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                                Zur Entwicklung der Flugfähigkeit bei Archaeopteryx und den Flugsauriern

Die Entwicklung der Flugfähigkeit bei Wirbeltieren stellt ein ungelöstes Problem für Paläontologen dar. So wurden verschiedene amateurhafte Vorstellungen propagiert und diskutiert. In Eichstätt war 1984 sogar eine Konferenz abgehalten worden, die sich ausschließlich Archaeopteryx, dem bis dahin ältesten bekannten Tier mit befiederten Flügeln, und der Diskussion des vermuteten Entwicklungsgangs zum Vogelflug widmete. So einfach, wie es sich Laien auf diesem Gebiet vorstellen, war es aber ganz und gar nicht.

Immerhin erhielt ich durch die publizierten Vorträge der Teilnehmer einen Überblick über das vorhandene Fundmaterial, das ohne jegliches Verständnis interpretiert wurde. Außerdem erhielt ich dadurch eine Anregung, mich selbst  mit der Problematik des Flugursprungs zu befassen, als Fachmann auf dem Gebiet des Fliegens.

Die alten Hypothesen gehen vor allem von der unzulässigen Voraussetzung aus, dass bei Vorläuferformen schon ein “halbwegs funktionierender” Flügel vorhanden war. Das Problem besteht aber gerade darin, wie sich ein Flügel aus einem unspezialisierten Arm oder Vorderbein entwickeln konnte. Er kann nicht plötzlich vorhanden gewesen sein. Seine Entwicklung basiert auf Evolution, d.h. durch eine immer bessere Anpassung an eine Funktion, die ursprünglich gar nicht im Fliegen in der Luft bestand.

Tatsächlich ist der Weg zur Flugfähigkeit eine spannende Geschichte, die sich nur mit detaillierten Kenntnissen in Flugphysik entschleiern lässt, dann aber eine ganz logische Entwicklung aufzeigt. Fossilien liefern eigentlich immer genügend Informationen bezüglich einer ehemaligen Funktion, um eine sichere Rekonstruktion der Lebensweise und des Wegs dahin zu ermöglichen. In diesem Falle war es vor allem der lange knöcherne Schwanz des Archaeopteryx, aber auch derjenige langschwänziger “Flugsaurier”, bei beiden Formen in auffälliger Weise versteift, der mir den entscheidenden Hinweis lieferte. Dieses Merkmal ist für das Fliegen in der Luft aus Gründen der Schwerpunktsposition an sich sehr hinderlich, und trotzdem musste es einer wichtigen Funktion dienen, die bei den langschwänzigen Rhamphorhynchiden schon über Jahrmillionen genutzt wurde, fast unverändert seit der oberen Trias bis zum Ende im oberen Jura. Das trifft auch auf die bei beiden Gruppen noch nicht modifizierten Fingerkrallen zu, die erst später bei Nachfolgern von Archaeopteryx durch den für das Fliegen in der Luft wichtigen Daumenfittich ersetzt wurden, der bei allen flugfähigen Vögeln vorhanden ist.  

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Abb. 1. Das Berliner Exemplar von Archaeopteryx, das wohl am besten von allen bisher gefundenen erhalten ist. Besonders auffällig bei Archaeopteryx sind der lange knöcherne Schwanz sowie die Finger mit Krallen am Flügel bzw. die fehlende Alula.

 

Das erste Exemplar des Urvogels war schon im Jahre 1861 bei Solnhofen in Bayern gefunden worden. Zuerst fand man nur eine einzelne Feder, die Archaeopteryx, der alten Feder, ihren Namen gab. Bald nach dem Fund der bisher einzigen Feder wurde dann das erste ziemlich vollständige Skelett gefunden, mit dem Abdruck des Federkleids der Flügel. Damit war aber noch kein Weg zur Aufklärung der Entwicklung zur Flugfähigkeit bei Wirbeltieren gefunden. Die Feder allein bzw. ihr Besitz waren nicht die entscheidende Voraussetzung. Die Flugfähigkeit hat sich bekanntlich neben der der Vögel noch zwei weitere Male entwickelt, nämlich schon früher bei den Pterosauriern sowie später bei den Fledermäusen, die es alle mit Flughäuten, ohne Federn, geschafft haben. Die Flugsaurier konnten aber neben den Vögeln nicht dauerhaft bestehen.

Wie aber konnte sich der Vogelflug tatsächlich entwickeln?

