Dino-Federvieh – Zum Ursprung von Vogelfeder und Vogelflug
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(119 Seiten, 9173 KB, Stand: 20.11.2017)Zusammenfassung:
Federn als synorganisierte Gebilde. Vogelfedern sind die komplexesten Körperanhänge im gesamten Tierreich. Für ihre Flugtauglichkeit werden höchste Ansprüche an Material, Bau und Steuerung gestellt, damit Leichtheit, Robustheit, Biegsamkeit und Beweglichkeit gewährleistet sind. Der Feinbau mittels Fasern und Faserbündeln aus beta-Keratin ist äußerst komplex und von der im Follikel befindlichen Spule bis zur Spitze unterschiedlich. Das Bogen-Hakenstrahlen-System ermöglicht kontrolliertes Öffnen und leichtes Schließen. Ein komplexes Geflecht aus Muskeln, Sehnen, Nervenbahnen, Sinneskörperchen und Fettgewebe ermöglicht eine abgestimmte Bewegung und straffe Verankerung der Federn. Zur Gewährleistung der Funktionalität der Federn müssen die verschiedenen Aspekte der Federfeinstruktur und des Federbaus fein aufeinander abgestimmt sein (Synorganisation). Die Federn selbst sind nur ein Teil der notwendigen Voraussetzungen für die Flugfähigkeit der Vögel. Auch zahlreichen anatomischen, physiologischen und verhaltensbiologischen Erfordernissen muss Rechnung getragen werden.
Entstehungsmodelle. Evolutionäre Modelle müssen die Details des Federbaus und des Flugsystems sowie ihrer Steuerung berücksichtigen. Das heute gängige Federentstehungsmodell von Prum (1999) und ähnliche Modelle orientieren sich an den ontogenetischen Abfolgen des Federwachstums. Mit 5-8 Stadien sind sie allerdings viel zu grob, um eine evolutionäre Entstehung realistisch modellieren zu können. Ein Großteil der histologischen und anatomischen Verhältnisse bleibt unbeachtet. Ein Abgleich der Modelle mit den einzelnen Erfordernissen für Federn und Flug erweist die Modelle als untauglich. Es ist daher im Wesentlichen ungeklärt, wie flugtaugliche Federn allein durch zukunftsblinde Variation und Selektion und andere rein natürliche Prozesse entstanden sein könnten.
Fossilien. Seit Mitte der 1990er-Jahre ist mehr als ein Dutzend fossiler Gattungen mit flaumartiger Körperbedeckung (sog. „Dino-Flaum“) gefunden worden, die zu verschiedenen Gruppen von Dinosauriern gehören, darunter zu solchen, die in die Nähe der Vögel gestellt werden (sog. „Nicht-Vogel-Dinosaurier“). Daher werden diese faserigen, z. T. büscheligen oder gering verzweigten Körperanhänge meistens als einfache Federn interpretiert und als Protofedern bezeichnet. Es ist aber nicht erkennbar, ob überhaupt Follikel (im Körper eingesenkter Teil der Federn) erhalten waren, und es ist nicht sicher nachweisbar, ob manche dieser Gebilde hohl waren. Die Bezeichnung „Feder“ ist daher fragwürdig. Aufgrund der sehr weiten systematischen Verteilung von „Dino-Flaum“ wird diskutiert, ob eine faserige bzw. haarartige Körperbedeckung ein allgemeines Kennzeichen der Dinosaurier sein könnte, womit es seinen Indiziencharakter als mögliche Federvorstufe einbüßen würde.
Bei einer Reihe von sog. Nicht-Vogel-Dinosauriern unterschiedlicher systematischer Zugehörigkeit wurden auch flächige Konturfedern nachgewiesen. Diese sind im Wesentlichen heutigen Federn vergleichbar. Es ist nicht auszuschließen, dass es sich dabei um sekundär flugunfähig gewordene Vögel handelt. Im Fossilbericht zeigt sich eine deutliche Kluft zwischen Gattungen mit Dino-Flaum und solchen mit Konturfedern.
Stratigraphische Abfolge. Nicht-Vogel-Dinosaurier mit Flaumbedeckung oder Konturfedern sind nicht nur im cladistischen System recht unsystematisch verteilt, sondern treten in den geologischen Stufen ohne klar erkennbare Ordnung auf. Die geologisch ältesten Gattungen mit Konturfedern sind etwa gleich alt wie die ältesten bekannten Gattungen mit Flaum. Viele Nicht-Vogel-Dinosaurier-Gattungen mit Flaum sind geologisch deutlich jünger als eine Reihe von Gattungen mit flächigen Federn und auch jünger als zahlreiche Vogel-Gattungen der Enantiornithes (Gegenvögel) und Ornithurae („Vogelschwänze“). Gemessen an der stratigraphischen Abfolge ist kein Trend einer Federevolution erkennbar.
