eine Ausstellung im Terminal II des Frankfurt Airport ab dem 27.01.2017

Etwa 200.000 Menschen kommen jeden Tag zum Frankfurter Flughafen. Die meisten um zu reisen. Viele auch zum Arbeiten, Einkaufen, Essengehen oder um aufsteigende und landende Flugzeuge zu beobachten. Seit dem 26. Januar 2017 wartet eine weitere Attraktion auf alle Reisenden und Flughafenbesucher: Im Terminal 2 zeigen die Fraport AG und die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung ihre Kooperationsausstellung „Evolution des Fluges“: Unter riesengroßen Nachbildungen von Flugsauriern werden auf zwei „Sciencecubes“ in Texten, Bildern und Filmen faszinierende Fakten zum Thema Fliegen präsentiert.

Evolution des Fluges

Die Fähigkeit zu Fliegen wurde in der Erdgeschichte mehrfach unabhängig voneinander entwickelt. Die ersten Lebewesen, die sich in die Luft erhoben, waren vor 400 Millionen Jahren Insekten – Reptilien, Vögel und Säugetiere folgten. Der Mensch nahm sich diese Baupläne der Natur zum Vorbild und entwickelte verschiedene Fluggeräte. Wie ähnlich diese häufig dem Original sind, wird im direkten Vergleich deutlich.

Grundprinzipien des Fluges

Auf einen Körper, der in der Luft schwebt, wirken zwei entgegengesetzte Kräfte: Die Schwerkraft zieht den Körper nach unten, der Auftrieb drückt ihn nach oben. Fliegen heißt demnach vor allem, die Erdanziehungskraft zu überwinden. Um sich vorwärts zu bewegen, bedarf es eines Antriebs. Dieser Kraft wirkt die Reibung entgegen.
Allgemein unterscheidet man zwischen dem passiven und dem aktiven Flug. Beim aktiven Flug wird der Antrieb und Auftrieb durch Muskelkraft, z. B. durch den Flügelschlag, erzeugt, während hierzu bei dem passiven Flug mit Hilfe der Tragflächen Luftströmungen und Aufwinde genutzt werden.

Tragflächen

Je aerodynamischer ein Körper ist, desto weniger Energie muss aufgebracht werden, um zu fliegen. Bei Fledermäusen spannt sich eine Flughaut zwischen den Fingern, den Armen, den Beinen und dem Schwanz auf. Ähnlich verhält es sich bei Flugsauriern. Hier ist jedoch nur ein Finger pro Hand in die Flughaut eingebunden. Diese Flügel sind beweglich, und gleichzeitig extrem leicht gebaut.
Tragflächen von Flugzeugen weisen einen charakteristischen Querschnitt auf, der dem von Vögeln entspricht. Er dient dazu, Luftströmungen optimal zu lenken. Diese Tragflächen sind allerdings starr, die Steuerung und der Antrieb erfolgen durch andere Elemente.

Die Feder

Vor über 140 Millionen Jahren entwickelten sich bei einigen Dinosauriern Federn. Bereits der „Urvogel“ Archaeopteryx verfügte über ein differenziertes Gefieder, wie wir es von heutigen Vögeln kennen: Zur Isolierung dienten Flaumfedern, während die Schwingen mit asymmetrischen Flugfedern versehen waren. Federn sind ein Meisterwerk der Leichtbauweise. Der Schaft ist hohl, und die Äste werden durch feinste Strahlen wie ein Klettverschluss miteinander verbunden. Der Vogel mit der größten Flügelspannweite von 3,60 m ist der Albatros. Er erreicht ein Gewicht von zwölf Kilogramm.

Libellen – die wahren Luftakrobaten

Libellen bringen erstaunliche Flugleistungen hervor. Von einer indischen Art ist bekannt, dass sie im Nonstopflug bis zu 18.000 km zurücklegen kann. Edellibellen erreichen bei einer Flügelschlagfrequenz von 30 Schlägen pro Sekunde Geschwindigkeiten von bis zu 50 km/h. Die Beschleunigung erreicht den 30fachen Wert der Erdbeschleunigung, das ist weit mehr als bei einem modernen Kampfjet. Zudem sind sie äußerst wendig und können wie ein Hubschrauber in der Luft stehen bleiben.

