Nicht zu groß, nicht zu klein, warum ist die menschliche Körpergröße genau richtig?

Obwohl in dieser Welt jeder Mensch eine andere Größe und ein anderes Gewicht hat, gibt es dennoch eine Bandbreitengrenze. Wie das Sprichwort sagt: „Egal wie dick du bist, du kannst kein Elefant sein, und egal wie klein du bist, du kannst keine Ameise sein.“ Daher können wir nicht anders, als uns zu fragen: Warum sind Menschen weder zu groß noch zu klein, sondern einfach nur so groß und so schwer? Was ist in einer Welt voller Tiere mit unterschiedlichen Körpergrößen an der menschlichen Körpergröße so „vernünftig“?

Geschrieben von | Wang Xinkai

Die Größe der Tiere in der Natur ist sehr unterschiedlich und reicht von winzigen Mäusen bis hin zu riesigen Elefanten. Diese Vielfalt macht es für Wissenschaftler schwierig, eine einheitliche Regel zu finden oder zu vergleichen, welche besser oder schlechter sind. Andererseits unterscheiden sich auch die Körperformen des modernen Menschen und der ausgestorbenen „Urmenschen“. Beispielsweise wog der Australopithecus, der vor mehr als drei Millionen Jahren lebte, etwa 30 Kilogramm, während der Homo erectus, der vor zwei Millionen Jahren lebte, etwa 80 Kilogramm wog.

Da es in der Tierwelt Tiere in allen Größen gibt und die Größe des Menschen im Laufe der menschlichen Evolution nicht unverändert geblieben ist, stellt sich die Frage, warum die Körpergröße des modernen Menschen heute so groß ist wie sie ist. Worin genau liegt seine Rationalität?

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Laufgeschwindigkeit und Ausdauer eines Tieres ein wichtiger Faktor sein können, der die Evolution einer Art beeinflusst. Wissenschaftler gehen daher davon aus, dass Veränderungen der Körperform im Laufe der menschlichen Evolution einen wichtigen Einfluss auf unsere sportlichen Fähigkeiten, insbesondere unsere Lauffähigkeit, haben könnten. Unsere derzeitige Körperform, die weder zu groß noch zu klein ist, hat möglicherweise die „perfekteste“ Größe für den Sport.

Bemerkenswert ist noch ein weiteres Phänomen: Unter den vielen Tieren in der Natur sind die schnellsten Tiere weder die größten noch die kleinsten, sondern oft die mittelgroßen. Das schnellste Landtier ist beispielsweise der Gepard, der eine Höchstgeschwindigkeit von 104 Kilometern pro Stunde erreichen kann; Die schnellsten Tiere im Wasser sind der Gelbflossenthunfisch und der Tintenfisch, die Geschwindigkeiten von 75 bzw. 77 Kilometern pro Stunde erreichen können.

Bild: Gepard läuft durch die Graslandschaft Kenias | Quelle: britannica.com

Dies ist nicht nur eine interessante Beobachtung; Tatsächlich handelt es sich dabei um eine komplexe Beziehung zwischen der Körpergröße eines Tieres, seinen Bewegungsmustern und seinem Energieverbrauch, und es ist ein Schlüssel zur Erklärung des Mysteriums der menschlichen Körpergröße.

Um das Rätsel zu lösen, untersuchte ein Wissenschaftlerteam der University of Queensland in Australien mithilfe von Computersimulationen die komplexe Beziehung zwischen menschlicher Geschwindigkeit, Körpergröße und Biomechanik und wie diese Faktoren die Körperform des modernen Menschen geprägt haben. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Generell gilt, dass sich mit zunehmender Größe der Tiere auch einige ihrer biologischen Merkmale und Funktionen verändern. Tiere mit langen Beinen laufen beispielsweise schnell, aber das ist nicht absolut der Fall. Nicht alle Tiere mit besonders langen Beinen können besonders schnell laufen.

