Egal, ob fliegen, warmhalten oder auch schmücken: Federn erfüllen bei Vögeln die unterschiedlichsten Funktionen und gehören zu den erstaunlichsten Strukturen, die die Evolution hervorgebracht hat. Aber wie sind die eigentlich einst entstanden und welche geheimen Fähigkeiten stecken in den Federn? Das fragen wir uns heute hier beim Spektrum Podcast. Mein Name ist Max Zimmer. Schön, dass ihr dabei seid. Spektrum der Wissenschaft – Der Podcast von detektor.fm. Ja, von den vielen unglaublichen Entwicklungen, die die Evolution so hervorgebracht hat, gehören sie wahrscheinlich zu den raffiniertesten: die Federn. Wir kennen sie ja ganz selbstverständlich von jedem Vogel, vom Wellensittich über den Pinguin bis zum Strauß. Und wenn es euch geht wie mir, dann habt ihr die vielleicht auch als Kind gesammelt. Ich habe immer im Wald gespielt mit meinen Freunden, und dann, immer wenn eine besondere Feder dabei war, hat man die natürlich eingesammelt, weil eben auch schon damals wahrscheinlich dieser Aufbau und dieser faszinierende, elegante Bauplan, der dahintersteckt, ja ziemlich beeindruckend war. Und das Besondere an der Feder ist wirklich die Vielzahl von Funktionen, die sie erfüllt. Die hält nämlich zum Beispiel warm, die lässt einen fliegen, klar. Aber sie tarnt zum Beispiel auch und dient der Kommunikation – also eine regelrechte biologische Supertechnik. Und die taucht, wie man inzwischen weiß, schon bei den Dinosauriern auf. Wie die Feder und ihre Entwicklung das Leben auf unserem Planeten verändert haben, das hat sich Spektrum der Wissenschaft gerade angeschaut. Und darüber will ich sprechen mit Andreas Jahn, der ist Biologe und Redakteur bei Spektrum der Wissenschaft. Hallo Andreas! Hallo Max! Ja, Andreas, euer Artikel bei Spektrum, der beginnt mit der Geschichte eines Vogels namens B6 – ein bisschen technischer Name. Wir gehen gleich weiter darauf ein. Und dieser B6, der hat einen Rekord aufgestellt, der verdeutlicht, wie wichtig die Rolle der Federn bei Vögeln ist. Erzähl doch mal! Nun, es handelt sich um einen eher unscheinbaren Vogel, nämlich eine Fuhlschnäpfe. Fuhlschnäpfen brüten in der Arktis und fliegen dann im Winter ins Süden. Also, sie gibt es zum Beispiel bei uns auch im Wattenmeer, wo sie dann auch Zwischenstopp planen und fliegen sehr weit, teilweise auch bis in die pazifischen Regionen. Und um jetzt festzustellen, wie weit können denn diese kleinen Vögel überhaupt fliegen und wo fliegen sie, hat man sie mit Sender ausgestattet. Und da hatte dann schon im Jahr 2020 ein Vogel, eine Fuhlschnäpfe, einen Rekord aufgestellt. Der flog von Alaska bis nach Neuseeland, also quer über den Erdball: 12.200 Kilometer. Und jetzt kommt B6: Das war zwei Jahre später, im Jahr 2022. B6 flog auch von Alaska, landet aber dann in Tasmanien. Das sind 13.500 Kilometer. Und dieser kleine Vogel machte diese Strecke nonstop in elf Tagen, also mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 Kilometer pro Stunde. Und da muss man schon ziemlich dicke Jumbojets bauen, die damit mithalten können. Und das mit so einer Struktur, eben wie du schon beschrieben hast, die Feder. Und das ist schon sehr erstaunlich, was in so einer kleinen Struktur drinsteckt. Ja, man muss sich nur die Weltkarte mal kurz noch mal vor Augen rufen, im Kopf, wenn man das auch in so einem Atlas oder so aufschlägt oder auf einer Karte. Ja, dann von Alaska nach Tasmanien ist also quasi einmal von ganz links oben