Wie zähmt man einen riesigen Flugsaurier, der größer ist als der US-amerikanische F-16 Fighting Falcon?

Flugsaurier sind wahrscheinlich die Lebewesen auf der Erde, die den Drachen (den Drachen in der westlichen Mythologie und den Legenden) am nächsten kommen. Obwohl sie kein Feuer speien konnten, entwickelten sich Flugsaurier zu Riesentieren mit einer Flügelspannweite, die so groß war wie die eines Flugzeugs. Hätte es den Asteroideneinschlag am Ende der Kreidezeit nicht überstanden, wäre „Die Geschichte der Drei Reiche“ möglicherweise zu einer „Realversion“ von „Das Lied von Eis und Feuer“ geworden – Guan Yu reitet auf einem Drachen und tötet Hua Xiong! Und jetzt reiten Sie möglicherweise auf einem Drachen zur Arbeit ... Aber es gibt noch Hoffnung, vielleicht wird eines Tages eine Zeitmaschine erfunden. Lassen Sie uns also zunächst lernen, wie man einen Riesenflugsaurier aufzieht!

Geschrieben von Yang Zixiao (University College Cork, Irland)

Standbilder aus „Das Lied von Eis und Feuer“

Flugsaurier sind Kreaturen voller Magie. Sie sind wie magische Tiere aus der Welt von Harry Potter, mit faszinierenden Superkräften. Es ist schwer vorstellbar, dass tatsächlich einmal Flugsaurier auf unserem Planeten gelebt haben.

Sie waren die ersten Wirbeltiere der Geschichte, die den blauen Himmel eroberten. Dies ist etwa 100 Millionen Jahre früher als bei den uns bekannten Vögeln und etwa 150 Millionen Jahre früher als bei Fledermäusen.

Und obwohl ihre fliegenden Nachkommen den blauen Himmel erobert haben, bleibt der Weltrekord der Flugsaurier bis heute bestehen: Sie sind die größten flugfähigen Tiere der Erde. Der größte bisher bekannte Flugsaurier - Quetzalcoatlus - hatte eine Flügelspannweite von mehr als zehn Metern, wenn er voll ausgebreitet war, und wäre, wenn er auf dem Boden stehend wäre, so groß wie eine Giraffe (siehe Abbildung 1 für einen Proportionsvergleich).

Abbildung 1. Die Größe des riesigen Quetzalcoatlus wird mit der eines Menschen, einer Giraffe und eines F-16-Kampfjets (im Verhältnis) verglichen. Beachten Sie, dass im linken Bild die meisten Flügel des Flugsauriers (der vierte Finger) nach oben gefaltet und an die Seiten des Körpers gesteckt sind, um die Fortbewegung an Land zu erleichtern. (Die Menschen, Flugsaurier und Giraffen auf der linken Seite wurden von Mark Witton gezeichnet; das rechte Bild wurde von der offiziellen Website des Texas Tech University Museums modifiziert.
https://today.ttu.edu/posts/2012/11/researcher-uncovers-more-information-about-rare-pterosaur“)

Wie das Sprichwort sagt, wird man nicht von einem Bissen dick, und Flugsaurier waren bei ihrem ersten Auftreten auch nicht so groß. Die Entwicklung der Größe der Flugsaurier kann grob in zwei Phasen unterteilt werden: Die frühen Flugsaurier (nicht-pterodactyloide Flugsaurier), die in der Trias- und Jurazeit lebten, waren relativ klein, wobei die meisten Flugsaurier eine Flügelspannweite von nur 1–2 Metern hatten; Die später auftauchenden Flugsaurier (Pterodactyloide Pterosaurier) begannen an Größe zuzunehmen, und in der Oberkreidezeit erschienen riesige Flugsaurier von der Größe von Flugzeugen, die die zur gleichen Zeit existierenden Vögel in den Schatten stellten [1] (siehe Abbildung unten).

Abbildung 2. Die Entwicklung der Flügelspannweite von Flugsauriern; Weiße Dreiecke stellen frühe Flugsaurier (Nicht-Pterodaktylus) dar, Kreise stellen verschiedene Arten von Flugsauriern dar und graue Dreiecke stellen Vögel dar. Bildquelle: Benson et al., 2013[1]

Die Frage ist also, warum diese später auftauchenden Flugsaurier eine so große Größe erreichen können?

