Der Rüssel eines Elefanten hat keine Knochen. Wie kann er also verschiedene komplexe Bewegungen ausführen?

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Elefanten sind ganz besondere Tiere. Jeder weiß, dass Elefanten eine lange Nase haben, die kein anderes Tier hat, aber wissen Sie, was das Besondere an der Nase der Elefanten ist? Wie kommt es, dass Elefanten alle möglichen komplexen Aufgaben bewältigen können, obwohl sie keine Knochen im Rüssel haben? Wie entstehen die Falten am Rüssel eines Elefanten und was ist das Besondere an ihnen?

Der Vorfahr der Elefanten ist Loxodonta australis, der vor etwa 36 Millionen Jahren lebte. Wenn Sie in diese Zeit zurückreisen würden, könnten Sie sie für die Vorfahren der Schweine halten. Denn der Urelefant hat nicht nur eine kurze Nase, auch seine Körperform unterscheidet sich stark von den Elefanten, die wir kennen. Es ist eher wie ein Schwein. Warum haben sie sich zu dem entwickelt, was wir heute als Elefanten kennen?

Der lange Rüssel des Elefanten besteht eigentlich aus seiner miteinander verschmolzenen Oberlippe und Nase, wodurch er länger wird und die Fähigkeit zum Greifen erhält, sodass der Elefant Nahrung aus großer Entfernung in sein Maul stecken kann. Außerdem kann man damit Dinge tragen und mit dem langen Rüssel sogar Wasser ansaugen und zum Maul befördern. Anhand der Untersuchung der Fossilien der Elefantenvorfahren haben Paläontologen herausgefunden, dass die Vorfahren der Elefanten in der Nähe von Flüssen und Seen in einer Umgebung mit üppigem Wasser und Gras lebten und einen großen Teil des Tages im Wasser verbrachten. Um ihnen die Atmung zu erleichtern, wurde ihr Rüssel allmählich länger. Dieser flexible Rüssel ermöglicht außerdem das Greifen, sodass die Vorfahren der Elefanten damit weit entfernte Büsche, hohe Blätter und Gras auf dem Boden aufrollen und in ihr Maul stecken konnten, wodurch sie bei der Nahrungssuche weniger körperliche Energie verbrauchten. Aus diesem Grund haben Elefanten lange Rüssel entwickelt. Einige Wissenschaftler haben jedoch Zweifel an diesem Evolutionsprozess geäußert, aber wie dem auch sei, Elefanten haben sich auf ihre langen Rüssel verlassen, um im Laufe ihrer langen Evolutionsreise dorthin zu gelangen, wo sie heute sind.

Warum kann der Rüssel des Elefanten, ein Anhängsel, das vollständig aus Muskeln ohne Knochen oder Gelenke besteht, eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen?

Zunächst einmal enthält der Rüssel des Elefanten fast 40.000 elastische kleine Muskeln, 150.000 Muskelbündel und zig Millionen Nervenenden. Jeder dieser Muskeln hat unterschiedliche Rollen und Funktionen. Ein spezieller Nerv wird aus dem Gehirn herausgezogen, der speziell für die Steuerung des Rüssels zuständig ist. Über diesen Nerv kann das Gehirn des Elefanten Befehle übermitteln, um die Kontraktion oder Entspannung von Zehntausenden von Muskeln im Rüssel zu regulieren. Unter der Kontrolle der Nerven arbeiten sie zusammen, um verschiedene komplexe Bewegungen und Verhaltensweisen des Rumpfes zu erreichen.

Zweitens: Obwohl der Elefantenrüssel keine Knochen, Knorpel oder Gelenke aufweist, kann er durch die koordinierte Aktion der Muskeln an mehreren Stellen gelenkähnliche Strukturen bilden, was die Flexibilität der Rüsselbewegung erhöht. Außerdem weist der Rumpf viele Falten auf, die das innere Gewebe schützen und gleichzeitig die Plastizität bewahren können, sodass der Rumpf Bewegungen wie beispielsweise das Einrollen ausführen kann. Wenn die Haut des Elefantenrüssels keine Falten hätte, wäre die Flexibilität und Plastizität des Rüssels stark eingeschränkt und er könnte sogar zu einem nahezu unbeweglichen Stock werden.

