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Biomechanik: Natur verwirklicht mathematisch idealen Schildkrötenpanzer

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Die Form der Rückenpanzer von Käfern oder Schildkröten ist nicht immer darauf optimiert, versehentlich auf den Rücken gefallenen Tieren ein leichtes Umdrehen aus ihrer misslichen Lage zu ermöglichen, ermittelten ungarische Mathematiker mit einem komplexen mathematischen Modell. Dass sich die hierfür optimale, hochrückige Geometrie des Panzers nicht flächendeckend durchgesetzt hat beweise, dass sie offenbar Nachteile mit sich bringt, so Gábor Domokos und Peter Várkory.

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Runde Schildkröte | Schildkröten mit hohem, runden Rückenpanzer wie hier Geochelone elegans liegen mit ihrem hohem Schwerpunkt (G) auf dem Rücken instabil. Schon geringe Auslenkungen der Beine und dezentes unterstützendes Kopfwackeln destabilisieren die Stellung, bis die Beine in Bodenkontakt kommen und durch Schubbewegungen die Normallage wiederherstellen.
Die beiden Wissenschaftler hatten verschiedene Schildkröten mit flachen oder hochgewölbten Rückenpanzern umgedreht und die Bemühungen dokumentiert, mit der die Tiere wieder festen Boden unter ihre vier Beine brachten. Dies gelang zwar allen Versuchsteilnehmern, allerdings mit deutlich unterschiedlichem Aufwand und unter Einsatz sehr verschiedener Techniken. Als geometrisch optimal für gelungene, energetisch wenig aufwändige Seitenrollen aus der Rückenlage erwies sich ein hochgewölbter Panzer wie jener der Art Geochelone elegans. Eine ähnliche Panzerform hatten die Forscher in ihrem Modell zuvor tatsächlich als für den Zweck ideal ermittelt.

Geochelone-artige Tiere liegen wegen der gewölbten Panzerkuppel und einem hohem Schwerpunkt auf dem Rücken ohnehin sehr instabil. Schon geringe Auslenkungen der Beine und dezentes unterstützendes Kopfwackeln destabilisieren die Rückenstellung, bis die Beine in Bodenkontakt kommen und durch Schubbewegungen die Normallage wiederherstellen.

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Flache Schildkröte in Not | Tiere mit flachen Panzern wie Hydromedusa tectifera müssen mit ihrem Hals intensiv gegen die Schwerkraft arbeiten, bis das Tier seinen Panzer genau in Seitenlage gestemmt hat. Erst danach wird es leichter: Die Schwerkraft lässt die Schildkröte in die Bauchlage plumpsen.
Tiere mit flachen Panzern wie Hydromedusa tectifera müssten dagegen "deutlich höhere primäre Energiebarrieren zwischen den instabilen und stabilen Equilibrierungszuständen" von Rücken- und Bachlage überwinden, so die Forscher. Die Schwerkraft arbeite dabei solange gegen die deplatzierte Schildkröte, bis das Tier durch intensiven Einsatz des stemmenden Halses auf der Seite liegt – anschließend fällt sie dann ohne weitere eigene Anstrengung, da gravitationsunterstützt, heftig auf den Bauch.

Zusammenfassend stellen die Forscher fest, dass sich flache Panzer wohl bei wasserlebenden, stromlinienförmigen sowie bei grabenden Arten lohnen, auch wenn sie die Tiere beim Rückenfall vor anstrengende Herausforderungen stellen. Hochrückige, runde Panzer haben neben dem geringen Umdrehaufwand auch den Vorteil eines besseren Schutzes sowie einer effizienteren Thermoregulation. Der kuppelgewölbte Panzer kommt daher bei vielen landlebenden Arten in einer Ausprägung vor, die der mathematisch als ideal vorhergesagten Form nahezu identisch ist, so Domokos und Várkory. (jo)
17.10.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 17.10.2007

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