Transcript Evolution des Vogelflugs

Evolution des Vogelflugs
Nadine Möller
Corinna Kieffer
Gliederung
 Evolution der Vögel
–
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–
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–
Zeitliche Einordnung
Stammbaum
Theropoden
Archaeopteryx
Vögel
 Hypothesen
– Klassische Theorien
– Aktuelle Forschung
Abstammung der Vögel
Erdzeitalter
System
Erdfrühzeit
(Präkambrium)
Archaikum
Proterozoikum
2.500
Erdaltzeit
(Paläozoikum)
Kambrium
Ordivicium
Silur
Devon
Karbon
Perm
570
500
440
405
350
285
Erdmittelalter
(Mesozoikum)
Trias
Untertrias
Mitteltrias
Obertrias
230
Jura
Unterjura
Mitteljura
Oberjura
195
Kreide
Unterkreide
Oberkreide
137
Erdneuzeit
(Neozoikum)
Tertiär
Quartär
Serie
Beginn vor
(in Mio Jahren)
67
1,5
Abstammung der Vögel
Stammbaum Vögel

Mögliche Entwicklung aus:
– Theropoden
ODER
– Vorfahren der Archosaurier
Theropoda
 Theropoden waren auf dem Boden
lebende Raubdinosaurier
 berühmtester Vertreter: Tyrannosaurus rex
 bipede Fortbewegung
 Zeit: Trias bis Kreide
Dinosaurier (Dinosauria)
├─Vogelbeckensaurier (Ornithischia)
└─Echsenbeckensaurier (Saurischia)
├─Sauropodomorpha
└─Theropoda
Theropoda
Merkmale
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diapsider Schädel
nach vorne gerichtete Augen
– Vorteil: verbessertes räumliches
Sehen Beute
Mittelohrhöhle stark vergrößert
– Vorteil: gutes Gehör
Kopfgelenk wurde erweitert
– Vorteil: erhöhte Mobilität des Kopfes
spitze Zähne
– Fleischfresser kein Kauen
Schädelteile waren zueinander
beweglich
– Schlingen größerer Beutestücke
war möglich
Theropoda
Merkmale

Hintergliedmaßen direkt unter Körper,
Wirbelsäule fast waagerecht
Vorteil: Körper wurde ausbalanciert

Hals S-förmig gebogen
Vorteil: bessere Sicht nach vorne

Becken: bestehend aus drei Knochen:
– Ilium (Darmbein) (dunkelbraun)
– Ischium (Sitzbein) (hellbraun)
– Pubis (Schambein) (mittelbraun)

letzten Beckenwirbel (Sakralwirbel) durch
Wirbelfortsätze miteinander verbunden
Abb.: Saurischia
Beckenknochen
Theropoda
Entwicklung des Beckens
Saurischia
moderner Vogel
Theropoda
Merkmale

Hand
– Vergrößert (bis zu 50% der
Armlänge)
– Rückbildung von Fingern teilweise
völliges Fehlen
Abb.: Skelett von
Deinonychus
Theropoda
Merkmale

Schulter
– Riemenartiges Schulterblatt
– Furcula (Gabelbein) vorhanden
Abb.: Fossil eines
Raptoren- Embryos mit
Furcula (Pfeil)
Theropoda
Merkmale
 Knochen der Gliedmaße:
dünnwandig und hohl
 Wirbel sind pneumatisiert
(enthielten Divertikel)
Vermutung:
Luftsacksystem war
keine Erfindung der
Vögel
Abb.: Vergleich: Luftsacksystem
Archaeopteryx
Geschichte
– 1860 Hermann von Meyer
versteinerte Feder aus
Solnhofener Plattenkalk
– 1861 Entdeckung des ersten
Archaeopteryx- Fossils
Archaeopteryx lithographica
Abb.: Versteinerte
Feder
Abb.: Fossil des
Archaeopteryx
Archaeopteryx
Merkmale in der Übersicht
Archaeopteryx
Merkmale
Abb.: Furcula
Vögel
Merkmale

Bewegliche Halswirbel

Versteiftes Rumpfskelett:
– Brustwirbel (unterschiedliche Anzahl, zwischen 3 und 10 Wirbel) wenig beweglich
– Vordere Brustwirbel tragen Rippen, Rippen mit knöchernen Fortsätzen
(Luftsacksystem)
– Hintere Brustwirbel und die vordersten Schwanzwirbel bilden Synsacrum
– Synsacrum ist mit dem Ilium (Darmbein) verschmolzen
– Schwanzwirbel sind zum Pygostyl verwachsen
– Brustbein (=Sternum) Ansatz der Flugmuskulatur, Crista sterni