Wasser und Luft

Luft ist ein Gemisch unterschiedlicher Gase. Die einzelnen Moleküle bewegen sich frei und berühren sich nicht. Wasser ist eine Flüssigkeit, die Moleküle bilden Ketten. Im Gegensatz zur Luft ist Wasser nicht komprimierbar. Auch in der Dichte unterscheiden sich Luft und Wasser wesentlich voneinander: Ein Kubikmeter Luft wiegt lediglich 1,3 kg, ein Kubikmeter Wasser ganze 1.000 kg. Einige Lebewesen „fliegen“ im Wasser. Hierbei wirken ähnliche Kräfte wie in der Luft, aber aufgrund des Dichteunterschieds in anderen Dimensionen – daher unterscheiden sich die Antriebsmechanismen.

Grey’s Fischversuch

Der englische Zoologe Sir James Grey erklärte in den 1930er Jahren in einem Versuch, wie sich Tiere im Wasser und an Land fortbewegen. Er nahm dazu eine Forelle aus dem Wasser und legte sie auf eine nasse Platte. Der Fisch bog sich lediglich zuckend hin und her, bewegte sich jedoch kaum vom Fleck. Zum Vergleich ließ Grey das Tier durch einen Parcours von Nägeln gleiten, die in die Platte geschlagen waren. Sofort war der Fisch in der Lage, voranzukommen: Die Nägel als Widerlager nutzend, konnte er sich von diesen abstoßen und vorwärts bewegen. Auf ganz ähnliche Weise stößt sich ein Fisch vom Wasser ab. Dieses Prinzip gilt auch in der Luft.

Schwimmen Fliegen?

Sehr kleine Insekten haben einen eigenen Weg gefunden, zu fliegen: Mit bis zu 1.000 Flügelschlägen pro Sekunde paddeln sie durch die Luft. Diese ist, zurückgerechnet auf menschliche Maßstäbe, zäh wie Honig. Somit könnte man solche Insekten als Luftschwimmer bezeichnen. Die Flügel sind in sich starr. Erst in der Zeitlupe zeigt sich, dass eine gewöhnliche Fruchtfliege eine ähnliche Rudertechnik einsetzt, wie es Sportruderer tun.

Unterwasserflieger

Verschiedene Tiergruppen bewegen im Wasser ihre paddelartig geformten Extremitäten wie Flügel. Meeresreptilien wie Liopleurodon oder Meeresschildkröten verfügen über flossenförmige Arme bzw. Beine. Da die Impulsübertragung im flüssigen Medium viel effizienter und gleichzeitig die Reibung deutlich größer ist als in der Luft, können und müssen die Paddel wesentlich kleiner sein, als etwa die Flügel eines Vogels. Auch einige Vögel, wie etwa die Pinguine, nutzen den Unterwasserflug. Der Papageientaucher kann sogar in beiden Medien fliegen.

Schweben im Wasser

Für ein Tier ist es kaum möglich, wie ein Ballon in der Luft zu schweben. Zu groß ist der Unterschied zwischen der Dichte der Luft und der des Körpers. Weit weniger dramatisch ist der Unterschied zur Dichte des Wassers. Bei nicht wenigen Tiergruppen, etwa bei den Quallen, ist die Dichte sogar nahezu gleich. Tiere, die aufgrund höherer Dichte zum Absinken neigen, nutzen Auftriebsorgane, wie etwa Lungen (z. B. Schildkröten), Luftsacksysteme (Vögel), Schwimmblasen (Fische) oder Fett bzw. Öl (z. B. Haie). Der Nautilus verfügt sogar über mit Gas gefüllte Kammern im Gehäuse, die er nach Bedarf fluten oder leer pumpen kann. Dieses Prinzip nutzen auch U-Boote.

Fliegen wie ein Tintenfisch?

