Streckt das Bein

Sehnen-Katapult verleiht Fröschen ihre Sprungkraft

Das Geheimnis der Sprungkraft von Fröschen liegt in ihren Sehnen. Diese werden nämlich, wie bei einem mittelalterlichen Katapult, vor dem Sprung durch Muskelkraft angespannt und schleudern den Forsch beim Absprung nach vorne, wie Wissenschaftler von der Brown University im US-Bundesstaat Rhode Island herausgefunden haben.

Die Forscher haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin "Biology Letters" veröffentlicht. Demnach können manche Tiere erheblich weiter springen, als es ihre körperlichen Möglichkeiten auf den ersten Blick erlauben würden. Auch bei einigen Froscharten trifft das zu. "Nur mit Muskelkraft alleine könnten sie nicht so weit springen", erklärt Henry Astley (Bild) in einer Aussendung der Universität.

Der Schlüssel zur enormen Sprungkraft der Frösche liegt im präzisen Zusammenspiel von Muskeln und äußerst dehnbaren Sehen, wie Astley gemeinsam mit Thomas Roberts herausgefunden hat. Mit einer speziellen Röntgentechnologie, die bis zu 500 Bilder in der Sekunde schießen kann, nahmen sie die Sprünge der Leopardenfrösche unter die Lupe.

Sehne wirkt wie ein Katapult
Die Bilder zeigten, dass sich die Beinmuskeln des Froschs vor dem Absprung stark verkürzen und dabei die Sehnen dehnen. Solcherart gespannt, speichern die elastischen Bänder die Energie. Beim Sprung löst sich die Spannung wie bei einem Katapult, die Sehne streckt das Hinterbein innerhalb von Sekundenbruchteilen durch.

"Die Aufnahmen zeigten, dass sich die Muskelfasern bei dieser Bewegung nur minimal verkürzten", schreiben die Forscher. Das deute darauf hin, dass der Schub in diesem Moment nicht von den Muskeln, sondern vor allem durch das schnelle Zusammenziehen der Sehne erzeugt werde. Diese Beobachtung liefere den ersten Beleg für ein solches Sehnen-Katapult bei Wirbeltieren.

Metallperlen machten Bewegungen sichtbar
Um die Aufnahmen der Bewegungen beim Sprung genau sichtbar zu machen, implantierten die Forscher den Versuchsfröschen winzige Metallperlen in die Hinterbeine. Die in Schienbeinknochen, Knöchel und Muskeln der Tiere sitzenden Marker waren auf Röntgenbilden gut zu erkennen (Video).

Es zeigte sich, dass der Beinmuskel für das Spannen der Sehnen nur 100 Millisekunden benötigt. Der darauffolgende Sprung dauerte bei den Leopardenfröschen etwa eine Fünftel-Sekunde. Andere Froscharten sprängen jedoch noch deutlich schneller, sagen die Forscher.

Erstmals innere Abläufe dokumentiert
Mit dieser Studie sei es erstmals gelungen, die inneren Abläufe bei einem Froschsprung in allen Einzelheiten aufzuklären, so die Forscher. "Jetzt haben wir einen viel klareren Einblick, was dabei vor sich geht", erklärt Astley. "Wir sind zuversichtlich, dass diese Studie uns Einblicke darin geben wird, wie die Muskeln und Sehnen auch bei der Bewegung anderer Tiere zusammenarbeiten", sagt Thomas Roberts. Den elastischen Mechanismus von Sehnen habe man auch bei einigen anderen guten Springern im Tierreich bereits vermutet, nur direkt beobachten konnte man ihn bisher nicht.