Heutzutage laufen ja ständig animierte Dinosaurier durch irgendwelche Fernsehdokumentationen – mal besser, mal furchtbarer. Aber wieviel daran ist Wissenschaft und wieviel bloße Computeranimation? Woher soll man überhaupt wissen, wie ein Lebewesen gelaufen ist, das vor 65 Millionen Jahren ausstarb?

Die Biomechanik von Dinosauriern ist nicht nur ein extrem spannendes Forschungsgebiet – sie ist für mich auch persönlich wichtig, denn ich habe selbst einen kleinen Beitrag dazu geleistet. Wie man als theoretischer Physiker, der in der Materialwissenschaft an einem Maschinenbauinstitut forscht, dazu kommt, an einem paper über Dinos mitzuschreiben? Über diesen persönlichen Aspekt der Geschichte werde ich auch etwas erzählen, aber erst mal schauen wir uns an, auf welchem Stand die Forschung war, bevor das unglaublich geniale, bahnbrechende, vielbeachtete, nobelpreisverdächtige (jaja, ich übertreib’s mal wieder) paper “Constraint-based exclusion of limb poses for reconstructing theropod dinosaur locomotion” geschrieben werden konnte.

Die ersten Ideen
Schauen wir erstmal weit zurück, so ziemlich auf die Anfänge der Dinosaurierforschung. Ende des 19. Jahrhunderts wurden die Dinosaurier zumindest von einigen Forschern als sehr dynamische und agile Tiere angesehen. Dieses berühmte Bild (von Wikipedia) von Charles R. Knight demonstriert das besser als tausend Worte:

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BIld von Charles Knight, 1897

Allerdings verschob sich das Bild der Dinosaurier immer mehr in Richtung auf weniger agile, eher langsame Tiere. Und entsprechend malte auch Knight seine Dinosaurier in späteren Jahren wesentlich behäbiger, so wie diesen Tyrannosaurus:

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Bild von Charles Knight, 1919

Der Schwanz schleift hier fast auf dem Boden und der T. rex schreitet zwar majestätisch, aber auch sehr langsam einher. Der Paläontologe Lambe schätzte seine Höchstgeschwindigkeit entsprechend niedrig ein – leider konnte ich den irgendwo mal gelesenen Wert nicht wiederfinden, aber er lag so bei etwa 10 Stundenkilometern – da hätte sogar ich davonlaufen können, wenn ich mir Mühe gebe. (Die meisten Diskussionen des Laufens konzentrieren sich auf die erreichbare Höchstgeschwindigkeit. Dass man das Problem auch anders angehen kann, sehen wir später noch.)

Das Bild der Dinosaurier änderte sich in den sechziger und siebziger Jahren – unter anderem ausgelöst durch die Entdeckung des berühmten Deinonychus, dem man seine Sprinterfähigkeiten sofort ansah:

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Von Dinoguy2, bearbeitet durch Conty, CC BY-SA 2.5, Link

Ich will jetzt nicht die ganze Geschichte der “Dinosaurier-Renaissance” erzählen – wichtig für die Geschwindigkeitsdebatte ist vor allem, dass man sich die Skelette etwas genauer und unter biomechanischen Gesichtspunkten ansah.

Und dabei stellte man fest, dass die Proportionen vieler Raubsaurier (oder “Theropoden”) auffällig denen heutiger schnell-laufender Tiere glichen. Bei Schnelläufern sind die äußeren Teile der Extremitäten (Fuß- und Unterschenkel) typischerweise deutlich länger als die dichter am Körper gelegenen (also der Oberschenkel bzw. der Oberarm). Dieses schöne Skelettphoto eines Straußes illustriert das:

Specola, sala degli scheletri, struzzo ed elefante.JPG
By I, Sailko, CC BY 2.5, Link

Der Oberschenkel eines Strauß’ ist sehr kurz. Ähnliches könnt ihr auch bei Pferden oder Antilopen beobachten.

Der Grund ist einfach: Beim Laufen bewegen sich die Extremitäten ungefähr auf Kreislinien. Wenn z.B. die Unterschenkel lang sind, dann sorgen kleinere Bewegungen am Knie für große Auslenkungen am Fuß. Bewegungen des Oberschenkels, die wiederum das Knie bewegen, wirken verstärkend auf den Unterschenkel.

Als man also die Proportionen von Dinosaurierbeinen anschaute, stellte man fest, dass Unterschenkel und Mittelfußknochen im Verhältnis zum Oberschenkel lang waren, wenn auch nicht ganz so lang wie beim Strauß1

MOR555 skeletal material.JPG
By ContyOwn work, Public Domain, Link

Daraus schloss man, dass Dinosaurier sehr hohe Geschwindigkeiten zurücklegen konnten.

