Evolution Wie die Natur die Feder erfand
Wie wurden aus Dinosauriern Vögel? Unter Evolutionsforschern ist die Frage seit Jahren umstritten. Eine zentrale Rolle spielt die Entwicklung der Feder. "National Geographic"-Autor Carl Zimmer über ein Wunderwerk der Natur, das Wissenschaftler bis heute vor Rätsel stellt.
Vögel leben überall auf der Erde, und deshalb macht sich kaum jemand Gedanken über ihre Abstammung von den Dinosauriern. Auch nicht über die außergewöhnliche Konstruktion des Gefieders, mit dem sie sich in der Luft halten.
Flugzeugtragflächen werden längst nach ähnlichen aerodynamischen Prinzipien gebaut. Aber ein Vogelflügel ist ungleich genialer als jede Konstruktion aus Blech und Nieten. Wenn ein Vogel seine Federn putzt, trennen sich die Federstrahlen beinahe ohne Widerstand, um sich anschließend wieder fest zu verbinden. Wie dieser Mechanismus entstehen konnte, darüber zerbrechen sich Evolutionsforscher seit langem die Köpfe.
Bereits 1861 fanden Arbeiter in einem Kalksteinbruch in Bayern die versteinerten Überreste eines etwa rabengroßen Vogels, der vor 150 Millionen Jahren gelebt hatte. Er wurde unter dem Namen Archaeopteryx weltberühmt. Dieser Urvogel hatte Federn, zeigte aber auch Merkmale seiner Reptilienverwandtschaft: Zähne im Schnabel, Klauen an den Flügeln und einen knochigen Schwanz. Der Archaeopteryx schien aus einer Ära zu stammen, in der das Leben gerade eine dramatische entwicklungsgeschichtliche Wandlung durchmachte.
Vögel sind die modernen Nachkommen der landlebenden Dinosaurier
Andere Biologen nahmen die Schuppen heutiger Reptilien unter die Lupe. Weil die Echsen die nächsten Verwandten der Vögel sind, versuchten die Forscher, Federn von den Schuppen abzuleiten. Sie folgten dem naheliegenden Gedanken, dass ja Schuppen wie auch Federn flach sind. Von Schuppen zu Federn zum Fliegen, das war, kurz gesagt, die lange anerkannte These. Doch vor etwa 40 Jahren fielen dem Paläontologen John Ostrom von der Yale-Universität einige verblüffende Ähnlichkeiten zwischen dem Skelett der Vögel und der Theropoden auf. Ostrom stellte fest: Die Vögel sind zweifelsfrei die modernen Nachkommen der landlebenden Dinosaurier. Allerdings hatten viele der damals bekannten Theropoden dicke Beine, kurze Arme und einen kräftigen, langen Schwanz.
Im Jahr 1996 lieferten dann chinesische Paläontologen einen neuen Beleg für Ostroms Hypothese: Sie fanden das Fossil eines kleinen, 125 Millionen Jahre alten Theropoden mit kurzen Armen. Sinosauropteryx, wie sie ihn nannten, bedeutete das Ende einer langen Suche. Rücken und Schwanz des Fossils waren von einer Schicht aus dünnen Filamenten bedeckt. Wenn aber die langen, hohlen Filamente der Dinosaurier frühe Federn waren, wie hatten sie sich denn aus flachen Schuppen entwickeln können? Eine Antwort darauf finden die Forscher bei heute noch lebenden Theropoden mit haarförmigen Federn: bei Jungvögeln. Bei allen Küken sind die Federn anfangs Borsten, die aus der Haut herauswachsen. Auch bei Reptilien gibt es Placoden. In deren Embryonen werden jedoch besondere Gene eingeschaltet, die dafür sorgen, dass die Hautzellen nicht als Röhre, sondern nur am hinteren Ende wachsen: Es entstehen flache Schuppen.
Pterosaurier waren riesige flugfähige Reptilien
Alle Fragen geklärt? Schön wär's. Vor zwei Jahren gaben chinesische Wissenschaftler die Entdeckung von Tianyulong bekannt. Dieser Saurier hatte Borsten auf dem Rücken, gehört aber zur Abstammungslinie der Ornithischia, einer eigenen Gruppe von Dinosauriern, die mit den Theropoden nichts gemein hat.
Pterosaurier waren riesige flugfähige Reptilien, die schon sehr früh vom Stammbaum der Dinosaurier abzweigten. Zum Fliegen hätten sie jedenfalls keine Federn gebraucht, denn sie segelten auf ausgespannten Flughäuten. Aber wenn nicht der Flug der Grund für die Entwicklung der Federn war, welchen Vorteil verschafften sie dann ihren Trägern?
Eine Entdeckung aus dem Jahr 2009 stützt die Vorstellung, schon bei den Theropoden könnten sich Federn als Schauorgane entwickelt haben.
Innerhalb der Federn waren nämlich sogenannte Melanosomen gefunden worden. Das sind mikroskopisch kleine Hohlräume, gefüllt mit Pigmenten. Sie entsprechen genau den Strukturen in den Federn heutiger Vögel. Welchen Zweck die Federn ursprünglich auch hatten, es gab sie vermutlich schon Jahrmillionen bevor eine Abstammungslinie der Dinosaurier sie erstmals zum Fliegen benutzte.
Doch wie sich der aktive Flug über Jahrmillionen im Detail entwickelte, ist eine Frage, über die bis heute diskutiert wird. Vom Erdboden aufwärts, indem die gefiederten Saurier mit den Vorderarmen flatterten und allmählich abhoben? Oder als Fortentwicklung des Gleitflugs von Bäumen herab? Warum nicht beides?, fragt Ken Dial, der in Missoula an der University of Montana den Vogelflug erforscht. Sein Hauptargument lautet: In einer zweidimensionalen Welt hätte sich das Fliegen nie entwickelt. Es war nötig, um sich in der dritten Dimension Überlebensvorteile zu verschaffen.
