Warum fliegen Vögel nicht schneller?

News: Warum fliegen Vögel nicht schneller?

Für Ingenieure ist es ein Wunder, daß manche Tiere sich überhaupt in die Luft erheben können. Die Natur hatte aber erheblich mehr Parameter zu berücksichtigen als menschliche Flugzeugbauer. Das zeigte sich auch bei den ersten Versuchen, die Energie, die ein Vogel direkt für den Flug verbraucht, zu messen.

Fliegende Tiere sind immer wieder eine Herausforderung für Theoretiker, die wissen wollen, warum Tiere überhaupt fliegen können. Kein Ingenieur, der etwas auf sich hält, würde jemals ein Fluggerät in der Form einer Hummel konstruieren, auch wenn die Bienen und ihre Verwandten zu den besten Luftakrobaten der Natur zählen.

Eine Diskrepanz zwischen Theorie und Wirklichkeit liegt in dem Zusammenhang von Energie und Geschwindigkeit. Die optimale Reisegeschwindigkeit von Flugzeugen ist jene, bei der sie ein Minimum an Energie verbrauchen. Wenn sie schneller fliegen, benötigen sie mehr Energie, um den Luftwiderstand zu überwinden, fliegen sie langsamer, ist mehr Kraftaufwand erforderlich, um genug Auftrieb zu erzeugen. Ein Diagramm, in dem der Energieverbrauch als Funktion der Geschwindigkeit aufgetragen ist, hat grob betrachtet die Form des Buchstaben „U”.

Auch fliegende Tiere haben eine U-förmige „Kraftkurve”, allerdings ist diesmal der Nachweis schwieriger zu erbringen. Kenneth Dial von der University of Montana und seine Mitarbeiter berichten in Nature vom 6. November 1997 davon, wie sie als erste direkt den Energiebedarf eines fliegenden Vogels gemessen haben.

Normalerweise führen Forscher respiratorische Messungen durch, wenn sie den Energiehaushalt eines Lebewesens bestimmen wollen. Dabei werden die Menge des eingeatmeten Sauerstoffs und des abgegebenen Kohlendioxids bestimmt. Damit lassen sich aber nur die gesamten Stoffwechselbelastungen während des Fluges feststellen, nicht aber, welche Kraft wirklich für den Flug selbst nötig ist. Dafür haben die Mitglieder der Arbeitsgruppe um Dial winzige Meßgeräte für mechanische Spannungen an den Flügelknochen von Elstern (Pica pica) befestigt.

Die Ergebnisse waren eine Überraschung: Obwohl die Vögel am meisten Energie für niedrige Geschwindigkeiten aufwenden mußten, war ihr Energiebedarf für schnellen Flug nur unwesentlich höher als für die optimale Reisegeschwindigkeit. Warum fliegen Elstern dann nicht schneller als die beobachtete Höchstgeschwindigkeit von 14 Metern pro Sekunde?

Die Antwort läßt sich vielleicht bei einem Vergleich mit respiratorischen Messungen geben. Bei zu hohen Geschwindigkeiten gehen die Vögel eine Sauerstoffschuld ein, während der sich Substanzen ansammeln, die nur mit Sauerstoff wieder abgebaut werden können. Das Optimum wird also möglicherweise durch eine Kombination aus Anforderungen des Gesamtstoffwechsels und Leistungsfähigkeit der Flugmuskulatur bestimmt.

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