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Falsche Vorstellungen zur Flugentwicklung

Zwei Hypothesen zur Entstehung der Flugfähigkeit werden von Paläontologen propagiert. Beide Hypothesen, die Gleiterhypothese (“von oben nach unten”) und die Läuferhypothese (“von unten nach oben”), sind unrealistisch, unglaublich naiv. Doch sie wurden bei der Archaeopteryx- Konferenz in Eichstätt 1984 diskutiert und auch schon früher von ihren jeweiligen Anhängern verteidigt. Die eine ist so abwegig wie die andere. So konnte es auf gar keinen Fall funktionieren. Allein schon der Grundgedanke ist völlig falsch, setzt er doch einen bereits vorhandenen Flügel voraus. Wie und wieso hätte er sich entwickeln können? Irgendwie glaubt man wohl noch an Schöpfung, ein gefundenes Fressen für Kreationisten. Alle diese “Experten“ haben bis zum heutigen Tag nicht begriffen, dass man nur mit vagen Vermutungen niemals zu einer Lösung gelangen kann. Ohne Abstützung auf physikalische Gesetzmäßigkeiten geht so etwas einfach nicht. Wir leben doch nicht mehr im Mittelalter!

Als außenstehender Laie ist man gern geneigt anzunehmen, bei einer solchen Konferenz wären lauter Fachleute versammelt. Tatsächlich kennen sich die Leute nur mit Fossilien oder heutigen Tieren aus, können aber gar nicht wissen, wie solch ein ausgestorbenes Tier gelebt hat. Archaeopteryx war eben noch kein Vogel, und so konnte es kein heutiges Tier zum Vergleich geben.

Eigentlich waren sich die Teilnehmer der Archaeopteryx-Konferenz in Eichstätt schon darüber im Klaren, dass die Hypothese der jeweils anderen Fraktion falsch sein müsste, aber auch wohl nur, weil die eigene dann einfach die richtige sein müsste. Daneben könne es ja nun einmal nichts geben, meinen sie.

Die Gleiterhypothese stammt aus dem 19. Jahrhundert, also aus einer Zeit als der Mensch noch gar nicht fliegen konnte. Damals wusste man überhaupt noch nichts über Flugphysik. Dementsprechend schwach ist  diese Vorstellung. Eine Theorie des aerodynamischen Fluges mit Flugzeugen wurde erst im 20. Jahrhundert entwickelt. Insofern könnte man bei frühen Versuchen einer Erklärung nachsichtig sein. O. Abel (1912) unterschied immerhin schon zwischen einem Drachenflug, einem Gleitflug und einem Flatterflug, während der Drachenflug, also der Fallschirmabstieg, den heutigen Paläontologen anscheinend unbekannt ist. Er firmiert bei ihnen auch unter Gleitflug.

1.1. Die unhaltbare Läufer- Hypothese

Diese Vorstellung wurde entwickelt, weil viele Bearbeiter die ältere Gleiterhypothese nicht so recht glauben mochten. Die Läuferhypothese wurde vor allem von John Ostrom propagiert, der davon ausging, dass der Archaeopteryx- Vorläufer schon befiederte Flügel besaß, die als Netz zum Fang von Insekten benutzt werden konnten (Abb. 2). Andere meinten, dass der Flügel zunächst als Stabilisator bei ‘hektischen Laufbewegungen’ bei der Jagd auf Insekten gedient haben könnte. Diese Ansicht wurde von G. Caple et al. (1983) vertreten. Dabei wird die Tatsache völlig ignoriert, dass ein richtiger Flügel nicht nur eine große Fläche besitzt, sondern auch ein perfekt ausgebildetes Profil, das Auftrieb und Vortrieb liefern kann. Sollte das etwa zufällig entstanden sein?

Es ist zwar gar nicht so einfach, objektive Argumente gegen die Läuferhypothese zu finden, aber bestimmt nicht weil sie besonders überzeugend wäre. Mit Sicherheit konnte eines Tages ein Vogel tatsächlich vom Boden abheben und davonfliegen. Nur ist der bisher vermutete Weg dahin weder nachvollziehbar noch in irgendeiner Weise vorstellbar und überzeugend.

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Abb. 2. Archaeopteryx-Vorläufer als sehr hypothetischer Läufer und Insektenjäger, so wie es der gesunde Menschenverstand angeblich nahelegen könnte.   