Schulter:
– Scapula
– Coracoid
– Furcula
Vögel
Flügelskelett
– Oberarmknochen (Humerus) (1)
– Unterarmknochen:
Speiche (Radius) (2)
Elle (Ulna) (3)
– Carpometacarpus (5) (verschmolzener
Handwurzel- und Mittelhandknochen)
– Erster Finger (9)
– Zweiter Finger (7) (8)
– Dritter Finger (6)
Vögel
Abb.: Vogelskelett
Vögel
Federn


Wozu benötigt ein Vogel Federn?
– Schutz des Körpers
– Wärmeisolierung
– Stromlinienform (Anordnung und Form der Federn)
– Färbung : Tarnung
Kommunikation z.B. Balz
Federarten
– Konturfedern:
 Deckfedern
 Schwungfedern
 Steuerfedern
– Unterfedern:
 Daunenfedern
– Nestdunen: Federkleid der Jungvögel (abgewandelte Konturfedern)
– Spezialfedern z.B. Puderdunen (wasserabweisend)
Vögel
Federn


Dachziegelartige Anordnung
– Stabile Fläche, trotzdem leicht
– Aerodynamik
Schwungfedern
–
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
Deckfedern
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–
–
–

Handschwingen (1)
Armschwingen (2)
Große Armdecken (3)
Mittlere Armdecken (4)
Kleine Armdecken (5)
Randdecken (6)
Daumenfittich (7)
Große Handdecken (8)
Steuerfedern
–
–
sitzen am Pygostyl an
können seitlich verdreht, gehoben, gesenkt
werden
Abb.: Federn des Flügels
Vögel
Aufbau einer Feder
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Kiel (Scapus)
Spule (Calamus): basaler Teil, sitz in der Haut
Öffnung am unteren Ende Nabel
Schaft (Rhachis)
– Federfahne (Vexillum)
– Äste (Rami)
– Bogenstrahlen
– Hakenstrahlen
Abb.: Vogelfeder
Vögel
Evolution der Feder
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
Wann Federn entstanden ist unklar
Vermutung: aus Schuppen gebildet
– Longisquama insignis (Trias) verlängerte Schuppen zum Gleiten
Vorläufer der Federn
Warum sind Federn entstanden?
– Möglichkeit 1: Flug
Aber: unwahrscheinlich, das Fliegen kann nicht sofort funktioniert
haben
– Möglichkeit 2: Wärmeisolierung bei modernen Vögel
Folgerung: Vogel Vorfahren homoiotherm?
Abb.: Rekonstruktion von Longisquama insignis
Vögel
Fossilnachweis für die Theorie der Wärmeisolierung
– 1993: Oviraptoren Nester gefunden, Oviraptoren saßen auf Eiern
Vogelvorfahren brüteten
brüten funktioniert nur wenn durch ein Federkleid Wärme
gespeichert wird , die die Tiere selbst erzeugen
Dinosaurier höherer Metabolismus wie andere Reptilien
Annäherung zu homoiothermen Tieren
Vögel
Anatomische Voraussetzungen des Vogelskelettes für Flug
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Knochenleichtbau
Versteiftes Rumpfskelett
Furcula
gekieltes Brustbein
kurzer Humerus
verlängerte Radius/Ulna
Carpometacarpus
Finger reduziert
Federn
Teil 2
 Hypothesen
– Klassische Theorien
– Aktuelle Forschung
Evolution
 Lat. Evolutio = die Entwicklung
 Stufenweise Entwicklung eines urtümlichen
Vorläufers zu komplexeren Nachfahren
 fortschreitender Prozess, in dessen Verlauf
ständig neue Qualitäten entstehen
 Evolutionsfaktoren: Mutation, Selektion,
Zufallswirkung, Isolation
Convergente Evolution
 Konvergenz: die unabhängige, aber ähnliche Entwicklung von
Körpermerkmalen bei verschiedenen Arten auf Grund ähnlicher
Bedingungen
Der aktive Flug wurde bei den Vertebraten nur 3mal erfunden:
 Pterosaurier
 Fledermäuse
 Vögel
Warum Flügel?
 Flügel könnten beim
Jagen von kleinen
Beutetieren (z. Bsp.
Insekten) nützlich
gewesen sein
 Aber:
Flügel waren keine
Fliegenklatschen!
Warum Flügel ?
Homoiothermie:
 Federn schützen vor
Wind und Wetter
Bsp. Strauss:
 Flügel spenden
Schatten
 Flügel helfen beim
schnellen Laufen die
Balance zu halten
Warum Flügel ?
Primäre Signalfunktion auffälliger (Schmuck-)Federn
 Balz: größere oder schönere Flügel werden
bevorzugt (sexuelle Selektion)
Warum Fliegen?
 Flucht vor Fressfeinden
 Eroberung eines neuen Lebensraumes
 Erschließung eines neuen Beutespektrums
Die Theorien
Klassisch:
 Ground up (Feduccia 1996)
 Tree down (Burgers and Chiappe 1999)
Neu:
 WAIR = wing-assisted incline running
(Kenneth Dial 2003)
 Parental care (Carey and Adams 2001)
 Unterwasserflug (Ebel 1996)
Ground up
Bottom/Ground up
 Cursorialtheorie
lat. cursor=Läufer
 Flügel könnten den Lauf
stabilisiert haben
Rennen
Hüpfen
Flattern
Fliegen
Ground up
Pro:
 Theropoden waren
bodenlebend
 Schnelleres Laufen durch
„Luftrudern“ möglich
 höherer Jagderfolg
 schnellere Flucht
 Keine tödlichen Abstürze
Contra:
 Die meisten Theropoden
waren zu schwer für einen
Bodenstart
 Körperbau nicht sehr
aerodynamisch
 Keine eindeutigen Vorteile
für Zwischenformen
vorhanden
Tree down
Tree down
 Arborealtheorie
lat. arbor=Baum
 Die Vorfahren der Vögel
lebten in den Bäumen
Springen
Segelflug
Aktiver Flug