Hypothesen zu Vogelflug. Bezüglich der Entstehung des Vogelflugs stehen sich die Cursorialtheorie (evolutiver Beginn des Fluges mit schnellen Läufern vom Boden aus) und die Arborealtheorie (Beginn von Bäumen aus) gegenüber. Die Begründungen für die konkurrierenden Modelle sind ziemlich vage und beruhen vor allem auf Gegenargumenten gegen das jeweils konkurrierende Modell. Die Einwände sind so zahlreich und grundlegend, dass beide Szenarien unglaubhaft sind. Neuere Ansätze wie Flugentstehung auf dem Weg über das „WAIR“-Verhalten („wing-assisted incline running“) oder ein „Sturzflug-Modell“ (Pouncing-Proavis-Modell) scheitern ebenfalls an zahlreichen Einwänden. Wie bei den Federentstehungsmodellen bleiben viele relevante Details unberücksichtigt, weshalb auch die Flugentstehungsmodelle unrealistisch sind.
Selektionsfaktoren. Bis auf wenige Ausnahmen sind die Wissenschaftler der Auffassung, dass Federn nicht von Anfang an auf Flugfähigkeit selektiert wurden, sondern zunächst eine andere Funktion erfüllt haben und später für Flugzwecke kooptiert wurden. Über eine mögliche Erstfunktion (und damit zusammenhängend anfängliche Selektionsdrücke) gibt es verschiedene Auffassungen, ein Konsens ist nicht in Sicht, und Fossilien ermöglichen dazu keine Klärung. Mit dem Umweg über eine andere Erstfunktion von Federn als die der Flugtauglichkeit wird zudem nur sehr wenig gewonnen, weil ein Großteil der für das Fliegen erforderlichen Einrichtungen für alle anderen diskutierten Zwecke nicht benötigt wird.
Methodische Fragen. Die Frage nach der Testbarkeit von Feder- und Flugentstehungstheorien wird in der Fachliteratur nur selten behandelt. Ein direkter (experimenteller) Test ist grundsätzlich nicht möglich, da es sich um historische Prozesse handelt, die anders als im experimentellen Bereich durch möglichst viele bestätigende Befunde (im Vergleich zu konkurrierenden Hypothesen) geprüft werden. Diskutiert werden folgende Kriterien: Änderungsschritte müssen realistisch, kontinuierlich und in der zeitlichen Abfolge passend sein, zu Cladogrammen passen, die funktionelle Ganzheit der Organismen muss berücksichtigt werden. Diese Testkriterien sind jedoch weich, in der Praxis meist vage. Vor allem fallen die vorgeschlagenen Modelle dem Kriterium der Kontinuität und der Berücksichtigung der funktionellen Ganzheit durch.
Schöpfung. Ein grundlegendes Kennzeichen von Wissenschaft ist Wahrheitsorientierung und somit Offenheit auch für grundsätzlich verschiedene Ansätze. Die Möglichkeit einer Schöpfung – einer willentlichen, zielorientierten Hervorbringung durch einen geistbegabten Schöpfer – kann nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden. Die Festlegung auf den naturalistischen Ansatz, wonach nur Naturgesetze, Zufall und plausible Randbedingungen in Erklärungen zugelassen, ist wissenschaftstheoretisch nicht zu rechtfertigen und führt zu Zirkelschlüssen. Zahlreiche Befunde im Bau von Federn und in der Fossilüberlieferung sowie das nachhaltige Scheitern naturalistischer Entstehungshypothesen zur Entstehung von Vogelfeder und Vogelflug können als Indizien für einen Schöpfer gewertet werden.
Abstract in English (via DeepL): Dino-poultry – On the origin of bird feathers and bird flight
Feathers as synorganized structures. Bird feathers are the most complex appendages in the entire animal kingdom. Their flight capability places the highest demands on material, construction, and control to ensure lightness, robustness, flexibility, and mobility. The fine structure, consisting of fibers and fiber bundles made of beta-keratin, is extremely complex and varies from the coil in the follicle to the tip. The bow-and-hook system allows for controlled opening and easy closing. A complex network of muscles, tendons, nerve pathways, sensory corpuscles, and fatty tissue enables coordinated movement and firm anchoring of the feathers. To ensure the functionality of the feathers, the various aspects of the feather’s fine structure and construction must be finely coordinated (synorganisation). The feathers themselves are only one part of the necessary prerequisites for birds‘ ability to fly. Numerous anatomical, physiological and behavioural biological requirements must also be taken into account.
