Aufrichtreflex der Katze (Cat righting reflex)

Der Katzenaufrichtungsreflex bezeichnet die intrinsische Fähigkeit einer Katze, ihren Körper während eines Sturzes neu auszurichten, um eine Landung auf den Füßen sicherzustellen. Dieser Aufrichtungsreflex manifestiert sich typischerweise etwa 3–4 Wochen nach der Geburt und erreicht seine volle Leistungsfähigkeit im Alter von 6–9 Wochen. Katzen besitzen diese Fähigkeit aufgrund ihrer außergewöhnlichen Flexibilität der Wirbelsäule und des Fehlens eines funktionsfähigen Schlüsselbeins. Auch wenn der Schwanz einen Beitrag zu leisten scheint, wird diese Fähigkeit auch bei schwanzlosen Katzen beobachtet, da der primäre Mechanismus koordinierte Bewegungen der Gliedmaßen und die Torsion der Wirbelsäule beinhaltet.

Obwohl Katzen das bekannteste Beispiel für diesen Reflex sind, verfügen sie nicht ausschließlich über die Fähigkeit, sich in der Luft aufzurichten. Vergleichbare Phänomene wurden bei verschiedenen kleinen Wirbeltieren dokumentiert, darunter Kaninchen, Ratten und Eidechsen, sowie bei bestimmten wirbellosen Arthropoden mit Schwänzen, wie etwa Stabheuschrecken.

Technik

Wenn Katzen ihre Orientierung relativ zur Schwerkraft entweder visuell oder über ihr Vestibularsystem im Innenohr wahrnehmen, leiten sie ein Rotationsmanöver ein, um ihre Bauchseite nach unten neu auszurichten. Sie führen dieses Manöver gemäß dem physikalischen Prinzip der Drehimpulserhaltung durch und umfassen die folgenden kritischen Phasen:

1. Beugung des Rumpfes, wodurch die vorderen und hinteren Körpersegmente unabhängig voneinander um verschiedene Achsen rotieren können.
2. Einziehen der Vorderbeine, um das Trägheitsmoment des vorderen Körperabschnitts zu verringern, und gleichzeitiges Strecken der Hinterbeine, um das Trägheitsmoment des hinteren Körperabschnitts zu erhöhen. Diese Differenzialeinstellung ermöglicht eine Drehung des Vorderkörpers um bis zu 90° bei gleichzeitiger minimaler Gegenrotation des Hinterkörpers von ca. 10°.
3. Anschließend werden die Vorderbeine gestreckt und die Hinterbeine zurückgezogen, was eine zusätzliche Rotation des hinteren Körpersegments erleichtert und gleichzeitig die Gegenrotation des vorderen Segments minimiert.

Das Ausmaß der Flexibilität der Katze und ein bereits vorhandener Drehimpuls bestimmen, ob eine iterative Ausführung der oben genannten Schritte erforderlich ist, um eine vollständige 180°-Neuausrichtung zu erreichen.

Endgeschwindigkeit

Zusätzlich zum Aufrichtreflex verfügen Katzen über weitere physiologische Eigenschaften, die sturzbedingte Verletzungen mildern. Ihre geringe Statur, ihr leichtes Skelettgerüst und ihr dichtes Fell tragen gemeinsam zu einer verringerten Endgeschwindigkeit bei. Beim Abstieg spreizen Katzen ihre Körper, um den Luftwiderstand zu maximieren. Eine durchschnittlich große Katze erreicht mit ausgestreckten Gliedmaßen eine Endgeschwindigkeit von etwa 60 mph (97 km/h), was etwa der Hälfte der Endgeschwindigkeit eines durchschnittlichen Menschen entspricht, typischerweise etwa 120 mph (190 km/h). Im Jahr 2003 durchgeführte Untersuchungen zum Hochhaussyndrom bei Katzen ergaben, dass Katzen „ihre Gliedmaßen horizontal ausrichten, nachdem sie die maximale Geschwindigkeit erreicht haben, damit der Aufprall gleichmäßiger über den Körper verteilt wird“.

