Denken Katzen wirklich, dass sie flüssig sind? Sie können überall einsteigen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Su Chengyu

Hersteller: China Science Expo

„Katzen sind flüssig“ ist kein Witz. Im Jahr 2017 diskutierte MA Fardin, Gewinner des Ig-Nobelpreises für Physik, den physischen Zustand von Katzen auf der Grundlage des Konzepts der Rheologie. Das heißt, Materie kann sich je nach Zeit fest oder flüssig verhalten. Entscheidend ist die Länge der Beobachtungszeit, die mit der „Deborah-Zahl (De)“ gemessen wird. Dieser Parameter wurde erstmals von Markus Reiner, einem Professor am Israel Institute of Technology, vorgeschlagen und kann als einer der Parameter zur Messung der Viskoelastizität von Flüssigkeiten verwendet werden.

Katzen sind "flüssig"

(Bildquelle: Treplus Communities)

Für kurze Zeit verhält sich die Katze wie ein Festkörper, da sie ihre Form behält. Mit der Zeit sind Katzen wie Flüssigkeiten, die langsam fließen und sich der Form ihres Behälters anpassen können. Beispielsweise kann eine Katze in eine Schüssel „fließen“.

Kätzchen lieben es, in Kisten zu krabbeln

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Die Wissenschaftler beobachteten außerdem das flüssigkeitsähnliche Verhalten der Katzen auf unterschiedlichen Oberflächen. So „breiteten“ sich die Katzen beispielsweise auf rauen Oberflächen aus, „glitten“ jedoch auf glatten Oberflächen. Im Allgemeinen sind Katzen eine „aktive Flüssigkeit“, die sich selbstständig bewegen und ihre Form anpassen kann, im Gegensatz zu gewöhnlichen passiven Flüssigkeiten, die externe Kräfte benötigen, um sie voranzutreiben, was ihr Fließverhalten komplizierter macht.

Warum können die Leute nicht frei bohren?

Voraussetzung für die Flüssigkeitsaufnahme einer Katze ist, dass ihr Körper weich genug ist. Bei Menschen kann der Kopf hindurchpassen, der Körper jedoch möglicherweise nicht (hier erinnern wir alle daran, nicht leichtfertig durch Eisenzäune zu bohren). Wenn bei einer Katze der Kopf durchkommt, kann auf jeden Fall auch der Körper durchkommen. Der Hauptgrund hierfür ist, dass der Mensch ein Schlüsselbein hat. Die Breite der Schultern wird durch die Länge und Position der Schlüsselbeine bestimmt und diese Struktur ist beim Menschen festgelegt.

Schlüsselbein der Katze

(Bildquelle: Referenz 2)

Allerdings sind die Schlüsselbeine von Katzen grundsätzlich degeneriert, im Gegensatz zu Menschen, bei denen ein sichtbares Schlüsselbein vorhanden ist. Ohne die Einschränkung des Schlüsselbeins können Katzen ihren Körper bis zu einem gewissen Grad zusammendrücken und „Flüssigkeit“ aufweisen, weshalb sie sich durch enge Lücken „quetschen“ können. Darüber hinaus besteht die Wirbelsäule einer Katze aus 30 Wirbeln, also etwas weniger als die Wirbelsäule des Menschen.

Röntgenaufnahme der Wirbelsäule einer Katze (Bildquelle: Referenz 4)

Durch Röntgenanalysen und Winkelmessungen bei Katzen wurde festgestellt, dass die Wirbelsäule der Katze eine extrem hohe Torsionsflexibilität (Drehbewegung um die Längsachse der Wirbelsäule) aufweist, insbesondere die mittlere Brustwirbelsäule (T4 bis T11), die einen sehr großen Torsionsspielraum aufweist. Im Experiment wurde die Winkeländerung der Wirbelsäule der Katze bei maximaler Drehung gemessen und festgestellt, dass der Drehwinkel bei etwa 180 Grad lag.

Die Zwischenräume zwischen den Wirbeln der Wirbelsäule sind größer und die Bandscheiben der Katze sind sehr flexibel, was zu einer großen Beweglichkeit der Wirbelsäule beiträgt. Diese Struktur ermöglicht es der Wirbelsäule einer Katze, beim Vorwärts- und Rückwärtsbeugen einen größeren Bogen zu bilden, was einen „federähnlichen“ Effekt erzeugt und es der Katze ermöglicht, sich schnell zu drehen oder zu springen und sich durch kleinere Räume zu zwängen.

