Je leest:

Rennen ten voeten uit

Rennen ten voeten uit

Auteur: | 23 februari 2010

Olifanten kunnen een snelheid van 40 km/h halen. De manier waarop ze dit doen kan volgens wetenschappers eigenlijk geen rennen genoemd worden. Dit roept direct vragen op over hoe rennen er dan wel uit ziet. Welke dieren zijn typische renners? Hoe zit het dan met mensen?

Olifanten kunnen heel goed lopen. Ze gebruiken per kilogram lichaamsgewicht minder energie om een kilometer vooruit te komen dan andere dieren. De meeste dieren die een snelheid van 40 km/u halen doen dit door te rennen. De olifant bereikt dezelfde snelheid door harder te gaan lopen, een soort snelwandelen.

Onderzoekers uit België, Italë en Thailand onderzochten de looptechnieken van Aziatische olifanten en publiceerden hun resultaten in The journal of experimental biology. Als het dier snelheid maakt, begint het achterlichaam op en neer te bewegen. Volgens de onderzoekers is dit typisch voor het rennen, maar doet een olifant dit alleen in één helft van de beweging. In de andere helft gaat het lichaam bijna niet op en neer. Het harde lopen is dus voor de helft rennen en voor de helft wandelen. Dat roept de vraag op: wat is rennen nu precies?

Loopwiel

Veel dieren in de natuur moeten rennen. Als ze alleen even water willen drinken of een ander grasveldje op willen zoeken lopen ze in een rustig tempo, stap voor stap. Als diezelfde dieren plotseling moeten vluchten voor een roofdier sprinten ze met hoge snelheid het veld over. Dat sprinten is niet hetzelfde als heel snel lopen, het is een heel andere manier van bewegen. De verschillende manieren waarop dieren bewegen worden gangen genoemd.

Verschillende gangen zijn misschien wel het bekendst van de paardensport. Voorbeelden van gangen bij paarden zijn stap en draf. Stap is het rustigst en lijkt daarmee op wandelen. Bij een iets hogere snelheid wordt de stap onhandig en schakelt een paard over in draf. Ook andere viervoeters hebben deze gangen, zoals te zien is in de (slow motion) filmpjes hieronder. Het eerste filmpje toont een paard in draf. Deze gang is te herkennen aan de stand van de benen. Aan de linker kant komt het achterste been naar voren terwijl het voorste been naar achter staat. Aan de rechter kant gebeurt dit precies andersom. Het dier komt hierbij heel eventjes los van de grond.

In het volgende filmpje is een muis te zien in een loopwiel. Net als het paard loopt de muis in draf. Af en toe verlaagt het tempo en wisselt de muis naar een andere gang, stap. In stap doen de voor- en achterpoten aan beide kanten hetzelfde.

Een draf is al geen lopen meer, maar het gaat nog niet erg snel. Als een dier veel snelheid nodig heeft schakelt het over op de galop. Bij een galop maakt het dier eigenlijk geen stappen maar sprongen. Hierdoor is het dier een groot deel van de tijd los van de grond. In galop is een dier echt aan het rennen. Een goed moment voor bijvoorbeeld een gazelle om in galop te gaan is als er een cheetah op haar jaagt. In onderstaand filmpje is te zien dat zowel de cheetah als de gazelle bij het galopperen maar heel kort de grond raken.

Omdat de gazelle en de cheetah beiden zoogdieren zijn is het niet verbazend dat ze ongeveer hetzelfde rennen. De skeletten van verschillende zoogdiersoorten lijken immers veel op elkaar en bevatten vaak dezelfde botten. Ook de poten en voeten zijn ongeveer hetzelfde opgebouwd, hoewel de vorm en grootte van de botten vaak sterk verschillen. Kat- en hondachtigen staan op de bal van hun voet en tenen. Sommige andere dieren staan op een enkele teen die sterk genoeg is om op te staan, zoals paarden en runderen. De nagel van die teen is veel groter dan bij andere dieren. Die nagel vormt de bekende hoef.