Darüber hinaus befinden sich im Elefantenrüssel zahlreiche Blutgefäße. Durch Anspannen und Entspannen der Muskeln kann der Blutfluss in den Blutgefäßen kontrolliert werden, wodurch sich Form, Weichheit, Härte und andere Zustände des Rumpfes verändern. Dies ist dem Prinzip sehr ähnlich, nach dem wir unsere Zunge kontrollieren. Wenn sich die Muskeln zusammenziehen, werden die Blutgefäße zusammengedrückt, der Blutfluss nimmt ab und der Rumpf wird fester und kann Gegenstände greifen oder aufrollen. Wenn sich die Muskeln entspannen, erweitern sich die Blutgefäße, der Blutfluss nimmt zu und der Rumpf wird weich und flexibel. Wenn sich die Muskeln entspannen und anspannen, dehnt sich die Haut auf der Rumpfoberfläche zusammen mit den Muskeln. Durch das Vorhandensein von Falten auf der Haut kann die Epidermis des Rumpfes vollständig gedehnt und gestrafft werden. Bei einer Schwellung, Verhärtung und Vergrößerung des Rumpfes sorgen die Falten für eine gute Dehnbarkeit der Haut. Ohne diese Falten würde die Oberhaut des Rumpfes bei Bewegungen „zerrissen“.

Die Falten auf dem Rüssel eines Elefanten haben viel Magisches an sich. So bilden sich beispielsweise die Falten am Rüssel eines Elefanten nicht allmählich im Laufe der Zeit, sondern bereits im Embryostadium des Elefanten. Biologen haben durch Forschungen herausgefunden, dass ihre Entstehung genetisch bedingt ist und möglicherweise mit der funktionellen Entwicklung des Elefantenrüssels synchronisiert ist. Darüber hinaus gibt es Unterschiede in der Anzahl und Form der Falten auf der Nase asiatischer Elefanten und gewöhnlicher afrikanischer Elefanten. Asiatische Elefanten haben mit durchschnittlich 126 mehr Falten auf der Nase, während es bei afrikanischen Elefanten im Schnitt nur 83 sind. Nach Untersuchungen glauben Biologen, dass dies mit der Form des Rüssels und der Angewohnheit, nach Dingen zu greifen, zusammenhängen könnte. Asiatische Elefanten haben nur eine Ausbuchtung am Ende ihres Rüssels. Beim Greifen von Gegenständen sind sie eher daran gewöhnt, ein Drittel des Rüsselendes zum Umschließen des Gegenstandes zu verwenden. Die Faltendichte ist in diesem Bereich am höchsten und mehr Falten erleichtern das Beugen. Gewöhnliche afrikanische Elefanten haben zwei Ausbuchtungen am Ende ihres Rüssels. Beim Greifen von Gegenständen nutzen sie diese beiden Ausbuchtungen zum Zupacken, so dass sie das Rüsselende nicht zu stark biegen müssen und weniger Falten entstehen.

Durch die Untersuchung von Rumpffalten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass dieses Merkmal in vielen Disziplinen eine sehr positive praktische Bedeutung hat. In der Biologie kann uns beispielsweise die Entwicklung von Rüsselfalten helfen, den Mechanismus der Faltenbildung auf der Haut von Elefanten und anderen Tieren zu verstehen. In der Ökologie hängen Anzahl und Funktion der Falten eng mit dem Verhalten der Elefanten zusammen, und die Bildung der Falten kann mit der Lebensumgebung der Elefanten zusammenhängen, was uns hilft zu verstehen, wie sich Elefanten an unterschiedliche Umgebungen anpassen, um zu überleben und sich fortzupflanzen. In der Technik kann die Struktur der Rumpffalten als Referenz für die Konstruktion von Roboterarmen dienen und so die Flexibilität und Präzision beim Greifen verbessern. So kann beispielsweise die Außenschale von Gelenkteilen durch Bezugnahme auf die Struktur von Rumpffalten verbessert werden; im Greifarmteil kann der Vorsprung am Ende des Rumpfes als Referenz verwendet werden, um die Greifgenauigkeit zu verbessern, und gleichzeitig kann die Anzahl der Gelenke in diesem Bereich erhöht werden, um die Flexibilität zu verbessern; In der Materialwissenschaft kann die Struktur der Rumpfhaut und der Falten eine Grundlage für die Erforschung und Entwicklung neuer Materialien mit besserer Duktilität und höherer Festigkeit bieten.

Autor: Li Weiyang, populärwissenschaftlicher Autor

Rezensent: Zhao Xumao, Nachwuchsforscher, Universität Lanzhou

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.