Ausdauerlaufen oder Ausdauertauchen – was kam zuerst?

Eine neue Studie betrachtet die Evolution der außergewöhnlichen menschlichen Ausdauer aus einer Land-und-Wasser-Perspektive

Auf den Punkt gebracht

• Menschen besitzen eine bemerkenswerte Ausdauer: Anders als andere Primaten sind wir nicht nur gute Ausdauerläufer, sondern auch ausdauernde Schwimmer und fähige Apnoetaucher.
• Die menschliche Fähigkeit zum Freitauchen: Das typische Tauchverhalten des Menschen liegt im Bereich der flach tauchenden, semiaquatischen Säugetiere. Besonders auffällig ist die Ähnlichkeit mit dem bimodalen Tauchprofil von Seeottern.
• Knochenmasse und Auftrieb: Wer in flachem Wasser taucht, muss seinen Auftrieb kontrollieren können. Entsprechend besitzen semiaquatische Säugetiere, die in geringen Tiefen tauchen, im Vergleich zu rein landlebenden Arten besonders massige Knochen. Unterschiede in der Knochenmasse früher Homininen könnten auf verschiedene ökologische Nischen hinweisen: Populationen mit schweren Knochen – etwa die frühesten Vertreter von Homo erectus auf Java – suchten möglicherweise auch unter Wasser nach Nahrung, während leichter gebaute Gruppen stärker auf Jagd und Sammeln an Land spezialisiert waren.
• Die Hypothese „Tauchen zuerst, Ausdauerlaufen später“ (“dive first, run later“): Vor rund drei bis zwei Millionen Jahren könnten Umweltbedingungen küstennahe Vertreter der Gattung Homo dazu veranlasst haben, beim Apnoetauchen aquatische Nahrungsquellen zu erschließen. Dabei könnten sich eine höhere Knochenmasse sowie verbesserte Atem- und Herz-Kreislauf-Funktionen herausgebildet haben. Letztere Anpassung könnte später dazu beigetragen haben, dass Populationen, die leichter gebaut waren, Ausdauerlauffähigkeiten entwickelten und in großen Höhen leben konnten.

Eine neue Studie verbindet Erkenntnisse aus der Paläoanthropologie mit der Tauchphysiologie und greift damit eine grundlegende Frage der menschlichen Evolution auf:  Warum hat der Mensch eine so außergewöhnliche aerobe Ausdauer entwickelt? Begannen unsere Vorfahren, Beutetiere an Land über weite Strecken bis zur Erschöpfung zu verfolgen? Oder spielte das Apnoetauchen nach Muscheln, Fischen und anderen Wasserressourcen eine wichtige Rolle?

Die Forscherinnen Josephine Joordens und Erika Schagatay schlagen auf Basis von Erkenntnissen aus den Bereichen vergleichende Physiologie, Anatomie, Paläoökologie und Paläoanthropologie eine neue Hypothese vor: „Tauchen zuerst, Ausdauerlaufen später“. In ihrer Studie stellen sie die weitverbreitete Ausdauerlauf-Hypothese nicht grundsätzlich infrage, erweitern diese jedoch um eine entscheidende Perspektive. Der Ursprung der menschlichen Ausdauer lasse sich, so ihr Argument, nicht allein aus der Nahrungssuche an Land erklären. „Wenn man den Ursprung der menschlichen Ausdauer und die Evolutionsgeschichte der Homo sapiens-Linie untersucht, muss man neben dem Ausdauerlaufen auch das Ausdauertauchen zur Nahrungssuche berücksichtigen“, so die Autorinnen.

Ein neuer Blick auf die menschliche Ausdauer

Unter den Primaten sind Menschen einzigartig. Sie können nicht nur lange Strecken laufen, sondern auch weit schwimmen und mit angehaltenem Atem tauchen. Heutige Freitauchergemeinschaften wie die Ama oder die Sama-Bajau zeigen, dass Menschen wiederholt über Stunden hinweg abtauchen können, um Fische zu jagen und Muscheln sowie andere Wasserressourcen zu sammeln.

