49.25 Die energetischen Kosten der Fortbewegung.

Form und Funktion
der Tiere
Mechanismen der Sensorik
und Motorik
Bewegung und Lokomotion
49.25 Die energetischen Kosten der Fortbewegung. Diese Grafik vergleicht die Energie pro Kilogramm Körpermasse pro Meter zurückgelegter Strecke, die von auf Schwimmen, Laufen und Fliegen
spezialisierten Tieren für die Fortbewegung aufgewendet werden muss (1 Joule = 0,24 Kalorien). Beide
Achsen sind in logarithmischen Einheiten aufgetragen.
49.26 Energie sparende Fortbewegung an Land. Kängurus bewegen sich hauptsächlich hüpfend
durch Sprünge mit ihren großen Hinterbeinen fort. Dabei wird nach jedem Sprung kinetische Energie in
Sehnen gespeichert und so kostenfrei für den nächsten Sprung bereitgestellt. Ein großes Känguru, das
mit 30 km/h hüpft, verbraucht nicht mehr Energie pro Minute als bei 6 km/h. Der große Schwanz hilft,
den Körper während der Sprünge und beim Sitzen im Gleichgewicht zu halten.
49.27 Peristaltische Fortbewegung des
Regenwurms. Das hydrostatische Skelett,
zwei Muskelsysteme (eine Ring- und eine
Längsmuskulatur) sowie Borsten zur verbesserten Bodenhaftung ermöglichen dem
Regenwurm, über feuchten Untergrund zu
kriechen oder sich darin einzugraben. Kontraktionen der Längsmuskeln verdicken
und verkürzen den Körper, während Kontraktionen der Ringmuskeln ihn verschmälern und verlängern. (a) Während der
Wurm vorwärts kriecht, sind die Körpersegmente in seinem ersten und dritten
Viertel kurz und dick (Längsmuskeln
kontrahiert und Ringmuskeln entspannt)
und haften mit den Borsten am Boden. Die
Segmente im zweiten und vierten Viertel
sind dagegen dünn und lang (Ringmuskeln
kontrahiert und Längsmuskeln entspannt).
(b) Die Ringmuskeln der vorderen Segmente haben sich kontrahiert und diesen
Teil weiter nach vorne bewegt. Die Segmente im zweiten und vierten Viertel sind nun verdickt und am Boden verankert, damit der Wurm sich
nicht rückwärts schiebt. (c) Die vorderen Segmente sind nun verdickt und in ihrer neuen Position verankert. Die hinteren Segmente haben ihre Bodenhaftung gelöst und werden nach vorne gezogen.
49.30 Zusammenarbeit von
Muskeln und Skelett bei der
Bewegung. Muskeln werden
aktiv kontrahiert, können aber
nur passiv gedehnt werden,
was oft durch einen anderen
Muskel stattfindet. Vor- und
Zurückbewegungen
werden
durch antagonistisch wirkende
Muskeln gewährleistet, wobei
der eine Muskel gegen die Effekte des anderen arbeitet. Eine solche Anordnung ist sowohl bei Endoskeletten als
auch bei Exoskeletten realisiert. (a) Wir beugen unseren
Unterarm, indem wir den Bizeps-Muskel
(im unteren
Schema rot dargestellt) kontrahieren. Kontraktion des
Trizeps-Muskels (grün) streckt
den Unterarm. (b) Obwohl die Muskeln bei Arthropoden anders positioniert sind und innerhalb des Exoskeletts liegen, ist die antagonistische Wirkungsweise von Beuger (Flexor) und Strecker (Extensor) vergleichbar der bei Vertebraten mit ihrem Endoskelett. Kontrahiert sich der Beuger (rot), wird das Bein zum Körper
hingezogen. Die in der Zeichnung dargestellte Position nimmt die Heuschrecke vor dem Sprung ein. Kontrahiert die Heuschrecke den Streckmuskel (grün), wird das Bein ruckartig gestreckt und das Tier katapultiert sich in die Luft.
49.31 Aufbau des Skelettmuskels.
49.32 Gleitfilamenttheorie der Muskelkontraktion.
Wie diese mikroskopischen Bilder zeigen,
bleibt die Länge sowohl der dicken Filamente
(Myosin, lila) als auch der dünnen Filamente
(Actin, orange) während der Kontraktion unverändert (TEM). (a) Im entspannten Zustand
ist die Länge jedes Sarkomers größer als im
kontrahierten oder voll kontrahierten Muskel.
(b) Im Verlauf der Kontraktion gleiten die
dicken und dünnen Filamente aneinander vorbei und verkürzen das Sarkomer. (c) Bei der
vollständigen Kontraktion des Muskels ist das
Sarkomer deutlich verkürzt. Die dünnen Filamente Überlappen teilweise, und die dicken
Filamente stoßen fast oder ganz an die ZScheiben.
49.33 Eine Hypothese zur Krafterzeugung bei der Muskelkontraktion durch die Wechselwirkung zwischen Myosin und Actin.
49.38 Motorische Einheiten in einem Wirbeltiermuskel.
Jede Muskelfaser (Zelle)
hat eine einzige neuromuskuläre Endplatte (synaptische Verbindung) mit dem
Motoneuron, durch das sie
kontrolliert wird. In der
Regel verzweigen sich die
Motoneurone und innervieren mehrere Muskelfasern. Ein Motoneuron und
sämtliche von ihm innervierten Muskelfasern werden als motorische Einheit
bezeichnet.
Auswahl an wichtigen Fachausdrücken (vereinfacht beschrieben, für nähere Informationen siehe Glossar):
BEWEGUNG UND LOKOMOTION
• Lokomotion erfordert Energie, um Trägheit, Reibung und Schwerkraft zu
überwinden
• Laufende Tiere verbrauchen meist mehr Energie als gleich schwere Tiere, die
fliegen und schwimmen, da zum Laufen (und Gehen) mehr Energie benötigt
wird, um die Trägheit des Körpers zu überwinden
• Schwimmen ist die energetisch günstigste Art der Fortbewegung
• Große Tiere bewegen sich energetisch effizienter fort als kleine
• Das Skelett erfüllt drei Funktionen: es stützt den Körper, es schützt ihn und es
eröffnet die Möglichkeit zur Bewegung
• Drei Haupttypen von Skeletten: Hydroskelett (hydrostatisches S.), Exoskelett
(Außenskelett), Endoskelett (Innenskelett)
• Hydroskelett
besteht aus einem abgeschlossenen Kompartiment des Körpers,
in dem eine Flüssigkeit unter erhöhtem Druck gehalten wird (z.B. Cnidaria,
Plattwürmer, Nematoda, Annelida). Diese Tiere können die Form ihrer
flüssigkeitsgefüllten Hohlräume durch Muskeln verändern
Auswahl an wichtigen Fachausdrücken (vereinfacht beschrieben, für nähere Informationen siehe Glossar):
• Beim Regenwurm und anderen Anneliden wirkt die Coelomflüssigkeit als
Hydroskelett
• Peristaltik: Bewegung des Regenwurms durch rhythmische
Kontraktionswellen, die vom Kopf bis zum Hinterende laufen
• Das Exoskelett ist eine harte, tote Schale oder ein Panzer auf der
Körperoberfläche (meiste Mollusken, alle Arthropoden)
• antagonistisch = entgegenwirkend
• Durch Kontraktion von Muskeln werden Teile des Skeletts gegeneinander
bewegt