Wissenswertes über Flugsaurier

Pteranodon (Heinrich Harder)

Pteranodon (Heinrich Harder)

Die Flugsaurier oder Pterosaurier sind ausgestorbene Tiere, die, wie die Dinosaurier und einige andere Gruppen urzeitlicher Tiere, klassisch den Reptilien zugeordnet werden. Es handelt sich dabei um Archosaurier, die in der Lage waren, mit großen tragflächenartigen Flughäuten aktiv zu fliegen.
In der Entwicklungsgeschichte der Wirbeltiere entstanden dreimal flugfähige Formen. Die Flugsaurier waren die ersten fliegenden Wirbeltiere; Vögel und Fledertiere entwickelten ihr Flugvermögen jeweils eigenständig.
Die frühesten Funde von Flugsauriern reichen zurück bis in die untere Obertrias (Karnium) vor etwa 228 Millionen Jahren. Sie waren auf der Erde präsent bis zum großen Massenaussterben an der Wende von der Kreidezeit zum Paläogen (Kreide-Tertiär-Grenze) vor etwa 65 Millionen Jahren.
Bei den Flugsauriern werden zwei grundsätzlich unterschiedliche Typen unterschieden. Dabei handelt es sich auf der einen Seite um die Langschwanzflugsaurier die sich durch einen langen Schwanz und relativ kurze Mittelhandknochen auszeichnen. Diese Flugsaurier waren die frühesten Formen und verschwanden im oberen Jura. Ihnen werden die Kurzschwanzflugsaurier gegenübergestellt, die keinen oder einen nur sehr kurzen Schwanz und lange Mittelhandknochen besaßen. Erste Pterodactyloidea erschienen im Mittleren Jura und starben zum Ende der Kreidezeit aus. Diese klassische Einteilung wird mittlerweile in der Taxonomie nicht mehr verwendet, da die „Kurzschwanzflugsaurier“ von den „Langschwanzflugsauriern“ abstammen. Die „Langschwanzflugsaurier“ sind daher im Sinne der phylogenetischen Systematik eine paraphyletische Gruppe.

Eine wichtige Frage zur Lebensweise stellt sich bezüglich der Flugfähigkeit der Flugsaurier. Dabei ist es eigentlich unbestritten, dass gerade die kleinen Arten sicher aktiv sehr gut fliegen konnten. Bei den großen Flugsauriern der Kreidezeit handelte es sich demgegenüber wahrscheinlich primär um Segelflieger, die wie die Greifvögel auf den Aufwind angewiesen waren, oder dynamische Gleitflieger, die wie die Albatrosse unterschiedlich schnelle horizontale Winde im Lee von Wellentälern nutzten, um mit möglichst wenig Energieaufwand weite Strecken hinter sich zu bringen. Für einen dynamischen Gleitflug spricht die maritime Lebensweise, da es über dem Meer keine Aufwinde gibt, und die hohe Flügelstreckung vieler Arten. Doch auch diese Tiere mussten zumindest aus dem Wasser heraus in der Lage sein, aktiv zu starten und Höhe zu gewinnen.
Gerade aufgrund des hohen Energieaufwandes, der zum Fliegen notwendig ist, geht man heute meist davon aus, dass die Tiere Warmblüter und zu einem großen Teil behaart waren. Dafür spricht auch der Fund des behaarten Sordes pilosus („Behaarter Teufel“) und haarähnliche Abdrücke bei anderen Flugsaurierfossilien aus dem Solnhofener Plattenkalk und dem Posidonienschiefer von Holzmaden.
Da die Hinterbeine bei den Flugsauriern nur sehr klein ausgebildet waren, stellt sich die Frage, wie die Tiere sich an Land fortbewegen konnten. Zur Beantwortung dieser Frage werden zwei alternative Theorien diskutiert. Nach Ansicht von Kevin Padian und Jeremy Raynor nutzten die Tiere ihre Beine wie die heutigen Vögel und gingen zweibeinig (biped). Sie führen dies darauf zurück, dass die Beine ähnlich gebaut sind wie die der heutigen Vögel und entsprechend wohl auch ähnlich eingesetzt wurden. David Unwin und Peter Wellnhofer gehen stattdessen davon aus, dass die Flugsaurier vierbeinig (quadruped) gingen und ihre Arme dabei einsetzten (wie die heutigen Vampirfledermäuse), wobei der Flügelfinger nach hinten eingeschlagen wurde. Sie nehmen dabei an, dass die Flughäute auch die Hinterbeine mit umfassten. Die letztere Theorie ist die aktuell bevorzugte. Untersuchungen der Beckenstruktur von Anhanguera und Campylognathoides haben gezeigt, dass die Flugsaurier die Hinterbeine nicht senkrecht unter den Körper stellen konnten und besonders die großen Flugsaurier sich nur sehr schwerfällig allein auf den Hinterbeinen fortbewegt haben können. Sicher ist man sich diesbezüglich bislang allerdings nicht.
Möglich ist zudem, dass unterschiedliche Arten hier unterschiedliche Lösungen nutzten. So ist es leicht, sich eine der kleineren langschwänzigen Formen auf den Hinterbeinen vorzustellen, jedoch eher schwer bei den großen und größten Formen der ausgehenden Kreidezeit.

