A3 Fehler bei der Interaktion mit der Umwelt

Thema

Interaktionsstörungen treten auf, wenn ein Säugetier nicht in der Lage ist, die für seine Fortbewegung oder sein Manövrieren in seiner Umgebung notwendigen Zug-, Stütz- oder Vortriebskräfte zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten. Diese Störungen haben vier verschiedene Ursachen: unzureichende Haftreibung zwischen Gliedmaße und Untergrund, eine Fehleinschätzung der Untergrundsteifigkeit durch das Tier, eine Desorientierung der sensorischen Navigationssysteme, die seine Bewegung steuern, oder kinetische Traumata durch Kollisionen mit Oberflächen oder Objekten in der Umgebung.

Die Zugkraft, die eine Gliedmaße auf den Untergrund ausüben kann, hängt von der verfügbaren Haftreibung ab: Die maximale Tangentialkraft, die die Gliedmaße ohne Rutschen übertragen kann, ist proportional zur Normalkraft, die die Gliedmaße auf den Boden ausübt. Je größer die Normalkraft, desto größer die maximal verfügbare Zugkraft. Wenn der Reibungsbedarf für die Bewegung die verfügbare Reibung auf dem Untergrund übersteigt – wie es auf nassen, eisigen oder körnigen Oberflächen der Fall ist oder wenn das Tier die Steifigkeit eines weichen oder instabilen Untergrunds falsch einschätzt – kommt es zum Rutschen.

Wenn der Untergrund nicht mehr fest ist und sich das Säugetier durch das Wasser bewegt, hängt die für den Vortrieb benötigte Kraft nicht mehr von der Reibung, sondern vom hydrodynamischen Widerstand der Umgebung ab. Dieser Widerstand steigt quadratisch mit der Bewegungsgeschwindigkeit und zudem mit einem für den Körper des Tieres spezifischen Widerstandsbeiwert. Dieser Beiwert wiederum variiert je nach Körperform und Strömungsverhältnissen. Morphologische Anpassungen, die diesen Widerstandsbeiwert reduzieren und den Vortrieb in einer bestimmten Umgebung optimieren, verlieren an Effizienz, wenn sich derselbe Körper in einer anderen Umgebung bewegen muss, für die diese Form nicht optimiert ist.

Die Desorientierung der sensorischen Navigationssysteme äußert sich in einem Winkelfehler zwischen dem lokalen Erdmagnetfeld und dem vom Tier wahrgenommenen geomagnetischen Signal. Dieser Winkelfehler akkumuliert sich mit fortschreitender Navigation und führt zu einem Positionsfehler, der linear mit der zurückgelegten Strecke zunimmt. Je weiter das desorientierte Tier navigiert, desto stärker weicht seine tatsächliche Position von der Position ab, die es zu nehmen glaubt.

Kinetische Traumata durch Kollisionen mit Oberflächen oder Objekten in der Umgebung werden durch das Verhältnis zwischen mechanischem Impuls und der Änderung der Körperbewegung bestimmt: Die auf den Körper wirkende Aufprallkraft ist umgekehrt proportional zur Kontaktzeit, in der er abgebremst wird. Harte Oberflächen, die diese Kontaktzeit verkürzen, erzeugen daher deutlich höhere Kraftspitzen als weiche Oberflächen und erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Knochenbrüchen. Der Schweregrad der resultierenden Verletzung nimmt viel schneller zu als die Aufprallgeschwindigkeit selbst: Eine moderate Erhöhung der Aufprallgeschwindigkeit führt zu einer unverhältnismäßigen Zunahme des Verletzungsschweregrads. Angesichts dieser Störungen der Interaktion mit der Umwelt variiert das zu erwartende Verhalten des Tieres je nach Ursache des Problems. Liegt die Störung im Zusammenhang mit der Traktion, ändert das Tier seine Fortbewegungsstrategie, reduziert seine Bewegungsgeschwindigkeit und bevorzugt Oberflächen mit höherer Reibung. All dies dient dazu, die Traktions-, Auftriebs- oder Vortriebskräfte wiederherzustellen, die der ursprüngliche Untergrund nicht erzeugen konnte. Wenn der Ausfall jedoch auf eine Kollision zurückzuführen ist, gibt es keine Strategie mehr, den Aufprall zu vermeiden, sobald er eingetreten ist. Die Schwere der Verletzung – die im Verhältnis zur Aufprallgeschwindigkeit überproportional zunimmt – bestimmt die endgültigen funktionalen Kosten des Ausfalls durch die Interaktion mit der Umwelt.

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