Um herauszufinden, wie sich unterschiedliche Körperformen auf die menschliche Bewegung und die Verbindung zwischen beiden auswirken, verwendete das Forschungsteam ein virtuelles menschliches Modell, das alle Knochen, Muskeln und Sehnen umfasste. Dabei handelt es sich um eine auf physikalischen Prinzipien basierende Simulationstechnologie für den Bewegungsapparat. Es ist nicht mehr auf reale experimentelle Daten angewiesen, sondern kann verschiedene virtuelle Bewegungsmuster basierend auf den physikalischen Grundprinzipien des Bewegungsapparates simulieren und vorhersagen. Dieses virtuelle Menschenmodell ist besonders nützlich für die Untersuchung von Tiergruppen mit großen Unterschieden in der Körpergröße, da es in der Realität schwierig ist, Tiergruppen mit einer so großen Bandbreite an Körpergrößen für einen Vergleich zu finden.

In dieser Studie untersuchte das Forschungsteam die Auswirkungen von Gliedmaßenbewegungen, Muskelkraft und Energieverbrauch auf die maximale Bewegungsgeschwindigkeit bei einer menschlichen Körpergröße von 0,1 kg bis 2000 kg. Oder, um es deutlicher auszudrücken: Wie schnell können Menschen laufen, wenn sie auf die Größe einer Maus geschrumpft oder auf die Größe eines Elefanten vergrößert werden?

Bild: Elefant | Quelle: Pixabay

Zu diesem Zweck erstellten sie eine Reihe von 3D-Computermodellen des menschlichen Bewegungsapparats im Gewichtsbereich von 0,1 kg bis 2000 kg und passten die muskuloskelettalen Eigenschaften in jedem Modell an, um dem Prinzip der geometrischen Ähnlichkeit zu entsprechen. Anschließend simulierte das Team in diesen Modellen das Gehen und Laufen bei unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten und beobachtete, wie sich die maximale Geschwindigkeit und der Energieverbrauch des menschlichen Körpers über einen Körpergrößenbereich von 0,1 kg bis 2000 kg veränderten.

Es ist etwas Interessantes passiert.

Erstens ist man bei der heutigen menschlichen Körperform bei einem Gewicht von 2.000 Kilogramm völlig bewegungsunfähig, selbst bei 1.000 Kilogramm. Tatsächlich liegt die maximale Körpergröße, die ein Mensch beim zweibeinigen Gang aushalten kann, wahrscheinlich bei etwa 900 kg. Wenn Menschen dieses Gewicht überschreiten, müssen sie möglicherweise ihre Körperstruktur ändern und auf zweibeinigen, aufrechten Gang umstellen, um sich fortzubewegen.

Zweitens stellten die Forscher fest, dass mit zunehmender Körpergröße der Energieverbrauch für die Fortbewegung (d. h. die Energie, die zum Bewegen über eine bestimmte Distanz erforderlich ist) sinkt. Dies bedeutet, dass das Tier umso weniger Energie pro Körpergewichtseinheit benötigt, um dieselbe Distanz zurückzulegen, je größer es ist.

Warum können sehr große Tiere möglicherweise nicht schnell laufen? Ergebnisse aus Simulationsexperimenten zeigten, dass dies möglicherweise daran liegt, dass ihre Muskeln nicht stark genug sind. Bei großen Tieren müssen die Muskeln eine größere Kraft aufbringen, um ihr Gewicht zu tragen. Allerdings kann der Muskelquerschnitt nicht so schnell wachsen wie ihr Körpergewicht, was dazu führt, dass ihre Muskeln relativ schwach sind.

Warum ist es möglich, dass sehr kleine Tiere nicht schnell laufen können? Tatsächlich sind sie für kleine Tiere trotz ihrer relativ starken Muskelkraft zu leicht, und wenn sie versuchen, sich mit größerer Kraft vom Boden abzustoßen, führt dies nur dazu, dass ihr Körper den Boden früher verlässt, ähnlich wie ein „Schleudern“ eines Autoreifens.

Aus diesem Grund neigen größere Tiere dazu, sich in aufrechter Position zu bewegen, während kleinere Tiere sich möglicherweise ducken müssen (wie eine Maus oder Katze, die auf dem Boden kauert), um den Schub zu erhöhen und den Kontakt mit dem Boden zu verbessern. Doch das Ducken verlangsamt sie und beeinträchtigt ihre Geschwindigkeit.