1Beim Vergleich mit einem Strauß kommt noch hinzu, dass der wegen des fehlenden Schwanzes einen relativ weit vorn liegenden Schwerpunkt hat und deshalb den Oberschenkel meist relativ horizontal hält – das ist bei Raubsauriern anders. Man spricht auch vom Übergang von der “hüftgetriebenen” zur “kniegetriebenen” Fortbewegung.

Wie hoch genau? Dazu muss man die Größe der Dinos berücksichtigen – jeder, der schon einmal mit einem kleinen Kind spazieren gegangen ist, weiß, dass man mit kurzen Beinen schon laufen muss, wenn jemand mit langen Beinen noch gemütlich gehen kann (das gucken wir gleich noch näher an).

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Kommentare (22)

  1. #1 zulu
    25. April 2011

    Super Artikel, danke.

  2. #2 Anke Bebber
    25. April 2011

    Wunderbar! Sehr gut zu lesen und wirklich hochinteressant!

  3. #3 Florian Freistetter
    25. April 2011

    Wie ihr seht, ist es gar nicht so einfach, die Laufgeschwindigkeit von ausgestorbenen Tieren abzuschätzen.

    Wie – du meinst die Sendung die ich letztens auf SuperRTL gesehen habe und wo sie nen T-Rex auf ein Laufband gestellt haben um seine Laufgeschwindigkeit zu messen war nicht wissenschaftlich? 😉

  4. #4 Christian A.
    25. April 2011

    Kann mich meinen Vorschreibern nur anschließen: Toller Artikel, und super Cliff-Hanger!

    Was mich irritierend fasziniert (gibts da ein gutes Wort, was die beiden zusammenfasst?), ist dass man so eine einfache Zahl (die Froude-Zahl) nehmen kann, um damit Vergleichbarkeit herzustellen. Ich meine, das wird zwar viel auch in anderen Bereichen gemacht und ist super und sehr sinnvoll, aber ich kanns immer kaum verstehen, dass das funktioniert! Damit umgeht man ja die detaillierte Betrachtung des Systems (des Tiers) und extrahiert quasi “ratenderweise” die zugrunde liegenden Prinzipien.

    Auch ein Strauß würde vermutlich nicht überleben, wenn er stolpert;

    Stimmt das wirklich? Oder kann man das nur vermuten, weil noch nie ein stolpernder Strauß beobachtet worden ist? 😉

  5. #5 Dr. Webbaer
    26. April 2011

    (…) was passieren würde, wenn ein T. rex mit einer Geschwindigkeit von 70km/h stolpern und hinfallen würde. Ihr Fazit: er würde sich die Knochen brechen und den Sturz vermutlich nicht überleben.

    Das Argument scheint gar nicht so schlecht, denn Stolpern könnte ein Gebrauchsfall gewesen sein für das gute Tier.
    Dagegen gilt aber auch, dass in Bäumen lebende Affenarten regelmäßig Ausfälle durch Abstürze zu verkraften haben, d.h. sich zu Tode stolpernde T-Rexe könnten, nun, …, natürlich gewesen sein.

    Mal ganz laienhaft zum Strauss-Dino-Vergleich angemerkt, benötigt so ein T-Rex bei vielleicht 6t Masse nicht ein wesentlich muskulöseres [1] Fortbewegungssystem und gibt es für diese Muskelbildung keine natürlich-physikalischen Grenzen?

    MFG
    Dr. Webbaer

    PS: Wieder ein guter Artikel!, natürlich.

    [1] mu, mus, musk, …, nee, ‘Muskel’ nicht im Artikel gefunden – gerade noch auf die Schnelle gefunden: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,184572,00.html

  6. #6 Dr. Webbaer
    26. April 2011

    Einen Meilenstein in diesen Berechnung erreichten John Hutschinson und Mariano Garcia mit ihrem Nature-paper “Tyrannosaurus was not a fast runner”. Das schauen wir uns im zweiten Teil an…

    Aja, SR, hat sich dann wohl erledigt…

    MFG
    Dr. Webbaer

  7. #7 MartinB
    26. April 2011

    @FF
    Sooo schlecht war die Sendung gar nicht (hatte ich vor ein paar Jahren mal zumindest in teilen geguckt), die biomechanischen Grundlagen stimmten einigermaßen.