Die Flugsaurier waren wahrscheinlich durchweg Jäger und Fleischfresser. Dabei jagten die frühen Langschwanzflugsaurier sicher vor allem nach Fischen und Kalmaren und lebten an Meeresküsten oder anderen großen Gewässern. Ein Indiz dafür sind die sehr langen und reusenartigen Zähne, die perfekt zum Packen und Halten von Fischen genutzt werden konnten. Die Tiere lebten wahrscheinlich in größeren Kolonien ähnlich den heutigen Brutkolonien von Meeresvögeln zusammen. Spätere kleine Flugsaurier waren allerdings sehr wahrscheinlich auch Insektenjäger. Ein sehr ungewöhnlicher Flugsaurier namens Pterodaustro aus Südamerika hatte sehr lange und extrem dünne Zähne, die eine Reuse darstellten. Er filterte hiermit Meerwasser und ernährte sich von Plankton wie die heutigen Flamingos.
Obwohl die meisten Fossilien von Flugsauriern bislang von Lebensräumen an größeren Gewässern stammen, ist es heute unbestritten, dass viele Arten auch im Inland, etwa in Wäldern, Bergen oder sogar Wüsten lebten. Der fehlende Fossilbefund ist auf die sehr schlechten Fossilisierungsbedingungen dieser Lebensräume und die sehr dünnen Knochen der Tiere zurückzuführen.
Flugsaurier waren wie alle Archosaurier eierlegende Tiere. Ein im Jahre 2004 publizierter Fund eines fossilen Embryos aus der frühen Kreidezeit vor etwa 121 Millionen Jahren, der aus der Liaoning-Provinz Nordostchinas stammt, belegt dies eindrücklich. Das gefundene Ei war etwas kleiner als ein Hühnerei und enthielt ein gut erhaltenes Skelett, daneben waren auch Eindrücke von Haut- und Flügelgewebe zu erkennen. Die bei dem Tier, das vermutlich kurz vor dem Schlüpfen stand, bereits vorhandene Flügelspanne von 27 Zentimetern wird von den Entdeckern als Hinweis darauf gewertet, dass die Jungtiere wahrscheinlich Frühentwickler waren, die bereits kurz nach dem Schlüpfen fliegen und sich unabhängig von ihren Eltern ernähren konnten.
Dass Flugsaurier in Kolonien zusammenlebten, basiert dagegen in erster Linie auf theoretischen Annahmen sowie auf einem Fund in der Atacama-Wüste in Chile, wo auf sehr engem Raum sehr viele Überreste junger Flugsaurier gefunden wurden.

