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Sonntag, 25.09.2016
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Zugvögel: V-Formation im Gleichtakt

Forscher lösen das Geheimnis des optimal energiesparenden Vogelfluges

Zugvögel ziehen oft in V-Formation über den Himmel, denn in dieser versetzten Anordnung sparen sie Energie. Aber nicht nur das: Die Zugvögel achten zudem sehr genau auf den Flügelschlag ihres Vordermannes und passen ihre Flügelbewegungen daran an, wie Forscher jetzt im Fachmagazin "Nature" berichten. Damit maximieren die Vögel den Energiespar-Effekt - und zeigen gleichzeitig ein Verhalten, das bisher als zu komplex für diese Tiere galt.

Waldrappen im Formationsflug. Ob sie dabei im Gleichtakt fliegen, haben Forscher jetzt untersucht.

Egal ob bei einer Flugzeugstaffel oder einem Schwarm Zugvögel: Die V-Formation spart Energie beim Fliegen. Denn die Flügelspitzen des Vorausfliegenden erzeugen Wirbel, die für zusätzlichen Auftrieb bei den schräg dahinter Fliegenden sorgen. Auf einer Position direkt hinter dem Vorausfliegenden ist der Flug dagegen erschwert, weil hier die Luft nach unten strömt und einen Abwind erzeugt.

Einspareffekt trotz Flatterns?


Wie effektiv die Einsparung durch den V-Flug ist, zeigen beispielweise Studien an Pelikanen: Puls und Flügelschlag der in der Formation folgenden Vögel ist messbar niedriger als bei ihrem vorne fliegenden Artgenossen. Dieser Einspareffekt ergibt sich allein aus der Position der Vögel – unabhängig davon, ob sie mit den Flügeln schlagen oder nur dahingleiten.

Der Haken daran: Die meisten Vögel gleiten nicht endlos lange durch die Luft, sondern bewegen ihre Flügel ständig auf und ab. Theoretisch könnten sie dabei durch geschicktes "Im-Takt-Fliegen" sogar noch mehr Energie sparen. Das aber erfordert, dass die Vögel sich ständig an ihrem Vordermann orientieren und sich ähnlich koordiniert bewegen, wie Ruderer in einem Achter. "Ob Vögel dazu fähig sind, diese zusätzliche Komplexität im ohnehin schon komplexen Flug zu bewältigen, blieb bisher unbeantwortet", erklären Steven Portugal von der University of London und seine Kollegen.


Waldrappen im Formationsflug neben einem Ultraleicht-Fluggerät

Waldrappen im Formationsflug neben einem Ultraleicht-Fluggerät

Flugtraining für Waldrappen


Den Forschern kam nun eine günstige Gelegenheit zu Hilfe, um diese Wissenslücke zu schließen: In Österreich werden zurzeit Waldrappen (Geronticus eremita) von Biologen aufgezogen und ausgewildert. Diese gänsegroße Ibisart war einst bei uns häufig, ist aber seit dem 17. Jahrhundert in Mitteleuropa ausgestorben. Damit die ausgewilderten Jungvögel ihren Weg ins italienische Winterquartier finden, zeigen ihnen die Biologen des Waldrappteams die Route, indem sie mit einem Ultraleicht-Fluggerät vor ihnen her fliegen.

Für Portugal und seine Kollegen war dies die Chance, das Flugverhalten dieser in V-Formation fliegenden Vögel näher zu untersuchen. Sie entwickelten einen kleinen Sensor, der Position, Beschleunigung und auch Flügelschlag aufzeichnet. 14 junge Waldrappen wurden mit diesen Sensoren ausgerüstet, bevor ihr Flug begann. Wie sich zeigte, war der passive Gleitflug bei den Waldrappen tatsächlich eher die Ausnahme: In 97 Prozent der Zeit schlugen sie aktiv mit den Flügeln.

Waldrappen beherrschen den aerodynamisch optimierten Formationsflug.

Waldrappen beherrschen den aerodynamisch optimierten Formationsflug.

Im Takt mit dem Vordermann


Dies aber geschah keineswegs in zufälliger Abfolge, wie die Forscher berichten. Flog der Waldrapp in der typischen V-Position, etwa 45 Grad versetzt und rund 1,20 Meter hinter seinem Artgenossen, dann schlug er seine Flügel fast genau im Gleichtakt mit seinem Vordermann. Seine Flügelspitzen folgten dabei in der Luft genau dem Pfad, den dessen Flügel gezeichnet hatten. "Das ermöglicht dem Vogel fast während des gesamten Flügelschlags-Zyklus, den vom voranfliegenden erzeugten Auftrieb zu nutzen", erklären die Wissenschaftler.

Aber die jungen Waldrappen blieben nicht die ganze Zeit in dieser idealen V-Formation. Immer wieder wechselten einzelne Tiere ihre Position und hängten sich für kurze Zeit direkt hinter einen voranfliegenden Artgenossen – eine eigentlich aerodynamisch eher ungünstige Position. Doch dem wirkten die Waldrappen instinktiv durch eine Anpassung ihres Flügelschlags entgegen, wie die Sensoren verrieten. Statt im Gleichtakt bewegten die Waldrappen nun ihre Flügel genau konträr: Hob der voranfliegende Vogel die Flügel an, senkten sie die ihren und umgekehrt. Diese Gegenbewegung verringerte den negativen Effekt der vom Voranfliegenden erzeugten Abwinde.

Diese flexible Anpassung aber ist höchst erstaunlich, wie die Forscher erklären. Denn bisher hielt man Vögel nicht für fähig, die dafür nötige komplexe Flugdynamik kombiniert mit dem notwendigen sensorischen Feedback zu beherrschen. "Unsere Ergebnisse deuten nun aber darauf hin, dass die Vögel auf bemerkenswerte Weise sehr wohl den Flügelpfad ihrer Artgenossen verfolgen und instinktiv auch die Struktur der räumlichen Wirbelschleppen begreifen", konstatieren Portugal und seine Kollegen. (Nature, 2014; doi: 10.1038/nature12939)
(Nature, 16.01.2014 - NPO)
 
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