Forscher entschlüsseln Formgebung der Natur

Tiere und andere Lebewesen entwickeln ihre Bewegungsabläufe nach dem gleichen Prinzip wie die fließende unbelebte Natur. Das behaupten der Mechanikwissenschaftler Adrian Bejan von der Duke University und der Biologe James Marden von der Penn State University im Fachjournal Physics of Life Review.

Sie entdeckten, dass ein Gesetz zur Entstehung fließender Formen von Mineralien, Wasser, Luft und Himmelskörpern auch für alle Lebewesen wie Pflanzen, Tiere, Pilze, Einzeller und Bakterien gültig ist. Die Evolution ihrer Bewegung verfolge laut den Forschern ebenfalls stets das Ziel, ins Gleichgewicht zu kommen und Widerstände zu minimieren.

„Die Evolution der belebten Natur geschieht analog zur Formentwicklung bei unbelebten Fließsystemen“, erklärt Bejan. Diese Erkenntnis könne verschiedenartige Perspektiven aus unterschiedlichen Disziplinen miteinander vereinen.

Bejan führt diese Aussage auf das konstruktale Gesetz zurück, das er 1996 selbst entwickelt hat. Es besagt, dass Fließsysteme ihre Ströme ständig optimieren müssen, um zeitlich zu überleben. Beobachten kann man dieses Prinzip bei der Formentwicklung von Verästelungen von Lungen und Flussdeltas bis hin zu Turbulenzen, Flussdesigns und sogar sozialen Dynamiken. Das Gesetz kann auch zur Vorhersage der Formentwicklung angewandt werden.

Bisher war jedoch nicht bekannt, dass es auch für die Entwicklung der Bewegung aller Lebewesen zutrifft. „Die Entdeckung, dass Tierbewegungen durch das konstruktale Gesetz erklärbar sind, lässt darauf schließen, dass bei bestimmter Schwerkraft und Gewebedichte immer dieselben Grundmuster entstehen“, so Bejan. Das Prinzip sei unabhängig von der Tatsache gültig, dass man das genaue Aussehen von Tieren zum Zeitpunkt des Evolutionsbeginns nicht voraussagen könne, und gelte auch auf anderen Planeten.

Auf die Spur dieses Prinzips kamen die Wissenschaftler durch den Versuch, Schwimm-, Lauf- und Flugbewegungen verschiedener Tierarten durch dieselbe Formel zu erklären. Bisher war die Wissenschaft davon ausgegangen, dass sich Schwimmbewegungen grundsätzlich von anderen Fortbewegungsformen unterscheiden, da Tiere im Wasser nicht den Gesetzen der Schwerkraft unterliegen.

Bejan bezeichnet Vögel und Landtiere als „Gewichtsheber“, da ihre Fortbewegung stets Kraftaufwand zwischen dem unnachgiebigen Erdboden und der unbegrenzten Beschränkung des Himmels bedeuten. Fische besitzen laut dem Wissenschaftler jedoch durch den Meeres- oder Seegrund ebenfalls einen solchen Boden. Da in Folge das Wasser über und um Fische wie die Luft bei Läufern und Fliegern strömt, seien Fische auch Gewichtheber, was ihre Fortbewegungsform ebenfalls durch das konstruktale Gesetz beschreibbar mache.