nach ganz rechts unten. Genau! Also die Federn – wirklich ein Wahnsinnskonstrukt aus der Evolution. Vielleicht gehen wir mal erst mal darauf ein: Wie sind die denn evolutionsgeschichtlich entstanden? Federn sind entstanden aus schlichten Hautanhangsgebilden. Also sie waren wahrscheinlich erst mal irgendwelche Borsten oder es hat auch so einen Flausch gegeben. Also vermutlich diente das Ganze erst mal noch gar nicht zum Fliegen, sondern eher zur Isolation oder wahrscheinlich waren sie auch bunt. Du hattest es ja auch angesprochen, dass es also zur Kommunikation, zur Balz oder so was. Also das Fliegen, das kam erst viel später. Aber du hattest ja auch schon beschrieben, sie sind schon sehr raffiniert gebaut. Denn diese Feder besteht ja aus einem Federschaft. Dieser Federschaft verzweigt sich dann in die Federäste, und an diesen Ästen hängen wiederum Strahlen, die sich gegenseitig überlappen. Das eine sind die Bogenstrahlen, das andere sind die Hakenstrahlen. Und wie es der Name ja schon verrät, an den Haken sitzen so kleine Häkchen. Die verhaken sich dann miteinander, und das bildet dann diese Fläche, diese Federfahne. Und das ist dann im Laufe der Evolution nach und nach entstanden. Und ich habe jetzt eingangs gesagt, die spielten schon für die Dinosaurier eine Rolle. Welche denn? Also ich habe ein bisschen Erinnerungen, ob die fliegen konnten oder nicht, ist doch irgendwie auch lange umstritten gewesen, oder? Genau! Also als ich noch Biologie studiert habe, da war das noch völlig unbekannt, dass auch überhaupt nicht vorstellbar, dass Dinosaurier Federn hatten. Man hat aber dann immer mehr Fossilien gefunden, wo man Federn nachweisen konnte. Also die gehören zu den Theropoden. Die Theropoden, das sind die Raubsaurier, die auf zwei Beinen laufen, also die Fleischfresser. Mein Tyrannosaurus Rex, den kennt man ja, der gehört auch dazu. Und in der Gruppe fand man immer mehr Dinosaurier mit Federn, wobei man noch nicht wusste, wofür diese Federn überhaupt dienten. Interessanterweise sind die Vögel auch aus den Theropoden entstanden. Also letztendlich sind Vögel noch überlebende Dinosaurier, wenn man so will. Aber vermutlich haben sie, wie ich es ja eben schon angesprochen hatte, eher zum Imponieren gedient, also dass die eben halt eher bunt waren. Es gibt aber jetzt einen kleinen Dinosaurier, das ist Microraptor. Der gehört auch zu den Theropoden und dazu einer Gruppe, die nennt sich Penaraptora. Da steckt schon das lateinische Wort „Penar“ für Feder drin. Und der war komplett befiedert. Und diese Federn sehen schon sehr modern aus. Nur ob er fliegen konnte, das ist tatsächlich umstritten. Allerdings, diese Federn, die sind schon asymmetrisch gebaut, und das ist eigentlich typisch für die modernen Vögel, sodass man daraus geschlossen hat, wahrscheinlich konnte er tatsächlich fliegen. Allerdings, ganz so einfach ist es auch nicht, denn es fehlt die Aerodynamik bei diesen Federn. Also vielleicht konnte er irgendwie flattern, wie weit er fliegen konnte, darüber streitet sich immer noch die Wissenschaft. Aber die Feder geht zurück bis zu den Dinosauriern. Wie hat sie sich denn danach so evolutionär entwickelt? Weil es ja dann doch ein großer Schritt von so einem Dinosaurier bis jetzt zur, keine Ahnung, Amsel, die bei uns im Garten sitzt. Ja, das ist natürlich noch ein weiter Schritt. Also auch wenn man jetzt noch mal zu diesem Microraptor zurückgeht: Bei ihm ist es schon so, dass