Die meisten Teilnehmer der Archaeopteryx-Konferenz waren sich darüber einig, dass Archaeopteryx zwar wohl laufen konnte, doch Uneinigkeit herrschte darüber, inwieweit die Flugfähigkeit schon vorhanden war. Sie wurde von den Vertretern der Läuferhypothese stark angezweifelt. Für diese Ansicht schien zu sprechen, dass lange Zeit das Sternum, das Brustbein, bei Archaeopteryx noch fehlte und das Tier deshalb den Aufwärtsschlag des Flügels angeblich nicht hätte ausführen können. Inzwischen wurde das Brustbein beim siebten Exemplar aber nachgewiesen, und dieses Problem ist damit hinfällig geworden (P.Wellnhofer 1993). Trotzdem sind Argumente dieser Art, die unvollständige Erhaltung als Grund für Probleme anführen, immer noch gang und gäbe und spiegeln die verbreitete Naivität wider. Alles soll aus dem Fundmaterial selbst abgeleitet werden, andere Argumente zählen anscheinend nicht, Beweisführung unter physikalischen Gesichtspunkten ist leider nicht machbar.

Diese Hypothese kann überhaupt nicht erklären, warum und wie sich bei einem am Boden lebenden Tier Flügel und Flugfähigkeit entwickeln sollten. Es gibt kein physikalisches Prinzip, auf dem eine solche Vorstellung basieren könnte. Allein durch das Auf- und Abschlagen mit den Armen, selbst wenn diese schon unspezialisierte Federn besessen haben sollten, kann noch lange kein Auftrieb erzeugt werden. Ohne aerodynamischen Auftrieb ist das Fliegen aber nun einmal nicht möglich. Um Auftrieb erzeugen zu können, muss der Flügel mit einem perfekt ausgebildeten Profil versehen sein, das nicht einfach so wie von Zauberhand entstehen kann. Einen solchen Gedanken, dass das Fliegen sich aus dem Laufen entwickeln könnte, kann nur jemand äußern, der keine Ahnung von aerodynamischem Auftrieb und den Schwierigkeiten seiner Erzeugung hat.

Für am Boden lebende Tiere gibt es gar keinen Grund, sich in die Lüfte zu erheben. Das zeigen viele heutige Laufvögel, die ihre frühere Flugfähigkeit aufgegeben haben. Um das Fliegen so zu erlernen, wäre angeblich eine hohe Laufgeschwindigkeit nötig gewesen. Die maximale Geschwindigkeit von Archaeopteryx betrug nach Abschätzung von R.Thulborn & T. Hamley (1985) nur etwa 10 km/h, viel zu wenig, um das Abheben vom Boden zu ermöglichen. Bei dieser Geschwindigkeit hätten die Tiere wie die aufgeschreckten Hühner bis zum Sanktnimmerleinstag rennen können, es hätte sich kein richtiger Flügel entwickelt. Das Problem besteht darin, dass bei solch kleinen Geschwindigkeiten keine spürbaren Luftkräfte vorhanden sein können, die einen Selektionsdruck bewirken könnten. Es könnte also noch kein Auftrieb erzeugt werden, wenn das Tier den Schlagflug noch nicht so exakt wie erforderlich ausführen kann, selbst dann wenn es schon einen richtigen Flügel besäße.  

Vielmehr sollte ein starker Anreiz wie etwa eine attraktive neue Futterquelle die Voraussetzung für die Entwicklung neuer Fähigkeiten und tiefgreifende Umbildungen des Skeletts darstellen. Aber warum sollten Reptilien dafür lernen zu fliegen? In der Luft war eine solche neue Nahrungsquelle kaum zu finden. Rezente Laufvögel, die ihre Flugfähigkeit teilweise oder ganz verloren haben, machen deutlich, dass die Flugfähigkeit an sich kein so erstrebenswertes Ziel darstellt. Unser Haushuhn (Gallus) kann zwar noch kurzzeitig fliegen, tut es aber nur in allerhöchster Not.