Dorygnathus bathensis (Dmitry Bogdanov)

Dorygnathus bathensis (Dmitry Bogdanov)

Das auffälligste Merkmal der Flugsaurier sind die zu großen Schwingen umgestalteten Vorderbeine, die den Tieren sowohl den Gleitflug als auch den aktiven Flug ermöglicht haben. Dabei spannte sich die Flughaut zwischen dem Körper der Tiere und dem Arm mit dem stark verlängerten vierten Finger der Tiere, der dem kleinen Finger beim Menschen entspricht, auf. Die anderen drei Finger bildeten Krallen außerhalb der Flughaut, der erste Finger fehlte.
Die Flügelknochen der Flugsaurier waren in der Regel hohl und sehr dünnwandig. Sie enthielten viele luftgefüllte Bereiche, damit das Gewicht der Knochen nicht zu hoch wurde. Durch Knochenbälkchen wurden vor allem die Enden der größeren Knochen verstärkt. In der Regel werden aus diesem Grunde nur Fragmente der Flügelknochen gefunden, intakte Knochen sind äußerst selten. Die Flügelknochen der beiden Flugsaurierformen unterscheiden sich dabei deutlich.
Der Flügel der Langschwanzflugsaurier besteht aus einem recht kurzen Oberarmknochen (Humerus) und einem relativ kurzen Mittelhandknochen. Die vier Fingerknochen sind dagegen recht lang. Die Krallen sitzen ebenfalls an sehr kurzen Mittelhandknochen. Der Unterarm besteht wie bei allen Wirbeltieren aus zwei Knochen, wobei die Elle (Ulna) etwas länger ist als die Speiche (Radius). Im Querschnitt sind beinahe alle Knochen im Schaftbereich oval, während sie zu den Enden herzförmig werden.
Im Gegensatz dazu sind bei den Kurzschwanzflugsauriern sowohl der Oberarm als auch die Elle massiver und länger, die Speiche ist ebenso lang wie die Elle, nur weniger dick. Besonders die Mittelhandknochen sind sehr viel länger als die der früheren Flugsaurierformen, während entsprechend die Finger in Relation zu den anderen Knochen kürzer werden. Auch Kurzschwanzflugsaurier hatten meist vier Fingerknochen. Die Krallen sind sehr gut ausgebildet und enden ebenfalls an verlängerten Mittelhandknochen. Die Knochenwand ist dünner als die der Langschwanzflugsaurier und verdickt sich zum Ende der Knochen. Der Querschnitt ist hohl und dreieckig und wird zum Ende hin oval. Besonders auffällig sind diese Merkmale bei den sehr großen Formen.
Die Flügel selbst bestanden aus einer Hautstruktur, die durch eng beieinander liegende Fasern, so genannte Aktinofibrillen verstärkt wurde und so zum einen für eine Stabilität des Flügels und zum anderen für eine Rissfestigkeit sorgten. Diese Strukturen konnten an den gut erhaltenen Flughäuten einiger Flugsaurier aus der Santana-Formation untersucht werden.

Die Wirbelsäule der Flugsaurier unterscheidet sich von den früheren Reptilien deutlich und ist der fliegenden Lebensweise und den damit verbundenen Ansprüchen an das Achsenskelett angepasst. In einigen Bereichen ähnelte sie sehr stark der Wirbelsäule der Vögel (Konvergenz) mit einer ausgeprägten Schulterregion und einer massiven Region im Bereich des Beckens. Der Rücken war nur sehr kurz und erlaubte entsprechend nur wenige Bewegungen, den längsten Bereich stellte die Halswirbelsäule dar, entsprechend sind die meisten Einzelfunde von Wirbeln Halswirbel.
Die Halswirbelsäule ist im Vergleich mit anderen Wirbeltieren sehr lang. Der Hals besteht dabei aus acht Wirbeln bei den frühen Flugsauriern, während einige der größeren Spätformen die Anzahl auf sechs reduziert haben. Die beiden ersten Wirbel dieses Abschnitts, der Atlas und der Axis waren meistens zu einem einzigen Wirbelknochen verschmolzen. Die Knochenwand der Wirbel war dünn und der Innenraum bestand aus einem schwammigen Knochengebälk mit großen Lufträumen. Halsrippen existierten im Normalfall nicht.
Die Brustwirbelsäule bestand aus bis zu zwölf Wirbeln, wobei die meisten Arten weniger besaßen. Die ersten Wirbel waren meist zu einer massiven Schulterstruktur verwachsen, an der die Schulterblätter (Scapulae) ansetzten. Dies bildete bei einigen Arten einen langen Knochen, der über sechs bis acht Wirbel reichte.
Die Rückenwirbelsäule bestand aus etwa sechs Wirbelkörpern und war sehr kurz, aber kompakt. Wie alle anderen Wirbelknochen waren sie auch mit einem Gebälk gefüllt, sie wiesen jedoch außerdem noch seitlich ein großen Loch auf, welches den Knochen vollständig durchdrang. Bei den meisten Arten trugen diese Wirbel kurze Bauchrippen.
Die Sakral- oder Lendenwirbelsäule war normalerweise zu einem massiven Knochen verschmolzen, mit dem die Beckenknochen in einer engen Verbindung standen. Bei den frühen Langschwanzflugsauriern war diese Struktur noch relativ locker, bei den Kurzschwanzflugsauriern handelte es sich jedoch um einen einzelnen Beckenknochen. In diesem Bereich befanden sich in der Regel sechs bis acht Wirbelknochen.
Die Schwanzwirbelsäule war bei den Langschwanzflugsauriern sehr lang und konnte aus mehr als 35 Schwanzwirbeln bestehen. Bei einigen dieser Flugsaurierfossilien findet sich am Ende des Schwanzes ein Segelabdruck, dieses diente wahrscheinlich der Navigation und Stabilisierung im Flug. Bei den Kurzschwanzflugsauriern wurde die Anzahl der Schwanzwirbel auf eine geringe Zahl reduziert.

