Wie schnell Tiere mit den Flügeln schlagen

Kolibris schlagen bis zu 80 Mal pro Sekunde mit ihren Flügeln, Mücken bringen es sogar auf 1500 Flügelschläge. Ein Schwan muss dagegen nur zweimal pro Sekunde seine Flügel bewegen, um sich sicher in der Luft zu halten. So unterschiedlich diese Daten auch sind, sie folgen einem simplen mathematischen Zusammenhang. Selbst die Frequenz der Flossenschläge von Walen fügt sich in dieses von einer Forschungsgruppe neu entwickelte Modell ein. Über den universellen, artenübergreifenden Zusammenhang der Flügelschläge berichten sie in der Fachzeitschrift „PLOS ONE".

Ob Kolibri, Mücke oder Schwan – alle diese Tiere streben danach, mit möglichst geringem Energieaufwand zu fliegen. Doch wie genau gelingt ihnen das? Lange nahmen Biologinnen und Biologen an, dass die Häufigkeit der Flügelschläge nur von der Flügelgröße abhängt: Je größer die Flügel, desto langsamer muss das Tier diese bewegen. Doch dieser Zusammenhang konnte mit Beobachtungen und Messdaten nicht bestätigt werden. Daher betrachtete die Arbeitsgruppe um Jens Højgaard Jensen von der Universität Roskilde in Dänemark nun den Flügel- beziehungsweise Flossenschlag von 414 fliegenden und schwimmenden Tieren, darunter verschiedene Insekten, Vögel, Fledermäuse und Wale.

Ein einfacher mathematischer Zusammenhang

Wie erwartet schlagen kleinere Tiere deutlich häufiger mit ihren Flügeln und Flossen als größere. Doch ein einfacher linearer Zusammenhang mit dem Körpergewicht ergab sich aus den verfügbaren Messdaten nicht. Daher ließen die Forschenden zusätzlich auch die Flügelfläche in ihr neues Modell mit einfließen. Das Ergebnis: Die Frequenz des Flügelschlags ist proportional zur Quadratwurzel der Körpermasse geteilt durch die Flügelfläche. Dieser Zusammenhang gilt für alle untersuchten Tierarten mit nur geringen Abweichungen.

Die Studie zeigt erstmals, dass eine relativ einfache mathematische Gleichung die Frequenz von Flügel- und Flossenschlägen beschreiben kann. Die Anwendung reicht sogar über heute lebende Tiere hinaus. Denn dank der Gleichung konnten die Forschenden auch das Flugverhalten des lange ausgestorbenen Flugsauriers – Quetzalcoatlus northropi – bestimmen. Dieses größte flugfähige Tier der Erdgeschichte schlug seine rund zehn Quadratmeter großen Flügel weniger als ein Mal pro Sekunde. Lediglich bei besonders kleinen Flugobjekten gerät die Gleichung an ihre Grenzen: Die Bewegung von künstlichen, fliegenden Nanobots, die weniger als einen Millimeter groß sind, lässt sich nicht mehr korrekt beschreiben. Denn auf diesen kleinen Skalen treten andere physikalische Effekte auf.