In Artikeln in Fachzeitschriften wie etwa Nature habe ich gelegentlich Formulierungen der Art gelesen, dass die Natur neue Möglichkeiten ausprobierte. Das ist eine sehr merkwürdige Vorstellung, mit der ich nichts anzufangen weiß, denn die Natur ist nichts Abstraktes, sondern sie besteht immer aus lebendigen Individuen, die keine Zeit für Experimente haben und von früh bis spät mit den Anforderungen des Lebens und dem Nahrungserwerb beschäftigt sind; da muss alles jederzeit perfekt funktionieren. Es gibt keine höhere Instanz, die die Evolution steuert, auch wenn es im Nachhinein manchmal so erscheinen mag. Der Verlauf ist rein zufällig und könnte jederzeit durch ungünstige Umstände unterbrochen werden oder eine andere Richtung einschlagen. Das einzige erkennbare Grundprinzip des Lebens besteht in der Erhaltung seiner selbst unter allen Umständen. Dafür ist keine Anstrengung zu groß, wenn auch trotzdem nicht immer erfolgreich.

Die Läuferhypothese macht einfach keinen Sinn unter physikalischen Gesichtspunkten, auf diese Art ist die Flugentwicklung unmöglich

1.2. Die ebensowenig haltbare Gleiter- Hypothese

Und wie steht es mit der Gleiterhypothese? Sie ist genauso abwegig. Dabei wurde angenommen, dass die Vorläufer von Archaeopteryx schon auf Bäumen gelebt und dort den Gleitflug gelernt haben könnten, indem sie zunächst von Ast zu Ast sprangen und dabei die Arme ausbreiteten, so dass Gleitphasen auftreten sollten. Diese Gleitphasen sollten immer weiter ausgedehnt worden sein, bis die Tiere schließlich fliegen konnten. So schön sich das anhört, so unrealistisch ist es. Allein schon die Inselwelt der Solnhofener Lagune, in deren Ablagerungen die bisher einzigen Reste von Archaeopteryx gefunden wurden, macht das Vorhandensein von hohen Bäumen eher zweifelhaft, ganz zu schweigen von dem Umstand, wie diese Baumbewohner auf solche Inseln gelangt sein könnten. Ein funktionsfähiger Flügel wird dabei einfach vorausgesetzt. Woher er kommen sollte bleibt im Dunkeln. Eine echte Funktionsänderung vom flugunfähigen Arm zum flugfähigen Flügel wäre es gar nicht gewesen, sondern eine hypothetische Vorform des Fliegens mit schon vorhandenem Flügel. Diese Vorstellung stammt aus einer Zeit, als der Mensch über das Fliegen noch nichts gelernt hatte. Dass sie unmöglich sein könnte, wurde nie in Betracht gezogen. Zwar waren die alten Paläontologen vom Beginn des 20. Jahrhunderts noch wirklich gebildet und verfügten über ein breites Allgemeinwissen, doch alles konnten auch sie noch nicht wissen, haben es auch nicht behauptet. Trotzdem stützen sich die modernen Anhänger der Hypothese unbeirrt auf Hergebrachtes und plappern es nach.

Bewiesen oder widerlegt wurde keine Hypothese von den heutigen Verfechtern, alle diese Wissenschaftler sind einer wie der andere gleich inkompetent, keiner konnte bisher einen bedeutenden Beitrag leisten oder einem Kollegen ernsthaft am Zeug flicken. So können sie alle beruhigt weiterlabern.   

Was für ein Gleitflug das überhaupt sein sollte, wird schamhaft verschwiegen. Es gibt nämlich zwei Möglichkeiten des Gleitflugs, den Fallschirmgleitflug und den echten Gleitflug. Diese unterscheiden sich grundsätzlich voneinander.

Der Fallschirmgleitflug ist kein eigentlicher Gleitflug, sondern nur ein gebremster Fall, eben ein Abstieg wie bei Fallschirmspringern. Er basiert allein auf dem aerodynamischen Widerstand eines fallenden Körpers.

Der echte Gleitflug dagegen entspricht dem antriebslosen Segelflug, bei dem aerodynamischer Auftrieb vorhanden ist.

Offenbar ohne diese grundsätzlichen Unterschiede zu kennen, springen die Anhänger der Gleiterhypothese zwischen den verschiedenen Arten des Gleitens hin und her, gerade wie es ihnen bei ihrer Argumentation opportun erscheint. Fachkenntnisse sind nicht festzustellen. Woher sollten sie bei diesen Fossilienexperten auch kommen?

