Bewegungswissenschaftler und Zoologen der Uni Jena ergründen den Gang von Vögeln

(09.12.2014) Dinosaurier taten es. Menschen und Affen tun es. Und Vögel tun es auch – sie laufen auf zwei Beinen. Auch wenn der Mensch als „Zweibeiner“ eine Sonderstellung unter den Säugetieren einnimmt, ist der aufrechte Gang keineswegs nur ihm vorbehalten.

Im Laufe der Evolution hat sich die bipedale Fortbewegung – der Gang auf zwei Beinen – bei vielen Tieren entwickelt.

„Auch Vögel bewegen sich auf zwei Beinen fort, allerdings nutzen sie dafür eine ganz andere Technik als wir Menschen“, sagt Dr. Emanuel Andrada von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.


Dr. Emanuel Andrada von der Uni Jena hat untersucht, wie sich die Körperorientierung der Vögel beim Laufen auf die Funktionsweise ihrer Beine und die Stabilität beim Gehen auswirkt

Während der Mensch beim Gehen den Oberkörper weitgehend senkrecht hält und den Körperschwerpunkt so direkt über den Beinen positioniert, ist der Körper der Vögel waagerecht nach vorn ausgerichtet, was auf den ersten Blick höchst unvorteilhaft erscheint.

Gemeinsam mit Kollegen hat der Bewegungswissenschaftler daher untersucht, wie sich diese Körperorientierung der Vögel beim Laufen auf die Funktionsweise ihrer Beine und die Stabilität beim Gehen auswirkt.

Die erste detaillierte Analyse dieser Art hat das Jenaer Team jetzt in den „Proceedings of the Royal Society B“ veröffentlicht (DOI: 10.1098/rspb.2014.1405).

Dazu haben die Forscher Wachteln in einer Hochgeschwindigkeitsröntgenanlage in unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen lassen. Während die Anlage die Bewegung der Tiere minutiös aufzeichnete, haben die Forscher zeitgleich die Kräfte gemessen, die bei der Fortbewegung an ihren Beinen wirken.


Bewegungswissenschaftler der Uni Jena haben Wachteln in einer Hochgeschwindigkeitsröntgenanlage laufen lassen und dabei die Kräfte gemessen, die an ihren Beinen wirken.

Aus diesen Daten konnte das Forscherteam schließlich ein Computermodell des Bewegungsablaufs erstellen, mit dem sich Stabilität und Energiebilanz bei unterschiedlichen Gangarten simulieren und analysieren lassen.

Wie sich zeigte, nutzen die Vögel zur schnellen Fortbewegung vorwiegend das sogenannte „grounded running“, einen Laufstil, bei dem immer mindestens ein Bein Bodenkontakt hält.

„Selbst beim schnellen Gehen kommt so nur äußerst selten eine kurze Flugphase zwischen den einzelnen Schritten vor“, erläutert Prof. Dr. Reinhard Blickhan, Inhaber des Lehrstuhls für Bewegungswissenschaft der Uni Jena.

Das sei für die Tiere aber extrem energieaufwendig, auch weil – bedingt durch die waagerechte Körperhaltung – der Körperschwerpunkt der Vögel beim Gehen deutlich vor den Beinen liegt. „Die Tiere müssen den eigenen Körper ständig ausbalancieren, um zu vermeiden, nach vorn zu fallen“, so Blickhan.

Doch, so haben die Forscher anhand ihres Computermodells herausgefunden, dieser Kraftakt lohnt sich. „Anders als die Beine des Menschen, die wie zwei Sprungfedern Energie aufnehmen und direkt für die Vorwärtsbewegung nutzen, wirken die Beine der Vögel eher wie Stoßdämpfer.“

Denn um nicht nach vorn zu fallen oder beim Gehen permanent zu beschleunigen, muss der Vogel praktisch ständig abbremsen. Dies geschieht, indem das Vogelbein wie ein Federdämpfer arbeitet: Dem Bein wird dabei Energie entzogen. Zusätzliche Energie wird in ein Drehmoment im Hüftgelenk investiert, das den Körper stabilisiert.

„Diese scheinbare Energieverschwendung ist der Preis für eine sehr stabile Körperhaltung bei der Fortbewegung, insbesondere auf unebenem Terrain“, bringt Prof. Blickhan das Ergebnis dieser Studie auf den Punkt.

Nach den nun vorgelegten Ergebnissen wird es für die Jenaer Forscher erst richtig interessant: Sie wollen das entwickelte Computermodell auch am Gang anderer Vogelarten testen und damit sogar die Fortbewegung von Dinosauriern analysieren – den direkten Vorfahren der heutigen Vögel.

„Bislang ist nicht klar, wie sich zweibeinige Vertreter wie Allosaurus oder Tyrannosaurus Rex tatsächlich fortbewegt haben“, so Dr. Andrada. Man gehe inzwischen aber davon aus, dass auch sie – aufgrund biomechanischer Vorteile – mit weit nach vorn gestrecktem Oberkörper gelaufen sind.

Publikation

Andrada E. et al.: Trunk orientation causes asymmetries in leg function in small bird terrestrial locomotion. Proceedings of the Royal Society B 2014, DOI: 10.1098/rspb.2014.1405


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