Der aufrechte Gang unterscheidet uns Menschen von unseren nächsten tierischen Verwandten. Menschenaffen können sich zwar ebenfalls aufrichten, jedoch nur kurze Strecken auf zwei Beinen zurücklegen. Wir Menschen dagegen laufen Tag für Tag tausende Schritte – und zwar mit einem charakteristischen Gangbild: Wir setzen zuerst die Ferse auf und rollen den Fuß anschließend ab. Wie sich dieser Fersengang im Laufe der Evolution entwickelt hat und welche Vor- und Nachteile er im Vergleich zu anderen Gangtypen hat, war allerdings bislang noch weitgehend unklar.
Menschen und Schimpansen auf dem Laufsteg
„Wenn Menschen darüber nachdenken, was das menschliche Gehen einzigartig macht, sprechen sie vom aufrechten Gang – unser Rücken ist gerade und unsere Beine sind gestreckt“, sagt Nicholas Holowka von der Pennsylvania State University. „Doch auch das Aufsetzen auf der Ferse ist ein einzigartiger Aspekt des menschlichen Gehens, der vielleicht bisher unterschätzt wurde.“
Gemeinsam mit seinem Team hat Holowka den menschlichen Gang mit dem unserer nächsten lebenden Verwandten verglichen, den Schimpansen. Für ihren Versuch filmten die Forschenden mit Hochgeschwindigkeitskameras, wie menschliche Freiwillige oder Schimpansen über einen Laufsteg gingen. Reflektierende Marker an Füßen und Gelenken ermöglichten eine präzise Nachverfolgung der Fußpositionen. Zudem war der Laufsteg mit Drucksensoren ausgestattet, die registrierten, wie hart die menschlichen und tierischen Teilnehmenden auftraten.
Mensch und Schimpanse im Vergleich: Während wir von der Ferse aus nach vorne abrollen, setzen Schimpansen oft den Ballen zuerst auf. — © Nicholas Holowka/ Pennsylvania State University; Dianne Younkin (artist)
Höhere Aufprallbelastung…
Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen Menschen und Schimpansen: Alle menschlichen Testpersonen setzten bei ihrem natürlichen Gang stets die Ferse zuerst auf. Die Schimpansen dagegen variierten deutlich zwischen verschiedenen Gangstilen: Einerseits liefen sie mal auf vier, mal auf zwei Beinen, andererseits setzten sie den Fuß meist mit dem Ballen oder der Seite zuerst auf, gelegentlich aber auch mit der Ferse. Der Fersengang kam dabei eher bei der vierbeinigen als bei der zweibeinigen Fortbewegung zum Einsatz.
Die Kraftmessungen ergaben, dass der Aufprall des Fußes auf den Boden beim Fersengang deutlich härter war, als wenn zunächst der Fußballen aufgesetzt wurde. Bei Schimpansen im zweibeinigen Gang lag die Aufprallbelastung beim Fersengang um bis zu 138 Prozent höher als beim Auftritt mit dem Ballen. Dieses Phänomen können wir auch bei uns selbst im Alltag beobachten: „Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, über einen knarrenden Holzboden zu schleichen“, sagt Co-Autor Nathan Thompson vom New York Institute of Technology. „Man neigt dazu, auf den Fußballen zu gehen, weil dies die Belastung des Bodens verringert und weniger Knarren verursacht. Es ist eine sanftere Art zu gehen.“ Tatsächlich reduzierte sich auch bei den menschlichen Probanden die Aufprallbelastung, wenn sie zuerst mit dem Ballen statt mit der Ferse auftraten – sogar stärker, als bei den Schimpansen.
… aber geringerer Energieverbrauch
Doch obwohl dieses Schleichen schonender für die Gelenke ist, hat es einen anderen entscheidenden Nachteil: „Wir stellten fest, dass Menschen 26 bis 41 Prozent mehr metabolische Energie aufwenden, wenn sie den Boden mit dem Vorderfuß vor der Ferse berühren“, berichten die Forschenden. „Das deutet auf einen wichtigen adaptiven Kompromiss hin: Das Auftreten mit der Ferse senkt den Energieaufwand des zweibeinigen Gehens, erhöht jedoch potenziell schädliche Belastungsraten beim Aufprall.“
Als Reaktion darauf entwickelten unsere Vorfahren wahrscheinlich eine weitere, bislang wenig beachtete anatomische Anpassung an den aufrechten Gang: dickere Fersenknochen und größere Knie- und Sprunggelenke. Auf diese Weise wurden neue Jagd- und Sammelstrategien möglich, bei denen die Frühmenschen Tag für Tag lange Strecken zurücklegen mussten, dafür aber mit einer höheren Ausbeute an Nahrung belohnt wurden. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Fersenauftritt adaptive Kompromisse für den aufrechten Gang der Hominiden mit sich brachte, die die Anatomie und Ökologie unserer Spezies mitgeprägt haben“, schreiben die Forschenden.
Quelle: Nicholas Holowka (Pennsylvania State University, USA) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2533918123