Ein „Microraptor gui“ neben einem Doppeldeckerflugzeug der
Gebrüder Wright
Tree down
Pro:
 Microraptor gui
(Doppeldecker)
 Braucht wenig Kraft
 Bessere Aerodynamik
Contra:
 Theropoden waren
Bodenbewohnend
 Hinterbeine sind nicht in
den Flugapparat integriert
 Übergang Gleiten-aktiver
Flug erfordert stärkere
Konstruktionsänderungen
WAIR
 Ansatz: An heutigen Vögeln lassen sich
Übergangsformen studieren
 Küken haben nur Stummelflügel, diese
können aber schon beim Klettern helfen
 Vorflügel könnten als Kletterhilfe gedient
haben
 http://dbs.umt.edu/flightlab/videos.htm
WAIR
Chukare:
 Bodenvögel mit
vergleichsweise
schlechten Flügkünsten
 Flügel helfen, ohne
Fliegen auf erhöhte
Ebenen zu kommen (Bsp.
Baum)
 Mit zunehmendem Alter
besseres Klettervermögen
Alectoris chukar
WAIR
Beide Bewegungen unterscheiden sich etwas:
 Fliegen: Flügel werden vom Rücken zum
Bauch geführt
 Klettern: Flügel werden vom Schnabel zum
Schwanz geführt
Aber: nimmt man die Richtung der
Schwerkraft als Anhaltspunkt, verschwinden
die Unterschiede!
WAIR
Pro:
 Die Hypothese lässt
sich durch
Experimente
untersuchen
Contra:
 Die tatsächliche
Entwicklung lässt sich
letztlich doch nur mit
Fossilien beweisen
Parental Care
 Bodenlebende Vögel hatten wie Reptilien ihre Nester
zuerst am Boden
 Im Zuge der verbesserten Brutpflege entwickelten sich
Federn und Flügel:
 Übergang zur aktiven Brutpflege
 Wärmeregulation: Eier können mit konstanter
Temperatur bebrütet werden
 Wärmeisolation durch das Federkleid
 Nester wurden erst in höheres Gras, dann in niedrige,
und schließlich in immer höhere Bäume verlegt
Parental Care
Pro:
 Der Schnabel ist sehr
gut an die Fütterung
der Jungen angepasst
 Federn entwickelten
sich vor der
Flugfähigkeit
Contra:
 Die Krallen von
Archaeopterix sind
nicht abgenutzt,
wurden also nicht zum
Klettern benutzt
Unterwasserflug
 Das Fliegen in der Luft zu lernen ist wegen der
geringen Dichte von Luft praktisch unmöglich
 im Wasser ist es aber einfach
 Plesiosaurier aus dem Jura besaßen Ruderarme
zum „Fliegen“
 Große Schildkröten bewegen die Arme in nahezu
gleicher Weise
 http://www.ebel-k.de/Fliegen1/fliegen1.html
Unterwasserflug
Pro:
 Archaeopterix hat noch keine
Alula
  Luftströmungen konnten
nicht kontrolliert werden
 Sollnhofen war ein
Lagunengebiet
 Fische als neue Nahrungsquelle
könnten als Selektionsdruck
fungiert haben
 Flug in der Nähe der
Wasseroberfläche ist besonders
energiegünstig
Contra:
 Archaeopterix hat bereits
asymmetrische Federn
 Man braucht nicht unbedingt
Flügel für
Unterwasserbewegungen
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!