Die Autorinnen bezeichnen diese Form des wiederholten Apnoetauchens als „Ausdauertauchen“. Dabei folgen in gleichmäßigem Rhythmus viele Tauchgänge aufeinander, die nur von kurzen Atempausen an der Oberfläche unterbrochen werden. So wird die Erholungszeit minimiert und die Zeit unter Wasser maximiert – also genau dort, wo die Nahrung zu finden ist. Auf diese Weise sammeln japanische Ama-Taucherinnen beispielsweise Abalonen und Muscheln der Art Turbo sasae in geringer Tiefe. Eine Zeit-Tiefen-Aufzeichnung von zwei Stunden während der Arbeitsschicht einer Ama-Taucherin zeigt 50 Tauchgänge in einer Tiefe von etwa acht bis zehn Metern. 45 Prozent der Zeit verbrachte die Taucherin unter Wasser. „Diese Tauchmethode ermöglicht es Menschen, jeden Tag stundenlang unter Wasser zu arbeiten und dabei immer wieder die Luft anzuhalten“, sagt Erika Schagatay, Professorin für Tierphysiologie und Expertin für menschliche Leistungsfähigkeit unter Sauerstoffmangel, beispielsweise beim Apnoetauchen oder in großer Höhe.

Die Ausdauerlauf-Hypothese auf dem Prüfstand

Die 2004 von Dennis Bramble und Daniel Lieberman formulierte Ausdauerlauf-Hypothese zählt bis heute zu den wichtigsten Erklärungen dafür, warum sich Menschen so stark von Menschenaffen unterscheiden. Demnach entstanden Merkmale wie lange Beine, eine effiziente Körperkühlung und eine hohe aerobe Leistungsfähigkeit, weil frühe Menschen ihre Beutetiere an Land über lange Distanzen verfolgten.

Joordens und Schagatay verwerfen diese Hypothese nicht. Sie halten sie jedoch für unvollständig. Ihre Hypothese „Tauchen zuerst, Ausdauerlaufen später“ bezieht sowohl das Laufen als auch das Tauchen mit ein und könnte somit besser erklären, warum heutige Jäger-und-Sammler-Gruppen so unterschiedliche Formen der Fortbewegung und Nahrungssuche nutzen. „Unsere Studie bietet eine ausgewogene Land-und-Wasser-Perspektive auf die menschliche Evolution“, sagt Josephine Joordens, Professorin für Homininen-Paläoökologie und -Evolution. „Die Kombination aus Nahrungssuche an Land und küstennaher Nahrungssuche durch Tauchen in flachem Wasser könnte uns zu den vielseitigen Menschen gemacht haben, die wir heute sind.“

Ausdauertauchen als möglicher Ausgangspunkt

Für das Ausdauertauchen ist eine verbesserte Leistungsfähigkeit von Atem- und Herz-Kreislauf-System erforderlich. Zudem müssen Atmung und Luftanhalten effizient dosiert werden. Wenn eine Person nur die Hälfte der Zeit atmet, muss sie, wenn sie die Möglichkeit dazu hat, doppelt so viel Luft einatmen. Die Bildung von Laktat muss unbedingt vermieden werden. Den Forscherinnen zufolge könnte diese für das Tauchen relevante Fähigkeit, die Anstrengung zu dosieren und den Sauerstoffhaushalt zu steuern, den Anstoß für die Entwicklung der kardiorespiratorischen Ausdauer gegeben haben, die beim Langstreckenlauf erforderlich ist.

Die Studie weist außerdem auf eine überraschende Verbindung zwischen Apnoetauchen und dem Leben in großer Höhe hin. Beide Situationen sind durch Hypoxie, also Sauerstoffmangel, geprägt. Eine wirksame Tauchreaktion hilft dabei, unter Wasser Sauerstoff zu sparen. Andere Merkmale, wie etwa eine große Milz, können sowohl beim Tauchen als auch in großer Höhe den Sauerstoffgehalt des Blutes erhöhen. In der neuen Studie werden diese physiologischen Gemeinsamkeiten zwischen Apnoetauchfähigkeit und Höhentoleranz erstmals im Kontext der menschlichen Evolution betrachtet.

