Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Effiziente Bewegungssteuerung bei Säugetieren

02.06.2004


Funktionale Gelenke in Greiforganen sparen Hirnleistung und Energie




Einen Fuß vor den anderen - auch scheinbar einfache Bewegungen sind komplexe Koordinierungsaufgaben. Vor allem für die Handmotorik ist bekannt, dass zielgerichtete Bewegungen für das Gehirn aufwendige "Rechenleistungen" und hohen Energieverbrauch bedeuten. Können Tiere für einzelne Aktionen ihre Bewegungsmöglichkeiten reduzieren, um Energie zu sparen und trotzdem exakt Zupacken? Die Biologin Franziska Martin von der Freien Universität Berlin hat untersucht, wie afrikanische Elefanten und Klammeraffen ihre flexiblen Greiforgane - Rüssel beziehungsweise Greifschwanz - einsetzen. In ihren Untersuchungen fand Martin heraus, dass die unterschiedlichen Tiere den gleichen mechanischen Trick, das funktionelle Gelenk, anwenden, dem ein gemeinsames Organisationsprinzip zugrunde liegt.



Die Greiforgane Rüssel und Greifschwanz eignen sich auf den ersten Blick nicht für einen Vergleich; zu groß sind die anatomischen und funktionellen Unterschiede. Gleiches gilt eigentlich auch für die Bewegungsvorgänge. Während der Elefantenrüssel meist nach unten gehalten wird und die Bewegungen zur Nahrungsaufnahme vertikal (oben/unten) verlaufen, halten Klammeraffen ihren Greifschwanz immer hoch und beim Hangeln pendelt er horizontal (vorne/hinten). Beide Tierarten können jedoch durch Muskelkontraktionen ihre Greiforgane in zwei Abschnitte unterteilen: Der körpernahe wird zu einer Art stabilem Lastarm, der körperferne Teil bleibt flexibel und schwingt in Richtung nahrhafter Blätter oder Halt bietender Äste.

So entsteht zwischen den Segmenten, an der Biegestelle, ein so genanntes funktionelles Gelenk. Mit diesem Organisationsprinzip reduzieren die Tiere für einzelne Aktionen die Bewegungsmöglichkeiten (Freiheitsgrade) ihres Greiforgans und damit den Energieaufwand für die Koordinationsarbeit - die Steuerung beschränkt sich auf die Biegestelle und die Bewegungen können sich rein mechanisch ergeben.

Auch beim Transport von Blättern vom Baum zum Maul versuchen Elefanten, Energie zu sparen. Das funktionelle Gelenk wandert dabei allmählich in Richtung Kopf, der "Lastarm" wird kürzer und braucht weniger Kraft. Bei der Fortbewegung der Klammeraffen entsteht durch die beiden unterschiedlich flexiblen Segmente ein peitschenartiger Bewegungsablauf: Der körpernahe Abschnitt pendelt an der Greifschwanzbasis nach vorn, das flexible Schwanzende pendelt an der Biegestelle ebenfalls nach vorn. Erreicht nun das Greifschwanzende einen Ast, schlingt es sich fest um ihn. Weil dabei das stabile Segment (quasi umgekehrt) um die Biegestelle weiter nach vorne pendelt, wird der Affenkörper hochgehoben.

Den Vergleich unterschiedlicher Greiforgane hat Franziska Martin an neun fressenden afrikanischen Elefantenweibchen (Loxodonta africana) und vier hangelnden Klammeraffenweibchen (Ateles geoffroyi) mit einem für Bewegungsanalysen konzipiertem Videosystem (Peak5 Motion Analysis System) durchgeführt. Das gefundene Organisationsprinzip, die Reduzierung von Freiheitsgraden mit funktionellen Gelenken, wird durch eine weitere Tiergruppe bestätigt: Auch bei den Greifarmen von Tintenfischen bilden sich Biegestellen. Für die Evolution flexibler Greiforgane ist die Reduzierung der für die Bewegungsorganisation nötigen Hirnleistungen ein zentraler Selektionsfaktor.


Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Dr. Franziska Martin, Institut für Biologie der Freien Universität Berlin, AG Humanbiologie und Anthropologie, Tel.: 030 / 838-52965, E-Mail: fmartin@zedat.fu-berlin.de

Matthias Manych | idw

Weitere Berichte zu: Gelenk Greiforgane Greifschwanz Klammeraffe

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entzündung weckt Schläfer
29.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Rostocker Forscher wollen Glyphosat „entzaubern“
29.03.2017 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Entzündung weckt Schläfer

29.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mittelstand 4.0-Kompetenz­zentrum Stuttgart gestartet

29.03.2017 | Wirtschaft Finanzen

Energieträger: Biogene Reststoffe effizienter nutzen

29.03.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz