Die verborgene Regel für Flugfedern und wie sie zeigen könnte, welche Dinosaurier fliegen können

Vögel können fliegen – zumindest die meisten von ihnen. Flugunfähige Vögel wie Pinguine und Strauße haben einen Lebensstil entwickelt, der keinen Flug erfordert. Allerdings wissen Wissenschaftler noch nicht viel darüber, wie sich die Flügel und Federn flugunfähiger Vögel von denen ihrer fliegenden Artgenossen unterscheiden.

In einer neuen Studie in der Zeitschrift PNASWissenschaftler untersuchten Hunderte von Vögeln in Museumssammlungen und entdeckten eine Reihe von Federmerkmalen, die alle fliegenden Vögel gemeinsam haben. Diese „Regeln“ geben Hinweise darauf, wie die Dinosaurier-Vorfahren moderner Vögel erstmals die Flugfähigkeit entwickelten und welche Dinosaurier flugfähig waren.

Nicht alle Dinosaurier haben sich zu Vögeln entwickelt, aber alle lebenden Vögel sind Dinosaurier. Vögel gehören zur Gruppe der Dinosaurier, die überlebten, als vor 66 Millionen Jahren ein Asteroid die Erde traf. Lange bevor der Asteroid einschlug, begannen einige Mitglieder einer Gruppe von Dinosauriern namens Penneraptoranen, Federn und die Fähigkeit zum Fliegen zu entwickeln.

Mitglieder der Penneraptoran-Gruppe begannen, Federn zu entwickeln, bevor sie fliegen konnten; Der ursprüngliche Zweck von Federn könnte darin bestanden haben, zu isolieren oder Partner anzulocken. Der Velociraptor zum Beispiel hatte Federn, konnte aber nicht fliegen.

Natürlich können Wissenschaftler nicht mit einer Zeitmaschine in die Kreidezeit reisen, um zu sehen, ob Velociraptoren fliegen könnten. Stattdessen verlassen sich Paläontologen auf Hinweise in den versteinerten Skeletten der Tiere, wie die Größe und Form der Arm-/Flügelknochen und Querlenker sowie die Form etwaiger erhaltener Federn, um festzustellen, welche Arten zu echtem Motorflug fähig waren. Beispielsweise sind die langen Primärfedern entlang der Flügelspitzen von Vögeln bei Vögeln, die fliegen können, asymmetrisch, bei Vögeln, die nicht fliegen können, jedoch symmetrisch.

Die Suche nach Hinweisen zum Dinosaurierflug führte zu einer Zusammenarbeit zwischen Jingmai O’Connor, einem Paläontologen am Field Museum in Chicago, und Yosef Kiat, einem Postdoktoranden am Field Museum.

„Yosef, ein Ornithologe, untersuchte Merkmale wie die Anzahl verschiedener Arten von Flügelfedern im Verhältnis zur Länge der Armknochen, an denen sie befestigt sind, und den Grad der Asymmetrie in den Schwungfedern der Vögel“, sagte O’Connor, Mitarbeiter des Museums Kurator für fossile Reptilien, der sich auf Frühaufsteher spezialisiert hat.

„Durch unsere Zusammenarbeit ist Yosef in der Lage, diese Merkmale in Fossilien zu verfolgen, die 160–120 Millionen Jahre alt sind, und so die frühe Evolutionsgeschichte von Federn zu untersuchen.“

Kiat untersuchte die Federn aller lebenden Vogelarten und untersuchte Exemplare von 346 verschiedenen Arten, die in Museen auf der ganzen Welt aufbewahrt werden. Als er sich die Flügel und Federn von Kolibris und Falken, Pinguinen und Pelikanen ansah, bemerkte er eine Reihe übereinstimmender Merkmale bei Arten, die fliegen können.

Beispielsweise hatten alle Flugvögel zusätzlich zu den asymmetrischen Federn zwischen neun und elf Primärfedern. Bei flugunfähigen Vögeln schwankt die Zahl stark – bei Pinguinen sind es mehr als 40, bei Emus keine. Es handelt sich um eine täuschend einfache Regel, die von Wissenschaftlern scheinbar unbemerkt geblieben ist.

„Es ist wirklich überraschend, dass bei so vielen Flugstilen, die wir bei modernen Vögeln finden, sie alle diese Eigenschaft gemeinsam haben, nämlich zwischen neun und elf Primärfedern zu haben“, sagt Kiat. „Und ich war überrascht, dass das anscheinend noch niemand gefunden hat.“

Durch die Anwendung der Informationen über die Anzahl der Primärfedern auf den gesamten Stammbaum der Vögel stellten Kiat und O’Connor außerdem fest, dass es lange dauert, bis Vögel eine unterschiedliche Anzahl von Primärfedern entwickeln. „Dieses Merkmal ändert sich erst nach wirklich langen geologischen Zeiträumen“, sagt O’Connor. „Es dauert sehr lange, bis die Evolution auf dieses Merkmal reagiert und es verändert.“

Neben modernen Vögeln untersuchten die Forscher auch 65 Fossilien von 35 verschiedenen Arten gefiederter Dinosaurier und ausgestorbener Vögel. Durch die Anwendung der Erkenntnisse moderner Vögel konnten die Forscher Informationen über die Fossilien extrapolieren. „Grundsätzlich kann man die Überlappung der Anzahl der Primärfedern und der Form dieser Federn betrachten, um festzustellen, ob ein fossiler Vogel fliegen konnte und ob seine Vorfahren das konnten“, sagt O’Connor.

Die Forscher untersuchten beispielsweise den gefiederten Dinosaurier Caudipteryx. Caudipteryx hatte neun Primärfedern, aber diese Federn sind fast symmetrisch und die Proportionen seiner Flügel hätten einen Flug unmöglich gemacht. Die Forscher sagten, es sei möglich, dass Caudipteryx einen flugfähigen Vorfahren hatte, diese Eigenschaft sei jedoch verloren gegangen, als Caudipteryx am Tatort ankam.

Da es lange dauert, bis sich die Anzahl der Primärfedern ändert, behielt der flugunfähige Caudipteryx seine neun Primärfedern. Unterdessen schienen die Flügel anderer gefiederter Fossilien flugbereit zu sein – darunter die des frühesten bekannten Vogels, Archaeopteryx, und des Microraptors, eines winzigen vierflügeligen Dinosauriers, der kein direkter Vorfahre moderner Vögel ist.

Wenn man noch einen Schritt weiter geht, könnten diese Daten die Diskussion unter Wissenschaftlern über die Ursprünge des Dinosaurierflugs beeinflussen. „Erst vor kurzem haben Wissenschaftler erkannt, dass Vögel nicht die einzigen fliegenden Dinosaurier sind“, sagt O’Connor.

„Und es gab Debatten darüber, ob sich das Fliegen bei Dinosauriern nur einmal oder zu mehreren Zeitpunkten entwickelt hat. Unsere Ergebnisse hier scheinen darauf hinzudeuten, dass sich das Fliegen bei Dinosauriern nur einmal entwickelt hat, aber wir müssen wirklich erkennen, dass unser Verständnis des Fliegens bei Dinosauriern gerade erst am Anfang steht.“ , und uns fehlen wahrscheinlich immer noch einige der frühesten Stadien der Entwicklung der Federflügel.“

„Unsere Studie, die paläontologische Daten basierend auf Fossilien ausgestorbener Arten mit Informationen von heute lebenden Vögeln kombiniert, liefert interessante Einblicke in Federn und Gefieder – eine der interessantesten evolutionären Neuheiten unter Wirbeltieren. Somit hilft sie uns, mehr über die Evolution von zu erfahren.“ „Diese Dinosaurier und unterstreicht die Bedeutung der Integration von Wissen aus verschiedenen Quellen für ein besseres Verständnis evolutionärer Prozesse“, sagt Kiat.

„Theropodendinosaurier, einschließlich der Vögel, gehören zu den erfolgreichsten Wirbeltierlinien auf unserem Planeten“, sagt O’Connor.

„Einer der Gründe, warum sie so erfolgreich sind, ist ihr Flug. Einer der anderen Gründe sind wahrscheinlich ihre Federn, weil sie so vielseitige Strukturen haben. Also alle Informationen, die uns helfen können zu verstehen, wie sich diese beiden wichtigen Merkmale gemeinsam entwickelt haben, die dazu geführt haben.“ Dieser enorme Erfolg ist wirklich wichtig.“