Kindheit eines Flugsauriers

Als die ersten Flugsaurier entdeckt wurden, glaubten die Menschen, sie würden sich wie Vögel zu Nesthockern entwickeln. Man vermutet, dass Flugsaurier auch Nester bauen und ihre Babys fleißig aufziehen. Unter der sorgfältigen Fürsorge ihrer Eltern wachsen die Flugsaurierbabys schnell heran. Wenn sie fast die gleiche Größe wie ihre Eltern haben, verlassen sie ihre Eltern und fliegen in den blauen Himmel, um ein unabhängiges Leben zu führen. Tatsächlich ähnelten Flugsaurier Vögeln in vielerlei Hinsicht, beispielsweise durch die aus den Vorderbeinen abgewandelten Flügel, die hohlen Knochen, die langen Schnauzen und die scharfen Krallen. Später entdeckten Wissenschaftler, dass Flugsaurier enge Verwandte der Dinosaurier waren und dass einige Dinosaurier bis heute überlebt haben und sich zu Vögeln entwickelt haben. Darüber hinaus besaßen Flugsaurier wie Vögel Federn [2, 3].
Abbildung 3. Flugsaurier konkurrieren um Nahrung mit einem ausgestorbenen Vogel, Ichthyornis (Ichthyornis). Bildquelle: Steve White und Darren Naish, „Mesozoic Art: Dinosaurs and Other Ancient Animals in Art“

Die Vorstellung, dass Flugsaurier wie Vögel wuchsen, wurde in den letzten Jahrzehnten völlig widerlegt. Man hat herausgefunden, dass Flugsaurier tatsächlich eine frühreife Entwicklung durchführten und ihre Wachstumsstrategie eher der von Reptilien ähnelte. Der kleine Flugsaurier lebt seit seiner Kindheit selbstständig und seine Eltern kümmern sich im Grunde nicht um ihn. Die Belege für diese Ansicht umfassen hauptsächlich die folgenden Aspekte:

Erstens besteht die Eierschale eines Flugsauriers nur aus einer sehr dünnen Schicht aus Kalziumhartschale (etwa 30 Mikrometer, also weniger als ein Dreißigstel Millimeter), die viel dünner ist als die von Vogeleiern, wahrscheinlich nur ein Zehntel der Dicke einer Vogeleierschale; manche Flugsauriereier haben nicht einmal eine harte Kalziumschale. Die Eierschalen der Flugsaurier ähnelten also eher den weichschaligen Eiern der Reptilien. Flugsauriereier sind so zerbrechlich, dass Flugsaurier sich sicherlich nicht direkt auf die Eier legen können, um sie auszubrüten, wie es Vögel tun. Sie hätten ihre Eier vergraben, wie es Reptilien tun, damit die Eier bei der richtigen Temperatur und Luftfeuchtigkeit schlüpfen konnten.[4]

Abbildung 4. Eine junge Eidechse schlüpft aus ihrem Panzer. Bildquelle |
https://www.lfwseq.org.au/hatching-wildlife-dig-reptile-eggs/

Wie bei den meisten eierlegenden Reptilien waren die Gliedmaßen der Flugsaurierembryos und -babys beim Schlüpfen bereits vollständig entwickelt, sodass sie sich schon bald nach der Geburt frei bewegen konnten. Die meisten Knochen in den Flügeln von Flugsaurierbabys haben sehr wenig Knorpel und sind stark verknöchert; Das auffälligste Merkmal sind natürlich die großen Flügel – selbst wenn sich die Tiere noch in der Eierschale befinden, sind die charakteristischen großen Flügel der Flugsaurier bereits deutlich sichtbar [5] (siehe Abbildung 5). Tatsächlich hatten die Gliedmaßenproportionen der Baby-Flugsaurier denen der erwachsenen Flugsaurier ähnlich und einige Knochen waren bei den Babys sogar größer [6, 7].

Abbildung 5. Zwei Flugsauriereier mit Embryonen und entsprechenden Restaurierungsbildern. Bild modifiziert von David M. Unwin und D. Charles Deeming, 2008[4]

Bei Vögeln ist das völlig anders. Die meisten Vögel werden mit winzigen Flügeln geboren, die kaum von Nutzen sind. Während des Wachstums nimmt das Verhältnis der Flügel zum Körper der Vögel weiter zu, und erst wenn sie fast die Größe eines Erwachsenen erreicht haben, können sie mit ihren Flügeln fliegen. Da die Baby-Flugsaurier bereits große, voll entwickelte Flügel hatten, deren Knochen teilweise sogar dicker waren als die der erwachsenen Flugsaurier, müssen die Flugsaurier schon in sehr jungem Alter mit dem Fliegen begonnen haben.[5] Diese Schlussfolgerung wurde vor kurzem bestätigt: Paläontologen verglichen anhand von Modellen die Knochenstärke und die Flugfähigkeit von jungen und erwachsenen Flugsauriern und fanden heraus, dass sogar frisch geschlüpfte Flugsaurierbabys sehr starke Knochen (sogar stärker als die von erwachsenen Tieren) und ausgezeichnete Flugfähigkeiten hatten[8].

Im Einklang mit der Schlussfolgerung, dass sie von Geburt an fliegen können, gibt es auch einige fossile Beweise dafür, dass junge Flugsaurier selbst jagten und sich ernährten, anstatt sich bei der Nahrungsaufnahme auf die Eltern zu verlassen. Beispielsweise wurden die Hälse und Schnauzen vieler Flugsaurier im Laufe ihres Wachstums immer länger; Die meisten Flugsaurier mit Zähnen bekamen im Laufe ihres Wachstums immer mehr Zähne, und bei manchen Flugsauriern veränderte sich im Laufe ihres Wachstums sogar die Form der Zähne.[9] Diese physiologischen Strukturen stehen in engem Zusammenhang mit der Nahrungsaufnahme. Die Veränderungen, die während ihres Wachstums auftraten, lassen darauf schließen, dass Flugsaurier ihre Ernährung ständig variierten und mit zunehmendem Alter unterschiedliche Beutetiere fraßen, genau wie es heutige Krokodile tun. Das Nilkrokodil (Crocodilus niloticus) beispielsweise ernährt sich in seinem sehr jungen Alter von Insekten, Spinnen und Fröschen; wenn es länger als 2 Meter wird, ernährt es sich hauptsächlich von Fischen, aber auch von einigen Krabben und Wasserschnecken. Wenn das Nilkrokodil eine Länge von drei bis vier Metern erreicht hat, macht es Jagd auf einige große Reptilien und Säugetiere.

Abbildung 6. Vergleich zwischen einem neugeborenen Germanodactylus-Baby (oben) und einem erwachsenen Tier (unten). Bild aus The Princeton Field Guide to Pterosaurs von Gregory S. Paul

Allerdings sind einige Flugsaurier sehr eigenwillig und bestehen darauf, von der Kindheit bis ins Erwachsenenalter immer der gleichen Nahrung nachzujagen. Ein typisches Beispiel sind die Anurognathiden Flugsaurier. Wie der Name schon sagt, ist das auffälligste Merkmal der Froschmaul-Flugsaurier ihr großes, froschähnliches Maul. Und wie Frösche jagen sie am liebsten Insekten. Zu diesem Zweck wird ihr Kopf im Verhältnis zum Körper kleiner und ihr Maul größer, während ihre Zähne die Form von Nägeln behalten und ihnen helfen, Insekten in der Luft zu fangen.[6] Auch die Flugsaurier mit Froschmaul lebten von klein auf unabhängig und brauchten keine elterliche Fürsorge.

Abbildung 7. Ein Flugsaurier mit Froschmaul jagt nachts Insekten. Illustration von Rudolf Himawan

Sind also alle Flugsaurier auf diese Weise gewachsen? Die Eierschalen von Flugsauriern sind sehr dünn und können kein großes Volumen tragen, daher sollten alle Flugsauriereier und Flugsaurierbabys sehr klein sein. Wenn alle einen ähnlichen Ausgangspunkt hatten, warum konnten die frühen Flugsaurier dann nur eine Flügelspannweite von einem oder zwei Metern erreichen, während die riesigen Flugsaurier, die in der späten Kreidezeit auftauchten, die Größe einer Giraffe erreichen konnten?

Diese riesigen Flugsaurier müssen eine ungewöhnliche Kindheit gehabt haben. Leider stammen die meisten Belege für das Wachstum von Flugsauriern von relativ kleinen Flugsauriern, und wie riesige Flugsaurier so groß werden konnten, bleibt ein ungelöstes Rätsel. Bis vor kurzem…

Die Kindheit eines riesigen Flugsauriers

Am 19. Juli 2023 bestätigte eine in Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences veröffentlichte Studie schließlich, dass Riesenflugsaurier tatsächlich eine andere Kindheit hatten. Kleinere Flugsaurier wurden mit großen, voll entwickelten Flügeln geboren, während der Riesenflugsaurier Pteranodon mit kleinen Armen und Oberschenkelknochen geboren wurde, die im Laufe seines Wachstums rasch an Größe zunahmen (siehe Abbildung 8).

