Flugforschung Fliegen für Anfänger

Von uralten Fossilien wollten Forscher bisher lernen, wie die Vögel einst das Fliegen lernten. Kenneth Dial hält das für Unsinn. Er holt sich lebende Vögel ins Labor

Das kleine Küken, das sich die Rampe hinaufmüht, trägt Punkte aus reflektierendem Klebeband in den flaumigen Federn. Vier Kameras schießen 250 Bilder pro Sekunde, aus ihren Aufnahmen berechnet der Computer die Bewegungsmuster der Vogelflügel. "Mich wundert, dass das noch niemand vor 150 Jahren gemacht hat", sagt Kenneth Dial.

Zwar ist ein Teil der Technik, die der Biologe an der University of Montana in seinem Vogelfluglabor einsetzt, erst in den letzten Jahrzehnten entwickelt worden – aber im Prinzip ist seine Forschungsmethode uralt: Tiere beobachten. Doch Kenneth Dial, der die Ergebnisse seiner Videoexperimente jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht hat, scheint der erste zu sein, der das bei Vögeln tut, um die Evolution des Vogelfluges zu studieren.

Die würden die Forscher gerne endlich verstehen. Doch bisher haben sie vor allem darüber gestritten. Der Disput geht um zwei Theorien – die Beobachtung lebender Tiere spielte dabei bisher keine Rolle, nur uralte Fossilienfunde. Aus ihnen leiten die Forscher zwei konkurrierende Gedankengebäude ab: Die eine Fraktion geht davon aus, dass sich die ersten Vogelvorfahren, ehe sie richtig fliegen lernten, von den Bäumen stürzten ("tree-down"). Gefiederte Gliedmaßen könnten den Tieren geholfen haben, zunächst den Fall abzubremsen. Aus diesem Gleiten soll dann das Fliegen entstanden sein. Die andere Fraktion hingegen glaubt, dass die ersten Vögel flügelschlagend direkt vom Boden abhoben ("bottom up").

Das Problem mit diesen Theorien: Ausgerechnet aus der kritischen Phase, in der Dinosaurier zu Vögeln wurden, das Fliegen lernten und vermutlich erste Formen von Stummelflügeln entwickelten, gibt es keine versteinerten Skelette. Daher ist viel Raum für Spekulationen: Welchen Überlebensvorteil könnten Stummelansätze geboten haben, damit sie sich in der Evolution durchsetzen und später zu richtigen Flügeln werden konnten?

Klar ist lediglich, dass es ausgebildete Vogelflügel schon vor etwa 160 Millionen Jahren gab, in der Epoche des so genannten "Oberen Jura". Den Beweis erbrachte das erste versteinerte Exemplar des Urvogels Archaeopteryx, das Fossiliensammler im 19. Jahrhundert im Plattenkalk des mittelfränkischen Solnhofen fanden; weitere neun folgten bisher. Das taubengroße Tier besaß bereits ausgeformte Schwingen und spezielle Federn. Für die Flugfähigkeit ist entscheidend, dass die Federn asymmetrisch sind, da sie sonst keinen Auftrieb erzeugen können. Und hier sind sich die Forscher ziemlich einig: Dieser Urvogel konnte bereits fliegen.

"Archaeopteryx ist schon weit entwickelt", sagt Gerald Mayr, Ornithologe am Senckenberg-Institut in Frankfurt. Man nehme an, dass in den zehn Millionen Jahren zuvor – im Mittleren Jura – Übergangsformen gelebt hätten, die nicht mehr ganz Dinosaurier und schon ein bisschen Vogel gewesen seien. Diese Vorvögel müssten Flügelvorläufer besessen haben, die noch nicht zum Fliegen zu gebrauchen waren, aus denen sich aber über viele Generationen richtige Flügel entwickelten. Beweisen kann Gerald Mayr das aber nicht. "Da gibt es bisher nur Einzelknochenfunde", sagt der Vogelkundler. Doch das reicht nicht, um im evolutionären Theorienstreit eine Fraktion klar zu widerlegen.

Kenneth Dial interessiert sich nicht für den Clinch der alten Schulen. "Für mich ist das ein überholter, ziemlich unwissenschaftlicher Ausgangspunkt", sagt der Biologe. Ihm sind verstaubte Steinknochen ziemlich egal. Lieber schleppt er flatterndes Federvieh in sein Fluglabor . Davon verspricht er sich viel größere Erkenntnisse in der Frage er Stummelflügel.

"Schauen wir uns doch heutige Vögel an und beobachten, wie sie mit Übergangsstadien umgehen", sagt Dial. Seine Idee: Wenn die Tiere frisch aus dem Ei geschlüpft sind, dann besitzen sie auch nur Stummelflügel. Bis sie sie zum Fliegen benutzen können, vergehen einige Tage. In dieser Übergangszeit sind sie in der gleichen Lage wie ihre Urahnen: Sie haben Stummelflügel und können damit noch nicht abheben.