Das eigentliche Problem besteht nicht in der Entwicklung der Flugfähigkeit selbst, sondern darin, wie sich überhaupt ein Flügel entwickeln konnte, der zu Auftriebs- und Vortriebserzeugung fähig ist. Das ist ein altes Rätsel für die leider inkompetenten “Experten”, das aber bei den Überlegungen völlig ausgeklammert wird, die Existenz des Flügels wird einfach vorausgesetzt. Über den Werdegang wurde zwar schon seit dem ersten Fund von Archaeopteryx vor ca.150 Jahren gerätselt, aber stets ohne eine brauchbare Lösung. Da es sogar mehrfach gelungen ist, kann es wohl tatsächlich gar nicht so schwierig gewesen sein. Mit dem ersten Fund des Urvogels begann sich ein Weg zur Entwicklung der Vögel vage abzuzeichnen, weil dieses Tier einerseits noch alte Reptilienmerkmale, andererseits aber auch schon Vogelmerkmale wie Federn aufwies, die auf enge Verwandtschaft sowohl mit Reptilien als auch mit Vögeln schließen ließen, aber nicht gleich auf Flugfähigkeit. 

               Das Fliegen entwickelte sich bei Formen, die unter Wasser schwimmend Fische jagten.                                                                    Aus physikalischen Gründen ist kein anderer Weg als durchs Wasser möglich.

Fliegen unter Wasser bei der Jagd auf Fische ist für viele heutige Vögel nichts Ungewöhnliches. Alle Seevögel leben von der Fischjagd, und viele benutzen ihre Flügel unter Wasser zur Vortriebserzeugung, z.B. Alken oder Papageientaucher, daneben auf der südlichen Hälfte des Globus die Pinguine, die nur noch unter Wasser fliegen können. Auch für die Entstehung von Flügeln bei Wirbeltieren bestand der Anreiz in der Jagd auf Fische. Einige kleine Reptilien begannen in der oberen Trias mit Hilfe der Vordergliedmaßen unter Wasser schwimmend Jagd auf ihre Beute zu machen.  Die Flügel entstanden also zunächst zur Vortriebserzeugung, die sich später bis zur Flugfähigkeit weiterentwickeln konnten. Mit den Flügeln kann sowohl Wasser wie auch Luft bewegt werden.

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Rhamphorhynchus, der bekannteste Vertreter der langschwänzigen Flügelsaurier aus dem Oberjura, der die gleichen charakteristischen Merkmale des Unterwasserjägers besitzt wie Archaeopteryx, nämlich den verknöcherten und versteiften langen Schwanz sowie die noch erhaltenen Fingerkrallen. Der lange knöcherne Schwanz steht aus Gründen der Schwerpunktsposition dem Fliegen hoch in der Luft entgegen. Er wurde bei den späteren echten Fliegern zurückgebildet. weil der Schwerpunkt weiter nach vorn verlagert werden musste.

Ohne Sachkenntnis könnte man in diesem Tier vielleicht einen Flieger in der Luft erkennen. Doch bekanntlich besitzen auch Pinguine Flügel und fliegen trotzdem nicht in der Luft

 

Archaeopteryx konnte noch keine klärende Aussage zur Entstehung der Flugfähigkeit liefern, ebensowenig wie die schon länger bekannten Flugsaurier. Doch mit der Annahme eines schon ‘halbwegs’ brauchbaren Flügels tun Paläontologen Charles Darwin Unrecht und zeigen nur, dass sie das Wesen der Evolution (und natürlich auch das des Fliegens) nicht verstanden haben. Darwin hatte seine Theorie gut durchdacht und sah das grundlegende Problem. Er hatte eine ursprünglich andere Funktion des Flügels vermutet, wusste aber nicht welche. Der Weg muss nämlich in allen Fällen, bei Flugsauriern, Vögeln und auch bei den Fledermäusen, Schritt für Schritt durch Mutation und natürliche Selektion vom unspezialisierten Arm bzw. Vorderbein zum flugfähigen Flügel führen. Das konnte nur bei Ahnen funktionieren, die sie im Wasser schon lange zur Vortriebserzeugung benutzt und perfektioniert hatten. So einfältige Geschichten wie sie bisher erzählt wurden, hätte Darwin auch leicht aus dem Ärmel schütteln können. Das hat er sich klugerweise verkniffen. Er war ein guter Wissenschaftler.

                                                             Schöne neue Bestätigung

Kürzlich gefundene Eier von Flugsauriern bestätigen sehr schön die Herkunft der langschwänzigen Ursprungsformen aus dem Wasser.