Abbildung 8. Unterschiedliche Wachstumsmuster von großen und kleinen Flugsauriern. Foto mit freundlicher Genehmigung des Autors

Diese Skelettsegmente sind von entscheidender Bedeutung, da sie und die Muskulatur, an der sie befestigt sind, für die Bereitstellung der Energie für Flug und Fortbewegung an Land verantwortlich sind.[9] Die langsame Entwicklung dieser physiologischen Strukturen weist darauf hin, dass die Babys der Riesenflugsaurier nicht so unabhängig waren wie die Babys der kleinen Flugsaurier – sie brauchten mehr Fürsorge von ihren Eltern.

Abbildung 9. Die wichtigsten Skelettmuskelstrukturen der Vorderbeine von Pteranodon. Bild aus „Pterosaurs: Natural History, Evolution, Anatomy“ von Mark Witton

Für Riesenflugsaurier ist die Aufzucht durch ihre Eltern tatsächlich eine weitaus sinnvollere Wachstumsstrategie, als wenn ihre Eltern sie ignorieren und ihre kleinen Flugsaurier alleine aufwachsen lassen. Stellen Sie sich vor, Sie möchten, dass Ihr Flugsaurierbaby größer wird. Dann gibt es offensichtlich zwei Möglichkeiten: eine längere Wachstumszeit und eine schnellere Wachstumsrate. Allerdings ist es für die Umsetzung irgendeines Plans offensichtlich nicht förderlich, den Flugsauriern ein unabhängiges Wachstum zu ermöglichen.

Ohne elterliche Fürsorge sind junge Tiere oft das bevorzugte Ziel von Raubtieren. Bei Flugsauriern haben Studien gezeigt, dass junge Flugsaurier zwar fliegen konnten, es jedoch eine hohe Flugunfall- und Sterberate gab – ein ähnliches Phänomen ist auch bei flügge werdenden Vögeln weit verbreitet [10]. Angesichts der hohen Sterblichkeitsrate junger Individuen tendiert die natürliche Selektion dazu, die Wachstumszeit zu minimieren.

Unabhängig lebende Jungtiere neigen außerdem dazu, langsamer zu wachsen. Man kann sich leicht vorstellen, dass der kleine Flugsaurier, wenn er täglich um sein Überleben kämpfen muss – sei es beim Fliegen auf der Suche nach Nahrung oder beim Ausweichen vor natürlichen Feinden – einen großen Teil seiner Energie beim Herumrennen verbraucht und nur einen kleinen Teil für das Körperwachstum verwenden kann. Gleichzeitig können sich die Knochen und Muskeln warmblütiger Tiere (Vögel und Säugetiere) aufgrund ihrer hohen Stoffwechselrate nur auf eines konzentrieren: Wachstum und Funktion. Schnell wachsende Knochen und Muskelgewebe sind oft schwach, weil sich die meisten Zellen darin vermehren und differenzieren. Um den Anforderungen der täglichen Körperhaltung, Bewegung und anderer Funktionen gerecht zu werden, müssen Knochen- und Muskelgewebe eine gewisse Reife erreichen (Gewebereife). Infolgedessen verringert sich die Anzahl der proliferierenden und differenzierenden Zellen und die Gesamtwachstumsrate verlangsamt sich [11, 12]. Das physiologische Niveau der Flugsaurier wird als dem der modernen Warmblüter ähnlich angesehen [13, 14], sodass dieser Kompromiss zwischen Wachstumsrate und funktioneller Leistung ebenfalls bestehen sollte.

Daher ist die elterliche Fürsorge eine sinnvollere Wachstumsstrategie für Riesenflugsaurier. Durch die sorgfältige Pflege ihrer Eltern können sich Flugsaurierbabys einer längeren Wachstumszeit und eines schnelleren Wachstums erfreuen (siehe Abbildung unten).

Abbildung 10. Pteranodon kümmert sich gut um sein Baby. Illustration von James Robins

Es besteht kein Zweifel, dass das Thema, wie Flugsaurier aufwuchsen, noch lange nicht abgeschlossen ist, und wir werden sicherlich noch mehr vielfältige Kindheiten von Flugsauriern entdecken. Schließlich gibt es Flugsaurier seit etwa 150 Millionen Jahren auf der Erde, also viel länger als jedes andere geflügelte Wirbeltier. Ich hoffe, dass wir eines Tages mit einer Zeitmaschine zurückreisen und diese echten Drachen sehen (und reiten) können …

Abbildung 11. Fahranleitung für Flugsaurier. Quelle | BBC: Wie man laut der Wissenschaft auf einem Flugsaurier reitet (
https://www.youtube.com/watch?v=9TKgupAZVzE)

Verweise

[1] Benson, RB, Frigot, RA, Goswami, A., Andres, B. und Butler, RJ, 2014. Wettbewerb und Zwang führten zu Copes Regel in der Evolution der riesigen Flugreptilien. Nat. Kommun. 5, 3567.

