Die Flugsaurier der Dinosaurierzeit hatten Flügelspannweiten von mehr als zehn Metern, vergleichbar mit kleinen Segelflugzeugen. Konnten solche Riesen überhaupt fliegen? Wie starteten sie? Eine neue Untersuchung zeigt, dass auch die großen Flugsaurier gute Flieger waren und dass Flugsaurier nicht gleich Flugsaurier ist.

Mark Witton und Mike Habib haben die Flugfähigkeit der Pterosaurier (der Fachbegriff für Flugsaurier) nach aerodynamischen Gesichstpunkten im Detail analysiert und dabei einige verblüffende Erkenntnisse zu Tage gefördert.

Bevor ich darauf im Detail eingehe, ein kurzer Blick auf die untersuchten Flugsaurier: Flugsaurier zählen nicht direkt zu den Dinosauriern. Da man nur wenig urtümliche Formen kennt und über ihre Vorfahren wenig weiß, sind die genauen Verwandschaftsverhältnisse der Flugsaurier nicht eindeutig geklärt; wahrscheinlich sind sie aber mit den Dinos relativ eng verwandt.

Flugsaurier gab es in fast allen Größen, von kleinen Pterodactylen (die allerdings vermutlich Jungtiere waren) bis hin zu den Riesen, von denen Pteranodon und Quetzalcoatlus sicher die bekanntesten sind.

Hier eine Skelettrekonstruktion von Pteranodon aus dem Jahr 1910:

Pteranodon reconstruction Eaton 1910.jpg
By George F. Eaton – Wellnhofer, P.; 2009: A short history of pterosaur research, Zitteliana 29, pp 7-19. (scanned), Public Domain, Link

Man erkennt den extrem verlängerten 4. Finger, der die Flughaut trägt. Die Flughaut selbst ist eine faserverstärkte Membran und war übrigens mit Fell bedeckt – ein deutlicher Hinweis darauf, dass Flugsaurier “warmblütig” (endotherm) waren.

(Die Gattung Pteranodon wurde übrigens kürzlich von A. Kellner neu untersucht um festzustellen, wieviele Arten und Gattungen sie tatsächlich umfasst – zu den beiden bekannten Arten Pteranodon longiceps und Pteranodon sternbergi sind dabei zwei neue Gattungen hinzugekommen: Geosternbergia und Dawndraco.)

Auf diesem bild seht ihr Pteranodon (fliegend) und Quetzalcoathlus im Größenvergleich (Bild von Mark Witton):

i-a6c961663bc96e95f88d22ff3af2c529-quetzalcoatlusGroessenvergleich.jpg

Quetzalcoatlus war stehend also etwa so groß wie eine Giraffe.

Rekonstruiertes Lebensbild sich vierbeinig fortbewegender Quetzalcoatlus. Einer hat einen juvenilen Titanosaurier erbeutet.
Von Mark Witton and Darren Naish – Witton MP, Naish D (2008) A Reappraisal of Azhdarchid Pterosaur Functional Morphology and Paleoecology. PLoS ONE 3(5): e2271. doi:10.1371/journal.pone.0002271, CC BY 3.0, Link

Auf dem unteren Bild sieht man auch gleich, dass Quetzalcoatlus vermutlich recht gut an das Laufen auf dem Land angepasst war – eine Arbeit von Mark Witton und Darren Naish aus dem Jahr 2008 legt nahe, dass Quetzalcoatlus vor allem ein Bodenbewohner war, der wie ein Storch “kleine” (das ist hier relativ zu verstehen) Tiere jagte (Bild wieder von Mark Witton):

Obwohl Quetzalcoatlus und Pteranodon beide sehr große Flugsaurier waren, hatten sie unterschiedliche Lebensgewohnheiten: Pteranodon lebte über dem Meer (Fossilien wurden hauptsächlich in Amerika dort gefunden, wo in der Kreidezeit der “Western interior seaway” lag, ein großes Epikontinentalmeer, das Nordamerika in zwei Hälften teilte) und war ein Fischfresser, während die Fossilien von Quetzalcoatlus in Landformationen, weit weg von jedem kreidezeitlichen Meer, gefunden wurden. Lange Zeit nahm man an, Quetzalcoatlus sei ein Aasfresser wie ein Geier gewesen, doch die neuere Storcheninterpretation hat auch einiges für sich.

