Universelles Schlagen mit Flügeln und Flippern | Polarjournal
In der folgenden Studie trennen sechshunderttausend Schläge pro Minute die schnellsten von den langsamsten Tieren, wenn sie mit den Flügeln schlagen. Dennoch verbindet sie alle eine Gemeinsamkeit. Bild: Dørte Mandrup Arkitekter/Mir

Wie schon Leonardo da Vinci zu seiner Zeit haben sich dänische Physiker der Universität Roskilde mit den Proportionen bei Lebewesen mit Flug- und Tauchfähigkeit befasst. Sie fanden eine universelle mathematische Formel, die diese Tiere untereinander verbindet.

„Schreibe über die Bewegung unter Wasser und du wirst den Flug der Vögel in der Luft haben“, heißt es in Die Gedanken des Leonardo da Vinci. Diese Aussage war nie zutreffender als seit dem 5. Juni, als dänische Physiker von der Universität Roskilde ihre Ergebnisse in PLOS ONE veröffentlichten. Sie interessierten sich für die Bauweise von geflügelten Tieren, egal ob flugfähig oder tauchfähig. Fasziniert von den Proportionen ihrer Flügel und Flipper rekonstruierten sie mathematisch die Mechanik, die es diesen Tieren ermöglicht, sich in die Luft zu erheben oder in die Tiefe abzutauchen. Zu ihrer Überraschung stießen sie dabei auf eine universelle Gleichung. Von der Mücke bis zum Pinguin hängt die Geschwindigkeit ihrer Bewegung von der Fläche der Flügel oder Flipper und der Körpermasse des tragenden Tieres ab. Für die Studie wurden über 400 Arten berücksichtigt.



„Wir begannen damit, eine Gleichung für den Vogelflug zu untersuchen“, erklärt Tina Hecksher, Co-Autorin der Studie. Zur Überraschung des Teams folgten die gefiederten Flieger alle einer gleichen Linie. Warum also nicht auch Insekten? Schließlich entziehen sich auch Bienen der Erdanziehung. Und was ist mit Säugetieren? Fledermäuse spannen ihre Haut auf, um ihr Gewicht über den Boden zu tragen? Egal wer, die Gleichung stimmt jedes Mal.

Folgt man Da Vincis Gedanken, stellt sich die Frage: Gelten unter Wasser die gleichen Gesetze? Auch dem wollten die Forschenden nachgehen. „Wenn man tauchen will, muss man nach oben drücken, um nach unten zu gelangen. Das entspricht dem, was Vögel tun, wenn sie die Luft nach unten drücken, um aufzusteigen“, vergleicht sie die Bewegung. Wenn man den Unterschied in der Dichte zwischen Luft und Wasser berücksichtigt, ist die Gleichung absolut, vom Nördlichen Schnabelwal bis zum Buckelwal, vom Schmetterling bis zum Schwan.

Doch ist diese Formel angesichts der Vielfalt der Lebensformen nicht etwas zu stark vereinfacht? Jedes Tier hat seine eigene Art, mit den Flügeln zu schlagen. Die Form des Flügels unterscheidet sich zwischen Pinguin und Albatros, der Anstellwinkel und der Schlagstil ebenfalls… Physiker berechneten eine Konstante für jede Art, die sie in die allgemeine Gleichung einbeziehen konnten. „Wider Erwarten zeigen unsere Ergebnisse, dass diese Konstante bei allen Arten ähnlich ist“, sagte Tina Hecksher. „Sie liegt bei etwa 11“.

Folgt die Evolution einer strengen Regel für die Schwimm- und Flugfähigkeit? „Irgendwie lässt unsere Studie diese Frage offen“, meint die Physikerin. „Ich vermute, dass diese Konstanz auf energetische Gründe zurückzuführen ist. Es geht darum, die Kosten der Bewegungen zu minimieren.“ Die Gleichung könnte also helfen, in die Zeit der Dinosaurier zurückzugehen. Nach ihren Schätzungen schlugen die 10 Meter langen Flügel eines Flugsauriers langsam mit 35 Schlägen pro Minute. Auf der anderen Seite dürfte die Formel jedoch im unendlich Kleinen nicht funktionieren. Denn Flüssigkeiten ändern deren Eigenschaften. Dies soll nun für die Pläne einer anderen Flugmaschine aus der Zukunft untersucht werden: dem Nanoroboter.

Camille Lin, Polar Journal AG

Link zur Studie: Jensen, J.H., Dyre, J.C., Hecksher, T., 2024. Universal wing- and fin-beat frequency scaling. PLOS ONE 19, e0303834. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0303834.

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