Wir wissen, woher die Flügel der Dinosaurier stammen!

Fragen Sie sich auch manchmal, wie Sie Ihr Körpergewicht allein mit Ihren Armen tragen können und diese gleichzeitig hektisch schlagen, um in der Luft zu bleiben?  Oder nicht? Möglicherweise unterschätzen wir die Muskelkraft und die anatomischen Fähigkeiten, die für den von Vögeln ausgeführten Schlagflug erforderlich sind. Die Entstehung ihrer Flügel war bis vor kurzem sehr mysteriös, doch dank außergewöhnlicher Fossilien wurde dieser Ursprung nun geklärt!

Die größte anatomische Neuerung, die Vögel am meisten kennzeichnet, ist zweifellos ihr Flügel, ein hochspezialisiertes, modifiziertes chiridisches Vorderglied. Ja, wenn man sich die Flügelknochen von Vögeln oder Fledermäusen ansieht, stellt man fest, dass es sich tatsächlich um extrem modifizierte Arme handelt! Man sagt, dass es sich um homologe Strukturen handelt, da sie einen gemeinsamen Ursprung haben. Aber wie konnte eine solche Veränderung überhaupt entstehen und wann? Das wollten die Autoren einer Studie herausfinden, die in der Fachzeitschrift Zoological Letters erschienen ist.

© Vladlen666, Wikimedia Commons-Die chiridische Extremität weist bei allen heutigen Tetrapoden einen ähnlichen Aufbau auf. Sie besteht aus einem ersten Segment, dem Stylopodium, das aus einem einzigen Knochen besteht, hier dem Oberarmknochen. Dann folgt das zweite Segment, das Zeusopod, das aus zwei Knochen besteht, hier die Speiche in beige und die Elle in rot. Schließlich folgt ein komplexes Segment, das Autopodium in gelb und braun

Die Struktur des Flügels verstehen

Die meisten heutigen Vögel sind in der Lage, sich mit einem sogenannten Schlagflug durch die Luft zu bewegen, im Gegensatz zum Gleitflug, der nicht dieselbe Morphologie erfordert, obwohl jedes Tier, das den Schlagflug beherrscht, auch den Gleitflug beherrschen kann, aber nicht umgekehrt. Denn um mit den Flügeln zu schlagen, bedarf es einer starken, spezialisierten Muskulatur. Bei Vögeln ist eine der Strukturen, ohne die sie diesen aktiven Flug nicht durchführen könnten, das Propatagium. Das Wort Patagium bezeichnet ganz einfach die Hautmembran, die den Flügeln von Fledermäusen oder Pterosauriern ihre Form verleiht; sie dient dazu, dem Flügel eine Auftriebsfläche zu verleihen. Vögel haben eher Federn, um diese Aufgabe zu übernehmen, aber sie haben auch ein wenig Patagium, vor allem zwischen Schulter und Handgelenk. Das Propatagium enthält einen Muskel, den Propatagialis, der bei Wirbeltieren einzigartig ist und den Vögeln hilft, mit dem Flügel zu schlagen.

Er ist nicht sehr beeindruckend, so dünn und sehnig, dass er sehr oft für eine Sehne gehalten wird, warum sollte man sich also für ihn interessieren? Bei heutigen Vögeln, die nicht mehr fliegen, wie Straußenvögeln oder Pinguinen, kann man den Verlust oder die Verkürzung des Propatagialis beobachten. Dieser dient der Streckung des Flügels. Wenn sich der Ellenbogen öffnet, führt dieser Muskel automatisch dazu, dass sich gleichzeitig das Handgelenk öffnet, und erleichtert so die Kontrolle über den Flügelschlag. Um den Ursprung des Vogelflugs besser zu verstehen, versuchten die Autoren der Studie daher, anhand von Fossilien den Zeitpunkt in der Evolutionsgeschichte dieser Gruppe zu identifizieren, an dem der Propatagialis auftauchte.

Die Fossilien der Vögel interpretieren

Dies war keine leichte Aufgabe, da Weichgewebe bei der Fossilisation nur sehr selten erhalten bleibt. Um dieses Problem zu umgehen, hatten die Forscher eine clevere Idee: Sie interessierten sich für Fossilien von Skeletten in Verbindung, bei denen die Knochen noch wie zu Lebzeiten des Tieres gegliedert waren, und beobachteten deren Ellbogen. Denn das Propatagialis, das am Handgelenk befestigt wird, hindert die Vögel daran, ihr Ellenbogengelenk vollständig zu strecken. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass der Öffnungswinkel des Ellenbogens daher ein guter Indikator für das Vorhandensein oder Fehlen des Propatagialis ist. Bei der Untersuchung von Gelenkfossilien von sehr alten Vögeln und ihren nahen Verwandten machten sie eine überraschende Entdeckung.

© Uno & Hirasawa (2023), Springer Nature-Der Muskel, der uns hier interessiert, ist der Propatagialis, der in Bild B fett umrandet ist. In Bild C ist gut zu erkennen, dass der Propatagialis bei ausgebreitetem Flügel verhindert, dass der Ellenbogen (Elbow) vollständig geöffnet wird.

Zur Erinnerung: Vögel werden zu den Dinosauriern gezählt, sie sind sogar theropode Dinosaurier, wie Tyrannosaurier, Therizinosaurier oder der berühmte Velociraptor! Dieser wird, genau wie die heutigen Vögel, der kleineren Gruppe der Maniraptorianer zugeordnet und die Studie zeigt, dass diese wahrscheinlich alle ein Propatagium hatten. Es waren also nichtaviatische Vettern, die älter als die Vögel waren, also die, bei denen diese Struktur und damit die eigentlichen Flügel entstanden sind. Es stellt sich nun die Frage, wie diese Struktur von den basalen Maniraptorianern, die wahrscheinlich nicht flogen, genutzt wurde. Die Autoren glauben nicht, dass der ursprüngliche Grund die Anpassung an das Fliegen war, da ihre Vorderbeine viel besser zum Greifen als zum Fliegen geeignet waren!

Redaktion: Futura, verfasst von Andréa Boutet.

Titelbild:© Jo, Adobe Stock- Dieser große Reiher (Ardea herodias) hebt ab und breitet seine Flügel aus – hochspezialisierte Gliedmaßen, die den Schlagflug ausführen 

2.Abbildung:© Vladlen666, Wikimedia Commons

3.Abbildung:© Uno & Hirasawa (2023), Springer Nature