Elephantenbild von Sklmsta – Own work, CC0, Link
Tatsächlich sind die Knochen von Elefanten aber nicht ungewöhnlich dick, sondern (im Vergleich zur Katze) überraschend dünn. Um das zu verstehen, brauchen wir wieder unsere Skalierungsgesetze. Ein Elefant wiegt grob geschätzt tausendmal mehr als eine Katze (so 6kg ist ein guter Schätzwert für einen Stubentiger, 6t passt für einen afrikanischen Elefantenbullen). Damit müsste der Elefant etwa zehnmal größer sein (denn skaliere ich die Länge um den Faktor 10, vergrößert sich das Volumen und damit die Masse um den Faktor 1000). Die Schulterhöhe eines Elefantenbullen liegt so zwischen 3 und 4 Metern, dann müsste die Katze so etwa 30 bis 40cm Schulterhöhe haben – ich habe gerade keine Katze griffbereit, aber so ungefähr sollte das stimmen. (Kurzer Check im Internet: Hier gibt es als Beispiel die Maine-Coone-Katze mit Schulterhöhe 40cm und Masse von 5-9kg. Passt also.)
Diese Masse muss das Tier aber auch mit sich herumtragen können. Die Tragfähigkeit von Knochen (oder überhaupt von jeder Art von tragender Struktur) ist proportional zur Querschnittsfläche. Wenn man die Katze auf Elefantengröße skaliert, dann nimmt ihre Masse um das Tausendfache zu, der Querschnitt der Knochen nur um das Hundertfache. Die Knochen würden also zehnmal stärker belastet, Knochenbrüche wären vorprogrammiert.
Um das zu vermeiden, müssen die Knochen von Elefanten also dicker sein. Wieviel dicker? Die Fläche muss sich im Vergleich zur Länge verzehnfachen, also müsste sich der Durchmesser etwa verdreifachen (3 mal 3 ist neun und der Rest ist beim Abschätzen unwichtig). Hier mal die Oberschenkelknochen von Katze (links) und Elefant (mitte) aus den Fotos herauskopiert, gedreht und auf die gleiche Länge gebracht. Rechts daneben habe ich eingezeichnet, wie dick der Elefantenknochen sein müsste, um die “richtige” Querschnittsfläche zu haben:
Ganz so dick ist der echte Elefantenknochen dann doch nicht – Elefanten haben also eigentlich dünnere Knochen, als man erwarten könnte. Dass die Knochen großer Tiere im Verhältnis dicker sein müssten, wusste übrigens schon Galilei (hier ein Bild aus den “Discorsi”):
Wie schaffen es Elefanten aber, dass ihre Knochen nicht brechen? Ganz einfach – habt ihr schon mal einen Elefanten gesehen, der auf einen Schrank springt? Eben. Elefanten sind ja eher behäbig (obwohl sie ziemlich schnell laufen können) und setzen ihre Beine immer schön gerade und senkrecht auf. Dadurch vermeiden sie große Biegekräfte, die bei Tieren wie Katzen (und auch uns Menschen) die größte Knochenbelastung ausmachen.
Wenn ihr mal die Gelegenheit habt, ein Elefantenskelett aus der Nähe zu betrachten, dann könnt ihr übrigens sehen, dass der Oberschenkelknochen im Querschnitt nicht einigermaßen rund ist wie bei der Katze (oder bei uns), sondern dass er fast plattenförmig ist – in vorwärts-rückwärts-Richtung ist er vergleichsweise dünn (wie oben auf den Bildern), aber wenn man von vorn drauf schaut sieht man, dass er sehr breit ist. Das ist gut verständlich, denn wenn der Elefant ein Bein anhebt, wirken auf das Bein, das noch am Boden ist, natürlich Biegekräfte in dieser Richtung. Eine schöne Fotostrecke mit einem Elefantenskelett habe ich übrigens gerade hier auf der Seite des Liverpool-Museums gefunden.
Bei den großen Dinosaurier, den Sauropoden, ist das übrigens ganz ähnlich, auch da sind die Beinknochen viel breiter als dick.
Trotzdem sind natürlich die Knochen des Elefanten im Verhältnis zu Katze dicker. Was genau diese Dicke bestimmt, dazu gibt es verschiedene Theorien, die ich jetzt hier nicht alle ausbreiten will. Wer mehr wissen will, kann unten bei Schmidt-Nielsen nachgucken (oder ihr nörgelt in den Kommentaren rum, dass ich dazu auch mal was schreiben soll…).
Und das erklärt jetzt auch, wie das mit der Ameise ist. Ameisen haben verdammt dünne Beine (mit einem Außenskelett), trotzdem können sie das Vielfache ihres Körpergewichts tragen. Tja, wenn ich so klein wäre, könnte ich das auch. Würde ich mich um den Faktor 100 in der Länge verkleinern, dann würde mein Körpergewicht um den Faktor eine Million abnehmen, meine Kraft aber nur um den Faktor Zehntausend. Ich könnte also locker das Hundertfache meines Körpergewichts tragen. (Allerdings hätte ich ne Menge andere Probleme, unter anderem mit dem Wärmehaushalt, weil ich so viel Wärme abstrahlen würde.) Ameisen haben also keine besonders leistungsfähigen Muskeln oder Ähnliches, sie sind einfach nur klein. Genial gute Animationen zu diesem Thema gibt es auf der Seite Understanding Evolution der Uni Berkeley (unbedingt anklicken!)
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