Schon seit mehreren Jahren schickt Dial Küken eine mit Sandpapier bezogene Rampe hinauf und filmt ihre Kraxelei. Er entdeckte: Obwohl sie erst Stummel haben, setzen die Jungen ihre Flügelansätze wirkungsvoll als Kletterhilfe ein. Aus dieser Beobachtung machte Dial die These des "wing-assisted incline running", des flügelunterstützten Steigungslaufs. Eine Theorie, die unter seinen Kollegen durchaus für Aufmerksamkeit sorgt. "Dials Arbeit ist sehr wichtig", sagt Julia Clarke, Paläontologin an der North Carolina State University: "Sie liefert uns ein Modell, in dem bereits die Vorflügel funktionieren. Und zwar nicht zum Fliegen, sondern um Steigungen besser zu bewältigen."

Nun hat Dial die Theorie weiter ausgebaut. Für seine Untersuchungen setzte er diesmal Chukarhühner auf die schiefe Bahn. Die Rebhuhn-ähnlichen Bodenvögel können zwar fliegen, aber ihre Flugkünste sind im Vergleich zu anderen Artgenossen nicht besonders ausgereift. Der Amerikaner beobachtete die Tiere in verschiedenen Altersstufen: Mit zunehmendem Alter bezwangen sie immer steilere Steigungen (Zeitlupenaufnahmen im Video ). Oben angekommen stürzten die Jüngsten zunächst noch unsanft ab. Doch mit wenigen Tagen begannen sie in der Luft erfolgreich zu flattern, sodass der Auftrieb der Flügel den Sinkflug immer langsamer machte. Schließlich, als ausgewachsene Vögel, konnten sie sich dauerhaft in der Luft halten (Siehe Grafik ).

Dials wichtigste Beobachtung: Vom Klettern zum Flatterflug müssen die Vögel nichts prinzipiell Neues lernen, denn letztlich sind beide Bewegungen die gleichen. Dabei wirken sie auf den ersten Blick grundverschieden: In der Luft führen die Tiere die Flügel vom Rücken zum Bauch, beim Bezwingen einer Steigung vom Schnabel zum Schwanz. Doch dies ist nur eine Sicht der Dinge, wie Dial herausfand.

Seine Computerrekonstruktionen führten ihm vor Augen, dass der Unterschied zwischen Kletter- und Flatterbewegungen verschwindet, sobald man nicht mehr den Körperbau der Vögel als Anhaltspunkt nimmt, sondern die Richtung der Schwerkraft (nach unten). Die Flügelführung erscheint dann als ein und dieselbe, die Vögel müssen lediglich lernen, die Schwingen im richtigen Winkel zum Boden zu bewegen. Damit sind sie zwar noch keine Akrobaten, aber sie können sich in der Luft halten.

Wenn die Küken also klettern, trainieren sie gleichzeitig für das Fliegen. Das ist nicht nur im Dials Vogellabor so, sondern auch in der Natur: Jungvögel üben ständig, höhere Standorte zu erreichen, angelockt etwa durch ihre Geschwister, die sich schon weiter aufzuschwingen wagen.

Nützen Dials Erkenntnisse auch im Sreit um die Evolution des Vogelfluges? Ob die Geschichte der Vogelflieger mit Gleitern oder Senkrechtstartern begann, lässt sich zwar immer noch nicht beantworten. Doch vielleicht muss die Debatte künftig anders geführt werden. Denn nun ist klar: Frühe Flügelformen – also Stummelflügel – können auch nützlich sein, wenn es noch gar nicht ums Fliegen geht, sondern um eine eigentlich ganz andere Art der Fortbewegung: Das Klettern. Der Schritt zum Fliegen ist dann allerdings unerwartet klein.

Die Flugforschung im Labor könnte die große Diskussion um den Vogelflug also durchaus voranbringen, meint Paläontologin Julia Clarke: "Wenn Dial zeigt, dass die Bewegungen beim Klettern der Küken die gleichen sind, die wir auch beim erwachsenen Vogel im Flug beobachten, dann könnte das ein nächster wichtiger Schritt sein hin zum Verständnis, wie der Vogelflug entstanden sein könnte." Einen Siegeszug für Dials Forschungsmethode mit lebenden Tieren und moderner Computerauswertung bedeutet das aber noch lange nicht. Die experimentelle Biologie wird in der Evolutionsforschung immer noch kritisch beäugt. "Um festzustellen, wie sich der Vogelflug tatsächlich entwickelt hat", sagt Ornithologe Gerald Mayr, "helfen nur Fossilien."