Models of origin. Evolutionary models must take into account the details of feather structure and the flight system, as well as their control. The currently accepted model of feather origin by Prum (1999) and similar models are based on the ontogenetic sequences of feather growth. However, with 5-8 stages, they are far too crude to realistically model evolutionary origin. Most of the histological and anatomical conditions are ignored. A comparison of the models with the individual requirements for feathers and flight proves the models to be unsuitable. It therefore remains essentially unclear how flight-capable feathers could have developed solely through blind variation and selection and other purely natural processes.
Fossils. Since the mid-1990s, more than a dozen fossil genera with downy body coverings (so-called “dino-fuzz”) have been found, belonging to various groups of dinosaurs, including those classified as close to birds (so-called “non-avian dinosaurs”). Therefore, these fibrous, sometimes tufted or slightly branched body appendages are usually interpreted as simple feathers and referred to as protofeathers. However, it is not clear whether follicles (the part of the feather embedded in the body) were preserved at all, and it cannot be proven with certainty whether some of these structures were hollow. The term “feather” is therefore questionable. Due to the very wide systematic distribution of “dino-fluff,” there is debate as to whether a fibrous or hair-like body covering could be a general characteristic of dinosaurs, which would mean that it would lose its indicative character as a possible precursor to feathers.
Flat contour feathers have also been found in a number of so-called non-avian dinosaurs of different systematic affiliations. These are essentially comparable to today’s feathers. It cannot be ruled out that these are birds that have become secondarily flightless. The fossil record shows a clear divide between genera with dino-fluff and those with contour feathers.
Stratigraphic sequence. Non-avian dinosaurs with down or contour feathers are not only distributed rather unsystematically in the cladistic system, but also occur in geological stages without any clearly recognizable order. The geologically oldest genera with contour feathers are about the same age as the oldest known genera with down. Many non-avian dinosaur genera with down are geologically significantly younger than a number of genera with flat feathers and also younger than numerous bird genera of the Enantiornithes (counterbirds) and Ornithurae (“bird tails”). Measured by the stratigraphic sequence, no trend of feather evolution is apparent.
Hypotheses on bird flight. Regarding the origin of bird flight, the cursorial theory (evolutionary beginning of flight with fast runners from the ground) and the arboreal theory (beginning from trees) are opposed. The justifications for the competing models are rather vague and are based primarily on counterarguments against the respective competing model. The objections are so numerous and fundamental that both scenarios are implausible. More recent approaches, such as the origin of flight via “WAIR” behavior (“wing-assisted incline running”) or a “dive model” (Pouncing-Proavis model), also fail due to numerous objections. As with the feather origin models, many relevant details are not taken into account, which is why the flight origin models are also unrealistic.
Selection factors. With a few exceptions, scientists believe that feathers were not selected for flight capability from the outset, but initially served a different function and were later co-opted for flight purposes. There are different views on a possible initial function (and related initial selection pressures), no consensus is in sight, and fossils do not provide any clarification. The detour via a different initial function of feathers than that of flight capability also yields very little, because most of the mechanisms required for flying are not needed for any of the other purposes discussed.
Methodological questions. The question of the testability of theories on the origin of feathers and flight is rarely addressed in the specialist literature. A direct (experimental) test is fundamentally impossible because these are historical processes that, unlike in the experimental field, are tested by as many confirmatory findings as possible (in comparison with competing hypotheses). The following criteria are discussed: steps of change must be realistic, continuous, and appropriate in terms of chronological sequence; they must fit cladograms; and the functional integrity of organisms must be taken into account. However, these test criteria are soft and, in practice, mostly vague. Above all, the proposed models fail to meet the criteria of continuity and consideration of functional integrity.
Creation. A fundamental characteristic of science is its orientation toward truth and thus its openness to fundamentally different approaches. The possibility of creation—a deliberate, goal-oriented creation by an intelligent creator—cannot be fundamentally ruled out. The commitment to the naturalistic approach, according to which only natural laws, chance, and plausible boundary conditions are allowed in explanations, cannot be justified in terms of scientific theory and leads to circular reasoning. Numerous findings in the structure of feathers and in the fossil record, as well as the persistent failure of naturalistic hypotheses on the origin of bird feathers and bird flight, can be interpreted as evidence for a creator.
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