Darüber hinaus ist auch die Flexibilität der Muskeln und Bänder wichtig. Im Jahr 1981 führten Wissenschaftler ein Experiment durch, bei dem sie eine Katze baten, so hoch wie möglich zu springen, um zu beobachten, wie ihre Muskeln arbeiteten. Es wurde festgestellt, dass die Hinterbeinmuskeln der Katze, wie etwa der Semitendinosus-Muskel, der Gastrocnemius-Muskel und der Extensor digitorum longus, bei Bewegungen wie etwa einem Sprung eine hoch koordinierte Aktivität zeigen. Die Aktivität dieser Muskeln wurde während des Sprungs mittels Elektromyographie (EMG) aufgezeichnet und zeigte ihre unterschiedlichen Reaktionen während der Vorbereitungs- und Kraftphase.

Im Rahmen des Experiments wurden außerdem die Bodenreaktionskräfte der Hinterbeine der Katzen beim Springen gemessen und die Winkelveränderungen in den Hüft-, Knie- und Sprunggelenken analysiert. Diese Daten legen nahe, dass die Gelenke von Katzen während der gesamten Bewegung einen großen Bewegungsspielraum beibehalten, was ihnen hilft, ihre maximale Sprunghöhe zu erreichen. Die Muskeln und Bänder von Katzen sind äußerst flexibel, was ihnen hilft, ihre Körperposition in engen Räumen anzupassen.

Weiß eine Katze, dass es sich um eine „Flüssigkeit“ handelt?

Die Katze kam aus der Schublade

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

In einem Experiment im Jahr 2024 baute Péter Pongrácz ein spezielles Versuchsgerät, das einem sich allmählich verengenden Türrahmen ähnelte. Sie rekrutierten 30 Hauskatzen unterschiedlichen Alters, unterschiedlicher Größe und Rasse.

Die Katzen mussten sich einer Reihe von immer enger werdenden Öffnungen stellen und die Wissenschaftler sollten beobachten, ob die Katzen ein genaues Bewusstsein für ihre eigene Körpergröße hatten – das heißt, ob die Katzen im Voraus schätzten, ob sie durch die immer kleiner werdenden Öffnungen passen würden oder ob sie sich auf eine „Probier-und-Schau“-Methode verließen.

Eröffnungsbeispiele

(Bildquelle: Referenz 1)

Das Experiment verlief nicht immer reibungslos, da Katzen in Experimenten bekanntermaßen schwierig zu handhaben sind. Bei einem Experiment entdeckte Pongrácz, dass die Katze in einen Lüftungsschacht entkommen war. Stellen Sie sich vor, die Wissenschaftler hätten alles vorbereitet und sorgfältig eine schmale Öffnung entworfen, und der Besitzer der Katze stehe auf der anderen Seite und locke sie mit ihrem Lieblingssnack, doch die Katze sei gleichgültig und beginne stattdessen, ihre Pfoten zu lecken, als ob sie sich über diese „dummen“ Menschen lustig machen wolle. Schließlich lautet die einzige Regel für Katzen, die an Experimenten teilnehmen, diese: es sei denn, sie möchten es!

Zunächst ist die Öffnung breit genug, sodass fast alle Katzen problemlos hindurchpassen. Als sich die Öffnung jedoch verengte, begannen einige Katzen anzuhalten. Die Katzen beobachteten den schmalen Durchgang aufmerksam, einige entschieden sich, ihn auszuprobieren, während andere umkehrten und nach anderen Wegen suchten.

Wissenschaftler haben festgestellt, dass Katzen, wenn sie vor einer Öffnung stehen, die schmal, aber hoch genug ist, nicht sofort ein Urteil fällen, sondern sich der Öffnung nähern, um sie zu „testen“. Ihre Nasen und Schnurrhaare berührten leicht die Ränder der Öffnung, als wollten sie prüfen, ob sie hindurchpassen könnten. Die Forscher stellten fest, dass bei einer Breite von 12 cm etwa 70 % der Katzen versuchten, durchzukommen. Bei einer Reduzierung der Breite auf 7 cm sank dieser Anteil jedoch schnell auf 15 %. Offenbar wurden Katzen vorsichtiger, wenn die Öffnung weniger als 10 cm breit war. Im weiteren Verlauf des Experiments wurde die Höhe der Öffnung schrittweise verringert.