Achso, eigentlich wollte ich ja über die Biomechanik schreiben…

Die Biomechanik des Fliegens versteht man am besten, wenn man sich unterschiedliche Flügelformen anguckt. Hier ein paar Vogelflügel (von Wikipedia):

FlightSilhouettes.svg
By L. Shyamal – Own work, CC BY-SA 2.5, Link

Für die Flugeigenschaften sind zwei Größen besonders wichtig: Die Streckung (auch Aspektverhältnis genannt) und die Flächenlast. Die Streckung ist definiert als Verhältnis der Spannweite (von Flügelspitze zu Flügelspitze) und Flügeltiefe. Ist die Streckung groß, ist der Flügel lang und schmal (so wie oben beim Albatross), ist sie klein, ist er kurz und breit (so wie oben bei der Krähe).

Die Flächenlast ist das Gewicht des Tiers geteilt durch die Flügelfläche. Eine niedrige Flächenlast sagt also, dass ein Tier im Verhältnis zu seiner Masse sehr große Flügel hat, eine hohe Flächenlast sagt, dass die Flügel relativ gesehen klein sind.

Generell sind Flügel mit niedriger Streckung günstig für Flugtiere, die eine hohe Manövrierbarkeit brauchen, eine hohe Streckung findet man vor allem bei Segelfliegern. Je kleiner die Streckung ist, desto größer sind Verluste durch Wirbelbildung an den Tragflügelkanten (diese Verluste sind ein Grund, warum viele Flugzeuge heutzutage sogenannte “Winglets” am Flügelende haben). Wer also große Strecken energiesparend fliegen will, braucht tendenziell eine hohe Streckung.

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Kommentare (37)

  1. #1 BreitSide
    18. Dezember 2010

    Faszinierend (Augenbrauehochzieh). Ich hatte mal gelesen, dass zu deren Zeit die Luft noch viel “dicker” war?

  2. #2 MartinB
    18. Dezember 2010

    @Breitside
    Das ist wohl falsch – allerdings war der Sauerstoffgehalt vermutlich etwas höher als heute (genaue Zahlen habe ich nicht im Kopf, ich meine, so bei 25%).

  3. #3 BreitSide
    18. Dezember 2010

    Aha, danke. Ich hatte mich schon gefragt, warum die Flieger heute längst nicht mehr so groß sind. Liegt das nur an der fehlenden Beute? Oder der Konkurrenz? Oder ist es tatsächlich der Sauerstoffgehalt?

  4. #4 rolak
    18. Dezember 2010

    <OT>Bei ‘mauve’ denke ich immer zuerst an Die fliegenden Zauberer (btw auch ein Text zum Thema NaWi/Glauben, passend zum post von vor 8 Tagen), in dem das HiTech-Übersetzungsgerätchen nach längerem Hin&Her den Namen des Forschers zu ‘Wie ein Farbton zwischen Purpur und Blau’ verarbeitete, was dann zum Rufnamen Purpur führte. Als nette Schlußpointe in diesem eh schon humorvollen Werk stellt sich heraus, daß der Computer “as-a-mauve” verstanden hatte womit für SciFi-Leser alles klar ist.

    Gegen diese lachanfallgestützte Prägung kam selbst Loriot nicht mehr an…</OT>

  5. #5 schlappohr
    18. Dezember 2010

    @MartinB:

    “[…] der Sauerstoffgehalt vermutlich etwas höher als heute […]”

    Ich wollte gerade die Frage stellen, warum sich später kaum noch Arten dieser enormen Größe entwickelt haben. Ist das der Grund?