 1.2.1. Der Fallschirm- “Gleitflug”

Dieser angebliche Gleitflug ist relativ einfach auszuführen. Er stellt einen Gleichgewichtszustand zwischen dem Gewicht eines fallenden Körpers und seinem aerodynamischen Widerstand dar (Abb. 3). Wenn ein Fallschirmspringer aus einem Flugzeug abspringt, erreicht er bei geschlossenem Schirm eine Endgeschwindigkeit von etwa 200 km/h. Nachdem er seinen Schirm geöffnet hat, verringert sich die Geschwindigkeit auf etwa 20-25 km/h. Diese Geschwindigkeit ist immer noch hoch und entspricht einem freien Fall aus einer Höhe von etwa 2 m, ist aber für geübte Springer mit gesundem Skelett und dämpfendem Schuhwerk akzeptabel, insbesondere wenn die Landung auf weichem Boden wie etwa einer Wiese erfolgt. Um seinen Fall zu bremsen, braucht ein Körper eine große Bremsfläche. Auch hängt die Bremswirkung von der Form des Fallschirms ab. Die größte Wirkung wird erzielt, wenn der Schirm die Form einer gewölbten Schale hat. Die Fallrichtung ist dabei immer fast senkrecht nach unten. Sie kann etwas verändert werden, indem die Strömung wie bei einem steuerbaren Gleitschirm an der ”Flügel”-Hinterkante umgelenkt wird, so dass als Reaktion eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung ausgelöst wird.

 

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                                Abb. 3.  Fallschirmgleitflug mit senkrechtem Abstieg

 

Auch gleitende Tiere wie Flughörnchen gleiten nicht wirklich, sondern sie benutzen den Fallschirmabstieg. Dieser basiert auf dem aerodynamischen Widerstand, den der Körper mit den zwischen den Beinen ausgebreiteten Flughäuten dem Fall entgegensetzt. Der Gleitwinkel bleibt aber immer steil und kommt dem echten Gleitflug nie nahe. Durch eine Anfangsgeschwindigkeit beim Absprung ‘gleitender’ Tiere kann eine Vorwärtskomponente vorhanden sein, die aber mit zunehmender Flugdauer zurückgeht. Ein solcher ‘Flug’ gleicht dann stets einer Wurfparabel, ähnlich wie bei Skispringern. Der Anstellwinkel beträgt beim senkrechten Abstieg 90°, der Gleitwinkel –90°.

Das Problem bei dieser Art des Gleitfluges als angeblichem Ausgangspunkt für die Entwicklung der Flugfähigkeit besteht im Erwerb einer ausreichenden Flügelfläche. Sie würde bei Archaeopteryx auch nicht ausreichen, obwohl sie ja schon aerodynamisch fast vollkommen entwickelte Flügel hat. Die Flügelfläche wurde anhand der Flügelabdrücke bei den erhaltenen inzwischen sieben oder noch mehr Exemplaren von D.Yalden (1985) abgeschätzt, ebenso das Gewicht. Aus diesen Angaben in der Literatur habe ich die beim Fallschirmgleitflug auftretende Sinkgeschwindigkeit rechnerisch abgeschätzt. Für den Widerstand habe ich dabei einen großen Beiwert geschätzt, der eher als optimistisch anzusehen ist.

            G  =  W                       

Das heißt, im stationären Fall ist der Widerstand entgegengesetzt gleich groß wie das Gewicht.  Die physikalische Gleichgewichtsbedingung beim Fallschirmabstieg lautet also

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Die Sinkgeschwindigkeit würde also 9,13 m/s oder ca. 33 km/h betragen, wäre also deutlich höher als beim Fallschirmabsprung eines Menschen. Das entspricht einem freien Fall aus einer Höhe von ca. 4 m, für Mensch und Tier völlig inakzeptabel, denn es würde zumindest zu erheblichen Verletzungen führen, letztendlich aber wohl zum Tode. Da auf diese Weise keine wesentliche Verringerung der Aufsetzgeschwindigkeit zu erreichen ist, kann der Fallschirmgleitflug keine greifbaren Vorteile bieten.

Da solch ein Flug wegen der sich aufbauenden hohen Endgeschwindigkeit bei Archaeopteryx kaum eine Sekunde dauern dürfte, wenn er nicht tödlich enden soll, bliebe keine Zeit, um eine effektive Steuerung zu erlernen. Ohne aerodynamische Hilfsmittel müsste die Steuerung über Gewichtsverlagerung erfolgen, in jedem Falle eine sehr grobe Methode, die den deutschen Flugpionier Otto Lilienthal, der das vor ca. 100 Jahren bei seinen frühen Gleitflügen in Berlin so praktizierte, schließlich das Leben kostete. Wegen der hohen Anstellwinkel ist der Übergang zum Schlagflug völlig ausgeschlossen.