De skeletten van een leeuw (linksboven), een paard (linksonder) en een olifant (rechts) vertonen veel overeenkomsten in opbouw.

Het skelet van een olifant is vergelijkbaar met dat van andere zoogdieren. Toch zal je een olifant niet zo snel over de steppe zien galopperen. Waarom rennen olifanten niet zoals andere dieren? De krachten op de poten van dieren zijn proportioneel met het gewicht dat erop rust, terwijl de sterkte van de poten afhankelijk is van het doorsnee oppervlak van de botten. Volgens de onderzoekers van de olifanten zijn het daardoor relatief breekbare dieren. Dat is een van de nadelen van een groot lichaam.

Zuurstofverbruik

Tot nu toe zijn dieren besproken die op vier poten lopen, maar hoe zit het dan met mensen? Mensen lopen rechtop, gebruiken maar twee benen en staan niet alleen op hun tenen maar gebruiken hun hele voet. Het is jarenlang een raadsel geweest waarom mensen op die manier geëvolueerd zijn. Het helpt ons in elk geval niet aan roofdieren te ontkomen. Zelfs tamme katten halen ons met gemak in, zonder training of warming up.

Ondanks het verlies aan snelheid, heeft het rechtop lopen ook voordelen. Onze manier van lopen maakt ons namelijk hele efficiënte wandelaars. Wetenschappers uit Utah (VS) en Jena (Duitsland) berekenden het energieverbruik van mensen die op verschillende manieren liepen. De ene groep zette eerst de hiel op de grond en dan de rest van de voet. De andere groep hield de hiel juist los van de grond en gebruikte alleen de voorkant van de voet. Wat bleek? Mensen die bij het wandelen eerst hun tenen neerzetten hebben 53% meer energie nodig dan mensen die eerst hun hiel op de grond zetten.

Hoewel deze onderzoekers er van uit gaan dat lopen op de hiel natuurlijk is, denken sommige wetenschappers er anders over. Zo zou het neerzetten van de hiel iets moderns zijn dat we zijn gaan doen door het dragen van sportschoenen. Kleine kinderen lopen vaak op hun tenen en marathonlopers die op blote voeten rennen komen ook eerst op de bal van hun voet terecht.

Beide groepen hebben evenveel energie nodig om een stuk te rennen, maar er is duidelijk verschil bij het wandelen. De onderzoekers maten de hoeveelheid zuurstof die proefpersonen in beide groepen verbruikten. Het zuurstofverbruik van een persoon neemt toe als diegene meer energie verbruikt. Hoe minder zuurstof iemand verbruikt, hoe zuiniger hij dus met zijn energie omgaat. Door de hiel eerst neer te zetten kunnen we volgens de onderzoekers energie uit een stap hergebruiken in de volgende stap. Ook hoeven onze spieren minder werk te leveren als de gehele voet op de grond staat, dan wanneer we onze hiel moeten optillen.

De onderzoekers denken dat mensen anders lopen dan andere dieren omdat onze voorouders jager-verzamelaars waren. Een moderne jager-verzamelaar legt gemiddeld 10 tot 15 kilometer per dag af en heeft een leefgebied van 175 km2, veel meer dan bijvoorbeeld verschillende apensoorten. Om dat vol te kunnen houden mocht het lopen niet te veel energie kosten. Dat ging ten koste van snelheid, maar voor het probleem van de roofdieren hebben mensen andere oplossingen gevonden.

Bronnen

  • J.J. Genin, P.A. Willems, G.A. Cavagna, R. Lair and N.C. Heglund, Biomechanics of locomotion in Asian elephants, The Journal of Experimental Biology (2010) 213:694-706
  • C.B. Cunningham, N. Schilling, C. Anders and D.R. Carrier, The influence of foot posture on the cost of transport in humans, The Journal of Experimental Biology (2010) 213:790-797

Zie ook

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 februari 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.