Limb swinging in elephants and giraffes and implications for the reconstruction of limb movements and speed estimates in large dinosaurs

Abstract

Speeds of walking dinosaurs that left fossil trackways have been estimated using the stride length times natural pendulum frequency of the limbs. In a detailed analysis of limb movements in walking Asian elephants and giraffes, however, distinct differences between actual limb movements and the predicted limb movements using only gravity as driving force were observed. Additionally, stride frequency was highly variable. Swing time was fairly constant, but especially at high walking speeds, much shorter than half the natural pendulum period. An analysis of hip and shoulder movements during walking showed that limb swinging was influenced by accelerations of hip and shoulder joints especially at high walking speeds. These results suggest an economical fast walking mechanism that could have been utilised by large dinosaurs to increase maximum speeds of locomotion. These findings throw new light on the dynamics of large vertebrates and can be used to improve speed estimates in large dinosaurs.

Geschwindigkeiten gehender Dinosaurier, die fossile Fährten hinterlassen haben, wurden als Produkt aus Schrittlänge und natürlicher Pendelfrequenz der Beine abgeschätzt. Eine detaillierte Analyse der Beinbewegungen von gehenden Asiatischen Elefanten und Giraffen offenbarte allerdings klare Unterschiede zwischen den tatsächlichen Extremitätenbewegungen und den Bewegungen, die zu erwarten wären, wenn die Gravitation die einzige treibende Kraft darstellte. Zudem erwies sich die Schrittfrequenz als hochgradig variabel. Die Schwingzeit der Gliedmaßen war recht konstant, aber besonders bei hohen Gehgeschwindigkeiten viel kürzer als die halbe natürliche Pendelperiode der Extremitäten. Eine Analyse der Bewegungen der Hüft- und Schultergelenke während des Gehens zeigte, daß das Schwingen der Gliedmaßen durch Beschleunigungen dieser Gelenke beeinflußt wurde, insbesondere bei hohen Gehgeschwindigkeiten. Die Resultate legen einen ökonomischen Mechanismus für schnelles Gehen nahe, der von großen Dinosauriern zur Erhöhung der Höchstgeschwindigkeiten eingesetzt worden sein könnte. Die Ergebnisse werfen neues Licht auf die Dynamik großer Wirbeltiere. Sie können zu Verbesserungen in den Schätzungen der Fortbewegungsgeschwindigkeiten großer Dinosaurier eingesetzt werden.