Abb. 4 zeigt ein Flughörnchen beim Fallschirmgleitflug. Wegen der geneigten Körperhaltung tritt die Strömung nur an der Hinterseite des Tieres aus und führt so zu einer Vorwärtskomponente des Falls. Beim Abstieg auf steil geneigter Bahn ist der Gleitwinkel zwar geringer als  -90°, doch kann bei derart hohen Anstellwinkeln keinerlei aerodynamischer Auftrieb vorhanden sein.

 

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Abb. 4. Fallschirmflug des Flughörnchens Pteromya petaurista auf geneigter Gleitbahn. Gewicht und Widerstand bzw. die Komponenten GT  und WT  in Bahnrichtung und GN  und WN  senkrecht dazu befinden sich im quasistationären Gleichgewicht.

 

Man darf nun nicht einwenden, dass moderne Vögel wie etwa manche Greifvögel beim Angriff auf ihre Beute auch sehr steil absteigen können und erst im letzten Moment mit ein paar Flügelschlägen den Abstieg abbremsen. In der frühen Entwicklungsphase waren Vögel wie Archaeopteryx nach dieser Hypothese angeblich noch nicht zum Schlagflug fähig, sondern waren reine Gleiter. Bei der Annahme der Entwicklung der Flugfähigkeit über den Fallschirmgleitflug konnten sie den Schlagflug also noch nicht benutzen. Das Konzept dieser Art des Gleitflugs als Ausgangsposition zur Flugfähigkeit ist ganz unsinnig. Ein stationärer Gleitzustand kann erst mit hoher Endgeschwindigkeit erreicht werden. Insofern ist es völlig uneinsichtig, wie eine Entwicklung zu einer geringeren Gleitgeschwindigkeiten erreicht werden kann, wenn sehr hohe Fallgeschwindigkeiten der Ausgangsformen zunächst tödlich enden müssen. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass die Flugfähigkeit sich auch nach dieser Vorstellung nicht hätte entwickeln können. Alle Gleitversuche mittels Fallschirmgleitflug hätten unweigerlich zum katastrophalen Absturz geführt. Alle heutigen Gleitertiere könnten sich niemals zu echten Fliegern entwickeln, d.h. zu aktiven Fliegern mit Schlagflug. Das geht physikalisch einfach nicht. Bei den meisten von ihnen handelt es sich um kleine Fallschirmgleiter. Vögel benutzen diese Art des Abstiegs allerdings nie, selbst wenn es manchmal so aussehen könnte. Sie fliegen stets exakt gesteuert nach aerodynamischen Prinzipien.

 

1.2.2. Der echte Gleitflug, Segelflug

Der echte Gleitflug unterscheidet sich grundsätzlich vom Fallschirmgleitflug. Während bei letzterem kein Auftrieb vorhanden ist, die Bremswirkung allein durch Widerstand erzeugt wird und damit vor allem eine große Flügelfläche zum Bremsen erforderlich ist, deren Form im Detail gar nicht so wichtig ist, wird beim echten Gleitflug von den Flügeln Auftrieb erzeugt, der das Tier in der Luft trägt. Dazu müssen die Flügel eine ganz bestimmte Querschnittsform, ein Profil besitzen. Die Luft muss bei der Umströmung auf der Oberseite einen längeren Weg zurücklegen als auf der Unterseite. Auf der Oberseite wird die Strömung beschleunigt. Sie muss sich sozusagen oben mehr beeilen, um mit den Nachbarteilchen von der Unterseite gleichzeitig wieder am Flügelende anzukommen. Dabei werden die Luftteilchen oben auseinander gezogen, und es entsteht auf der Profiloberseite ein Unterdruck (Abb. 5). Die Tatsache der Beschleunigung ist für die Auftriebs- und Vortriebserzeugung wegen der geringen Dichte von Luft ziemlich unwichtig. (Bei der Vortriebserzeugung im Wasser ist sie  dagegen bei Fischen von entscheidender Bedeutung.)  