Der Schädel der Flugsaurier ähnelte wie andere Teile des Skeletts dem der Vögel, vor allem durch die verschiedenen Einsparungen und Reduzierungen, die den Schädel leichter machten. Der wesentliche Unterschied betrifft jedoch die Bezahnung, die besonders bei den frühen Flugsauriern sehr gut ausgebildet war. Die massivsten Strukturen und damit diejenigen, die am häufigsten unter Fossilienfunden auftreten, waren die Kieferspitzen sowie der Kieferansatz am Quadratum.
Ein wesentliches Merkmal der Flugsaurier ist ein Ring aus Knochenplatten, der um das Auge lag und dessen biologischer Sinn bislang nicht eindeutig geklärt werden konnte. Wahrscheinlich diente er als Druckausgleichselement. Des Weiteren besaßen die Tiere wie alle anderen Archosaurier ein drittes Schädelfenster vor den Augen (Präfrontales Fenster), während sie das Schläfenfenster reduziert hatten. Viele der Kurzschwanzflugsaurier wiesen hohe und lange Schädelkämme auf, die je nach Interpretation der Schallverstärkung und/oder der Flugstabilisierung gedient haben.

Auch die Zähne sind sehr oft fossil erhalten, allerdings gab es besonders in der späten Kreidezeit eine Reihe von Arten, die keine oder nur sehr kleine Zähne aufwiesen. Die frühesten Flugsaurier hatten mehrspitzige Zähne (in der Regel mit drei Spitzen: Tricuspide Zähne), die etwa bei Rhamphorhynchus von langen und spitzen Zähnen abgelöst wurden. Diese Zähne standen in den langen und dünnen Kiefern über den Mundrand hinaus. Einige der Langschwanzflugsaurier besaßen allerdings auch gar keine Zähne.
Während des oberen Jura nahm die Anzahl der Zähne bei den Flugsauriern ab. Einige Arten behielten noch Zähne am vorderen Ende der Kiefer, andere verloren alle Zähne, wodurch ein schnabelähnlicher Kiefer entstand. Die großen Flugsaurier der späten Kreide hatten durchweg keine Zähne.

Wie die Dinosaurier gehörten auch die Flugsaurier zu den Tiergruppen, die bei ihrer ersten Entdeckung eine enorme Faszination auslösten. Fossilien der Flugsaurier gehören zu den ersten gefundenen Fossilien von Landwirbeltieren überhaupt und wurden entsprechend bereits zu Beginn der Paläontologiegeschichte im frühen 19. Jahrhundert untersucht. Die erste Beschreibung eines Flugsauriers stammt aus dem Jahr 1784 von Cosimo Alessandro Collini. Besonders gut erhaltene Fossilfunde aus Südengland und Deutschland machten die Flugsaurier sowohl innerhalb der wissenschaftlichen Kreise als auch beim Volk populär. Unter den ersten Funden befanden sich Dimorphodon macronyx, der von Mary Anning in der Liasformation bei Lyme Regis entdeckt wurde, sowie Rhamphorhynchus und Pterodaktylus aus dem späten Jura, welche im Plattenkalk von Solnhofen gefunden wurden. Die Funde führten dazu, dass sie etwa als most wondrous creatures of the prehistoric world beschrieben wurden. Der deutsche Naturforscher Georg August Goldfuß vertrat 1831 die Ansicht, dass diese Tiere wohl eher aussähen, als seien sie der Fantasie denn der Natur entsprungen.