Wenn sie glauben, dass sie eine Chance haben, hindurchzukommen, bewegen sie sich mutig vorwärts, drücken ihre Körper leicht zusammen und bewegen sich flink durch die Öffnung. Größere Katzen neigten jedoch eher dazu, stehenzubleiben und den Versuch aufzugeben, wenn die Öffnung zu eng wurde. Zu diesem Zeitpunkt beginnen Katzen, ein Bewusstsein für ihre eigene Körperform zu entwickeln.

Überraschenderweise zeigten Katzen mehr Zögern, wenn sie mit Öffnungen konfrontiert wurden, die weniger als 15 cm hoch waren. Die Wissenschaftler zeichneten ihr Verhalten auf: Wenn die Öffnung höher als 20 cm war, versuchten fast alle Katzen weiterhin hindurchzukommen, aber als die Höhe auf 15 cm reduziert wurde, blieben mehr als 80 % der Katzen stehen und zeigten erhebliches Zögern. Einige Katzen entschieden sich sogar, das Hindernis zu umgehen, oder gaben den Versuch auf und warteten auf weitere Anweisungen.

Während des Beobachtungsprozesses stellten die Wissenschaftler auch einige individuelle Unterschiede fest. Jüngere und kleinere Katzen schienen beim Durchqueren enger Öffnungen mutiger zu sein, während ältere oder größere Katzen sich vorsichtiger verhielten.

Im Durchschnitt geben Katzen mit einem Gewicht von mehr als 5 kg eher auf, wenn sie vor einer Öffnung stehen, die weniger als 9 cm breit ist. Bei Katzen mit einem Gewicht von weniger als 4 kg würden mehr als die Hälfte versuchen, hindurchzukommen, selbst wenn die Öffnung auf 6 cm verkleinert wäre. Mit anderen Worten: In manchen Fällen denken Katzen tatsächlich, sie seien Flüssigkeiten, die nach Belieben durch jede Öffnung gelangen können.

Einfach ausgedrückt: Wenn Katzen eine Flüssigkeit sind, dann haben sie auch nur eine Dimension, eine Flüssigkeit mit begrenzter Höhe, aber unbegrenzter Breite.

Das Kätzchen kam aus der Lücke (Bildquelle: Screenshot des von einem Youtube-Benutzer geposteten Inhalts)

Abschluss

Hunde gehen mit dem gleichen Problem völlig unterschiedlich um. Vor einigen Jahren rekrutierte Pongrácz einige Hunde, um am selben Experiment teilzunehmen. Studien zeigen, dass Hunde, wenn sie auf kleine Öffnungen stoßen, die nicht zum Passieren geeignet sind, langsamer werden und zögern, hindurchzugehen. Manchmal entscheiden sie sich sogar dafür, einen Umweg zu nehmen. Es ist klar, dass die Hunde ein ausgeprägtes Körperbewusstsein zeigen und vor der Annäherung Entscheidungen auf Grundlage der Größe der Öffnung treffen.

Dieser Kontrast veranschaulicht den Unterschied im Größenbewusstsein der beiden Tiere. Hunde verlassen sich tendenziell auf eine stärkere Größenwahrnehmung, insbesondere in beengten Umgebungen, während Katzen eher auf Flexibilität und Versuch-und-Irrtum-Strategien setzen, um in engen Räumen zurechtzukommen. Um es mit Pongráczs Worten auszudrücken: „Katzen mögen flüssig sein, aber sie wissen auch, wann sie aufhören müssen zu fließen.“

Quellen:

[1]Pongrácz P. Katzen sind (fast) flüssig!—Katzen verlassen sich beim Aushandeln kurzer Öffnungen selektiv auf das Bewusstsein für ihre Körpergröße[J]. iScience, 2024.

[2]Zajac FE, Zomlefer MR, Levine W S. Muskelaktivität, Kinetik und Kinematik der Hintergliedmaßen von Katzen, die bis zu ihrer maximal erreichbaren Höhe springen[J]. Journal of Experimental Biology, 1981, 91(1): 73-86.

[3]Fardin M A. Zur Rheologie von Katzen[J]. Rheology Bulletin, 2014, 83(2): 16-17.

[4]Macpherson JM, Ye Y. Die Wirbelsäule der Katze: Standkonfiguration und Bewegungsbereich[J]. Experimentelle Hirnforschung, 1998, 119: 324-332.