende Landtier ist der Afrikanische Elefant mit 6,6. Tonnen, berichtete die Studie.

„Unsere Studie wirft viele interessante Fragen zur Muskelphysiologie sowohl ausgestorbener als auch heute lebender Tiere, einschließlich menschlicher Sportler, auf“, sagte Labonte. „Physische Einschränkungen betreffen schwimmende und fliegende Tiere ebenso wie laufende Tiere – und die Ausschöpfung dieser Grenzen steht als nächstes auf unserer Agenda.“

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