Überall im Tierreich sind die schnellsten Tiere immer mittelgroß. Geparden überholen Löwen, Delfine übertreffen Orcas und Wanderfalken fliegen schneller als Weißkopfseeadler.
Größere Körper bedeuten größere, kräftigere Muskeln, daher gab es keinen klaren Grund für diese Regel - warum sollten größere Tiere ihren Kraftvorteil nicht für Geschwindigkeit nutzen?
Jetzt haben Wissenschaftler einen mathematischen Grund entdeckt: Neueren Forschungen zufolge sind die größten Tiere dadurch begrenzt, wie viel Energie sie zur Beschleunigung mobilisieren können.
"Wenn Großtiere beim Sprinten höhere Geschwindigkeiten erreichen, gehen auch ihre schnell verfügbaren Energiereserven bald zur Neige", sagte Studienleiterin Myriam Hirt, Zoologe am Deutschen Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung in Leipzig.
Geschwindigkeitsfalle
Hirt interessierte sich für das Verständnis der Beziehung zwischen Größe und Geschwindigkeit, während sie an einem Projekt arbeitete, bei dem sie die Höchstgeschwindigkeit der Tiere schätzen musste. Traditionelle Methoden zur Schätzung der Geschwindigkeit basierend auf der Körpergröße führten zu absurden Zahlen für die größten Tiere. Für Elefanten beispielsweise ergab die Berechnung eine Höchstgeschwindigkeit von 600 km / h, sagte sie gegenüber Live Science. Elefanten laufen tatsächlich mit einer Höchstgeschwindigkeit von 34 km / h.
Hirt war bei weitem nicht der Erste, der bemerkte, dass die größten Landtiere nicht sehr schnell sind. Aber als sie mehr grub, stellte sie fest, dass das Muster auch für fliegende Tiere und Schwimmer galt.
"Dadurch wurde mir klar, dass der zugrunde liegende Mechanismus ein sehr allgemeines Prinzip sein musste", sagte sie.
Hirt baute ein mathematisches Modell, um diesen Mechanismus zu erklären. Tiere erreichen ihre maximale Laufgeschwindigkeit über kurze Sprints, nicht über lange Strecken, sagte sie. Kurze Sprints werden anaerob angetrieben, was bedeutet, dass der Kraftstoff, der die Muskeln antreibt, aus der Kurzzeitspeicherung stammt und begrenzt ist. (Der aerobe Stoffwechsel, der die Muskeln mit Kraftstoff versorgt, der mit Hilfe von Sauerstoff hergestellt wurde, sorgt für längere Anstrengungen.)
Die Masse muss die Trägheit überwinden, damit sich ein Tier bewegen kann, sagte Hirt, damit ein Elefant nicht so schnell in einen Sprint ausbrechen kann wie eine Maus. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Elefant in Fahrt kommt, hat er bereits einen großen Teil seiner anaeroben Energiespeicher verbraucht. Infolgedessen erreichen die größten Tiere niemals die theoretischen Laufgeschwindigkeiten, die ihre Muskelgröße vermuten lässt, berichtete Hirt heute (17. Juli) in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution.
Das Verhältnis zwischen Körpermasse und Geschwindigkeit ist buckelförmig: Die Geschwindigkeit nimmt mit der Körpergröße bis zu einem gewissen Punkt zu und nimmt dann ab, wenn die Körpergröße die Energieverfügbarkeit übertrifft.
Größe und Geschwindigkeit
Hirt testete ihr Modell anhand einer Datenbank mit 474 Arten im gesamten Tierreich. Sie fand heraus, dass es Höchstgeschwindigkeiten mit einer Genauigkeit von fast 90 Prozent für Läufer, Schwimmer und Flyer vorhersagte. Die noch zu erklärenden 10 Prozent könnten auf eine Vielzahl von Problemen zurückgeführt werden, wie z. B. Messfehler, artspezifische Körperanpassungen und die Wärmequelle eines Tieres - unabhängig davon, ob ein Tier endotherm (warmblütig) oder ektotherm (kaltblütig) ist. Sagte Hirt.
Endotherme Tiere an Land sind etwas schneller als ektotherme Tiere, einfach weil endotherme Tiere unabhängig von der Außentemperatur aktiv sein können. Seltsamerweise ist dieses Muster im Wasser umgekehrt: Kaltblütige Kreaturen sind tatsächlich schneller als warmblütige. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die warmblütigen Kreaturen des Ozeans, wie Pinguine und Wale, entweder einige Zeit an Land verbringen oder einen Vorfahren an Land haben, sagte Hirt. Diese Tiere haben wahrscheinlich einige Kompromisse entwickelt, die sie im Wasser etwas langsamer machen, sagte sie.
Obwohl Menschen im Durchschnitt etwas langsamer sind, als die Formel von Hirt vorhersagt, passt Usain Bolt - der Rekordhalter für die 100- und 200-Meter-Sprints - gut zu den Daten, sagte Hirt. Das liegt wahrscheinlich daran, dass Menschen nicht die Arten von Anpassungen haben, die dazu beitragen, Geparden so schnell zu machen, wie ultraflexible Stacheln und Gelenke.
Die neue Geschwindigkeitsformel könnte sich als nützlich für zukünftige Forschungen erweisen, die Tierbewegungen und -migration sowie Interaktionen zwischen Raubtieren und Beutetieren betreffen, sagte Hirt. Es könnte auch verwendet werden, um besser zu bestimmen, wie schnell sich ausgestorbene Tiere bewegen könnten. Nach Hirts Berechnungen Velociraptor wahrscheinlich mit einer Höchstgeschwindigkeit von 54,5 km / h dahingefahren, T-Rex könnte mit bis zu 27 km / h in Gang kommen und Brachiosaurus trampelte am schnellsten mit 11,9 km / h.
Originalartikel über Live Science.
