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Warum große Menschen sparsamer laufen

Von / 12. November 2010 / 11 Kommentare
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… ist eine Frage, die man sich vielleicht wirklich mal stellen kann. Denn spätestens seit Max Kleibers Gesetz über den Zusammenhang zwischen Stoffwechselrate und Körpermasse gibt es ja eine wissenschaftliche Erklärung dafür, dass große Lebewesen weniger Energie, relativ zu ihrer Körpermasse verbrauchen als kleine. Also muss das doch auch die Erklärung für die – Eltern sehr vertraute – Beobachtung sein, dass Kinder beim Laufen schneller müde werden als Erwachsene, oder? Die Antwort, die der Physiologe und Biomechaniker Peter G. Weyand von der Southern Methodist University in Dallas gefunden und in der aktuellen Ausgabe des Journal of Experimental Biology veröffentlicht hat, ist eigentlich so un-überraschend, dass ich mich hier gar nicht lange mit der methodischen Beschreibung aufhalten will: Nein, große Menschen sind in ihrer inneren Funktionsweise nicht wirklich energiesparender als kleine – für jeden Schritt verwenden beide ziemlich genau die gleiche Energiemenge. Aber weil große Menschen eben groß sind, das heißt, längere Beine haben, brauchen sie für die gleiche Strecke weniger Schritte, ergo weniger Energie. Und das ist das ganze Geheimnis …

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Kommentare (11)

  1. #1 siric
    12. November 2010

    Hatte letztens auf arte eine Doku über Fraktale gesehen, da würde das Problem auch angesprochen. Allerdings war da die Erklärung, dass durch die fraktle Struktur der “Transportsysteme” (für den Stoffaustausch) größere Lebewesen Energie effezienter verteilen können:

  2. #2 klauszwingenberger
    12. November 2010

    Für diese Einsicht hätte ich diese Arbeit nicht einmal gebraucht. Man muss sich nur klar machen, dass die Natur nicht skalensymmetrisch funktioniert. Wenn ich etwa die Ausmaße eines Gebäudes verdoppele, ist es auch nicht einfach damit getan, alle Längen und Breiten der Tragelemente im gleichen Maßstab mitwachsen zu lassen. Tue ich das, bricht mir der Bau über meinem unwürdigen Haupt zusammen. Oder poetischer: die Riesenwelt in Jonathan Swifts Gulliver wäre überhaupt nicht lebensfähig, sie würde unter ihren eigenen Massen zerquetscht. Es hätte mich gewundert, wenn in dynamischen Systemen etwas anderes gälte, als in statischen.

  3. #3 ali
    12. November 2010

    Warum wird also gesagt, dass Spitzen-Maratholäufer ab einer bestimmten Grösse einen Nachteil haben? Ist das Voodoo? Zumindest scheinen die meisten Spitzenläuferinnen nicht sehr gross zu sein. Müsste Grösse da nicht immer ein Vorteil sein?

  4. #4 Jürgen Schönstein
    12. November 2010

    @Ali
    Gute Frage. Ich würde mal schätzen, dass diese Spitzenleistungen weniger eine Frage des Energieverbrauchs pro Kilometer sind, sondern dass da noch eine Menge anderer bio- , ergo- und aerodynamischer Faktoren mit ins Spiel kommen. Rennwagen sind ja auch nicht deshalb schneller, weil sie weniger Sprit pro Kilometer verbrauchen, sondern weil sie für hohe Geschwindigkeiten gebaut sind.

  5. #5 ali
    12. November 2010

    @Jürgen

    Die Frage kam bei mir auf, weil ich in der neusten Ausgabe des New Yorkers einen Artikel zu Marathonläufern gelesen habe in dem beiläufig über ein Läufer gesagt wird: “At six feet one, Salazar was also tall for a distance runner”. Der ganze Artikel dreht sich um Effizienzgewinn durch Laufstil, Körperhaltung, Gewicht-Muskelverhältnis etc. Vielleicht habe ich da einfach eine Abkürzung genommen.