 

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Abb. 5. Auftriebsentstehung am Flügelprofil eines Flugzeugs oder eines Vogelflügels und die Druckverteilung über der Profiltiefe

 

Auftrieb wird am Flügel erzeugt, weil ein Druckgefälle zum Unterdruck hin entsteht. Auf der Unterseite des Flügels entsteht eine kleine Verzögerung und damit ein kleiner Überdruck. Der weitaus größte Anteil des Auftriebs wird auf der Flügeloberseite erzeugt. Die entstehende nach oben gerichtete Druckkraft trägt das Tier in der Luft. Anders ausgedrückt wird der Strömung beim Passieren eines Flügels am Ende eine andere Richtung erteilt, sie wird nach unten umgelenkt. Dazu ist immer eine Strömungsgeschwindigkeit erforderlich. Ein solches Profil, das bei Vögeln in Perfektion vorhanden ist, kann sich nicht einfach zufällig bilden. Für einen gut funktionierenden Gleitflug ist es aber unbedingt erforderlich. Es muss einerseits genügend Auftrieb erzeugen können, andererseits muss sein Widerstand so gering wie möglich sein (Abb. 6). Hier zeigt sich ein Dilemma für die Anhänger der Gleiterhypothese, denn eine Erklärung lässt sich auch durch die Vorstellung von Ast zu Ast springender Vogelvorformen nicht finden. So lässt sich die Entstehung des flugfähigen Flügels nicht erklären.

 

 

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Abb. 6. Gewölbtes Flügelprofil eines Vogels mit Daumenfittich, der Alula.

 

 

Den Anhängern der Gleiterhypothese will ich gar nicht einmal unterstellen, dass sie von der Auftriebserzeugung am Flügel noch nie etwas gehört hätten. Nur zu den Problemen der Steuerung hat sich bisher anscheinend noch niemand Gedanken gemacht, und was Paläontologen nicht kennen, kann für sie auch kein Problem darstellen. Gegenüber dem Fallschirmgleitflug ist beim echten Gleitflug der Anstellwinkel ziemlich gering. Er ist zwar genau genommen wie alle charakteristischen Werte von der Profilform selbst abhängig, bewegt sich aber im allgemeinen in der Größenordnung von 5° bis 8°, den Werten für besten Gleitwinkel bzw. minimale Sinkgeschwindigkeit (Max. Range bzw. Max. Endurance). Um auf einer schiefen Ebene gleiten zu können, muss das Tier seinen Gleitpfad sehr genau steuern können. Denn ein Gleitflug ist nur möglich, wenn der Anstellwinkelbereich sehr genau eingehalten werden kann, der einerseits genügend hohen Auftrieb und andererseits ausreichend geringen Luftwiderstand bietet. Dieser Bereich ist sehr eng und umfasst nur wenige Winkelgrade. Der maximal zulässige Anstellwinkel beträgt etwa 15° bis 20° (Abb. 7). Wird der Anstellwinkel zu groß, reißt die Strömung ab, und es entsteht eine völlig unkontrollierbare Flugsituation. Dies ist die häufigste Ursache bei Flugzeugabstürzen, wenn unbeabsichtigt oder unbemerkt die Mindestgeschwindigkeit unterschritten wird. Beim Fliegen ist nicht hohe Geschwindigkeit gefährlich, sondern geringe. Die meisten Abstürze passieren in der Start- und Landephase..

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Abb.7. Abhängigkeit von Auftrieb und Widerstand vom     Anstellwinkel

 

Auch für Vögel sind geringe Geschwindigkeiten am schwersten zu steuern und erfordern den höchsten Kraftaufwand. Nur die winzigen Kolibris können auf der Stelle fliegen, weil sie dank ihrer geringen Größe ein symmetrisches Flügelprofil haben können, mit dem sie sowohl beim Aufschlag wie auch beim Abschlag Auftrieb bzw. Vortrieb erzeugen und so in schräger Körperhaltung ihre Sinkgeschwindigkeit durch die dann senkrecht nach oben gerichtete Luftkraft ausgleichen können. Vögel können die Richtung der von ihren Flügeln erzeugten Kraft in erheblichem Ausmaß variieren. Das Rütteln bei Falken ist dagegen nur scheinbar ein Fliegen auf der Stelle. Wenn man einmal genau darauf achtet, kann man erkennen, dass sie den Gegenwind ausnutzen. Fliegen ist immer eine Bewegung gegenüber der umgebenden Luft und nur scheinbar gegenüber dem Boden. Ist andererseits der Anstellwinkel zu klein, kann nicht genügend Auftrieb erzeugt werden, und das Tier kann aus diesem Grunde seine Höhe nicht halten. Der Gleitflug stellt also sehr hohe Anforderungen an das Steuervermögen. Es ist nicht zu erkennen, wie ein Vogelvorläufer dies erlernen sollte. Um nicht tödlich abzustürzen, hätten anfängliche Gleitflüge nur weniger als eine Sekunde dauern dürfen. Diese Zeit reicht aber weder aus, um eine für das Gleiten ausreichende Geschwindigkeit zu erreichen, noch um die Steuerung zu erlernen. Abgestürzte Gleiter konnten ihre Erfahrungen nicht mehr weitervererben. Ein weiteres Dilemma, das nicht beachtet oder trickreich von den Vertretern dieser Hypothese immer schnell übergangen wurde.