Wie in der Luft gibt es auch unter Wasser unterschiedliche Arten der Fortbewegung. Eine besondere Technik beherrschen einige Tintenfische, wie der Pfeilkalmar. Schon seine ausgestorbenen Verwandten – Belemniten – wandten das Rückstoßprinzip an: Dabei wird Wasser durch einen engen Trichter aus der Mantelhöhle der Tiere mit sehr hoher Geschwindigkeit heraus gepresst. Der Wasserstrahl bewirkt einen großen Antriebsimpuls, sodass sich das Tier durch Wiederholen dieses Vorganges stoßweise fortbewegt. Fossile Ammoniten und der heute noch lebende Nautilus verfügen über ein Gehäuse, in dem sie Gase einschließen und so zusätzlichen Auftrieb erzeugen können. Der Mensch macht sich das Rückstoßprinzip bei Raketen, Düsenjets oder Wasserstrahlturbinen zu Nutzen.

Tupandactylus imperator (Flugsaurier)

Gruppe: Kurzschwanz-Flugsaurier

Alter: Frühe Kreidezeit vor ca. 120 Millionen Jahren; Santana-Formation

Verbreitung: Brasilien (Ceará)

Vor rund 120 Millionen Jahren lebten zahlreiche Arten von Flugsauriern auf der Erde. Viele waren auf den Fischfang spezialisiert, so auch Tupandactylus. Wie sein kleinerer Vetter Tapejara, zeichnet auch diese Kurzschwanz-Flugsaurier ein riesiger Kamm aus, der eine Fläche von mehr als einem Quadratmeter erreicht. Die Funktion ist unklar, vielleicht diente er als Ruder, vielleicht der Thermoregulation, vielleicht aber auch einfach nur dem Imponiergehabe.

Liopleurodon rossicus (Meeressaurier)

Gruppe: Meeressaurier, Pliosaurier

Alter: Mittlere Jurazeit vor ca. 160 Millionen Jahren; z.B. Oxford-Clay-Formation

Verbreitung: Europa

Liopleurodon war der größte Meeressaurier aller Zeiten. Einige Exemplare erreichten Längen von 15 m, und besaßen Zähne, die über 20 cm lang wurden. Liopleurodon war zur Zeit des Mittleren Jura, vor 160 Millionen Jahren, unbestritten der Top-Räuber in den tropischen Flachmeeren Europas. Diese Pliosaurier bewegten sich durch einen regelrechten Unterwasserflug fort: Alle vier Extremitäten waren zu riesigen Flossenpaddeln entwickelt. Dennoch verrät ihr Skelettbau die Abstammung von landlebenden Vorfahren.

Pteranodon (Flugsaurier)

Gruppe: Kurzschwanz-Flugsaurier

Alter: Späte Kreidezeit vor ca. 70 Millionen Jahren

Verbreitung: Nordamerika

Pteranodon gehörte mit einer Flügelspannweite von sieben Metern zu den größten Flugechsen aller Zeiten. Wie bei allen Flugsauriern spannte sich seine Flughaut zwischen einem stark verlängerten Finger und seinem Hinterbein auf. Sie machte Pteranodon zu einem effizienten Segler, der mit seinem zahnlosen Schnabel Fische im Ozean jagte. Mit dem gebogenen Unterkiefer schnappte er Fische aus dem Wasser und schluckte sie direkt am Stück herunter. Ob der Kamm an seinem Hinterkopf als Steuerruder, als Gegengewicht zum schweren Kopf oder dem Imponiergehabe diente, ist bisher unbekannt.

Mitwirkende: Geschichte

Bilder: Sven Traenkner, Lidia Bohn (Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung), Fraport, Ralph Morse (LIFE Photo Collection)
Filme: Die Infografen im Auftrag von Fraport und Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung
Texte: Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung
Weitere Informationen über die Sonderausstellung unter https://www.frankfurt-airport.com/de/reisen/rund-um-den-flug.detail.suffix.html/article/faszination-airport/events---airlebnis/ausstellung-evolution-des-fluges.html

Quelle: Alle Medien
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