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Urvogel Archaeopteryx

Zu schön zum Fliegen

>>> Archaeopteryx plumage: First show-off, then take-off

Paläontologen der LMU untersuchen detailliert das bislang besterhaltene Federkleid eines Archaeopteryx. Ihre Ergebnisse zeigen, wie und wofür Federn entstanden sind und verraten Entscheidendes über die Entwicklung der Flugfähigkeit.

Archaeopteryx sorgt 150 Millionen Jahre nach seinem Erdendasein für Überraschung. Das elfte bislang bekannte Fossil des Urvogels hat das bislang besterhaltene Federkleid, was detaillierte Vergleiche mit anderen Tieren erlaubt. Es wird unter der Leitung von Dr. Oliver Rauhut untersucht, Paläontologe am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU sowie in der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie in München. Über die erste Auswertung des Federkleids berichten die beteiligten Wissenschaftler aktuell in der Fachzeitschrift Nature. Ihre Ergebnisse sind ein entscheidender Beitrag zur Debatte um die Evolution der Federn und des Vogelflugs. Sie zeigen, dass die Entwicklung der Federn und Flugfähigkeit wesentlich komplexer waren als bislang gedacht.

„Wir konnten zum ersten Mal die Details der Federn untersuchen, an Körper und Schwanz und vor allem auch an den Beinen“, sagt Oliver Rauhut. Bei dem Fossil sind die Federn größtenteils als Abdruck im Gestein enthalten. „Der Vergleich mit anderen gefiederten Raubdinosauriern zeigt, dass das Federkleid bei diesen Tieren in den verschiedenen Körperregionen sehr variabel war. Das deutet darauf hin, dass die Federn nicht zum Fliegen, sondern in anderen funktionellen Zusammenhängen entstanden sind“, sagt Erstautor Christian Foth von der LMU und der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie in München.

Schmückendes Federkleid
Das Federkleid diente dem Archaeopteryx vermutlich zur Wärmeisolation. Außerdem nutzten die fortschrittlichen Raubsaurier und frühen Vögel beim schnellen Laufen ihre Armschwingen zum Halten der Balance, so wie dies heute beim Strauß zu beobachten ist. Und die Federn waren nützlich bei der Brut, aber auch als Tarnung und Schmuck. Vor allem die Federn am Schwanz, Flügel und Hinterbeinen hatten schmückende Funktion. Fliegen konnte der Urvogel vermutlich auch. „Interessanterweise waren die seitlichen Schwanzfedern von Archaeopteryx aerodynamisch geformt, und dürften daher auch eine wichtige Rolle bei der Flugfähigkeit gespielt haben“, sagt Foth.

Die Wissenschaftler haben das rekonstruierte Federkleid des Archaeopteryx-Fossils in eine Übersicht aller bislang bekannten Federformen bei Sauriern eingeordnet. Die Vielfalt der Federn ist beachtlich. Es gab Saurier mit gefiederten Beinen, manche hatten lange Federn bis zu den Zehen, andere daunenartiges Gefieder. „Wären die Federn primär für das Flugvermögen entstanden, dann hätte das die Variation aus funktionalen Gründen vermutlich eingeschränkt. So sehen wir in den Flügeln früherer Vögel weniger Variation als in den Hinterbeinen oder am Schwanz“, erklärt Foth.

Vielmehr fand die Entwicklung genau umgekehrt statt: Waren die Federn erst mal da, wurden sie später zum Fliegen genutzt. „Es kann gut sein, dass das Flugvermögen innerhalb der Raubdinosaurier mehr als einmal entstanden ist“, sagt Rauhut. „Da die Federn bereits vorhanden waren, konnten die Raubsaurier und ihre Nachfahren, die Vögel, bei der Entwicklung des Flugvermögens auf diese Strukturen in unterschiedlicher Form zurückgreifen“. Die Ergebnisse der Forscher widersprechen zudem der Theorie, dass sich der Vogelflug aus einem vierflügeligen Gleitflug entwickelt hat.

Nationales Kulturgut
Archaeopteryx ist der älteste bekannte Vogel. Er gilt als Übergangsform zwischen Reptilien und Vögel und belegt, dass die heutigen Vögel direkte Nachfahren von Raubsauriern und somit selber Dinosaurier sind. In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche gefiederte Dinosaurier in China gefunden, die nun helfen, Archaeopteyx in seinen evolutiven Kontext zu stellen. Wann sich Federn und wie oft sich das Flugvermögen entwickelten, ist umstritten.

Das elfte bekannte Fossil des Archaeopteryx ist noch in Privatbesitz. Es kommt wie alle bislang bekannten Fossile des Urvogels aus dem Altmühltal in Bayern, das damals in den nördlichen Tropen lag und von einem flachen Meer bedeckt war. Das Fossil ist in Kalkstein eingebettet. „Der Sammler war nicht nur bereit, das Stück der Wissenschaft zu überlassen. Er ließ es auch in das Register nationalen Kulturguts eintragen, um sicherzustellen, dass es der Wissenschaft erhalten bleibt. Das zeigt beispielhaft die gute Zusammenarbeit zwischen Privatsammlern und Wissenschaftlern in der Paläontologie“, sagt Rauhut. Finanzielle Unterstützung bei der Analyse des Fossils erhielten die Wissenschaftler von der Volkswagen-Stiftung.

