Wie nur lernten die Vögel, hoch in der Luft zu fliegen?
Dieses alte Geheimnis 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 Harttteile von Fossilien fast immer genügend Informa- tionen bezüglich ihrer ehemaligen Funktion, um eine sichere Rekonstruktion der Lebensweise zu ermöglichen. In diesem Falle war es vor allem der lange knöcherne Schwanz des Archaeopteryx, aber auch derjenige langschwänziger “Flugsaurier”, bei beiden For- men 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 Antworten 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 beschrieben wohl kaum vonstatten gegangen sein konnte. Die in diesen Artikeln vertretenen Ansichten zur Flugentwicklung waren völlig laienhaft und widersprachen allen Gesetzen der Flugphysik. Immerhin erhielt ich so einen Einblick in den vorhandenen dürftigen Wissensstand und einen Über- blick über das vorhandene Fundmaterial, aus dem leider unzulässige Folgerungen abgeleitet worden waren. An diesem Wissens- stand hat sich seitdem praktisch nichts geändert. Die selbsternannten Experten tappen weiterhin im Dunkeln.
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 knö- cherne 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 wichtigen Fossils war schon im Jahre 1860 bei Solnhofen in Bayern gefunden worden. Zuerst fand man nur eine einzelne Feder, die Archaeopteryx, der al- ten Feder, ihren Namen gab. Wenig später wurde dann das erste ziemlich vollständige Skelett gefunden, mit dem Abdruck des Federkleids der Flügel. Damit war aber noch kein Weg gefun- den, der zur Aufklärung der Entwicklung zur Flugfähigkeit bei Wirbeltieren führen konnte. Die Feder allein bzw. ihr Besitz waren nicht die entscheidende Voraussetzung für die Flugfähig- keit. Diese hat sich neben der der Vögel noch zwei weitere Male entwickelt, nämlich bei den Pterosauriern sowie später bei den Fledermäusen, die es alle ohne Federn geschafft haben. Die Flugsaurier lernten noch vor den Vögeln das Fliegen, 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 Auftriebserzeugung erfüllt. Das war bisher ein altes Rätsel, denn das Federkleid allein reicht nicht. Über den Werdegang wurde schon seit dem ersten Fund von Archaeopteryx vor ca. 150 Jahren gerätselt. Da es sogar mehr- fach gelungen ist, kann es wohl tatsächlich nicht so schwierig gewesen sein, dass man diesem Geheimnis nicht auf die Spur kom- men könnte. 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 Vogelmerkmale aufwies, die auf enge Verwandtschaft sowohl mit Repti- lien als auch mit Vögeln schließen ließen. Die Frage, ob Archaeopteryx schon fliegen konnte oder nicht, ließ sich noch nicht beantworten. Besonders auffällig sind neben dem Gefieder der lange knöcherne Schwanz und die scharfen Krallen der Hand, die sich bei keinem heutigen Vogel mehr finden (Abb.1). Die gleichen Merkmale sind jedoch auch bei den langschwänzigen Flugsauriern ausgebildet, den Rhamphorhynchiden. Diese Merk- male waren einerseits sicher wichtig, deuten andererseits auf gravierende Unterschiede zu modernen Vögeln bzw. flugfähigen kurz- schwänzigen Sauriern hin, und diese Unterschiede sollten in unterschiedlicher Lebensweise begründet sein. Die Krallen hatten si- cher auch noch eine Bedeutung, doch allein für die Flugfähigkeit sind sie ohne Bedeutung und wurden auch später modifiziert. Die Fähigkeit, hoch in der Luft zu fliegen, ist auch bei langschwänzigen Formen noch nicht gegeben, wie ich weiter unten zeige. Deshalb sollte man sie allgemeiner vielleicht nur Flügelsaurier nennen. Verschiedene Wissenschaftler haben zu Recht angenommen, dass Archaeopteryx wohl noch kein Vogel sein konnte, der diese Bezeichnung schon verdient. Archaeopteryx wird als Übergangsform zwi- schen Reptilien und Vögeln angesehen, als ’connecting link’, vorher war es bis zur Entdeckung ein ’missing link’. Tatsächlich stellt der lange knöcherne Schwanz bei diesen Formen 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 über das Wasser schleifen. Anders ging es nicht. Das gleiche Problem hatten die langschwänzigen Flugsaurier.
