Warum sind es nur diese drei Wirbeltierarten, die den Himmel erobert haben?

Rezensionsexperte: Ran Hao, ein bekannter populärwissenschaftlicher Autor

In den blauen Himmel zu schweben ist seit langem ein Traum der Menschheit. Schon 500 v. Chr. banden sich Menschen an Drachen und versuchten, die Erde vom Himmel aus zu überblicken.

Im Jahr 1783 gelang es den Menschen, in Leichtflugzeugen bemannt zu fliegen. Im Jahr 1902 gelang der Mensch mit Schwerlastflugzeugen und autonomer Energieversorgung zum bemannten Flug. Von der ersten Idee des Fliegens bis zur endgültigen Verwirklichung dieses Traums hat die Menschheit mehr als 2.000 Jahre gebraucht.

Gemälde des Experiments der Brüder Montgolfier mit bemannten Heißluftballons im Jahr 1783. Quelle: Wikipedia

Tatsächlich gab es im Reich der Vierbeiner Arten, die die Landschaft auf der Erde schon lange vor den Menschen aus der Luft erblickten. Die ersten Flugsaurier, die die Erde verließen und vom Himmel auf die Welt herabblickten, waren die Pterosaurier, die vor mehr als 200 Millionen Jahren auf der Erde erschienen. Im Zuge der Weiterentwicklung der Arten begannen auch Vögel und Fledermäuse, am Himmel zu fliegen, und im Vergleich zum Menschen benötigten sie dafür keinerlei Werkzeuge.

Wie also fliegen Flugsaurier, Vögel und Fledermäuse?

Das Geheimnis des Fliegens in den blauen Himmel

Ob Flugsaurier, Vögel oder Fledermäuse, sie alle haben Flügel. Die Flügelstruktur ist die Grundlage ihrer Flugfähigkeit.

Nach dem Bernoulli-Prinzip ist in einer Flüssigkeit mit niedriger Geschwindigkeit der Druck dort hoch, wo die Durchflussrate niedrig ist, und der Druck dort niedrig, wo die Durchflussrate hoch ist. Beim Abheben von Flugsauriern, Vögeln und Fledermäusen wird die Luft (also die Flüssigkeit) durch das vordere Ende der Flügel in zwei Teile geteilt, sobald sie die Flügel berührt. Da die Flügel eine gewisse Krümmung aufweisen, sind die Distanzen, die die obere und die untere Luftschicht beim Durchströmen der Flügel zurücklegen, nicht gleich.

Quelle: en.wikiversity.org

Die Luft strömt über die Flügel hinweg über eine größere Distanz, die Luft strömt unter den Flügeln hindurch über eine kürzere Distanz, die Durchlaufzeit ist jedoch gleich. Daher strömt die Luft über den Flügeln schneller und unter den Flügeln langsamer. Dies führt dazu, dass der Druck über den Flügeln niedriger ist als der Druck unter den Flügeln, wodurch eine Aufwärtskraft erzeugt wird. Gerade durch den erzeugten Auftrieb können Flugsaurier, Vögel und Fledermäuse vom Boden abheben und in den Himmel fliegen.

Die grundlegenden Flugprinzipien von Flugsauriern, Vögeln und Fledermäusen wurden oben erläutert, doch im tatsächlichen Flug gibt es einige Unterschiede in den Flugmethoden der drei Arten.

Quelle｜Interaktive Wissenschaft

Die Flügel von Flugsauriern (normalerweise Flügelmembranen genannt) werden nur von einem ausgestreckten Finger getragen. Diese Struktur führt dazu, dass Flugsaurier nicht mit der gleichen hohen Geschwindigkeit fliegen können wie Vögel.

Ein imaginäres Bild von Quetzalcoatlus, der sich auf dem Boden bewegt. Quelle: Wikipedia. Einige Flugsaurier waren riesig und waren beim Fliegen stark auf Luftströmungen angewiesen, was ihnen ein leichteres Abheben vom Boden ermöglichte. Durch Simulationsexperimente spekulieren Wissenschaftler, dass Flugsaurier nicht sehr schnell flogen und ihre Flugmethode relativ einfach war.

Vögel können auf viele verschiedene Arten fliegen, beispielsweise mit den Flügeln schlagen, gleiten und schweben. Diese hängen von Faktoren wie der Form und Größe ihrer Flügel und ihrer Muskelkraft ab. Im Allgemeinen gibt es vier Arten von Vogelflügeln: elliptische, Hochgeschwindigkeits-, Hochseiten- und Hochauftriebsflügel mit Flügelschlitzen.