Schwere Knochen – eine Anpassung an das Tauchen in flachem Wasser

Ein weiteres zentrales Thema der Studie ist ein auffälliges Merkmal vieler Homininen-Fossilien: ihre hohe Knochenmasse, oft auch als „schwere Knochen“ bezeichnet. Bei Fossilien von Gruppen wie Homo erectus oder den Neandertalern wurde dieses Merkmal bislang häufig mit starker körperlicher Belastung und intensiver Aktivität an Land erklärt. Joordens und Schagatay verweisen nun jedoch auf Vergleichsdaten von an Land lebenden, flach und tief tauchenden Säugetieren. Diese Daten zeigen: Eine höhere Knochenmasse kann beim Tauchen in flachem Wasser dabei helfen, den Auftrieb besser zu kontrollieren. Beim Ausdauerlaufen reduziert sie jedoch die Effizienz. Dies legt nahe, dass frühe Homo-Populationen mit besonders massigen Knochen diese Eigenschaft nicht durch anstrengende Tätigkeiten an Land entwickelten. Schwere Knochen könnten ihnen dabei geholfen haben, in flachen Küstengewässern besser zu tauchen.

Die Unterschiede in der Knochenmasse früherer Homininen könnten demnach auf unterschiedliche ökologische Nischen hinweisen. Kräftig gebaute, küstennahe Homo-Populationen – wie die frühesten bekannten Vertreter von Homo erectus auf Java – könnten auch unter Wasser nach Nahrung gesucht haben. Leichter gebaute Homo-Populationen waren möglicherweise stärker auf das Laufen sowie auf die Jagd und das Sammeln an Land angewiesen.

Verschiedene Populationen, gemeinsame menschliche Fähigkeiten

Die Studie verweist zudem auf neuere DNA-Modellierungen. Demnach könnten alle heutigen Menschen aus der Vermischung zweier alter Populationen hervorgegangen sein, die sich bereits sehr früh voneinander getrennt hatten. „Wir vermuten, dass die bemerkenswerte kardiorespiratorische Fitness sowie die Tauch- und Laufleistungen des modernen Menschen aus der Vermischung von Populationen entstanden sind, die jeweils auf Ausdauertauchen bzw. Ausdauerlaufen spezialisiert waren“, sagt Joordens. „Ausdauertauchen und Ausdauerlaufen kann grundsätzlich jeder bis zu einem gewissen Grad lernen. Einige Menschen haben jedoch möglicherweise mehr Talent für das Laufen, andere für das effiziente Tauchen.“ Unterschiede in diesen Fähigkeiten haben vermutlich dazu beigetragen, dass sich Menschen an sehr verschiedene Lebensräume anpassen und sich somit weltweit erfolgreich ausbreiten konnten.

Die Hypothese prüfen

Die Autorinnen betonen, dass der Fossilbericht der Homininen zwar lückenhaft und teils verzerrt ist, aber weiterhin ein zentrales Archiv der menschlichen Evolution darstellt – insbesondere in Kombination mit Erkenntnissen aus der menschlichen Physiologie. Künftige Forschung sollte die neue Hypothese „Tauchen zuerst, Ausdauerlaufen später" gemeinsam mit der Ausdauerlauf-Hypothese prüfen und Daten aus Paläoanthropologie und Physiologie zusammenführen. Dafür schlagen die Forscherinnen mehrere Ansätze vor. „Die äußere menschliche Nase könnte sich beispielsweise als wichtiges Merkmal entwickelt haben: Sie ermöglicht das Tauchen in flachem Wasser, ohne dass Wasser in die Nasenwege eindringt“, sagt Schagatay. Eine konsequente Land-und-Wasser-Perspektive auf vorhandene Fossildaten könnte künftig zu neuen funktionellen Deutungen führen, die bislang unentdeckt blieben.

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Josephine Joordens ist Professorin für Homininen-Paläoökologie und -Evolution. Mit ihrem Hintergrund in der Meeresbiologie verbindet sie die Disziplinen Biologie, Archäologie und Geologie, um die Ursprünge des Menschen zu erforschen. Sie ist am Naturalis Biodiversity Center in Leiden sowie am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig tätig.

Erika Schagatay ist Professorin für Tierphysiologie. Sie kombiniert Biologie mit Sportwissenschaften, um die menschliche Leistungsfähigkeit in extremen Umgebungen, insbesondere bei Sauerstoffmangel wie beim Apnoetauchen oder in großer Höhe, zu untersuchen. Sie arbeitet an der Mid Sweden University in Östersund.