Kontakt:
Dr. Oliver Rauhut
Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU
Tel.: 089 / 2180 - 6645
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.

Dr. Christian Foth
Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU
Tel.: 089 / 2180 – 6613
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.

Publikation:
Christian Foth, Helmut Tischlinger & Oliver W. M. Rauhut:
New specimen of Archaeopteryx provides insights into the evolution of pennaceous feathers
In: Nature, 03 July 2014

Archaeopteryx plumage: First show-off, then take-off

LMU paleontologists are currently studying a new specimen of Archaeopteryx, which reveals previously unknown features of the plumage. The initial findings shed light on the original function of feathers and their recruitment for flight.


A century and a half after its discovery and a mere 150 million years or so since it took to the air, Archaeopteryx still has surprises in store: The eleventh specimen of the iconic “basal bird” so far discovered turns out to have the best preserved plumage of all, permitting detailed comparisons to be made with other feathered dinosaurs. The fossil is being subjected to a thorough examination by a team led by Dr. Oliver Rauhut, a paleontologist in the Department of Earth and Environmental Sciences at LMU Munich, who is also affiliated with the Bavarian State Collection for Paleontology and Geology in Munich. The first results of their analysis of the plumage are reported in the latest issue of Nature. The new data make a significant contribution to the ongoing debate over the evolution of feathers and its relationship to avian flight. They also imply that the links between feather development and the origin of flight are probably much more complex than has been assumed up to now.

“For the first time, it has become possible to examine the detailed structure of the feathers on the body, the tail and, above all, on the legs,” says Oliver Rauhut. In the case of this new specimen, the feathers are, for the most part, preserved as impressions in the rock matrix. “Comparisons with other feathered predatory dinosaurs indicate that the plumage in the different regions of the body varied widely between these species. That suggests that primordial feathers did not evolve in connection with flight-related roles, but originated in other functional contexts,” says Dr. Christian Foth of LMU and the Bavarian State Collection for Paleontology and Geology in Munich, first author on the new paper.

To keep warm and to catch the eye
Predatory dinosaurs (theropods) with body plumage are now known to predate Archaeopteryx, and their feathers probably provided thermal insulation. Advanced species of predatory dinosaurs and primitive birds with feathered forelimbs may have used them as balance organs when running, like ostriches do today. Moreover, feathers could have served useful functions in brooding, camouflage and display. Indeed, the feathers on the tail, wings and hind-limbs most probably fulfilled functions in display, although it is very likely that Archaeopteryx was also capable of flight. “Interestingly, the lateral feathers in the tail of Archaeopteryx had an aerodynamic form, and most probably played an important role in its aerial abilities,” says Foth.

On the basis of their investigation of the plumage of the new fossil, the researchers have been able to clarify the taxonomical relationship between Archaeopteryx and other species of feathered dinosaur. Here, the diversity in form and distribution of the feather tracts is particularly striking. For instance, among dinosaurs that had feathers on their legs, many had long feathers extending to the toes, while others had shorter down-like plumage. “If feathers had evolved originally for flight, functional constraints should have restricted their range of variation. And in primitive birds we do see less variation in wing feathers than in those on the hind-limbs or the tail,” explains Foth.

These observations imply that feathers acquired their aerodynamic functions secondarily: Once feathers had been invented, they could be co-opted for flight. “It is even possible that the ability to fly evolved more than once within the theropods,” says Rauhut. “Since the feathers were already present, different groups of predatory dinosaurs and their descendants, the birds, could have exploited these structures in different ways.” The new results also contradict the theory that powered avian flight evolved from earlier four-winged species that were able to glide.

A cultural treasure
Archaeopteryx represents a transitional form between reptiles and birds and is the best-known, and possibly the earliest, bird fossil. It proves that modern birds are directly descended from predatory dinosaurs, and are themselves essentially modern-day dinosaurs. The many new fossil species of feathered dinosaurs discovered in China in recent years have made it possible to place Archaeopteryx within a larger evolutionary context. However, when feathers first appeared and how often flight evolved are matters that are still under debate.

The eleventh known specimen of Archaeopteryx is still in private hands. Like all other examples of the genus, it was found in the Altmühl valley in Bavaria, which in Late Jurassic times lay in the northern tropics, and at the bottom of a shallow sea, as all Archaeopteryx fossils found so far have been recovered from limestone deposits. “The collector was not only willing to make the specimen available for study, he also had it registered on the list of protected German Cultural Treasures to ensure that it would remain accessible to science. This is a very good example of successful cooperation between private collectors and academic paleontologists,” says Rauhut. The detailed analysis of the fossil was made possible by financial support from the Volkswagen Foundation.


Contact:
Dr. Oliver Rauhut
Department of Earth and Environmental Sciences, LMU Munich
Phone: +49 (0) 89/2180-6645
Email: Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.

Dr. Christian Foth
Department of Earth and Environmental Sciences, LMU Munich
Phone: +49 (0) 89/2180-6613
Email: Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.

Publication:

Christian Foth, Helmut Tischlinger & Oliver W. M. Rauhut:
New specimen of Archaeopteryx provides insights into the evolution of pennaceous feathers
Nature, 03 July 2014


 

 
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