Existenz und Fähigkeiten des Urvogels können sich natürlich nicht allein auf seine Eigenschaft als Übergangsform beschränken, sondern es war ganz sicher ein komplettes Tier, das vollkommen an seine Umwelt angepasst war, wie jedes andere Lebewesen auch. Ihm fehlte nichts, und es konnte alle seine Bedürfnisse befriedigen sowie genügend Nachkommen haben. Wie der flugfähige Flügel überhaupt entstehen konnte erschien völlig rätselhaft, und diese Tatsache wurde sogar als Angriffsargu- ment auf Charles Darwin’s Evolutionsvorstellungen benutzt, weil er scheinbar plötzlich vorhanden war. Darwin hatte ganz richtig ange- nommen, dass die Flügel ursprünglich eine andere Funktion gehabt haben dürften, auch wenn er nicht wusste welche. Dieser Ge- danke wurde aber von späteren Forschern nicht weiter verfolgt. Zur Entstehung der Flugfähigkeit selbst konnte Archaeopteryx noch keine klärende Aussage liefern, ebensowenig wie die schon länger bekannten Flugsaurier. Das lag aber nicht daran, dass die dafür nötigen Informationen nicht vorhanden gewesen wären, sondern daran, dass Paläontologen und Vertreter verwandter Disziplinen die Merkmale nicht richtig interpretierten. Bisher wurde und wird leider mehr oder weniger wild spekuliert, und es wurde noch keine ver- nünftige Vorstellung entwickelt. Keine der bisher angeführten Hypothesen konnte die bestehenden Vorbehalte ausräumen, alle leider samt und sonders schwach und falsch. So stritten die Teilnehmer der Archaeopteryx-Konferenz denn auch kontrovers, warfen sich gegenseitig die Argumente ihrer jeweiligen Vorstellung an den Kopf, wenn auch in höflicher Form, und es blieb weiterhin alles in der Schwebe, ohne greifbares Schlussergebnis. Bisher haben es sich alle diese Leute zu einfach gemacht. Selbst wenn man alle heuti- gen 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 Merkma- le wissen oder sich zumindest bemühen es herauszubekommen. Die scheinbar naheliegenden Funktionen sind leider häufig ganz unwichtig.
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 nicht verstanden haben. Darwin hatte seine Theorie gut durchdacht und sah das grundlegende Problem. Der Weg muss nämlich in allen Fällen, bei Flugsauriern, Vögeln und auch den Fledermäusen, durch Mutation und natürliche Selektion vom unspezialisierten Arm zum flugfähigen Flügel führen. So simple Ge- schichten wie sie bisher erzählt wurden, hätte Darwin auch leicht aus dem Ärmel schütteln können. Das hat er sich klugerweise ver- kniffen. Leider ließen sich auch die vermuteten Übergangsformen nicht auffinden, bei denen die vorderen Extremitäten sich langsam Schritt für Schritt vom unspezialisierten Arm 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 Zwischenformen finden würde, wäre damit das Problem der Flugentstehung überhaupt nicht gelöst, weil Archaeopteryx leider auch noch kein wirklich hoch in der Luft fliegen- des Tier sein konnte. Man kann solche Formen suchen und eventuell auch finden, der Flugentstehung selbst kommt man mit den 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 Adaption 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 Selek- tion 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 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 und Ornitholo- gie, mit deren mangelndem Wissen 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 von Archaeopte- ryx zum wirklich fliegenden Vogel zu erkennen. Das kennzeichnende wichtige Merkmal dabei ist ganz eindeutig der unverzichtbare 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 unent- behrlich machte. Begonnen hat die Entwicklung zum freien Flug in der Luft, vielleicht bei Archaeopteryx, sicher aber bei den Flug- sauriern, jedenfalls spätestens im Oberjura.
Im folgenden will ich meine Theorie erläutern, zuvor aber noch einen kritischen Blick auf die bisher vertretenen Hypothesen werfen.