Wie nur lernten die Vögel, hoch in der Luft zu fliegen?
Dieses alte Rätsel der Fossilienexperten konnte ich 1995 zu meiner eigenen Überraschung lösen. In solchen Heureka-Momenten fühlt man sich richtig high. Die Lösung lag zwar nicht so ganz deutlich auf der Hand, doch liefern die Hartteile von Fossilien fast immer genügend Informationen bezüglich ihrer ehemaligen Funktion, um eine sichere Rekonstruktion der Lebensweise zu ermögli- chen. In diesem Falle war es vor allem der lange knöcherne Schwanz des Archaeopteryx, aber auch derjenige langschwänziger “Flugsaurier”, bei beiden Formen versteift, der mir den entscheidenden Hinweis lieferte.
In Eichstätt war 1984 eine Konferenz abgehalten worden, die sich ausschließlich Archaeopteryx, dem bis dahin ältesten bekannten Tier mit Federn, und der Entwicklung des Vogelflugs widmete. Die dort gehaltenen Vorträge waren in Buchform herausgegeben wor- den (M. Hecht et al. 1985). Ich fand dieses Thema hochinteressant, da ich mir den Weg zur Flugfähigkeit nicht so recht vorstellen konnte und hoffte hier die Erklärung zu finden. Die Lektüre dieser Arbeiten machte mich allerdings ziemlich ratlos. Je weiter ich mich durch die Artikel vorarbeitete, umso mehr wuchs in mir die Erkenntnis, dass es so wie dort vermutet wohl kaum vonstatten gegangen sein konnte. Die in diesen Artikeln vertretenen unterschiedlichsten Ansichten zur Flugentwicklung waren völlig laienhaft und wider- sprachen sämtlich den Gesetzen der Flugphysik. Immerhin erhielt ich so einen Einblick in den vorhandenen dürftigen Wissensstand und einen Überblick über das vorhandene Fundmaterial, aus dem leider unzulässige Folgerungen abgeleitet worden waren. An die- sem Wissensstand der Paläontologen hat sich seitdem nichts geändert. Die selbsternannten Experten verzapfen weiterhin ihr Fossi- lienjägerlatein.
Abb. 1. Das Berliner Exemplar von Archaeopteryx, das wohl am besten von allen bis- her gefundenen erhalten ist. Besonders auffällig bei Archaeopteryx sind der lange knöcherne Schwanz sowie die Finger mit Krallen am Flügel.
Wie auch die Teilnehmer der Archaeopteryx-Konferenz konzentrierte ich zunächst meine eige- nen Überlegungen auf Archaeopteryx, den Urvogel, der den Weg zur Flugfähigkeit weisen soll- te. Das erste Exemplar dieses Fossils war schon im Jahre 1860 bei Solnhofen in Bayern ge- funden worden. Zuerst fand man nur eine einzelne Feder, die Archaeopteryx, der alten Feder, ihren Namen gab. Inzwischen gibt es Hinweise, dass diese Feder schwarz oder zumindest dunkel gefärbt war. Das kommt meinen eigenen Vorstellungen zu Archaeopteryx sehr entge- gen. Bald nach dem Fund der bisher einzigen Feder wurde dann das erste ziemlich vollstän- dige Skelett gefunden, mit dem Abdruck des Federkleids der Flügel. Damit war aber noch kein Weg gefunden, der zur Aufklärung der Entwicklung zur Flugfähigkeit bei Wirbeltieren füh- ren konnte. Die Feder allein bzw. ihr Besitz waren nicht die entscheidende Voraussetzung für die Flugfähigkeit. Diese hat sich neben der der Vögel noch zwei weitere Male entwickelt, näm- lich bei den Pterosauriern sowie später bei den Fledermäusen, die es alle ohne Federn ge- schafft haben. Die Flugsaurier lernten das Fliegen noch vor den Vögeln, konnten aber nicht dauerhaft neben letzteren bestehen. Wie aber konnte sich der Vogelflug tatsächlich entwickeln? Man sollte die Frage eigentlich in allgemeinerer Form stellen, nämlich wie die Flugfähigkeit bei Wirbeltieren entstehen konnte. Das eigentliche Problem besteht nicht in der Entwicklung der Flugfähigkeit selbst, sondern darin, wie sich überhaupt ein Flügel entwi- ckeln konnte, der die Funktion der Auftriebs- und Vortriebserzeugung erfüllt. Das war bisher ein altes Rätsel. Über den Werdegang wurde schon seit dem ersten Fund von Archaeopteryx vor ca. 150 Jahren gerätselt, ohne greifbares Ergebnis. Da es sogar mehrfach gelungen ist, kann es wohl tatsächlich nicht so schwierig gewesen sein. Mit dem ersten Fund begann sich ein Weg zur Entwicklung der Vögel vage abzuzeichnen, weil dieses Tier einerseits noch alte Reptilienmerkmale, andererseits aber auch schon Vogelmerk- male aufwies, die auf enge Verwandtschaft sowohl mit Reptilien als auch mit Vögeln schließen ließen.