Ganz unterschiedliche Voraussetzungen führten bei Archaeopteryx und den Flugsauriern zu konvergenten Lösungen. Archaeopteryx lebte vorwiegend an Land.  Sie passte sich an die Jagd auf Fische unter Wasser an, ähnlich wie die heutigen Pinguine, die aber ihre ursprüngliche Flugfähigkeit in der Luft aufgegeben haben. Sie besaß ein wärmendes Gefieder und konnte so wohl Ihre Eier im Nest ausbrüten. Demgegenüber lebten die Vorfahren der Flugsaurier im Wasser. Das fehlende Gefieder ließ ein Ausbrüten des Nachwuchses nicht zu. Wie alle wasserbewohnenden eierlegenden Wirbeltiere, z,B. Meeresschildkröten oder Krokodile, mussten sie ihre weichschaligen Eier an Land im weichen Boden vergraben und von der Bodenwärme ausbrüten lassen. Nach dem Schlüpfen mussten die noch unfertigen Küken schnellstmöglich zum rettenden Wasser gelangen, es war der gefährlichste Moment in ihrem Leben, wie man bei frisch geschlüpften Schildkröten beobachten kann.

Die langschwänzigen Formen um Rhamphorhynchus blieben zeitlebens im Wasser, die ab dem Oberjura auftretenden weiterentwickelten kurzschwänzigen Vertreter um Pterodactylus mussten aber auch den ersten Teil ihres Lebens im Wasser verbringen, nämlich bis ihre individuelle Entwicklung das Fliegen ermöglichte. An ihrer frühen Kindheit im Wasser hat sich damit nichts geändert. Aber auch sie blieben stets ans Wasser gebunden, denn zur Eiablage mussten sie dorthin zurückkehren, vermutlich in das Gebiet ihrer eigenen Kindheit.  Kürzlich gefundene gut erhaltene weichschalige Eier bestätigen diesen Sachverhalt. Darüberhinaus bieten diese eine weitere Gelegenheit, die Inkompetenz von Paläontologen bei der Interpretation ihrer Funde aufzuzeigen. Sie haben nie erkannt, dass die Flugsaurier ihren Ursprung im Wasser hatten. Der fundamentale Unterschied zwischen lang- und kurzschwänzigen Formen hat ihnen nie zu denken gegeben. Anscheinend ist ihnen auch der Evolutionsprozess nicht geläufig.

Archaeopteryx konnte noch nicht hoch in der Luft fliegen, doch ist die Flugfähigkeit bei Vögeln durch Eoalulavis hoyasi aus der Unterkreide von Spanien ganz zweifelsfrei nachgewiesen (J. Sanz et al. 1996). Hier ist eine deutliche Weiterentwicklung vom Niveau des Archaeopteryx zum wirklich fliegenden Vogel zu erkennen. Die kennzeichnenden wichtigen Merkmale dabei sind ganz eindeutig der unverzichtbare Daumenfittich, die Alula, die bei Archaeopteryx noch fehlt, sowie der nun zum Pygostyl verkümmerte Schwanz. Ein langer und versteifter knöcherner Schwanz wie der bei Archaeopteryx stand der Flugfähigkeit strikt entgegen. Er hatte aber ganz sicher eine besondere Funktion, die dieses Merkmal unentbehrlich machte. Begonnen hat die Entwicklung zum freien Flug in der Luft, vielleicht bei Archaeopteryx, sicher aber bei den Flugsauriern, jedenfalls spätestens im Oberjura. 

Die bisher vertretenen Ansichten zur Entwicklung der Flugfähigkeit waren  mir einfach zu laienhaft. Es ist in Wirklichkeit eine komplizierte Geschichte, die nur über den  Umweg durchs Wasser funktionieren konnte. Um das beurteilen zu können, verfüge ich über das nötige Expertenwissen. Ich habe mich seit frühester Jugend mit der Fliegerei beschäftigt, habe zuerst Flugmodelle entworfen und  erprobt, habe lange Jahre aktiv Segelflug ausgeübt, dann Flugphysik  studiert und mein ganzes Berufsleben als Fachmann in Aerodynamik und  Flugmechanik in der Flugzeugentwicklung der renommierten Luftfahrtfirma  Dornier in Friedrichshafen verbracht, vielleicht eine glückliche Fügung, wobei Paläontologenwissen sicher ganz unnötig ist und man keinen einzigen Knochen in der Hand gehabt haben muss.

Im folgenden will ich meine Theorie detailliert erläutern, zuvor aber noch einen kritischen Blick auf die bisher vertretenen Hypothesen werfen.

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