Verletzung

Mit ihrem Aufrichtungsreflex landen Katzen häufig ohne Verletzungen. Dieses Ergebnis ist jedoch nicht universell, da Katzen nach wie vor anfällig für Brüche oder Todesfälle infolge schwerer Stürze sind. Eine im Journal of the American Veterinary Medical Association dokumentierte Untersuchung aus dem Jahr 1987 analysierte 132 Katzen, die nach Stürzen von erhöhten Strukturen in das New York Animal Medical Center eingeliefert wurden. Diese Untersuchung ergab eine positive Korrelation zwischen der Verletzungsschwere pro Katze und der Fallhöhe, die ihren Höhepunkt im siebten Stockwerk erreichte und bei deren Überschreitung die Verletzungsrate anschließend zurückging. Bemerkenswert ist, dass eine Katze einen Sturz aus 40 Stockwerken ohne erkennbare Verletzungen überlebte, nachdem sie Berichten zufolge von einem Blätterdach abgeprallt war und in einem Pflanzgefäß gelandet war. Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass Katzen nach etwa fünf Stockwerken ihre Endgeschwindigkeit erreichen, was zu Entspannung und Körperspreizung führt und dadurch den Luftwiderstand erhöht. Umgekehrt haben Kritiker die Behauptung, dass die Sterblichkeitsraten mit zunehmender Fallhöhe sinken, in Frage gestellt und dabei eine mögliche Verzerrung der Überlebenswahrscheinlichkeit angeführt. Diese Kritik ergibt sich aus dem Ausschluss von Todesfällen, die sofort eintreten, da verstorbene Tiere normalerweise nicht zur tierärztlichen Versorgung vorgestellt würden. Eine nachfolgende Studie aus dem Jahr 2003 mit 119 Katzen kam zu dem Schluss, dass „Stürze aus dem siebten oder höheren Stockwerk mit schwereren Verletzungen und einem höheren Auftreten von Thoraxtraumata einhergehen.“

Butterkatzen-Paradoxon – eine scherzhafte Konzeptualisierung, die den Aufrichtreflex der Katze mit dem Phänomen verbindet, dass mit Butter bestrichener Toast immer mit der Butterseite nach unten landet.

• Paradoxon der gebutterten Katze – eine humorvolle Kombination aus zwei Beobachtungen, dem Aufrichtungsreflex der Katze und dem Phänomen des gebutterten Toasts
• Problem der fallenden Katze – die mathematische Herausforderung, die physikalischen Prinzipien aufzuklären, die dem Aufrichtreflex der Katze zugrunde liegen.
• Hochhaussyndrom – ein veterinärmedizinischer Begriff, der Verletzungen bezeichnet, die Katzen häufig durch Stürze aus großen Höhen erleiden.

Referenzen

Arabyan, A.; Tsai, D. (1998). „Ein verteiltes Kontrollmodell für den Luftaufrichtungsreflex einer Katze.“ Biol. Cybern. 79 (5): 393–401. doi:10.1007/s004220050488. PMID 9851020. S2CID 6443644.

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• Laouris, Y., Kalli-Laouri, J., & Schwartze, P. (1990). „Die postnatale Entwicklung der Luftaufrichtungsreaktion bei Albino-Ratten: Quantitative Analyse der normalen Entwicklung und die Wirkung der Verhinderung von Hals-Rumpf- und Rumpf-Becken-Rotationen.“ Verhaltenshirnforschung, 37(1), 37–44. doi:10.1016/0166-4328(90)90070-U. PMID 2310493. S2CID 10542756.Laouris, Y., Kalli-Laouri, J. & Schwartze, P. (1990). „Der Einfluss veränderter Kopf-, Thorax- und Beckenmasse auf die postnatale Entwicklung der Luftaufrichtungsreaktion bei Albino-Ratten.“ Behav. Brain Res, 38(2), 185–190. doi:10.1016/0166-4328(90)90016-8. S2CID 8325481.
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