Die ovalen Flügel sind kurz und rund, was für schnelles Abheben und Wenden geeignet ist. Vögel mit solchen Flügeln können sich im Wald frei bewegen. Zu dieser Art gehören Spechte und Elstern.

Elsterquelle: Wikipedia

Der Hochgeschwindigkeitstyp hat kurze und spitze Flügel , die den Vögeln helfen können, höhere Fluggeschwindigkeiten zu erreichen und in der Luft zu jagen. Vertreter dieser Art sind Kolibris und Schwalben.

Kolibri Quelle: Wikipedia

Die Flügel des Typs mit großem Seitenverhältnis sind lang, schmal und flach und können den Unterschied in der Windgeschwindigkeit besser ausnutzen, um den Vogel durch den Himmel gleiten und über den endlosen Ozean fliegen zu lassen. Die Flügel von Albatrossen und anderen Seevögeln gehören überwiegend zu diesem Typ.

Albatross-Quelle: Unsplash

Auftriebsflügel mit Schlitzen können den Luftwiderstand erheblich verringern und thermische Luftströmungen nutzen, um Vögeln einen langsamen Flug über Land zu ermöglichen. Sie kommen häufig bei Greifvögeln wie Geiern und Eulen vor.

Geierquelle: pixabay
Die Flügel von Fledermäusen ähneln denen von Flugsauriern, werden jedoch von vier Fingern gestützt, was den Flügeln mehr Stabilität verleiht und ihnen somit eine bessere Flugkontrolle verleiht als Flugsaurier.

Aufgrund unterentwickelter Hinterbeine und eingeschränkter Sprungfähigkeit fällt es Fledermäusen jedoch schwer, wie Vögel vom Boden abzuheben. Daher ist die Art und Weise, wie Fledermäuse abheben, etwas ganz Besonderes: Sie starten in einer Kopfposition.

Fledermausquelle: Wikipedia

Sind alle, die fliegen können, Verwandte?

Unter den Wirbeltieren haben nur Flugsaurier, Vögel und Fledermäuse wirklich den Erdboden durchbrochen und sind in den weiten Himmel geflogen. Gemäß der biologischen Klassifizierung gehören Flugsaurier zu den Reptilien, Fledermäuse zu den Säugetieren und Vögel haben sich aus Dinosauriern entwickelt und sind diesen beiden Kategorien gleichgestellt. Diese drei sind entfernt verwandt und haben unabhängig voneinander Flügel entwickelt. Warum also haben sie ähnliche Strukturen und können beide fliegen?

Biologen nennen dieses Phänomen konvergente Evolution. Dieses Phänomen könnte auf eine konvergente Evolution zurückzuführen sein, die dadurch verursacht wurde, dass ihre Vorfahren lange Zeit in derselben oder einer ähnlichen Umgebung lebten.

Um sich an die Umwelt anzupassen, entwickeln Organismen spezifische Strukturen und Funktionen. Ähnliche Umgebungen führen dazu, dass sie sich in ähnliche Richtungen entwickeln, wodurch sie ähnliche Flügel, die Fähigkeit zu fliegen usw. entwickeln. Ähnliche Beispiele sind das mesozoische Meeresreptil Ichthyosaurier, das den heutigen Delfinen ähnelt, sowie Maulwürfe und Maulwurfsgrillen, die grabende Vorderbeine (Vorderfüße) ähnlicher Form haben.

Ichthyosaurier-Fossilien (oben) und Delfine (unten) Quelle: Wikipedia Obwohl der Mensch keine Flügel entwickelt hat und nicht in der Lage ist, selbstständig zu fliegen, kann er glücklicherweise seine Weisheit nutzen, um die Körperstruktur fliegender Tiere zu studieren, die Geheimnisse ihres Flugs zu erforschen und die darin enthaltenen Prinzipien zu nutzen, um verschiedene mechanische Geräte zu entwerfen und herzustellen, mit denen der lang gehegte Traum vom Fliegen wahr wird.

Ursprünglich flohen Tiere höchstwahrscheinlich aus Überlebensgründen – entweder um natürlichen Feinden auszuweichen oder um Beute zu fangen. während die Menschen mit dem Ziel der Entwicklung, der Veränderung und des Durchbruchs aufbrachen. Unabhängig von ihren ursprünglichen Absichten haben alle Arten, ob Flugsaurier, Vögel, Fledermäuse oder Menschen, auf ihrem Weg in den Himmel bedeutende Spuren in der Geschichte der Erde hinterlassen.