    @ChristianA
    Dass die froudezahl einigermaßen gut klappt, ist für viele lebende Tiere empirisch nachgeprüft. Einige Dinge (wie der Übergang gehen-Laufen) hängen an relativ fundamentalen Prinzipien; das wird im zweiten Teil vielleicht noch klarer werden.
    All zu genau sind solche Zahlen aber natürlich nicht – da sind schon einige zehn Prozent Spielraum drin.

    Was den stolpernden Strauß angeht – ich weiß nicht, ob schon mal jemand einem Strauß bei 60km/h ein Bein gestellt hab, aber wenn man sich anguckt, was mit einem Menschen passiert, der bei dem Tempo vom Fahrrad oder Motorrad segelt, glaube ich eher nicht, dass der Strauß da einfach aufsteht und alles ist gut. Zumindest bei Pferden weiß man ja, dass die sich gern mal nen Bein vertreten und dann arge Probleme haben. Vermutlich stolpern Strauße einfach nicht sehr oft – das ist ja letztlich mein Punkt.

  8. #8 Bjoern
    26. April 2011

    @Martin: Sehr schöner Artikel! Da bekommt man direkt Lust auf Biophysik… 😉

    Ich meine mich zu erinnern, mal irgendwo gelesen zu haben, man könnte an Knochen noch die Angriffspunkte der Muskeln identifizieren und daraus Rückschlüsse zu ziehen, wie groß die Muskeln gewesen sind. Erinnere ich mich da falsch, oder wird das tatsächlich auch so gemacht? (von Muskeln hattest du ja bisher nichts erwähnt, wie schon Herr Wb bemerkte… kommt dann wohl im zweiten Teil?)

  9. #9 MartinB
    26. April 2011

    @Bjoern
    Ja, ihr ungeduldigen, die Muskeln kommen noch.
    Die Ansatzpunkte kann man tatsächlich an den Knochen sehen – die Kollagenfasern der Sehnen laufen ein wenig in den Knochen hinein und hinterlassen Rauigkeiten, die man auswerten kann.

  10. #10 Bjoern
    26. April 2011

    @MartinB: Danke! (und Kompliment – in dem Artikel hier hast du’s geschafft, mit maximal zwei Klammer-Ebenen auszukommen… 😉 )

  11. #11 Andreas P.
    27. April 2011

    Klasse Artikel, freu mich schon sehr auf die Fortsetzung.

    Den T-Rex mit 90 km/h kann ich mir trotzdem kaum vorstellen, weniger weil es nicht möglich sondern eher weil es für mich nicht wirklich sinnvoll ist.
    Mal abgesehen von den Hochgeschwindigkeits-Beutetieren die ich nicht kenne (was nix heisst, ich hab keine Ahnung) .. wenn so ein 4-Tonnen-Urvieh mit 90 Sachen durch die Pampa fegt, der kann doch nicht bremsen (zumindest nicht schnell), der hat einen riesen Wenderadius und vor allem: der kann doch keinen angreifen. Ob er jetzt hinfällt oder in ein Beutetier ‘reinläuft … da ist er mit hinfallen warscheinlich noch besser dran.

  12. #12 MartinB
    28. April 2011

    @AndreasP
    J, die 90km/h scheinen auch mir nicht besonders plausibel. Auf der anderen Seite – wenn es keine Raubkatzen gäbe, könnten wir ein Tier für plausibel halten, dass mit solchen geschwindigkeiten über die Steppe fegt und Gazellen zu Fall bringt? Ohne entsprechende Fossilien hätte auch niemand geglaubt, dass ein fliegendes Tier mit Flügelspannweiten über 10Metern möglich ist. Insofern bin ich immer ein bisschen vorsichtig mit dem, was “plausibel” ist.

  13. #13 stl
    28. April 2011

    Sehr gelungener Artikel …
    Hieß es nicht einmal, dass der T Rex eher ein Aasfresser gewesen sein könnte, eben weil zu groß und als Jäger deswegen nicht so gelungen? Wobei es auch einige sehr große Pflanzenfresser gab. Ich erinnere mich auch etwas von einigen Funden gelesen zu haben, wo Knochen eines Raubsauriers angebrochen waren und dass man annehmen konnte, dass es durchaus zu Sturzen kam, die fatal waren (finde es online nicht, ist wohl zu lange her). Ob auf der Jagd verletzt oder beim Kampf mit Artgenossen, konnte man nicht sagen, logisch.