Das Fliegen entwickelte sich im Wasser bei Formen, die unter Wasser Fische jagten.
Auch heute gibt es viele Seevögel, die ihre Flügel bei der Fischjagd unter Wasser zur Vortriebserzeugung benutzen, z.B. Alke oder Papageientaucher. Kormorane allerdings benutzen die Flügel dabei wohl nicht. Alle diese Formen sind dunkel gefärbt.
Die Frage, ob Archaeopteryx schon fliegen konnte oder nicht, ließ sich aus den Skelettmerkmalen nicht positiv beantworten. Beson- ders auffällig sind neben dem Gefieder der lange knöcherne Schwanz und die scharfen Krallen der Hand, die sich bei keinem heuti- gen Vogel mehr finden (Abb.1). Die gleichen Merkmale sind jedoch auch bei den langschwänzigen Flugsauriern ausgebildet, den Rhamphorhynchiden. Diese Merkmale waren einerseits sicher wichtig, deuten andererseits auf gravierende Unterschiede zu moder- nen Vögeln hin. Die Krallen hatten sicher auch noch eine Funktion, doch allein für die Flugfähigkeit sind sie ohne Bedeutung und wurden später zurückgebildet. Die Fähigkeit, hoch in der Luft zu fliegen, ist bei langschwänzigen Formen tatsächlich noch nicht ge- geben, wie ich weiter unten zeige. Der lange knöcherne Schwanz stellt eine (flug)-mechanische Limitierung dar, die das Fliegen hoch in der Luft gänzlich unmöglich macht. Wenn sie überhaupt schon in der Luft fliegen konnten, dann nur ganz dicht über dem Wasser, etwa so wie ein startender Schwan, und der lange Schwanz musste dabei durch das Wasser schleifen. Anders ging es nicht.
Es erschien völlig rätselhaft wie der Flügel auf dem Weg zur Flugfähigkeit überhaupt entstehen konnte, und diese Tatsache wurde sogar als Argument für Angriffe auf Charles Darwin’s Evolutionsvorstellungen benutzt, weil er scheinbar plötzlich vorhanden war. Dar- win hatte ganz richtig vermutet, dass die Flügel ursprünglich eine andere Funktion gehabt haben dürften, auch wenn er nicht wusste welche. Dieser Gedanke wurde aber von späteren Bearbeitern nicht weiter verfolgt. Zur Entstehung der Flugfähigkeit selbst konnte Archaeopteryx noch keine klärende Aussage liefern, ebensowenig wie die schon länger bekannten Flugsaurier. Keine der bisher an- geführten Hypothesen konnte die bestehenden Vorbehalte ausräumen, alle leider samt und sonders schwach und falsch. So stritten die Teilnehmer der Archaeopteryx-Konferenz denn auch kontrovers, und es blieb weiterhin wie immer alles in der Schwebe. Bisher haben es sich alle diese Leute zu einfach gemacht. Selbst wenn man alle heutigen oder alle ausgestorbenen Arten, den Namen jedes einzelnen Knochens und Muskels kennt, hilft das überhaupt nicht weiter, da sich aus der Anatomie nicht alles ableiten lässt. Man muss schon etwas mehr über die Bedeutung und Funktion einzelner Merkmale wissen oder zumindest sich bemühen es her- auszubekommen.