Dabei sollte angeblich auch ein Vorteil darin bestehen, dass die Schwerkraft für den Antrieb ausgenutzt werden könnte. Das propagierte Ausnutzen der Schwerkraft beinhaltet den Widerspruch, dass damit unsinnigerweise behauptet wird, die Schwerkraft sei von Vorteil. Das würde bedeuten, je größer die Schwerkraft, umso vorteilhafter für das Fliegen, was wohl nicht so ganz stimmen kann. Der Flug ist trotz der Schwerkraft möglich, nicht wegen ihr. Gemeint ist wohl, dass ein gleitendes Tier sich auf einer schiefen Ebene abwärts bewegt und keinen zusätzlichen Antrieb braucht. Trotzdem geht z.B. bei der Entwicklung von Segelflugzeugen das Bestreben selbstverständlich dahin, durch Minimierung des Widerstandes den Gleitwinkel so klein wie möglich zu machen, also der Schwerkraft nach Möglichkeit entgegenzuwirken und aus einer gegebenen Anfangshöhe einen möglichst langen Gleitflug zu erreichen.

 

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Abb. 8. Stationärer Gleitflug eines modernen Vogels

 

 

 

 

Neben der problematischen Steuerbarkeit ist ein echter Gleitflug auch mit höheren Geschwindigkeiten verbunden. Kein Gleiter fliegt in der Nähe des Höchstauftriebs, weil die Gefahr des Strömungsabrisses dauernd vorhanden wäre, sondern es wird ein sicherer Abstand zu dieser Größe eingehalten. Diese Geschwindigkeit lässt sich rechnerisch abschätzen.

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Die Gleitgeschwindigkeit für Archaeopteryx habe ich mit den weiter oben angegebenen Daten zu 12,9 m/s abgeschätzt, sie beträgt also etwa 45-50 km/h. Dabei habe ich einen Auftriebsbeiwert von 0,5 angenommen, der sicher nicht zu klein gewählt ist. Selbst wenn die Sinkgeschwindigkeit bei dieser Bahngeschwindigkeit gering wäre, müsste beim Auftreffen auf dem Boden doch die Geschwindigkeit schlagartig abgebremst und die gesamte Bewegungsenergie vernichtet werden. Die Geschwindigkeit entspricht einem freien Fall aus einer Höhe von ca. 8,5 m und wäre ziemlich sicher tödlich. Aber am Anfang der Entwicklung hätte ein Gleiter nach den früheren Vorstellungen noch keine Möglichkeit gehabt, den Flug abzubremsen. Heutige Vögel schaffen das mit wenigen Flügelschlägen, indem sie den erzeugten Auftrieb nicht nur nach vorn oben, sondern nach hinten richten können. Sie schaffen damit eine Bremswirkung. Aber der Schlagflug stand anfänglich nicht zur Verfügung, er sollte sich doch erst später entwickelt haben. Über das Wie gab es nur wolkige Vorstellungen. Einen Eindruck von der Problematik fehlender Bremsmittel bekommt man, wenn man sieht, welche Schwierigkeiten es einem Albatros bereitet, bei Windstille zu landen. Er trifft mit hoher Geschwindigkeit auf dem Boden auf und überschlägt sich dabei, weil er aufgrund seiner Anpassung an hohe Windgeschwindigkeiten über dem Meer mit seinen extrem schlanken Flügeln nicht zu einem genügend langsamen Flug in der Lage ist und normalerweise an seinem hochgelegenen Nistplatz auf kleinen Inseln auch Gegenwind erwarten kann. Er ist ein wunderbarer Flieger und hat trotzdem gewisse Probleme. Wie müsste das erst zu Beginn der Entwicklung gewesen sein!