  6. #6 Chris
    18. Dezember 2010

    Hallo,
    ich frage mich wie stabil die fliegen konnten mit dieser Kopflastigkeit. Waren die Schnäbel voll mit Löchern im Inneren oder war der Körper im Schwerpunkt (Brustbereich…) einfach so schwer, dass das wenig ausmacht?
    Muskelmasse und dicke Knochen?

    Es ist zwar irgendwie schade, dass man solchen Drachen nicht mehr beim Fliegen zusehen kann aber wenn die noch leben würden hätte das wohl ernsthaft unangenehme Auswirkungen auf unsere Luftfahrt…

    😉

  7. #7 BreitSide
    18. Dezember 2010

    @chris: klasse, die Krähe(?)! Hast Recht, Lilienthal, die Wrights und Lindbergh hätten mit dem Quetz…. ihre Mühen gehabt.

    Wenn wir sie nicht schon längst gänzlich abgeschossen hätten…

  8. #8 BreitSide
    18. Dezember 2010

    Hat Loriot nicht bewiesen, dass sich auf lilablassblauen Sofas die Leute umbringen? Ach nein, das war Evelyn Haamann rip (die mit ihren “Bekloppten”…)

  9. #9 hape
    19. Dezember 2010

    toller Artikel, die fliegenden Giraffen sind echt faszinierend!

  10. #10 KommentarAbo
    19. Dezember 2010

  11. #11 MartinB
    19. Dezember 2010

    @schlappohr
    Naja, Argentavis (siehe Artikel) war mit 7Meter Spannweite auch nicht gerade klein.
    Ansonsten habe ich einen möglichen Grund im Artikel ja genannt: Der andere Startvorgang.

    @Chris
    Der Kopf war zwar groß, aber extrem leicht gebaut. Der Schwerpunkt lag wohl etwa am Flügelansatz, wo er hingehört.

  12. #12 Fragender
    19. Dezember 2010

    @alle
    Ich trage schon lange die Frage in mir, ob die Gravitation zu Zeiten der Dinosaurier geringer war als Heute?
    Durch den Einschlag von Außen erhöhte sich die Erdrotation und die Gravitation wurde stärker, so das solche riesigen Geschöpfe bis heute nicht mehr evolutionstechnisch hervorgebracht werden konnten.

  13. #13 MartinB
    19. Dezember 2010

    @Fragender
    Das ist ziemlich ausgeschlossen. Ein Einschlag eines Himmelskörpers, der die Masse der Erde so stark erhöht hätte, hätte alles Leben ausgelöscht. “Spuren” müssten wir außerdem heute noch sehen können – ein derart riesiger Krater müsste ziemlich offensichtlich sein.
    Außerdem funktionieren die biomechanischen Rechnungen für Dinos und (wie hier gezeigt) Flugsaurier unter der Annahme handelsüblicher Schwerkraft ganz prima – die hätten auch heute keine Probleme mit dem Laufen oder Fliegen.
    Und spätere Tiere wie Paraceratherium oder Argentavis waren ja auch nicht gerade klein. Größe per se ist aber ja kein Evolutionsziel (Ziele gibt es da eh nicht) – Tiere werden nur groß, wenn sie davon einen evolutionären Vorteil haben, das muss nicht immer und für alle Tiergruppen gleich sein.

  14. #14 Ben
    22. Dezember 2010

    Die Gravitationskraft ist nicht von der Erdrotation abhängig sondern einzig von den Massen der Beteiligten, einer Konstanten (die sich nicht geändert hat) und deren Abstand. D.h. wenn die gravitation heute großartig anders sein sollte als früher müsste schon sehr viel masse dazugekommen sein (klar etwas kommt immer dazu aber das ist nicht viel).

  15. #15 KnoxonK
    7. März 2011

    Könnte der höhere Sauerstoffgehalt nicht auch Vorteile für den Flug bedeutet haben? Ich meine mehr Sauerstoff bedeutet auch, dass die Muskulatur leichter mit Sauerstoff versorgt werden konnte und dadurch womöglich auch die Ausdauer der Muskulatur anstieg.