  14. #14 MartinB
    28. April 2011

    @stl
    Die Aasfresserthese wird eigentlich nur von John Horner vertreten, und auch das nicht mehr sehr ernsthaft. (Böse Zungen behaupten, es war vor allem ein PR-Trick…)
    Es ist für ein großes, landlebendes Tier nahezu unmöglich, als reiner Aasfresser klarzukommen. Außerdem hat man Fossilien von verheilten Bisswunden an verschiedenen Pflanzenfressenden Dinos gefunden, die eigentlich nur von einem Tyrannosaurier stammen können.

  15. #15 stl
    28. April 2011

    @MartinB
    Danke schön, und ja, das ist plausibel.

  16. #16 Dr. Webbaer
    29. April 2011

    @MartinB

    J, die 90km/h scheinen auch mir nicht besonders plausibel. Auf der anderen Seite – wenn es keine Raubkatzen gäbe, könnten wir ein Tier für plausibel halten, dass mit solchen geschwindigkeiten über die Steppe fegt und Gazellen zu Fall bringt?

    Vor Allem, wenn das gute Tier einmal kräftig auf die Vorderbeine fällt und sich so richtig wehtut (mit bis zu tödlichen Folgen). – Ist die Funktion seiner Vorderbeine eigentlich gut verstanden?

    MFG
    Dr. Webbaer

  17. #17 MartinB
    29. April 2011

    @Wb
    Die Biomechanik ist ziemlich gut erforscht (dazu gibt es ein paper im Buch “Mesozoic vertebrate Life”) – die Funktion ist nicht klar, viele Leute glauben, dass auch derart kurze aber kräftige Vrderbeine helfen konnten, die Beute zum Beißen zu fixieren.

  18. #18 Hütte, Norbert
    30. August 2011

    Hallo, habe auf einem Acker einen versteinerten Fussabdruck eines Dreizehers gefunden, kann diesen aber keinem Dino zuordnen. Frage: wo kann man sich erkundigen ob diese Versteinerung echt ist und ob es sicvh um einen wertvollen Fund handelt? Bitte um Rückinfo, m. f. G. gez. Norbert Hütte, 37339 Worbis, Goetheweg 5

  19. #19 Hütte, Norbert
    30. August 2011

    Hallo, habe auf einem Acker einen versteinerten Fussabdruck eines Dreizehers gefunden, kann diesen aber keinem Dino zuordnen. Frage: wo kann man sich erkundigen ob diese Versteinerung echt ist und ob es sicvh um einen wertvollen Fund handelt? Bitte um Rückinfo, m. f. G. gez. Norbert Hütte, 37339 Worbis, Goetheweg 5

  20. #20 Hütte, Norbert
    30. August 2011

    Hallo, habe auf einem Acker einen versteinerten Fussabdruck eines Dreizehers gefunden, kann diesen aber keinem Dino zuordnen. Frage: wo kann man sich erkundigen ob diese Versteinerung echt ist und ob es sicvh um einen wertvollen Fund handelt? Bitte um Rückinfo, m. f. G. gez. Norbert Hütte, 37339 Worbis, Goetheweg 5

  21. #21 MartinB
    30. August 2011

    Hallo Herr Hütte,
    am besten lassen Sie den Fund so, wie er ist, machen ein paar möglichst gute Fotos aus unterschiedlichen Blickwinkeln (günstig ist vermutlich leicht streifender Lichteinfall) und wenden sich an das nächstbeste Naturkundemuseum (Braunschweig zum Beispiel ist ja vermutlich nicht zu weit weg). Die Wahrscheinlichkeit, einen Dinofussabdruck auf einem Acker zu finden, ist eher klein, aber wer weiß.
    Ich bin selber kein Experte und kann deshalb nicht weiterhelfen.

  22. #22 Zacharias Fögen
    Mainz
    23. September 2013

    Hallo, ich habe mal zwei Fragen dazu.

    Hat aber nichts mit Dinosauriern zu tun. 😉

    Heißt die Froude-Zahl FR=V²/gL, dass ich auf dem Mars (angenommen nur 1/3 der Erdbeschleunigung) nur langsamer, also maximal etwa halb so schnell laufen könnte wie auf der Erde?

    und zweitens, angenommen ich wäre ein Riese von 8 Metern mit identischer Anatomie, oder ein Zwerg von einem halben Meter mit ebenfalls gleicher Anatomie, dass ich dann doppelt so schnell laufen würde bzw. halb so schnell? Oder wäre das aus anderen gesichtspunkten total unplausibel?

    Verrückte Fragen, aber naja.

    Wäre begeistert eine fundierte Antwort zu bekommen.

    Freundliche Grüße!