die Federn sich überlappen. Wenn man sich aber jetzt heutige Greifvögel anschaut, da sind die Federn gespreizt. Diese Spreizung erweitert natürlich die Tragfläche. Das heißt, damit ist so etwas wie Gleitflug möglich. Das funktioniert aber nur – ich hatte es eben schon angesprochen – wenn die Feder aerodynamisch gebaut ist. Und das ist sie dann, wenn die Innenfahne dreimal breiter ist als die Außenfahne. Das kann man eben halt durch Experimente herausfinden. Wenn das Verhältnis nicht stimmt, dann reißt die Strömung ab, und dann funktioniert das mit dem gespreizten Flügel nicht mehr. Aber dieser gespreizte Flügel ermöglicht nicht nur den Gleitflug von großen Raubvögeln, von großen Greifvögeln, sondern sie erhöhen auch die Manövrierfähigkeit, weil eben halt es verhindert wird, dass die Strömung abreißt. Und also damit ist ja auch ein richtiger Schlagflug, also ein aktiver Schlagflug möglich. Da vermutet man, dass der in der Evolution sogar mehrfach entstanden ist in mehreren Dinosaurierlinien, allerdings heute nur noch bei den Vögeln erhalten ist. Okay, also eine sehr, sehr lange Geschichte, die die Feder da schon hat. Jetzt sind Federn ja nicht nur fürs Fliegen da. Lass uns das mal so ein bisschen auseinandernehmen. Welche Federtypen gibt es denn und wie unterscheiden die sich? Nun, gibt es natürlich ja erst mal die Daunen. Die kennen wir ja eben auch aus unserem Bett, die Federdecken. Also Daunen sind sehr weich. Da ist das mit diesen Verhaken nämlich nicht der Fall. Also Daunen dienen ja auch nur dazu, zur Wärmeisolation. Worüber wir jetzt hauptsächlich reden, sind Konturfedern. Das ist eben halt, wo diese Fahne miteinander verhakt ist. Da gibt es erst mal natürlich die Deckfedern, die den ganzen Körper bedecken. Die sind jetzt nicht so asymmetrisch gebaut, sondern mehr symmetrisch. Und eben halt dann die Schwungfedern am Flügel, die halt zum Fliegen da sind. Dann gibt es natürlich noch spezielle Gebilde, Borstenfedern zum Beispiel, stehen im Gesicht der Vögel, haben also zum Beispiel ein Auge und Nase. Also kann man ein bisschen so ähnlich vergleichen wie unsere Augenwimpern. Und bei der Nase scheinen sie also auch irgendwie dem Geruch zu helfen, dass sie also für die Sinneswahrnehmung eine wichtige Rolle spielen. Dann lass uns mal auf so ein paar besondere Federn eingehen oder besondere Federträger, wenn man so will. Da sind zum Beispiel Eulen. Die haben ja den Ruf, dass sie quasi geräuschlos fliegen können. Wie geht das denn? Ja, tatsächlich fliegen Eulen vollkommen lautlos. Also, wenn dir nachts eine Eule begegnet, du hörst gar nichts. Wie machen die das? Also erst mal ist wichtig, dass die Federn so eine samtige Oberfläche haben, was schon mal die Geräusche etwas dämpft. Dann ist aber eben halt bei der Handschwinge sind die Federfahnen besonders gebaut. Nämlich die Außenfahne hat so eine Kammstruktur, während die Innenfahne eher flauschig ist. Und das verursacht sogenannte Mikrowirbel. Diese Mikrowirbel verursachen, dass die Strömung dicht am Flügel bleibt. Und das verhindert, dass keine Schwingungen entstehen, die wiederum Schall erzeugen. Also insofern aerodynamisch wirklich raffiniert gebaut. Ein anderer Vogel, der ganz besonders ist, auch aufgrund seines Gefieders, sag ich mal, ist der Kolibri. Und da kennt man ja vielleicht auch so Videos von, die können so auf der Stelle fliegen und schlagen so unfassbar schnell mit den Flügeln. Und aber auch diese Fähigkeit