Eigentlich war Norman Heglund 1977 nicht nach Afrika gereist, um den Gang afrikanischer Frauen zu studieren. Der Biologiestudent der Universität Harvard wollte vielmehr den Energieverbrauch grosser Tiere in Bewegung untersuchen. Am einfachsten liess sich das bewerkstelligen, indem er mit Hilfe einer Gesichtsmaske die Sauerstoffaufnahme der Tiere bestimmte, die sich direkt proportional zur verbrauchten Energie verhält.
Heglund lebte für sechs Monate in Muguga, einem Ort in der Nähe der kenyanischen Hauptstadt Nairobi, wo er mit seinen Kollegen in einer Baracke ein Laufband und ein Sauerstoffmessgerät aufstellte. Während sie die ersten Tests mit Büffeln, Antilopen und Gazellen machten, fiel ihm auf, mit welcher Leichtigkeit die Frauen der Luo und Kikuyu im Dorf schwere Lasten auf dem Kopf trugen. Fiel ihnen das Tragen wirklich leichter als anderen Menschen? Er fragte die afrikanischen Hilfskräfte, ob sich ihre Ehefrauen für ein Experiment zur Verfügung stellen würden. «Den Frauen war das zwar erst etwas peinlich, aber nachdem wir die Fenster mit Zeitungen zugeklebt hatten, machten sie mit.»
Fünf Frauen kamen ins Labor und liessen sich von Heglund testen. Sie setzten eine Gesichtsmaske auf und gingen mit unterschiedlichen Gewichten auf dem Kopf für einige Minuten auf dem Laufband, dessen Geschwindigkeit in fünf Stufen verändert wurde.
Es dauerte acht volle Jahre, bis Heglund entdeckte, welch erstaunliches Resultat dieser Versuch ergab. Der Sauerstoffverbrauch der Frauen liess sich nämlich nur mit einiger Rechnerei aus den gewonnenen Messungen bestimmen. Dafür fehlte Heglund aber die Zeit. Er musste seine Doktorarbeit abschliessen. Danach zog er nach Mailand und arbeitete beim bekannten Gehforscher Giovanni Cavagna an der dortigen Universität.
Erst 1985 – zurück in Harvard – kramte er die Messungen wieder hervor, und was er sah, bereitete ihm Kopfzerbrechen: Wenn die Last auf dem Kopf der Frauen weniger als einen Fünftel ihres Körpergewichts betrug, verbrauchten sie nicht mehr Sauerstoff, als wenn sie ohne Last gingen. Eine 70 Kilo schwere Frau konnte 14 Kilo tragen, ohne auch nur ein bisschen mehr Energie dafür aufzuwenden. Das widersprach allem, was Heglund über den Energieumsatz von Tieren wusste. Versuche mit rennenden Menschen, Pferden, Hunden und Ratten hatten ergeben: Eine Last von zwanzig Prozent des Körpergewichts erhöht auch den Energieverbrauch um zwanzig Prozent. Bei amerikanischen Rekruten erbrachten Messungen im Gehen dasselbe Resultat. Die Afrikanerinnen liessen die trainierten Soldaten weit hinter sich.
Um sicherzugehen, dass der seltsame Effekt nicht daher rührte, dass die Frauen ihre Lasten auf dem Kopf trugen, die Rekruten aber am Rücken, machte Heglund Versuche mit Europäern und einem mit Bleigewichten versehenen Velohelm. Das Resultat war ein steifer Hals und die Erkenntnis: Ob Rücken oder Kopf, macht keinen Unterschied. Heglund war ratlos.
Seine damaligen Spekulationen über andere mögliche Gründe erwiesen sich im nachhinein alle als falsch. Heglund vermutete, die Frauen sparten vielleicht Energie, indem sie ihren Körperschwerpunkt immer auf der gleichen Höhe halten – wie Michael Jackson bei einem Moonwalk –, oder dass es bei Frauen, die von klein auf schwere Lasten trugen, zu einer anatomischen Veränderung gekommen sei, die das Energiesparen möglich machte.
Heglund kannte zwar den Grund für den von ihm entdeckten Effekt nicht, aber er wusste, wie er ihn herausfinden konnte: mit Hilfe einer sogenannten Force Plate, einer Druckplatte. Das ist eine Art komplizierte Badezimmerwaage, die den zeitlichen Verlauf der Kraft, die auf sie einwirkt, aufzeichnet. Mit einem solchen Gerät im Gepäck reiste er 1989 erneut nach Kenya.
