Große Tiere bewegen sich langsamer als kleine, um eine Überhitzung zu vermeiden

Für Tiere, die mehr als eine Tonne wiegen, ist die Schwierigkeit, auf langen Strecken cool zu bleiben, der entscheidende limitierende Faktor für ihre Geschwindigkeit, unabhängig davon, ob sie laufen, schwimmen oder fliegen, haben Forscher herausgefunden.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die globale Erwärmung ein noch größeres Problem für große Tiere sein wird als bisher angenommen. „Wenn unser Modell richtig ist, müssen größere Tiere ihre Aktivität generell reduzieren oder sich mehr nachtaktiv verhalten“, sagt sie Alexander Färber am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung in Leipzig.

Dyer und seine Kollegen begannen damit, eine Datenbank mit den maximalen Dauergeschwindigkeiten von mehr als 500 Tierarten zusammenzustellen, von Insekten und Fischen bis hin zu Walen und Elefanten. Sie schlossen nur Studien an sich frei bewegenden Tieren in freier Wildbahn ein, die beispielsweise auf Videoaufzeichnungen, Radar- oder Ortungsgeräten beruhten, und schlossen Studien an in Gefangenschaft gehaltenen Tieren aus.

Sie fanden heraus, dass die Reisegeschwindigkeit mit zunehmender Größe der Tiere zunahm, bis ihre Masse 1000 Kilogramm erreichte, wonach sich die Geschwindigkeiten einpendelten und abzunehmen begannen. Das Team untersuchte mehrere mögliche Erklärungen und kam zu dem Schluss, dass ein einfaches Modell, das abschätzt, wie stark die Tiere langsamer werden müssten, um eine Überhitzung zu vermeiden, die Form der Kurve erklären könnte.

Das Problem ist, dass Muskeln grundsätzlich sehr ineffizient sind, sagt Dyer. „Von 100 Joule chemischer Energie, die in Ihre Muskeln gepumpt werden, werden 70 dieser Joule einfach in Wärme umgewandelt.“

Kleine Tiere können diese überschüssige Wärme aufgrund ihres größeren Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen schnell verlieren, aber für große Tiere wird diese Wärme zu einem großen Problem.

Dies scheint für schwimmende Tiere ein ebenso großes Problem zu sein, obwohl Körper im Wasser schneller Wärme abgeben können als an der Luft. Dyer glaubt, dass dies daran liegt, dass große Meerestiere wie Wale viel Isolierung haben, um sie im Ruhezustand warm zu halten. „Die Wärmeableitung ist eine Eigenschaft des Tieres und nicht des Mediums, in dem es sich bewegt“, sagt er.

“Ich finde [the team] liefern ein überzeugendes Argument dafür, dass Tiere mit großem Körper einer zusätzlichen metabolischen Einschränkung ihrer Höchstgeschwindigkeit im Zusammenhang mit Überhitzung ausgesetzt sind“, sagt die Forscherin Walter Jetz an der Yale-Universität.

„Das ist eine wichtige grundlegende Erkenntnis, hat aber auch konservatorische Relevanz. Da durch menschliche Aktivitäten die Entfernungen zunehmen, die Tiere zurücklegen müssen, um von einem Nahrungsgebiet zum anderen zu gelangen, könnten Arten mit großem Körper, die oft bereits stark bedroht sind, besonders gefährdet sein.“

Kein lebendes fliegendes Tier wiegt viel mehr als 15 Kilogramm. Aber viele fliegende Flugsaurier waren größer als diese, daher wäre es für sie ein größeres Problem gewesen, überschüssige Wärme abzugeben. Das könnte erklären, warum viele riesige Kopfkämme hatten, sagt Dyer. „Ich würde vermuten, dass sie eine Rolle bei der Thermoregulation spielten.“

Während steigende Temperaturen für große Tiere eine besondere Herausforderung darstellen, wird es selbst für viele kleinere Tiere zu einem Problem, cool zu bleiben, da sich der Planet erwärmt. Einige Tiere entwickeln kleinere Körper, um ihnen zu helfen, als Reaktion schneller Wärme zu verlieren.

Einige Mitglieder des Teams haben zuvor untersucht, wie sich die Größe auf die Gesamtgeschwindigkeit eines Tieres über kurze Distanzen auswirkt. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Höchstgeschwindigkeit großer Tiere nicht durch die Fähigkeit von Muskeln und Knochen begrenzt wird, die beteiligten Kräfte zu überstehen, wie zuvor vermutet, sondern durch die Zeit, die zum Beschleunigen benötigt wird.

Bei Sprints verlassen sich die Muskeln eher auf gespeicherte Energie als auf die aerobe Atmung wie bei langen Distanzen, und großen Tieren geht die Energie aus, bevor sie ihre theoretische Höchstgeschwindigkeit erreichen.