hat tatsächlich was mit den Federn zu tun. Ja, sie hat natürlich erst mal was mit dem Schultergürtel zu tun, weil Kolibris können ihre Schultern sehr weit drehen, sodass eben halt der Flügel sich entsprechend drehen kann. Und das ermöglicht dem Vogel, dass er nicht nur beim Abschlag Vortrieb und Auftrieb erzeugt, sondern auch beim Aufschlag. Das kann aber nur funktionieren, wenn die Federn auch entsprechend gebaut sind. Das heißt, sie müssen einen sehr steifen, einen extrem steifen Schaft haben, damit sie dabei eben halt sich nicht verbiegen. Und das ist eine spezielle Anpassung jetzt der Kolibris, die also dieses Stehen in der Luft ermöglichen. Jetzt sind wir viel beim Fliegen gewesen, aber es gibt ja auch Vögel, die nicht fliegen können und trotzdem eben Federn haben, zum Beispiel Pinguine. Da haben wir auch ein ganz, ganz besonderes Federkleid. Ja, beim Pinguin ist es einerseits ähnlich wie beim Kolibri, aber andererseits wieder auch ganz anders. Also Pinguine haben ganz kleine, dichte, winzige Federn, die ja so um den Körper drumherum sind. Und dieses dichte Federkleid verursacht, dass die Grenzschicht zum Wasser sich verändert. Das heißt also, wenn der Pinguin taucht, bildet sich so eine Art Wasserhülle, in dem er vorwärts schwimmt. Und diese Hülle vermindert natürlich die Reibung, als wenn die Reibung direkt am Federkleid wäre. Also er schwimmt quasi in dieser Wasserhülle. Und insofern kann man auch sagen, also du sagtest, Pinguine können nicht fliegen. Pinguinforscher sehen das ein bisschen anders: Er fliegt nämlich tatsächlich unter Wasser. Er kann natürlich nicht in der Luft fliegen, dafür sind die Federn alle viel zu klein und seine Flügel natürlich auch viel zu klein. Aber er ist eben halt nicht angepasst an das Medium Luft, sondern an das Medium Wasser. Und jetzt kommt noch hinzu, dass in diesen winzigen Federn Luft gespeichert wird. Das isoliert den Vogel natürlich, weil das Wasser ist natürlich extrem kalt, und der Vogel braucht ja die Kondensation. Das ist die Körpertemperatur. Aber auch das muss sehr fein austariert sein. Wenn er nämlich zu viel Luft in seinem Federkleid hätte, dann würde er ja einen großen Auftrieb kriegen. Dann könnte er nicht mehr tauchen. Also es muss genau im richtigen Verhältnis sein, dass es eben halt noch in den Körper isoliert, aber er trotzdem noch ohne großen Energieaufwand tief tauchen kann. Wow, so eine richtige Funktionsjacke, die sich der Pinguin da übergestreift hat. Genau, sehr, sehr schön, Andreas. Und jetzt gibt es noch eine andere Form von Federn, auf die sind wir schon kurz eingegangen, weil du auch gesagt hast, eigentlich ist es wahrscheinlich bei den Dinosauriern schon so gewesen, dass das auch einer der Zwecke war, nämlich Pracht- und Schmuckfedern im weitesten Sinne. Also, sag ich mal, Federn, die eher für die Optik da sind. Was ist denn deren Nutzen? Ja, du hast es ja schon angesprochen. Das ist natürlich jetzt im Wesentlichen, dient das für die Balz eine Rolle. Man kennt das ja vom V oder eben halt auch ein schönes Beispiel ist der Ketzal in Mittelamerika. Das ist ein kleiner bunter Vogel, aber die Männchen haben also extrem lange Schwanzfedern, um damit eben halt bei dem Weibchen zu imponieren. Und auch das ist natürlich auch wieder so eine Art Austarieren. Also diese Schwanzfeder müssen natürlich auch sehr steif sein, weil sonst würde das Ganze nicht funktionieren. Dann würde das ja zusammenbrechen. Aber die