Dank spezieller Muskeleigenschaften können Frösche so extrem weit springen: Ihre Muskulatur ist viel dehnbarer als die von Säugetieren, hat ein US-Forscherteam entdeckt, als es den Sprungmechanismus von Nordamerikanischen Ochsenfröschen untersuchte. Im Ruhezustand sind die Beinmuskeln der Frösche extrem in die Länge gezogen. Wenn die Tiere jedoch losspringen, ziehen sich ihre Muskeln plötzlich stark zusammen. Auf diese Weise stellt die Muskulatur die nötige mechanische Kraft her, um den Körper nach vorne zu katapultieren. Das Kraftmaximum im Muskel wird dabei erst während der Bewegung aufgebaut, berichten die Forscher um Emanuel Azizi und Thomas Roberts von der Brown University in Providence.
Eine grundlegende Eigenschaft von Wirbeltiermuskeln ist, dass sie nur im Bereich einer bestimmten Länge maximale Kraft erzeugen können: Vor mehr als 40 Jahren hatten Wissenschaftler gezeigt, wie sich die Kraftproduktion eines sich zusammenziehenden Muskels mit seiner Länge verändert. Gemäß diesem Kraft-Längen-Verhältnis verfügt der Muskel über die größte Kraft, wenn er etwa die Hälfte seiner eigentlichen Länge erreicht. Streckt er sich noch mehr, oder zieht er sich noch weiter zusammen, nimmt seine Kraft wieder ab. Biologen gingen daher bisher davon aus, dass die Muskulatur des Bewegungsapparats vor allem in diesem optimalen Bereich arbeitet.
Bei Tieren, die große Sprünge machen, ist dies aber nicht der Fall, erklären jetzt die Forscher um Azizi und Roberts: Um genügend Kraft für diese Fortbewegungsart zu entwickeln, muss die Differenz zwischen angespanntem Muskel und gestrecktem Muskel nämlich so groß sein, dass die Länge der Muskeln unweigerlich in den suboptimalen Bereich gelangt.
Für die Untersuchung maßen die Wissenschaftler die Länge sowie das Längen-Kraft-Verhältnis der Muskeln von Nordamerikanischen Ochsenfröschen (Rana catesbeiana) während eines Sprungs. Dabei entdeckten sie, dass die Beinmuskeln der Tiere zu Beginn des Sprungs außergewöhnlich stark gestreckt waren. Noch während des Absprungs zog sich der Muskel aber zusammen, und zwar genau auf die Länge, die eine maximale Kraftproduktion erlaubt. Damit schaffen es die Tiere trotz eines vergleichsweise niedrigen Kraftlevels unmittelbar vor dem Absprung in kürzester Zeit die volle Kraft ihrer Muskeln Kraft zu entfalten. Die Forscher sind der Ansicht, dass die ungewöhnliche Dehnbarkeit des Beinmuskels von Fröschen diese Anpassung erlaubt und damit die Kraftproduktion im Muskel fördert.
Emanuel Azizi (Brown University, Providence) et al.: Proceedings of the Royal Society B, doi:10.1098/rspb.2009.2051 ddp/wissenschaft.de ? Regula Brassel