  16. #16 MartinB
    7. März 2011

    @KnoxonK
    Bin ich ehrlich überfragt. Meiner Ansicht nach ist die Sauerstoffversorgung für oxidative Muskelfasern nicht der begrenzende Faktor – auf der anderen Seite zeigt Doping mit EPO, dass man da doch noch verbessern kann.

  17. #17 Swawa
    4. August 2011

    Eigentlich eine tolle Seite, aber meine wichtigste Frage (weswegen ich diese Seite überhaupt angesurft habe) wurde nicht beantwortet:

    Wie schnell waren Pteranodon und Quetzalcoatlus unterwegs? Vom flügelvergleichenden Albatros weiß man, dass er zwischen 70 und 120 km/h erreichen kann. Ich gehe aber mal davon aus, dass dies für die Flugsaurier nicht gilt.

  18. #18 MartinB
    4. August 2011

    @Swawa
    Ganz am Ende des Artikels steht die Schätzung von 100km/h für den muskelgetriebenen Flug nach dem Start- wenn ich mich recht entsinne, stand in der Arbeit ein noch etwas höherer Wert; habe die Arbeit gerade nicht hier.
    Im Gleitflug sehe ich nicht, warum die Flugsaurier langsamer sein sollen als Albatrosse – das kann man sicher auch mit den entsprechenden Formeln für Segelflugzeuge abschätzen.

  19. #19 Leonie
    6. August 2011

    Guten Abend. Ich bin eine Studentin aus der Schweiz. Ich finde deine Einträge sehr lehrreich und spannend. Kann den ganzen Abend darin herumlesen. Gerade die Flugsaurier und die Vögel interessieren mich. Habe selbst eine keine Vogelzucht mit seltenen Exemplaren :-). Werde dein Wissen in Miniformat hier anwenden, sind nur Spatzengross. Vielen Dank dass du dein Wissen und deine Erfarhungen hier mit anderen teilst. Würde mich noch interessieren was du wissenschaftliches zum sagenumwobenen Thema 2012 sagen würdest!? Du scheinst glaubwürdig. Liebe Grüsse L.

  20. #20 MartinB
    8. August 2011

    @Leonie
    Danke für’s Lob.
    2012? Ja, das Jahr wird es aller Voraussicht nach geben, es kommt aus wissenschaftlicher Sicht gleich nach 2011.
    Falls du den ganzen Panik-Weltuntergangs-Maya-Prophezeiungs-Quatsch meinst, damit beschäftigt sich Florian ausführlich (und der ist auf jeden Fall glaubwürdig):
    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/weltuntergang-2012-fragen-und-antworten.php

  21. #21 Plüss Roland
    Schweiz
    2. Juni 2013

    Der Artikel ist zwar nicht der der jüngste, aber gut geschrieben ist er trotzdem. Das Video mit dem Startvorgang kann ich aber irgendwie nicht akzeptieren/nachvollziehen. Das wäre ja vergleichbar mit jemandem, der sich mit Händen vom Boden abstostt, und dann versucht, gleich damit zu flattern (angenommen die Muskelkraft ist präsent und flugfähiges Material auch). Schon alleine die Koordinations-Übung dazu würde ich als äusserst fragwürdig erachten. Dann kommt da noch das Drehmoment hinzu, wenn so ein Tier nach vorne rollen muss, um überhaupt den Schwerpunkt über die Schulter zu befördern. Irgendwie wirkt das alles andere als glaubwürdig. Ich konnte nie verstehen, wieso diese Krampf-Start-Art als das Non-Plus-Ultra betrachtet wird. Sicherlich gibt’s im Landesinnern nicht Küstenklippen, aber Berge oder Erhöhungen irgendwelcher Art gab es dort sicher auch. Ich denke nicht, dass der Urkondinent nichts weiter war als Holland im Grossformat. Und vielleicht ist ja die Darstellung der Beine und dem Ansatzunkt der Membrane am Bein nicht richtig. Ich würde eher denken, dass dort der Hund begraben liegt, und dass das Problem hier von der falschen Seite zu lösen versucht wird. Mal schauen wie es weiter geht. In Sachen Flugsauriern ist das letzte Wort noch lange nicht gesprochen.