Im Laufe des 19. und des 20. Jahrhunderts stieg die Anzahl der Fossilfunde, und vor allem die Artenvielfalt der Gruppe wurde mehr und mehr offensichtlich. Besonders die Plattenkalke in Solnhofen und Eichstätt stellten sich als sehr reiche Lagerstätten fossiler Flugsaurier heraus. So wurde hier der sehr gut erhaltene Rhamphorhynchus longicephalus 1839 als erster Flugsaurier mit einem langen und vollständigen Schwanz entdeckt. In den gleichen Schichten entdeckte man daneben auch kurzschwänzige Tiere, die offensichtlich gleichzeitig gelebt haben müssen. In England war vor allem die Wealden-Formation reich mit Fossilien der Tiere, welche von Gideon Mantell erst als Vögel beschrieben wurden (1822, 1827 und 1837) und deren Zugehörigkeit zu den Flugsauriern Owen 1846 erkannte. Seeley ordnete sie der Gattung Ornithocheirus zu. 1870 entdeckte Othniel Charles Marsh in Kansas Überreste des riesigen Pteranodon und damit des ersten Flugsaurierskelettes in Nordamerika. 1895 führte Felix Plieninger die Unterteilung der Flugsaurier in Langschwanzflugsaurier und Kurzschwanzflugsaurier ein, die erst in den letzten beiden Jahrzehnten durch phylogenetische Untersuchungen revidiert wurde.
Auch im Verlauf des 20. Jahrhunderts nahmen die Fossilfunde und der bekannte Formenreichtum zu. Zu den klassischen Fundstätten kamen weitere hinzu, die eine weltweite Verbreitung der Tiere dokumentieren. Heute liegen etwa besonders ergiebige Fundstellen in der Santana-Formation in Brasilien, in Paki in Senegal und in Nordchina.

Scleromochlus taylori  (© N. Tamura)

Scleromochlus taylori (© N. Tamura)

Als nächster Verwandter der Flugsaurier und zugleich der Dinosaurier wird ein Fossil aus dem schottischen Lossiemouth diskutiert. Dieses Tier, benannt als Scleromochlus taylori, teilt mit beiden Gruppen einige anatomische Merkmale. Aufschlussreich könnte es vor allem für die Evolution des Fliegens bei den Flugsauriern sein, da angenommen wird, dass Scleromochlus taylori ein guter Springer war, der vielleicht sogar eine Vorstufe der Flughäute der Flugsaurier besaß. Bereits 1914 schrieb Huene über Scleromochlus: … it was a parachuting animal, which had skin duplications on the forelimbs, perhaps also in other places. Er nahm an, dass das Tier in den Bäumen lebte und diese als Absprungpunkt für seinen Gleitflug nutzte (arboreale Hypothese).
Präzisiert wird die Theorie der Evolution der Flugsaurier aus Scleromochlus-ähnlichen Vorläufern durch Michael Benton 1999, der weitere Optionen der Lebensweise von Scleromochlus taylori darstellt und vor allem eine sehr detaillierte Merkmalsanalyse des Tieres bietet. Im Gegensatz zu Huene favorisiert er die von Woodward 1907 aufgestellte Theorie, dass Scleromochlus zwar ein Springer war, jedoch nicht Bäume als Absprungpunkt nutzte, sondern ein Bodenläufer mit gut ausgeprägtem Sprungvermögen war (saltatorische Hypothese). Demnach soll sich aus dieser Art des Springers der erste fliegende Flugsaurier entwickelt haben. Bislang ist nicht geklärt, welche der beiden Theorien zutreffend ist, spannend ist jedoch, dass für die Evolution des Fluges bei den Vögeln die gleichen Theorien aufgestellt wurden.

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