Er liess die Afrikanerinnen so über die Force Plate gehen, dass er den exakten Verlauf eines Schrittes verfolgen konnte – vom Moment an, wo der Fuss die Platte berührte, bis er sie wieder verliess. Diesen Verlauf wollte er mit dem eines europäischen Schrittes vergleichen. Im Unterschied musste des Rätsels Lösung liegen.
Afrikanerinnen sind bessere Pendel
Heglund wusste von seiner Arbeit mit Cavagna, dass man sich das Gehen als wiederholte Bewegung einer Art Pendel vorstellen konnte. Anders als bei einem normalen Pendel, bei dem der unbewegte Drehpunkt oben liegt, ist er beim Gehen unten. Der Fuss setzt auf, und das Bein mit dem Oberkörper bewegt sich von der Position hinter dem Bodenkontakt vor diesen, bis der andere Fuss aufsetzt und der Prozess von vorne beginnt. Wie wenn man sich mit Hilfe eines Stocks über einen Bach schwingt, ist die Geschwindigkeit dabei am höchsten, wenn man den Fuss – oder den Stock – auf den Boden setzt. Danach nimmt die Geschwindigkeit ab und die Höhe des Körperschwerpunkts zu. Die Geschwindigkeit (kinetische Energie) wird in Höhe (potentielle Energie) investiert. Hat der Körper den höchsten Punkt erreicht – sein Schwerpunkt liegt jetzt senkrecht über dem Fuss oder über dem Stock –, kann er auf dem weiteren Weg die gespeicherte Energie wieder beziehen, indem er an Höhe verliert und gleichzeitig an Geschwindigkeit gewinnt.
Würde die ständige Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Höhenenergie und zurück perfekt funktionieren, wäre Gehen mit praktisch keiner Anstrengung verbunden, doch Heglund wusste, dass der Mensch beim Gehen kein perfektes Pendel war. Er konnte nur etwa 65 Prozent der investierten Energie zurückgewinnen.
Ein Vergleich der mit der Force Plate gemessenen Kraftverläufe zeigte, dass das auch für die Luo- und Kikuyu-Frauen stimmte – jedenfalls solange sie keine Lasten trugen. Wie Europäer verloren auch sie Energie am Anfang und am Ende des Schrittes, wenn beide Füsse gleichzeitig am Boden waren. Das war nicht zu verhindern. Wie bei einer Pendeluhr braucht der Mensch beim Gehen immer wieder einen kleinen Schubs, um die Pendelbewegung in Gang zu halten.
Doch es gab eine weitere Stelle, an der Energie verloren ging: in der Mitte der Bewegung. Wenn der Körperschwerpunkt am höchsten lag, wurde die Höhenenergie für 15 Millisekunden nicht perfekt in Geschwindigkeitsenergie verwandelt. Der Schwerpunkt verlor an Höhe, ohne dass die Geschwindigkeit entsprechend zunahm – man schwingt sich mit dem Stock über den Bach und rutscht an der höchsten Stelle ein wenig am Stock herunter; dabei geht Höhe verloren, ohne dass die Geschwindigkeit zunimmt.
Als Norman Heglund die Kraftverläufe verglich, sah er, dass die Afrikanerinnen diesen unnötigen Energieverlust unter Last vermindern konnten. Sie wurden zu besseren Pendeln, die die in der Höhe gespeicherte Energie nun fast perfekt in Bewegungsenergie verwandelten. So gelang es ihnen, eine Last von bis zu zwanzig Prozent ihres Körpergewichts zu kompensieren.
Könnten das auch amerikanische Rekruten und mit dem Wochenendeinkauf beladene Hausfrauen lernen? Heglund bezweifelt es. Er glaubt zwar nicht, dass die Fähigkeit angeboren sei, aber es sei wahrscheinlich, dass man von klein auf Lasten tragen müsse, um sie zu erwerben. Der Unterschied der Gangarten ist so gering, dass man ihn von blossem Auge nicht sieht.
In den 1990er Jahren zog es Heglund nach Nepal, wo Sherpas bis zum Doppelten ihres Körpergewichts Berghänge hinauftragen. Er fand heraus, dass auch die Sherpas dabei viel weniger Energie brauchen als angenommen. Anders als die Afrikanerinnen bekommen sie die ersten zwanzig Prozent zwar nicht umsonst – der spezielle Pendelgang eignet sich nur im Flachen –, dafür sind sie bei grösseren Lasten effizienter. Wenn ein Sherpa Waren so schwer wie sein eigener Körper trägt, braucht er dabei bloss die Energie, die ein Europäer für die halbe Last benötigt. Wie die Sherpas das schaffen, weiss Heglund nicht – noch nicht.