Für Paläontologen setzt die Flugentwicklung erst dann ein, wenn schon ein ‘halbwegs’ brauchbarer Flügel vorhanden ist. Damit allein schon tun sie Darwin Unrecht und zeigen nur, dass sie das Wesen der Evolution (und natürlich auch das des Fliegens) nicht ver- standen haben. Darwin hatte seine Theorie gut durchdacht und sah das grundlegende Problem. Der Weg muss nämlich in allen Fäl- len, bei Flugsauriern, Vögeln und auch den Fledermäusen, durch Mutation und natürliche Selektion vom unspezialisierten Arm bzw. Vorderbein zum flugfähigen Flügel führen. So simple Geschichten wie sie bisher erzählt wurden, hätte Darwin auch leicht aus dem Ärmel schütteln können. Das hat er sich klugerweise verkniffen. Leider ließen sich auch die vermuteten Übergangsformen nicht auf- finden, bei denen die vorderen Extremitäten sich langsam Schritt für Schritt zum Flügel umwandeln. Bisher hat man vergeblich nach diesen Formen gesucht, und sehr wahrscheinlich sind sie so wie erhofft nicht vorgekommen. Selbst wenn man solche Zwischenfor- men finden würde, wäre damit das Problem der Flugentstehung nicht gelöst, weil Archaeopteryx auch noch kein wirklich hoch in der Luft fliegendes Tier sein konnte. Man kann solche Formen suchen und eventuell auch finden, der Flugentstehung selbst kommt man mit den obskuren Methoden der Paläontologie keinen Schritt näher.
Die Vorstellungen der Neodarwinisten zur Evolution sind auch heutzutage noch alles andere als ausgereift und dürfen angezweifelt werden. Neue Ideen aber wie etwa die von dem Mainzer Onkologen F. Schmidt (1985) vorgestellte kybernetische Rückkopplung bei der Adaptation werden, obwohl ein diskutabler neuer Ansatz, ohne kritische Diskussion nur heruntergemacht, wie es bei einem von diesem Autor veranstalteten Symposium durch verschiedene Teilnehmer geschah. Das Problem bei der einfachen natürlichen Selektion ist der zu geringe verfügbare Zeitrahmen für die erforderliche Umwandlung. Es muss ganz offensichtlich schneller gegangen sein. Ich habe auch den Eindruck, dass in der Paläontologie und verwandten Wissenschaftszweigen die Meinung vorherrscht, dass durch Mutation Abwandlungen des Bauplans entstehen, die eine neue Funktion erst ermöglichen, und nicht anders herum, dass neue Anforderungen wie z.B durch eine neue Nahrungsquelle geeignete Mutationen erfordern und dann begünstigen.
Die bisher vertretenen Ansichten zur Entwicklung der Flugfähigkeit waren mir einfach zu laienhaft und konnten mich in keiner Weise überzeugen. Um das beurteilen zu können, bin ich vielleicht wie kein anderer prädestiniert, habe ich mich doch seit frühester Jugend mit dem Fliegen beschäftigt, habe zuerst Flugmodelle entworfen und erprobt, habe lange Jahre aktiv Segelflug ausgeübt, habe dann Flugzeugbau studiert und mein ganzes Berufsleben als angesehener Fachmann in Aerodynamik und Flugmechanik in der Flugzeug- entwickung der renommierten Luftfahrtfirma Dornier verbracht, habe andererseits schon vor Jahrzehnten meine Neigung für fossile Tiere entdeckt, vielleicht eine glückliche Fügung. Vor den selbsternannten Flugfachleuten in Paläontologie, Biologie usw., mit deren mangelhaften Kenntnissen ich mich beim Studium der Beiträge der Archaeopteryx-Konferenz staunend vertraut machen konnte, brauche ich mich nicht zu verstecken, denn ich bin ihnen in einem Punkt weit voraus, nämlich durch detaillierte Kenntnisse in der Flugtheorie. Grundlage meiner Vorstellungen zur Entwicklung der Flugfähigkeit ist die Anwendung der Flugphysik, und das nicht nur, weil ich mich darin gut auskenne, sondern weil es gar nicht anders geht.
Bisher wird jeder neue Fund eines Kleinsauriers aus der Kreide von China mit mehr oder weniger gut erhaltenen Federn in geradezu rührender Weise von den den Fund beschreibenden Paläontologen zum vermeintlichen Schlüssel der Flugentwicklung hochstilisiert. Was hofft man eigentlich noch zu finden? Die Flugfähigkeit in der Luft ist bei Vögeln schon durch Eoalulavis hoyasi aus der Unter- kreide 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. Das kennzeichnende wichtige Merkmal dabei ist ganz eindeutig der un- verzichtbare Daumenfittich, die Alula, die bei Archaeopteryx noch fehlt. Andererseits steht ein langer und versteifter knöcherner Schwanz wie der bei Archaeopteryx 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.
Im folgenden will ich meine Theorie erläutern, zuvor aber noch einen kritischen Blick auf die bisher vertretenen Hypothesen werfen.