Vögel fliegen ja trotzdem. Das heißt, es darf aber auch wiederum nicht zu steif sein, weil dann würde der Flug instabil werden. Also insofern ist das auch wieder hier bei den Schmuckfedern fein austariert, dass sie beide Zwecke erfüllen können. Also sie verhindern natürlich ein bisschen den Flug, aber sie machen ihn nicht völlig unmöglich. Und andererseits drängt natürlich die Selektion dazu, möglichst lange, möglichst bunte Federn zu haben. Denn je bunter und je größer, desto besser finden das die Weibchen. Also ihr hört raus: Die Feder ist wirklich ein absolutes Wunderwerk der Evolution in ihren vielen verschiedenen Formen, Farben und eben auch Funktionen. Und Andreas, wir Menschen haben uns davon auch immer wieder was abgeguckt. Tatsächlich, ja. Also was ich vorhin erklärt habe mit diesem Bogen und den Hakenstrahlen, das war tatsächlich ein Vorbild für den Klettverschluss, der so ein bisschen ähnlich funktioniert. Oder auch das, was wir besprochen haben mit der Eule, mit diesem extrem leisen Flug. Also genau diese Oberfläche wird auch benutzt, um Lüftungen zum Beispiel leiser zu machen, um da eben halt den Schall zu dämpfen. Oder auch diesen Multifunktionsanzug des Pinguins, wie du so schön gesagt hast, wo also das physikalisch darauf beruht, dass eben halt diese Grenzrichtstruktur beeinflusst wird. Das versucht man auch in der Robotik einzusetzen. Ja, sehr spannend, auf jeden Fall. Würdest du sagen, abschließende Frage, Andreas, das interessiert mich noch bei der ganzen Sache: Wir haben ja so ein bisschen bei der Evolution angefangen und bei der langen Geschichte der Feder. Inwiefern steht das beispielhaft vielleicht auch dafür, um so ein bisschen zu verstehen, wie sich eben solche komplexen biologischen Strukturen entwickeln? Ja, natürlich sind Federn dafür ein hervorragendes Beispiel. Wir haben es ja schon gesehen: So eine Feder ist ja im wahrsten Sinne des Wortes federleicht, einfach durch den Aufbau, weil es eben keine komplette Fläche ist, sondern eben halt durch dieses Verhaken wird diese Fahne konstruiert. Und auch der Federschaft, das ist so eine schaumartige Struktur, das dient natürlich alles der Gewichtsersparnis. Und das ist aus einem ganz simplen Gebilde entstanden, nämlich so einem Hautanhang. Insofern sind Federn natürlich ein wunderbares, anschauliches Beispiel, wie eine Evolution aus einer ganz simplen Struktur etwas Hochkomplexes entstehen kann, die die Tiere eben halt inzwischen äußerst vielseitig einsetzen. Und wenn euch das interessiert, dann schaut euch doch den ausführlichen Text auch mit Fotos verschiedener Federtypen an. Könnt ihr auf spektrum.de nachlesen. Ich empfehle euch, da mal reinzugucken, weil wirklich auch, wenn man diese Federn nochmal vor sich sieht und so, dann macht es echt auf jeden Fall nochmal Eindruck. Und Andreas, dir sage ich vielen, vielen Dank fürs Erklären! Gerne! Ja, das war es für diese Woche vom Spektrum Podcast. Euch wie immer vielen, vielen Dank, dass ihr dabei wart. Vielen Dank fürs Zuhören! Wäre schön, wenn ihr auch kommende Woche wieder einschaltet. Wie immer am Freitag gibt es dann eine neue Folge von uns. Bis dahin freue ich mich auch, wenn ihr den Podcast teilt, kommentiert, abonniert. Das hilft uns sehr. Auch dafür vielen, vielen Dank! Mein Name ist Max Zimmer, und ich sage Tschüss und macht’s gut. Spektrum der Wissenschaft – Der Podcast von detektor.fm
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