Fliegen in der optimalen Formation

Im Frühjahr wie im Herbst lassen sich am Himmel immer wieder Zugvögelschwärme in V-Formation am Himmel beobachten. Theoretiker vermuten schon länger, dass es eine Anordnung gibt, in der sie besonders wenig Energie für ihren Flug brauchen. Ein internationales Forscherteam um Steven Portugal von der University of London hat jetzt erstmals Messungen an frei fliegenden Waldrappen (Geronticus eremita) durchgeführt. Das Experiment zeigt, wie die Vögel im Formationsflug eine optimale Aerodynamik erzielen: indem sie nicht nur ihre Positionen, sondern auch ihre Flügelschläge überraschend präzise aufeinander abstimmen. Die Forscher stellen ihre Messergebnisse zusammen mit einer Videoauswertung im Fachmagazin „Nature“ vor.

Vögel haben mit Flugzeugen gemeinsam, dass sich an ihren Flügelspitzen zwei gegenrotierende Luftwirbel bilden. Diese sogenannten Wirbelschleppen können nachfolgende Flugzeuge gefährden, weshalb die Maschinen beim Starten und Landen einen gewissen Mindestabstand voneinander einhalten müssen. Wenn Zugvögel gemeinsam fliegen, müssen sie eine zusätzliche Herausforderung bewältigen, denn ihre Flügel sind nicht starr wie bei einem Flugzeug, sondern schwingen auf und ab. Die Wirbelschleppen an ihren Flügelenden folgen dieser wogenden Bewegung. Um nicht in den Abwärtssog eines vorausfliegenden Schwarmmitglieds zu geraten, muss jeder Vogel sowohl seine relative Position als auch den Takt seiner Flügelschläge auf dieses Tier abstimmen. Und dabei kann er sogar profitieren: Etwas außerhalb des Abwärtssogs befindet sich ein kleiner Bereich, in dem die Luftzirkulation der Wirbel einen Auftrieb erzeugt.

Tatsächlich lassen sich theoretische Vorhersagen für eine optimale Flugposition in der V-Formation treffen. Doch die aerodynamisch perfekte Anordnung zu finden, ist eine komplexe Aufgabe. Forscher haben es bislang nicht für möglich gehalten, dass den Zugvögeln dieses Kunststück gelingen könnte. Waldrappen – das sind Zugvögel aus der Unterfamilie der Ibisse – meistern diese Herausforderung mit Bravour, wie Portugal und seine Kollegen mit ihrem Experiment nun beweisen. Die Forscher schnallten 14 Jungvögeln jeweils einen kleinen Rucksack, bestehend aus einem GPS-Gerät und einer selbstgebauten Messeinheit, auf den Rücken. Mit seinen 23 Gramm machte das Gepäck höchstens drei Prozent des Körpergewichts eines Vogels aus. Dann beobachteten sie die Waldrappen während eines V-Formationsfluges in freier Wildbahn. Dabei zeichneten sie die genaue Position, Ausrichtung, Geschwindigkeit und jeden einzelnen Flügelschlag über einen Zeitraum von 43 Minuten auf.

Die Vögel korrigierten oft ihre Position und den Takt ihrer Flügelschläge, um sich aerodynamische Vorteile zu verschaffen. Solche, die räumlich versetzt in den seitlichen Linien flogen, schwangen ihre Flügel in gleicher Phase und achteten darauf, ihre Flügelspitzen sorgfältig zu platzieren. Dadurch konnten sie von dem Auftrieb profitieren, den das vorausfliegende Tier mit den Wirbeln an seinen Flügelspitzen erzeugte. Die Schwarmmitglieder hingegen, die direkt hinter dem Vogel an der Spitze flogen, schlugen ihre Flügel im Gegentakt. Auf diese Weise konnten sie die nachteiligen Abwinde in dessen Wirbelschleppe minimieren. Die Beobachtungen legen nahe, dass Zugvögel eine bemerkenswert Fähigkeit besitzen: Sie können das komplexe Muster in den Luftturbulenzen, die ihre Schwarmgenossen verursachen, entweder spüren oder vorausahnen. Dieses bisher nur theoretisch vorhergesagte Muster wurde jetzt erstmals an frei fliegenden Vögeln dokumentiert.