Die Architektur der Vogelfedern

Wien. Vom Strauß bis zum Pinguin, von der Amsel bis zum Huhn, vom Kolibri bis zum Adler: Jeder Vogel hat ein anderes Federkleid. Federn sind so zahlreich wie bunt. "Uns interessierte, warum verschiedene Vogelarten unterschiedliche Flugstile anwenden", erklärt Cheng-Ming Chuong von der University of Southern California in Los Angeles. "Adler gleiten, Kolibris flattern, Pinguine watscheln und können gar nicht fliegen. Diese Bandbreite ist zu einem großen Teil den Eigenschaften der Federn zuzuschreiben", wird der Stammzellenforscher in einer Aussendung zu einer Studie zitiert, die im Fachjournal "Cell" nachzulesen ist.

Chuong hat mit seinem Team die Architektur der Federn untersucht. Die Forschenden haben sowohl die biophysischen Eigenschaften als auch die darunterliegenden molekularen Prinzipien, die Aufschluss darüber geben, wie Federn sich aus Stammzellen bilden, analysiert. Zu den untersuchten Vogelarten zählen Strauße, Flughühner, Enten, Adler, Spatzen sowie Extreme wie Kolibris und Pinguine. Außerdem nahmen die Forscher 100 Millionen Jahre alte fossile Federn in Bernstein aus Myanmar unter die Lupe.

Da jedes Gefieder modular aufgebaut ist, mussten die Vögel im Laufe der Jahrmillionen nur kleine Änderungen vornehmen, um sich an neue oder auch nur unterschiedliche Umgebungen anzupassen. Die Federn spezialisierten sich auch in den einzelnen Körperteilen ihrer Träger auf spezifische Aufgaben.

Flugfedern etwa bestehen aus zwei äußerst anpassungsfähigen Modulen. Der zentrale Schaft, auch Kiel oder Rhachis genannt, ist eine Verbundstruktur aus porösem Rückenmark und einer kompakten Hülle, die ihm Härte verleiht. Mit dem Kiel verbunden ist das periphere Aderngeflecht. Darauf sitzen Federansätze, Fahnen genannt. Sie bestehen aus Haken- und Bogenstrahlen, die durch Hamuli, einer Art Klettverschluss, zusammengehalten werden. Das Ergebnis des Mechanismus ist jene superleichte Fläche, die wir als Feder kennen. Die Kombination verleiht dem Design jene Flexibilität, die dem Vogel Bewegung und Flug ermöglicht.

"Wir haben gelernt, wie aus Haut Flügel werden, wie der Prototyp zu einer Daunen-, Kontur- oder Schwungfeder wird und wie der Vogel seine Flugfedern so moduliert, dass er verschiedene Flugstile annimmt, je nachdem, wo er lebt. Jedes Mal staunten wir, wenn die elegante Anpassung eines architektonischen Prototyps einsetzt", sagt Chuong.

Ob die Erkenntnisse nun in neuartigen Flugdrohnen, die bei Wind und Wetter unterwegs sein können, oder in innovativen Gebäudedesigns zum Einsatz kommen, wird sich weisen.