Mannen zijn gemiddeld 1,70 meter en vrouwen 1,60 meter. Een willekeurige lengte? Integendeel, uit nieuw onderzoek blijkt dat we precies lang genoeg zijn om onze snelheid te maximaliseren.
Je zou misschien denken: hoe langer de benen, hoe sneller we zijn. Maar als je kijkt naar het dierenrijk dan geldt dat geenszins. De cheeta is het snelste landdier met een topsnelheid van 104 kilometer per uur. Een olifant is veel groter, maar die gaat toch echt een stuk langzamer.
Mysterie opgelost
De lengte van de poten is dus niet bepalend voor de snelheid van een dier. Wat dan wel? Dat is lang een mysterie geweest, maar onderzoekers zijn een stapje dichter bij de oplossing gekomen. Ze gebruikten een virtueel model van het menselijk lichaam om de beweging van de ledematen en spieren te onderzoeken, te achterhalen wat onze snelheid beperkt en inzicht te krijgen in de evolutie van de vorm van het menselijk lichaam.
Dit model heet OpenSim en is vrij beschikbaar. Er wordt al een jaar of twintig aan gewerkt. In 2019 gingen Belgische onderzoekers een stap verder. Ze bouwden een model dat ze niet vertelden hoe het moest bewegen, maar de opdracht gaven om zich voort te bewegen met een bepaalde snelheid. Het model ontdekte vervolgens zelf welke spiercombinaties het moest activeren om te kunnen lopen of rennen met de voorgeschreven snelheid.
Van muis tot olifant
En dan is het nog maar een kleine stap naar het vergroten of verkleinen van het model. Stel je maakt het zo klein als een muis, of zo groot als een olifant: hoe hard rent het dan? Eerst gebruikten de onderzoekers het standaard menselijke model van 75 kilo. Daarna maakten ze steeds kleinere modellen, tot aan 100 gram. Vervolgens gingen ze vergroten, tot 2000 kilo maar liefst. Ze daagden het model uit om zo snel mogelijk te rennen.
Het leidde tot opmerkelijke resultaten: ten eerste kon het model van 2000 kilo niet bewegen. Hetzelfde gold voor het model van 1000 kilo. Het grootste model dat kon bewegen was 900 kilo. Dat lijkt dus de bovengrens te zijn voor de menselijke vorm. Willen we toch met zo’n berg overgewicht blijven bewegen dan moeten we van vorm veranderen, op vier benen gaan lopen bijvoorbeeld.
Hier zie je het model in actie:
Spierkracht
Het snelste model was noch het grootste, noch het kleinste, maar ook niet het gemiddelde. Het snelste menselijk lichaam woog ongeveer 47 kilo, net zoveel als een cheeta. Maar de grote vraag was natuurlijk: waarom is dit zo, want verder lijken we natuurlijk niet op een cheeta.
Hoe hard je voortbeweegt heeft te maken met hoe hard je je van de grond kunt afzetten. Grotere modellen lijken daarbij te worden beperkt door hun spieren. Het vermogen van een spier om kracht te produceren, hangt af van de dwarsdoorsnede van die spier. En naarmate dieren groter worden, neemt de massa van hun spieren sneller toe dan de dwarsdoorsnede ervan. Dit betekent dat de spieren van grotere dieren relatief zwakker zijn en ze dus langzamer gaan.
Te licht
Aan de andere kant van het spectrum zijn de kleine modellen relatief sterker, maar die hebben weer een probleem met de zwaartekracht. Ze zijn gewoon te licht. Ze proberen zich van de grond te duwen om meer kracht te produceren, maar hierdoor komt hun lichaam te snel van de grond.
Om meer kracht op de grond te krijgen, buigen ze hun ledematen, net zoals muizen of katten doen. Dit stelt hen in staat langer op de grond te blijven en dus meer kracht te produceren, net zoals je zou doen bij een verticale sprong. Maar dit kost tijd. En hoe langer je erover doet om kracht te produceren, hoe langzamer je pasfrequentie is en dan ben je dus niet zo snel meer.
De snelste loper weet zowel zijn pasfrequentie als zijn kracht te optimaliseren om af te zetten van de grond. Dat optimum ligt rond de 47 kilo. Interessant genoeg wegen veel van onze snelste langeafstandslopers, zoals Eliud Kipchoge, rond de 50 kilo. Wil je dus sneller worden dan je nu bent, dan zul je vermoedelijk een paar kilootjes moeten afvallen.
De mens is misschien niet de snelste loper op aarde – Usain Bolt is recordhouder met een topsnelheid van 44,72 kilometer per uur – maar op de fiets zijn we wél het meest efficiënte dier ter wereld. Als je kijkt naar snelheid, lichaamsgewicht en energieverbruik is de zalm het efficiëntst, maar stappen wij op de fiets dan halen we de zalm ruimschoots in. Dat vertelde ‘fietsprofessor’ Marco Te Brümmelstroet van de UvA in het NPO-programma Anna’s Brain. Nog efficiënter zijn we als we schaatsen, maar daar kom je, zeker tegenwoordig, niet ver mee.
