Dode flamingo's onthullen het geheim van het staan op een poot

Veel vogels staan op een poot, vaak terwijl ze slapen, maar flamingo's zijn er wel een extreem voorbeeld van. Doctor Lena Ting, een biomedisch ingenieur van de Emory University en het Georgia Institute of Technology  en haar collega Young-Hui Chang, een neuromechanicus van Georgia Tech vroegen zich af hoe de flamingo's in staat zijn zo lang op een poot te staan zonder moe te worden.

Er zijn twee belangrijke hypothese in verband met waarom de vogels dat doen: ofwel om spiervermoeidheid te vermijden door van poot te wisselen, de spiervermoeidheid-hypothese, of om warmte te besparen. De beide hypothesen gaan er wel van uit dat er spieren nodig zijn om zo te staan, en of dat zo was, was in feite nog niet onderzocht.

De onderzoekers concentreerden zich op de eerste hypothese. Naarmate een spier meer gebruikt wordt, wordt de kans groter dat ze vermoeid wordt, en de meeste dieren die op een poot staan, moeten dan ook regelmatig wisselen, omdat die ene poot moe wordt. Flamingo's kunnen echter enorm lang op een poot staan zonder dat ze het nodig vinden om van poot te wisselen, en de theorie is dan ook dat de poot waarop ze staan, niet of nauwelijks moe wordt.

De twee onderzoekers wilden nagaan of het mogelijk was voor flamingo's om stabiel te blijven op een poot zonder een actieve inspanning van hun spieren. En om dat te onderzoeken, gebruikten ze zowel acht levende als twee dode flamingo's die ze van een plaatselijke zoo hadden gekregen. 

Zelfs terwijl ze slapen, blijven flamingo's makkelijk op een poot staan.

Met de hulp van de bewakers van de zoo, dreven de onderzoekers acht jonge flamingo's die net gegeten hadden en die slaperig begonnen te worden, op een toestel dat een krachtenplaat genoemd wordt. Daarmee kan men de houdingsreacties meten, wat in het Engels "postural sway" genoemd wordt, de bewegingen en tegenbewegingen waarmee een wankel lichaam zichzelf in evenwicht tracht te houden.

"Opvallend was dat de beweging en de snelheid van hun lichaam erg, erg laag was, terwijl ze in slaap aan het vallen waren", zei doctor Ting in de New York Times. "Dat gaat in tegen onze intuïtie, omdat u en ik, als we op één been staan en onze ogen sluiten, meestal veel meer houdingsreacties vertonen."

Dat komt omdat het antwoord van ons lichaam ingewikkeld is. Het zenuwsysteem voelt instabiliteit en stuurt boodschappen naar de spieren om hen te vertellen dat ze moeten samentrekken om het lichaam te stabiliseren. Maar de onbeweeglijke flamingo's leken een soort passieve strategie te gebruiken die minder een beroep deed op hun spieren en zenuwen, en meer op de eenvoudige mechanismen waarmee hun lichamen ineen zitten. 

En dus richtten de onderzoekers hun aandacht op de dode flamingo's, die uiteraard geen actieve spieren hebben, om te zien of spieren nodig waren voor de stabiliteit.

Doctor Chang zette met behulp van klemmen de kadavers rechtop op een poot. In plaats van neer te smakken, zoals wel verwacht werd, schikten de vogels zich in een stabiele, "eenpotige" houding, die zelfs stand hield als de bovenkant van hun lichamen naar voren of naar achteren werd bewogen. Op twee poten, of als de ene poot niet recht onder het lichaam stond, was het kadaver veel minder stabiel.

De vogels toonden aan dat "het mogelijk is om een houding die wij heel moeilijk zouden vinden, aan te houden zonder spieren te moeten activeren", zei Ting.

De gewrichten van de poten konden ook heel makkelijk uit de staande positie gehaald worden, wat er op wijst dat flamingo's zonder al te veel inspanning uit de positie op een been kunnen raken, om van poot te wisselen, te reageren op wind of modderig water, of om aan een bedreiging te ontsnappen.

De onderzoekers dissecteerden ook de poten en al hun bevindingen leiden tot de conclusie dat een flamingo zijn gewicht passief, zonder spieractiviteit, op een poot kan laten steunen. Anderzijds blijkt het bijna onmogelijk te zijn voor de dieren om op twee poten een stabiele, uitgebalanceerde houding aan te houden, en ze moeten daarbij meer spierenergie gebruiken. 

De verklaring daarvoor ligt blijkbaar in het gewicht van de vogels. Als een flamingo op een poot staat, dwingt zijn lichaamsgewicht de gewrichten in zijn been in een vaste schikking. Door de dode flamingo's te laten bewegen, merkten de onderzoekers dat er een groep van spieren en ligamenten moet zijn, die in elkaar klikken en zo blijven, in het middelste deel van de poot.

Zoiets wordt een "stay apparatus" genoemd, en het is een dergelijke combinatie van spieren, pezen en ligamenten die bijvoorbeeld een paard toelaat om rechtopstaand te slapen. Het stay apparatus weerstaat bepaalde soorten bewegingen en houdt de flamingo stabiel, zonder dat die zijn spieren moet gebruiken. Dat lukt alleen als de poot recht onder het lichaam geplaatst is, wat de positie is die de vogel van nature aanneemt. En het werkt zelfs beter als de flamingo slaapt omdat die dan minder beweegt, en er dus minder variatie is in de krachten die op de poot inwerken.

Het is de eerste keer dat er bewijs gevonden wordt voor een passief, door de zwaartekracht aangedreven mechanisme om het lichaamsgewicht te ondersteunen in het middelste pootgewricht van een vogel, zeggen de onderzoekers.

Langs hun lange poten verliezen flamingo's veel warmte.

Overigens sluiten de bevindingen van de onderzoekers de warmtehypothese - dat flamingo's op één poot staan om minder warmte te verliezen - niet uit.

Veren isoleren goed, en onderzoek heeft aangetoond dat vogels een aanzienlijke hoeveelheid warmte kunnen verliezen langs hun onbedekte poten. Als ze in het water staan, wat flamingo's vaak doen, verliezen ze zelfs nog meer warmte, en dus kan het vermogen om makkelijk op een poot te kunnen staan, helpen om het warmteverlies flink te beperken. De andere poot zit dan immers knus onder het lichaam in de veren weg gevouwen.

Dat zou vooral gunstig zijn voor flamingo's die in een koud klimaat leven en in gebieden waar de watertemperatuur dicht bij of onder het vriespunt ligt.

Doctor Ting bestudeert het proces van het opnieuw verkrijgen van de mogelijkheid om te bewegen na een verwonding, en haar collega Chang werkt met protheses, en beiden kijken ze of ze van de flamingo's geen lessen kunnen leren voor hun vakgebied. 

Omdat het de flamingo's zo weinig inspanning kost om in en uit hun eenpotige houding te geraken, gaan ze na of ze geen inspiratie kunnen vinden om verbeteringen aan te brengen aan robottechnologie en aan myo-elektrische protheses.

"Meestal vinden wij mensen rechtopstaan erg vanzelfsprekend, tot we de mogelijkheid ertoe verliezen", zei Ting.

De studie van Ting en Chang is gepubliceerd in Biology Letters.