Zwischen der großen und der kleinen Körpergröße gibt es also eine mittlere Körpergröße. Diese perfekte Körpergröße kann den Konflikt zwischen Muskelkraft und Bodenreaktionskraft gut ausgleichen.

Die Ergebnisse zeigen auch, dass es tatsächlich eine optimale Körpergröße gibt, die es Tieren ermöglicht, mit der höchsten Geschwindigkeit zu laufen. Bei dieser optimalen Körpergröße sind Tiere in der Lage, das beste Gleichgewicht zwischen der Aufrechterhaltung der Muskelkraft und den Bodenreaktionskräften zu finden.

Um die optimale Körpergröße für den Menschen zu finden, entwarfen die Forscher 30 verschiedene Modelle im Bereich von 0,1 kg bis 900 kg, um die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Körpergröße weiter zu testen. Die Ergebnisse zeigten, dass zwischen der maximalen Laufgeschwindigkeit des Menschen und seiner Körpergröße eine kurvenförmige Beziehung besteht. Unter ihnen lief das 60 kg schwere Modell mit einer stabilen Laufgeschwindigkeit von 6,3 Metern pro Sekunde am schnellsten. Durch statistische Anpassung der Daten aller Körpertypen schätzten die Forscher, dass der optimale Körpertyp, der die Geschwindigkeit am besten verbessern kann, einem Gewicht von ungefähr 47 Kilogramm entspricht. Die Ergebnisse dieses Simulationsexperiments liegen sehr nahe am optimalen Geschwindigkeitskörpergewicht, das in der Natur bei Vierbeinern vorkommt (wie beispielsweise dem optimalen Geschwindigkeitsgewicht von Geparden).

Abbildung: Die Beziehung zwischen Körpergröße und Geschwindigkeit von vierbeinigen Säugetieren und verschiedenen menschlichen Simulationen. Sie zeigt, dass mittelgroße Tiere (wie Geparden) normalerweise die schnellsten sind | Quelle: Nature Communications

Wie bereits erwähnt, wog der Australopithecus vor 3,5 Millionen Jahren etwa 30 kg, der Homo erectus vor 2 Millionen Jahren etwa 80 kg, der Naledi Homo vor 300.000 Jahren etwa 37 kg, der Flores Homo vor 50.000 Jahren etwa 27 kg und das Durchschnittsgewicht des modernen erwachsenen Menschen beträgt etwa 62 kg. Die Körpergröße könnte das evolutionäre Schicksal der Vorfahren und nahen Verwandten des Menschen bis zu einem gewissen Grad beeinflusst haben.

Obwohl die aktuelle Körpergröße eines erwachsenen Menschen etwas schwerer ist als die vom Forschungsmodell ermittelte optimale Körpergröße von 47 kg, liegt sie immer noch nahe am Idealwert. Interessanterweise wiegen viele der heutigen Top-Langstreckenläufer (wie der kenianische Marathonläufer Eliud Kipchoge) genau um die 50 kg.

Auf Grundlage dieser neuen Forschungsergebnisse gehen Wissenschaftler daher davon aus, dass die derzeitige Geschwindigkeit des Menschen die höchste ist, die wir erreichen können (sofern unsere Muskeln und unsere Morphologie keine größeren Veränderungen erfahren) und dass die Körpergröße des modernen Menschen möglicherweise die optimale Körpergröße ist, um die maximale Laufgeschwindigkeit zu erreichen.

Die Forscher sagten außerdem, dass ihre Erkenntnisse nicht nur die komplexe Beziehung zwischen menschlicher Größe, Geschwindigkeit und Energieverbrauch offenbaren, sondern auch darauf hinweisen, warum bestimmte mittelgroße Tiere die höchsten Geschwindigkeiten erreichen können. Dieses Forschungsergebnis ist nicht nur für die Bereiche Sportwissenschaft und Biomechanik von großer Bedeutung, sondern liefert auch neue Hinweise zum Verständnis unseres eigenen Evolutionsprozesses, einschließlich der Frage, wie sich der Mensch an unterschiedliche Umgebungen und Lebensstile anpasst und wie sich die Bewegungsgeschwindigkeit durch veränderte Trainings- und Übungsstrategien verbessern lässt.

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