Der Solnhofener Plattenkalk und seine Fossilien

 

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Der Solnhofener Plattenkalk und seine Fossilien
Archaeopteryx



Federevolution - woher und warum

Wann Federn entstanden sind ist leider unklar, darüber wissen wir zu wenig. Man geht davon aus, dass sich die Federn aus Schuppen entwickelt haben. Der grundlegende Mechanismus der Feder ist weit älter als Archaeopteryx, wie durch entsprechende Funde belegt ist. Verlängerte Schuppen, die wohl als Tragfläche beim Schweben fungierten, finden sich beim Longisquama insignis aus der Trias. Bereits vor über 30 Jahren in Mittelasien gefunden, ruhte der Longisquama lange in den Archiven. Zwar wurde erstmals 1970 eine Beschreibung veröffentlicht, allerdings wurden neuere Untersuchungen erst durch den Fall des eisernen Vorhanges und die Entspannung in der Politik der Weltmächte möglich, wenn auch einige Autoren dieses Fossil in den 80er Jahren erwähnten.

Wissenschaftler der Oregon State University entwickelten die Theorie, dass es sich bei den langen Fortsätzen nicht um Schuppen, wie ursprünglich angenommen, sondern um Federn handelt. In einer erneuten Untersuchung durch Wissenschaftler des ROM (Royal Ontario Museum) wurde allerdings bestätigt, dass es sich bei den Strukturen um lange Schuppen handeln muss[1]. Somit kommt das Tier an sich zwar nicht als Vogelvorläufer in Frage, zeigt aber auf, dass verlängerte Schuppen sich zum einen im Fossilnachweis generell finden lassen und sich eventuell zum Fliegen bzw. Gleiten eigneten und dazu eingesetzt wurden. Man kann diese Schuppen daher durchaus als Vorstadium in einer Federentwicklung sehen.

Longisquama Fossil

Abb. 1: Fossil von Longisquama

Rekonstruktion von Longisquama

Abb. 2: Rekonstruktion von Longisquama

Da Federn bei modernen Vögeln für den Flug und zur Wärmeisolierung wesentlich sind, wird allgemein angenommen, dass ihr Ursprung damit zusammenhängen muss. Allerdings ist es kaum denkbar dass sich Federn sofort zum Fliegen entwickelt haben. Die Entwicklung einer Flughaut, wie bei Flugsauriern oder Fledermäusen, würde diese Anpassung weit einfacher vollziehen als die Komplexität einer Feder. Bleibt also bei der Betrachtung erst einmal nur der Faktor Wärmeisolierung.

Eine Wärmeisolierung macht aber nur Sinn wenn das Tier selber diese Wärme produzieren kann, wechselwarme Tiere sind auf Wärmezufuhr von aussen angewiesen und da wäre eine Isolierung eher ein Hindernis. Vögel sind Warmblüter, daher liegt die Folgerung nahe, dass auch die Vorfahren Warmblüter gewesen sein müssen. Der Fossilnachweis kann in dieser Richtung ebenfalls weitere Hinweise geben. 1993 wurde in South Dakota in der für Dinosaurierfunde bekannten Hell Creek Formation ein Dinosaurier gefunden bei dem das Herz erhalten ist. Dieser Dinosaurier, ein Thescelosaurus (zu den Ornithischia gehörend), hatte ein Herz, das ähnlich dem eines Vogels oder Säugetieres aufgebaut war. Willo, wie dieser Saurier mit Spitznamen heißt, zeigt also, dass die Dinosaurier einen höheren Metabolismus hatten als z. B. Krokodile. Daraus resultiert, dass diese sich in der Entwicklung den Warmblütern zumindest angenähert haben. Es ist also gut vorstellbar, dass die Schwestergruppe der Ornithischia, die Saurischier, sich noch weiter in dieser Richtung entwickelten. Diese Vermutung wird bestätigt durch Fossilienfunde aus der frühen Kreidezeit in Nordchina. Das Fossil von Sinosauropteryx prima weist auf Schultern, Nacken, Teilen des Hinterleibs und des Schwanzes Strukturen auf, die teilweise als federähnlich gedeutet wurden. Es ist allerdings unklar ob diese Strukturen auf oder unter der Haut waren, daher ist man mittlerweile vorsichtiger mit der Deutung dieser Strukturen.