Man muss außerdem berücksichtigen, dass zu Beginn der Flugentwicklung die Flügel wohl kaum die Größe wie bei Archaeopteryx erreicht haben konnten. Damit waren sie auch nicht in der Lage, alle die Dinge zu tun, die moderne Vögel können, etwa einen Ast von unten in einem Bogen so anzufliegen, dass bei der Ankunft die Geschwindigkeit gerade abgebaut ist. Für den Langsamflug war der Flügel merkwürdigerweise noch nicht ausgelegt, denn er besitzt noch drei Finger mit Klauen, die erst bei späteren Vögeln zurückgebildet sind und an einem Finger durch eine Feder ersetzt sind, die sogenannte Alula, ein kleiner Vorflügel, der das Abreißen der Strömung bei hohen Anstellwinkeln im Außenflügelbereich beeinflussen und verzögern helfen kann. Diese Flügelform ist insofern merkwürdig, weil ein Flieger in der Luft von allem Anfang an selbstverständlich mit dem Problem von Start und Landung zu tun gehabt hätte. Die Alula ist ein äußerst wichtiges und unverzichtbares Merkmal in der Luft fliegender Vögel und in abgewandelter Form als Konvergenz auch bei anderen Fliegern wie den kurzschwänzigen Flugsauriern sowie den Fledermäusen vorhanden

 

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                            Abb. 9. Flughörnchen bei einem unmöglichen Schlagflugversuch

 

Insgesamt kann auch die Gleiterhypothese überhaupt nicht überzeugen, trotz der hIeftigen Bemühungen ihrer Verfechter, eine Verbindung zwischen Archaeopteryx und modernen gleitenden Reptilien oder den Flughörnchen herzustellen. Bei letzteren handelt es sich aber um Fallschirmgleiter, die nicht die geringste Chance haben, irgendwann in der Zukunft zum Schlagflug überzugehen. Das hatte O. Abel schon vor 100 Jahren richtig erkannt. Es sei daran erinnert, dass die Gleitfähigkeit allein auf dem aerodynamischem Widerstand ohne Auftriebserzeugung beruht, wie bei einem steuerbaren Fallschirm oder aber auch wie bei Skispringern.

Von den Anhängern der Gleiterhypothese wurde immer wieder behauptet, dass der Übergang zum angetriebenen Flug relativ einfach wäre, wenn nur erst einmal der Gleitflug funktionierte. Das ist aber tatsächlich ganz und gar nicht der Fall. Nehmen wir einmal an, das Flughörnchen in Abb. 9 könnte mit seinen Flughäuten tatsächlich Auftrieb erzeugen. Wenn es dann einen Flügelschlag nach unten macht, möchte es damit die erzeugte Kraft vergrößern,um den Gleitwinkel zu verkleinern. Aber damit ändert es den Anstellwinkel ganz erheblich, da nun die Anströmung entsprechend der Armbewegung geändert wird. Der Anstellwinkel wird erheblich größer. Denn um Vortrieb zu erzeugen, genügt ein langsamer Schlag nicht. Dabei würde nun der maximale Anstellwinkel überschritten und statt eines Auftriebsgewinns würde der Auftrieb zusammenbrechen, und das Tier müsste abstürzen. Wenn der Schlag an seinem unteren Wendepunkt angekommen wäre, müsste andererseits der Anstellwinkel negativ werden, und damit würde der Auftriebsbeiwert negativ und aus diesem Grunde kein Auftrieb erzeugt. Beim Schlagflug in der Luft müssen gleichzeitig immer Auftrieb und Vortrieb erzeugt werden, und das ist eine sehr komplizierte Aufgabe, die nur von einem echten Flügel erfüllt wird, der auch nach Bedarf verdreht werden kann.

Alle echten Flieger neben den Vögeln besitzen außerdem am Arm einen kleinen Vorflügel, das sogenannte Propatagium, zu dessen Steuerung ein Handknochen oder Finger umgebildet wurde. Mit diesem Vorflügel kann offenbar die Einhaltung des zulässigen Anstellwinkelbereichs beim Schlagflug kontrolliert und gesteuert werden. Fallschirmgleiter haben diesen steuerbaren Vorflügel mit Fühler nicht und brauchen ihn auch nicht, da bei ihnen die Einhaltung eines ganz bestimmten Anstellwinkels nicht zwingend erforderlich ist. Kleine Abweichungen ergeben keine starken Verschlechterungen des sowieso steilen Gleitpfades und der Sinkgeschwindigkeit. Die Entwicklung echter Flieger aus Gleitern ist glatt ausgeschlossen.

Soviel zu den alten Vorstellungen. Sie werden leider noch für einige Zeit herumgeistern. Neue Vorstellungen brauchen eine lange Anlaufstrecke.

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