  22. #22 MartinB
    3. Juni 2013

    @Roland
    Es ist meiner Ansicht nach sehr unplausibel, dass es eine große Gruppe von Tieren mit vielen Arten gibt, die alle nur von Erhöhungen aus starten konnten. Das gezeigte Video ist jedenfalls detailliert biomechanisch berechnet worden; insofern sollte man es meiner Ansicht nach so lange akzeptieren, wie niemand einen besseren (und genauso detailleirt berechneten) Vorschlag macht.

  23. #23 Plüss Roland
    3. Juni 2013

    Diese Berechnungen würde ich gerne mal sehen. Geschätzte 250 Kilo auf 2m Höhe zu katapultieren mit dieser Bewegung ist eine ziemliche Leistung. Aber glauben kann ich das irgendwie immer noch nicht. Wäre ja nicht das erste mal bei Dinosauriern, dass man eine Kleinigkeit übersehen hat, und dann wurden die Berechnungen wieder umgestossen 😀

  24. #24 MartinB
    4. Juni 2013

    @Roland
    Der link zum paper ist ja oben angegeben, im Zweifel kann man auch Mike Habib eine mail schreiben.

  25. #25 Plüss Roland
    9. Juni 2013

    Hab mir das Paper jetzt mal kurz angeschaut. Darin ist aber leider nicht wirklich viel verwertbares (insbesondere “berechenbares”) drin ausser, dass der Beweis für die Theorie auf unveröffentlichten Daten/Berechnungen basiert, wenn ich das richtig gelesen habe. Das heisst, dass der Knackpunkt nicht nachvollziehbar ist. Genau da habe ich meine Zweifel an der Sache. Nach meinem bescheidenen Verständtnis von Physik und Co. passt das alles für mich nicht wirklich zusammen. Wie dem auch sei, das Paper befriedigt mich nicht und damit lasse ich die These mal so stehen (denn vom Boden weg kommt die wahrscheinlich nur mühsam 😉 )

  26. #26 MartinB
    9. Juni 2013

    @Roland
    Wie gesagt, Mike Habib ist ein netter kerl, der hat auf der Dino-mailing-Liste seine Berechnungen auch ausführlich diskutiert und stellt sie sicher gern zur Verfügung oder sagt etwas dazu.

  27. #27 frank
    Aschaffenburg
    18. Dezember 2013

    was spricht eigentlich dagegen, daß die Jungs mit voller Nutzung der Armkraft – aber angewinkeltem Finger gestartet sind ….. und dann erst zum Segeln den Finger ausgestreckt haben ?

  28. #28 MartinB
    18. Dezember 2013

    @frank
    ist mir nicht ganz klar, wie du das meinst – sich aufrichten und mit den Flügeln schlagen würde, soweit ich weiß, nicht funktionieren, weil die Stargeschwindigkeit nicht erreicht werden könnte. Oder meinst du was anderes?

    PS: Die Hälfte der Flugsaurier waren vermutlich Mädels…

  29. #29 frank
    18. Dezember 2013

    heutige Vögel sind nicht in der Lage, ihre Flügelverlängerung so elegant einzuklappen – aber die Flugsaurier haben ein total praktisches Gelenk (Finger) und könnten mit dem Arm flattern – bei angelegtem Finger – und dann in entsprechender Höhe erst den kompletten Flügel entfalten.

  30. #30 MartinB
    18. Dezember 2013

    @frank
    Ja, aber welchen Vorteil sollte das haben?

  31. #31 frank
    18. Dezember 2013

    der Vorteil ist, daß man die Flughaut zwischen Bein und Handwurzel anspannt – und mit kurzen, breiten Flügeln … und damit verbundenem geringeren Kraftaufwand … aus der Ebene starten kann …. ohne einen Salto über die Vorderfüße machen zu müssen….. ?