[2] Yang, ZX, Jiang, BY, McNamara, ME, Kearns, SL, Pittman, M., Kaye, TG, Orr, PJ, Xu, X. und Benton, MJ 2019 Integumentäre Strukturen von Flugsauriern mit komplexer federartiger Verzweigung. Nat. Ökol. Entwicklung 3, 24–30.

[3] Cincotta A Nicolaï, M., Campos, HBN, McNamara, M., D'Alba, L., Shawkey, MD, Kischlat, EE, Yans, J., Carleer, R., Escuillié, F. und Godefroit, P. 2022 Flugsaurier-Melanosomen unterstützen Signalfunktionen für frühe Federn. Nature 604, 684–688.

[4] Unwin, DM und Deeming, DC 2008. Die Struktur der Eierschale von Flugsauriern und ihre Bedeutung für die Fortpflanzungsbiologie von Flugsauriern. Zitteliana 28, 199–207.

[5] Unwin, DM und Deeming, DC 2019. Pränatale Entwicklung bei Flugsauriern und ihre Auswirkungen auf ihre postnatale Fortbewegungsfähigkeit. Proz. R. Soc. B: Biol. Wissenschaft 286, 20190409.

[6] Yang, Z., Benton, MJ, Hone, DW, Xu, X., McNamara, ME und Jiang, BY, 2021. Allometrische Analyse wirft Licht auf die Systematik und Ontogenese von Anurognathid-Flugsauriern. J. Vertebr. Paläontologie. 41, e2028796.

[7] Yang, Z., Jiang, BY, Benton, MJ, Xu, X., McNamara, ME und Hone, DW 2023. Allometrisches Flügelwachstum verbindet elterliche Fürsorge mit dem Riesenwuchs bei Flugsauriern. Proz. R. Soc. B: Biol. Wissenschaft 290, 20231102.

[8] Naish, D., Witton, MP und Martin-Silverstone, E. 2021. Motorflug bei jungen Flugsauriern: Hinweise anhand der Flügelform und Knochenstärke. Wissenschaft Rep. 11, 13130.

[9] Witton, MP, 2013. Flugsaurier: Naturgeschichte, Evolution, Anatomie. Princeton University Press.

[10] Hone, DW und Henderson, DM 2014. Die Haltung schwimmender Flugsaurier: ökologische Auswirkungen auf die Besiedlung von Meeres- und Süßwasserlebensräumen. Paläogeogr. Paläoklimatologie. Paläoökonomie. 394, 89–98.

[11] Ricklefs, RE, Shea, RE und Choi, IH 1994. Inverse Beziehung zwischen funktioneller Reife und exponentieller Wachstumsrate der Vogelskelettmuskulatur: eine Einschränkung der evolutionären Reaktion. Evolution 48,1080–1088.

[12] Carrier, DR, 1996. Ontogenetische Grenzen der Bewegungsleistung. Physiol. Zool. 69, 467-488.

[13] Wiemann, J., Menéndez, I., Crawford, JM, Fabbri, M., Gauthier, JA, Hull, PM, Norell, MA und Briggs, DE 2022. Fossile Biomoleküle enthüllen einen Vogelstoffwechsel im Urdinosaurier. Nature 606, 522–526.

[14] Benton, MJ, Dhouailly, D., Jiang, B. und McNamara, M. 2019. Der frühe Ursprung der Federn. Trends Ökol. Entwicklung 34, 856–869.

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

Besondere Tipps

1. Gehen Sie zur „Featured Column“ unten im Menü des öffentlichen WeChat-Kontos „Fanpu“, um eine Reihe populärwissenschaftlicher Artikel zu verschiedenen Themen zu lesen.

2. „Fanpu“ bietet die Funktion, Artikel nach Monat zu suchen. Folgen Sie dem offiziellen Account und antworten Sie mit der vierstelligen Jahreszahl + Monat, also etwa „1903“, um den Artikelindex für März 2019 zu erhalten, usw.

Copyright-Erklärung: Einzelpersonen können diesen Artikel gerne weiterleiten, es ist jedoch keinem Medium und keiner Organisation gestattet, ihn ohne Genehmigung nachzudrucken oder Auszüge daraus zu verwenden. Für eine Nachdruckgenehmigung wenden Sie sich bitte an den Backstage-Bereich des öffentlichen WeChat-Kontos „Fanpu“.