Ob diese Strukturen nun aber wirklich als Federn oder zumindest als Federvorläufer anzusprechen sind, wird in Frage gestellt, da sich ähnliche Strukturen auch beim rezenten Bindenwaran (Varanus salvator) finden lassen [2]. Dieser hat Collagenfasern, welche den Schwanz unterstützen. Was allerdings diese Collagenfasern bei Sinosauropteryx - so es denn welche sind - hätten unterstützen sollen bleibt unklar. Die weitere Untersuchung von Sinosauropteryx lässt aber vermuten, dass dieser vom Methabolismus her mit heutigen Reptilien vergleichbar ist.

Sinosauropteryx prima

Abb. 3: Sinosauropteryx prima mit federähnlichen Strukturen

Aber auch das soziale Verhalten von Dinosauriern lässt Rückschlüsse zu, ob diese in der Lage waren Körperwärme selber zu produzieren. Als Dinosaurierfossilien neben Nestern mit Eiern gefunden wurden, gab man diesen Tieren den Namen Oviraptor, was soviel wie Eierräuber bedeutet. Man nahm fälschlicherweise an, dass diese Tiere als Eierdiebe die Nester anderer Dinosaurier plündern, da man die Eier Protoceratops zuschrieb. Später stellte sich heraus, dass es sich bei den Gelegen um die Nester der Oviraptoren handelte. 1993 wurden bei einer Expedition des American Museum of Natural History solche Nester mit Embryonen von Oviraptoren gefunden. Unter anderem auch ein Oviraptor sitzend auf einem Nest mit Eiern - so als würde er brüten!

Welchen Grund sollte dieses Tier gehabt haben sich auf die eigenen Eier zu setzen, wenn nicht diesen Wärme zu spenden und diese damit zu bebrüten? Ein Verteidigungsverhalten würde sich anders darstellen, da der Saurier dann sicherlich nicht auf den Eiern sitzen geblieben wäre, sondern aktiv verteidigt hätte - und dies wäre stehend weitaus effektiver gewesen [3]. Dieses Verhalten lässt sich bei heutigen Vögeln ja nachvollziehen.

Aufgrund dieser Hinweise kann man davon ausgehen, dass Dinosaurier wohl keine wechselwarmen Tiere waren, sondern in der Lage den Wärmehaushalt ihres Körpers selbst zu regulieren. Genau unter diesen Vorraussetzungen macht eine Isolierung Sinn. Fraglich ist nur, warum sich derartig komplexe Federn gebildet haben und nicht einfachere Strukturen wie zum Beispiel ein Haarkleid wie bei Säugetieren. Problematisch ist auch, dass Federn bei flugunfähigen Vögeln, wie z. B. dem Strauss, sich zu reinen Daunen entwickelten, die zwar gut isolieren aber keinerlei aerodynamische Funktion mehr haben [4]. Aus welchem Grunde also sollten sich Federn, die eine breite, großflächige Form haben, entwickeln wenn diese zuerst nur zu Isolationszwecken benötigt wurden?

Hypotetisches Zwischenstadium von Schuppe zu Feder

Abb. 4: Hypotetisches Zwischenstadium von Schuppe zu Feder

Tiere, die ihren Wärmehaushalt selber regulieren, müssen sich in der Regel nicht nur vor Auskühlung schützen, sondern auch vor Überhitzung. Dies gilt aber auch für wechselwarme Tiere, eine Überhitzung kann diesen genauso schaden. Bei Eidechsen zeigte sich in Untersuchungen, dass die Schuppen dort verlängert sind wo diese das Tier vor Sonnenhitze schützen. Das würde für breite Federn mit ihrer komplexen Struktur ebenso zutreffen und würde im Vergleich zu haarigen Strukturen sogar ein Vorteil sein [5]. Es ist also durchaus möglich, dass Federn sich aufgrund der Isolation und auch als Schutz vor Überhitzung gleichermaßen entwickelten.

Von diesem Stadium der Federevolution ist es nur noch ein kleiner Schritt zu Federn, die dem Tier den Flug ermöglichen. Wie es zum Vogelflug gekommen ist, kann mit zwei Theorien erklärt werden: Entweder vom Boden in die Luft hinauf, oder von Bäumen herab zum Boden.



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