  6. #6 hemathor
    12. November 2010

    jede masse muss bewegt werden. und das kostet energie.

    was bei einem spaziergang vielleicht nicht so sehr ins gewicht faellt (achtung: wortspiel!), kann bei einem marathonlauf schon extreme unterschiede ausmachen. vermutlich sind deshalb die marathonlaeufer solche hungerhaken. je weniger masse, desto weniger energie ist noetig, und umso laenger kann der laeufer durchhalten. natuerlich braucht es auch muskulatur, aber bei ausdauersportlern ist diese ganz im gegensatz zu den sprintern ohnehin nicht sonderlich stark ausgepraegt.

    a propos sprinter: usain bolt sowie allison felix sind paradebeispiele dafuer, dass sich ansichten und wissenschaftliche erkenntisse auch aendern koennen. war doch frueher die devise, dass sprinter nicht klein und muskuloes genug sein koennen, geht der heutige trend ja eindeutig in die gegenteilige richtung. und ich glaube, im deutschen team haben wir auch einen relativ grossen marathonlaeufer, der trotzdem an die 2:20h rankommt, oder sogar schneller ist, keine ahnung.

    also alle berechnungen der fachleute und/oder biodynamiker gelten immer nur so lange, bis ein sportler kommt, der das gegenteil beweist…

  7. #7 derhanfi
    13. November 2010

    Bei Radrennfahrer kann man das auch feststellen: Hungerhaken und prätestiniert für den Ausdauersport. Aber hier würde mich dann auch diese These interessieren.
    Fahrradfahrer mit längeren Beinen fahren effizienter?
    Kann jemand dazu was sagen?
    Ich als “Durschnittsgroßer” hatte irgendwie immer das Gefühl, dass die größeren (schlanken!) mir davon radeln=). Ok, das ist jetzt weniger eine Frage der Effizienz.

  8. #8 MartinB
    13. November 2010

    Der Themenkomplex “Skalierung” ist ziemlich komplex, weil es diverse Einflussgrößen gibt, die z.T. gegenläufig sind. Große Tiere machen längere Schritte und haben deshalb, wie von Jürgen dargestellt, zunächst einen Geschwindigkeitsvorteil (um unterschiedliche Tiere zu vergleichen, verwendet man deshalb die dimensionslose Froude-Zahl: v*v/g*l, wobei v die Geschwindigkeit, g die Erdbeschleunigung und l die Beinlänge ist). Damit stellt man dann fest, dass bei gleicher Froude-Zahl der gleiche Laufstil verwendet wird (deshalb muss ein Kind laufen, wenn es mit einem schnell gehenden Erwachsenen mithalten will).
    Auf der anderen Seite haben große Tiere den Nachteil, dass ihre Knochen und Muskeln insgesamt weniger Kraft aufbringen können, weil die Muskelkraft und Knochenfestigkeit proportional zum Querschnitt ist, der wächst mit dem Quadrat der Länge, die Masse wächst aber mit der dritten Potenz der Länge. Deshalb sind sehr große Tiere eher langsam und müssen ihre Extremitäten gerade halten.
    Wie genau diese Effekte sich bei Sprintern und Marathonläufern am Ende auswirken, kann ich aus dem Hut nicht sagen – steht dazu vielleicht was in dem paper?

  9. #9 Sven Türpe
    14. November 2010

    Fahrradfahrer mit längeren Beinen fahren effizienter?

    Das erscheint mir unplausibel. Auf die Schrittlänge kommt es beim Radfahren nicht an, sondern bei konstant gehaltener Mechanik (Kurbellänge, Getriebe, Radgröße) auf die Trittfrequenz. Der Langbeiner muss pro Kurbelumdrehung mehr Bein mitbewegen, und das vielleicht noch bei höhrem Luftwiderstand.

    Wirklich Ahnung habe ich allerdings keine.

  10. #10 MartinB
    14. November 2010

    @SvenTürpe
    Auf der anderen Seite arbeiten Muskeln aber am effizientesten bei ihrer Ruhelänge – der Langbeiner kann deshalb bei gleicher Trittlänge dichter am Optimum bleiben.
    Passt man im Radrennsport die Kurbellänge eigentlich an die Fahrer an?

  11. #11 klauszwingenberger
    15. November 2010

    @ MartinB:

    Es gibt für den Wettkampfsport tatsächlich Kurbeln mit unterschiedlicher Länge. Campagnolo bietet für die Komponenten der Record-Gruppe nicht weniger als fünf unterschiedlich lange Kurbeln an, in der Spanne zwischen 170 und 180 mm. Bei Shimanos DuraAce sind drei Varianten im Handel, bei denen allerdings nicht alle Kettenblattkombinationen mit allen Kurbellängen kombinierbar sind.