Schwalben, Wanderfalken, Möwen, Seeadler und viele andere Vögel verbringen oft viele Stunden am Stück im Gleitflug. Dabei breiten sie die Flügel aus und lassen sich von den Luftströmungen tragen. Steuern können die Vögel dabei durch winzige Veränderungen ihrer Flügelposition. Auf diese Weise legen sie teils hunderte Kilometer ohne einen einzigen Flügelschlag zurück. Im Vergleich zu einem kontinuierlichen Auf und Ab der Flügel ist diese Art des Fliegens wesentlich energiesparender. Doch auch um die Flügel dauerhaft gespreizt zu halten, ist auf die Dauer viel Muskelkraft erforderlich.
Mehrfach im Laufe der Evolution entwickelt
Ein Team um Emma Schachner von der University of Florida in Gainesville hat nun eine Struktur identifiziert, die die Vögel beim Gleitflug unterstützt: Ihr Atemsystem ist um zwei luftgefüllte Säcke erweitert. Diese ziehen sich bis zwischen die beiden wichtigsten Flügelmuskeln, die für das Anheben und Halten der Flügel verantwortlich sind. Bereits zuvor war bekannt, dass diese Struktur, das sogenannte subpectorale Divertikel, bei manchen Vogelarten vorhanden ist, bei anderen hingegen nicht. Seine genaue Funktion und seine Verbreitung im Vogelreich war allerdings bislang unklar.
„Um die Rolle des subpectoralen Divertikels zu verstehen, haben wir den Lungenapparat von 68 Vogelarten untersucht“, berichtet das Forschungsteam. Dazu zählten verschiedene gleitende Vögel wie Greifvögel, Möwen und Pelikane, flugunfähige Vögel wie Strauße, sowie Vögel, die auf andere Flugstile setzen wie Papageien und Enten. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass das subpectorale Divertikel bei praktisch allen untersuchten gleitenden Vogelarten vorhanden ist, während es bei nicht gleitenden Arten fehlt“, so die Forschenden.
Weitere Analysen zeigten, dass sich die Luftsäcke bei den verschiedenen Vogelarten im Laufe der Evolution mindestens sieben Mal unabhängig voneinander entwickelt haben. „Die abgeleitete Evolutionsgeschichte des subpectoralen Divertikels stimmt eng mit der des Segelflugs überein“, erklären Schachner und ihr Team. „Das deutet darauf hin, dass diese Struktur eine funktionelle und adaptive Beziehung zum Segelflugstil haben könnte.“
Optimierter Muskeleinsatz
Um genauere Einblicke in die Funktion zu erhalten, untersuchte das Forschungsteam zwei Greifvogelarten per Computertomographie: den Präriebussard und den Rotschwanzbussard. Mechanistische und anatomische Studien an lebenden und toten Exemplaren enthüllten, dass die beiden aufgeblasenen Luftsäcke tatsächlich die ausgebreitete Position der Flügel unterstützen. Sie drücken den Brustmuskel, der für die Flügelhaltung verantwortlich ist, leicht nach außen und optimieren so den Winkel, mit dem er am Flügel zieht. Dadurch ist deutlich weniger Kraft erforderlich, um die Flügel ausgebreitet zu halten. An betäubten Individuen zeigten die Forschenden zudem, dass die Vögel auch dann ungehindert atmen können, wenn einer oder beide Säcke des subpectoralen Divertikels luftleer sind. Für die Atmung ist die Struktur demnach nicht erforderlich.
