M4 Vertikale spezialisierte Fortbewegung

Thema

Vertikale Fortbewegung erfordert, dass das gesamte Körpergewicht getragen und gleichzeitig der nötige Vortrieb erzeugt wird, um sich nach oben zu bewegen.

Um beim Klettern das Körpergewicht ohne Abrutschen zu tragen, muss die biologische Reibung zwischen den Gliedmaßen und dem Untergrund die parallel zur Oberfläche wirkende Gewichtskraft überwinden. Solange diese verfügbare Reibung größer ist als diese Gewichtskraft, rutscht das Tier nicht ab. Wird die Steigung jedoch zu steil, überwindet die parallel zur Oberfläche wirkende Gewichtskraft schließlich die verfügbare Reibung, und das Tier verliert den Halt. Der Steigungswinkel, bei dem dieser Übergang stattfindet, bestimmt die maximale Steigung, die das Tier erklimmen kann. Diese verfügbare biologische Reibung variiert enorm je nach Oberfläche: von einem geringen Wert, nur wenigen Zehnteln des Körpergewichts, auf glatten Oberflächen bis hin zu einem Wert, der um ein Vielfaches höher ist als das Körpergewicht, wenn das Tier Krallen besitzt, die sich in rauem Holz festhalten.

Neben dem Klettern mithilfe von Reibung ist die Brachiation bei Gibbons eine weitere Form dieser spezialisierten vertikalen Fortbewegung. Dabei schwingen sie von Ast zu Ast. Hängend an einem Ast verhält sich der Gibbon wie ein zusammengesetztes Pendel, dessen Drehpunkt – der Ast selbst – sich ebenfalls bewegt. Die maximale Geschwindigkeit, die er am tiefsten Punkt seiner Schwingung erreicht, ergibt sich aus der Energieerhaltung des Winkels, in dem er den vorherigen Ast losgelassen hat. Beim hüpfenden Hängen zwischen den Ästen fügt der Gibbon zusätzlich Flugphasen ein und erreicht dabei Geschwindigkeiten zwischen zehn und fünfzehn Metern pro Sekunde.

Um während dieses Hängens auf Asthöhe die korrekte Körperhaltung beizubehalten, müssen die durch das Schwingen selbst verursachten Störungen kontinuierlich korrigiert werden. Das Kontrollsystem korrigiert jede Störung, indem es eine Reaktion proportional zur Stärke der Haltungsabweichung – die als Steifigkeit wirkt – mit einer Reaktion proportional zur Änderungsrate dieser Abweichung – die als Dämpfung wirkt – kombiniert. Diese kombinierte Korrektur erfolgt innerhalb von 20 bis 100 Millisekunden nach Auftreten der Störung.

Zusätzlich zu dieser Haltungskorrektur verfügen Primaten über Greifreflexe, die eine Störung der Hand oder des Fußes korrigieren, bevor diese den Griff beeinträchtigt. Die Reaktionszeit beträgt 20 bis 40 Millisekunden. Die gesamte Reaktionszeit auf eine Störung setzt sich nacheinander aus der Zeit zusammen, die das Signal für die Weiterleitung entlang des Nervs benötigt, der Verzögerung an der Synapse zwischen Neuron und Muskel sowie der Verzögerung der Muskelaktivierung selbst. Diese Gesamtzeit beträgt typischerweise 30 bis 80 Millisekunden. Genau diese Gesamtverzögerung begrenzt, wie oft das Tier wiederholte Störungen aktiv kompensieren kann, während es durch diese vertikale Fortbewegung sein gesamtes Körpergewicht trägt.

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