  32. #32 MartinB
    18. Dezember 2013

    @frank
    Sie sollen also aus dem Stand mit den (verkürzten) Flügeln schlagen und so abheben? Ich glaube nicht, dass das geht; auch die meisten Vögel können das so nicht (meist machen die zum Start zumindest einen Hopser oder sie haben andere Tricks wie zum beispiel Tauben, die ihre Flügel oben zusammenschlagen lassen, so dass beim Abwärtsschlag zusätzlicher Unterdruck entsteht, wenn ich mich recht entsinne).

    Nein, ein Start aus dem Stand funktioniert für Flugsaurier höchstwahrscheinlich nicht, deswegen kam man ja auf die Idee mit dem Startsprung über die Arme.

  33. #33 Plüss Roland
    18. Dezember 2013

    Die Sache mit dem Startsprung kann nicht funktionieren. Da wiedersprechen dir die Mathematik, Biomechanik und die Physik unisono während sie Samba tanzen. Ausser in einer PC-Animation kann das nicht funktionieren, weder rechnerisch noch mechanisch.

    Mit Flügel-schlag direkt am Boden ist ebenfalls essig, denn da schreien die drei Vertreter der Wissenschaft ebenfalls zeter mordio. Wenn wir von den kleinen Vertretern der Pterosaurier reden, dann ja, da klappt es problemlos, aber bei den grossen Exemplaren verursacht diese Show-einlage nur, dass der Probant die Erde umpflügt mit einem gesalzenen Bauchklatscher, so dass die Artgenossen vor Lachen auf dem Rücken liegen und nicht mehr hoch kommen.

    Wissenschaft ist schön, aber man kann sehr viel Müll (er)rechnen, wenn man will, vor allem, wenn man den PC zu Hilfe nehmen kann, der einem bereitwillig jede Schnapsidee in schöne Bilder umrechnet. Lustig zum Anschauen ist dieser Startsprung schon nur klappen kann das nie im Leben.

  34. #34 MartinB
    18. Dezember 2013

    @Roland
    Gibt es außer ner starken Meinung auch ein Argument?
    Immerhin haben das ein Biomechaniker und jemand, der ziemlich viel Ahnung von Flugmechanik hat, unabhängig voneinander entwickelt, da würde ich gern mehr hören als “Geht nicht”.

  35. #35 Plüss Roland
    19. Dezember 2013

    Die Probleme reichen von fehlender Muskelkraft (und Übertragung) über Rotationskräfte bis hin zu fehlender Flügelfreiheit und fragwürdigen Bewegungsabläufen. Es klemmt an mehreren Orten zugleich. Das mit dem unabhängigen Bestätigen ist in der Wissenschaft sowiso ein Problem. Wenn man an eine Hypothese glaubt, dann verzieht man seine Versuche, Berechnungen und Interpretation gerne in diese Richtung. Aufgrund dieser Probleme kann ich dieser Hypothese nichts abgewinnen, egal ob die enthaltenen Berechnungen alle korrekt sind (die alleine machen es nicht aus). Aber an diesem Ort hier und jetzt bringt das nicht viel. Das wird sich später schon noch korrigieren. Dinosaurier galten ja auch jahrelang als ungefiedert.

  36. #36 frank
    20. Dezember 2013

    was bei dem Startsprung jedoch irritiert ist, daß zwar durch die Hebelung über die Vorderbeine möglicherweise die notwendige Startgeschwindigkeit erzeugt werden kann …… jedoch im Moment des Absprungs die Flügelarme ganz hinten / unten sind …. und erst nach Oben/ vorn geführt werden müssen um Auftrieb erzeugen zu können.
    In meiner Vorstellung entsteht dann erst mal eine schöne Furche im Erdreich :-)

  37. #37 MartinB
    20. Dezember 2013

    @Roland
    Das hätte ich gern etwas genauer. Wo soll da die Muskelkraft fehlen? Warum sollen die Bewegungsabläufe fragwürdig sein? Und wenn das alles so klar ist, einfach suber aufschreiben und veröffentlichen.

    @frank
    Ja, das sieht man ja auch in dem Video. Der Schwerpunkt muss zu diesem zeitpunkt eine hinreichend große Geschwindigkeitskomponente nach oben haben, damit genau das nicht passiert.