Schwalben sind faszinierende Vögel, die seit jeher die Menschen in ihren Bann ziehen. Ihre eleganten Flugkünste, ihr soziales Verhalten und ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umweltbedingungen machen sie zu einem beliebten Forschungsobjekt für Wissenschaftler. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte des Lebens der Schwalben, von ihrer Gehirngröße und ihren kognitiven Fähigkeiten bis hin zu ihrem Zugverhalten und ihren Anpassungsstrategien an widrige Umweltbedingungen.
Gehirngröße und Überlebenschancen: Ein überraschender Zusammenhang
Eine Studie an einer amerikanischen Schwalben-Population (Fahlstirnschwalben, Petrochelidon pyrrhonota) im Südwesten Nebraskas hat einen überraschenden Zusammenhang zwischen der Gehirngröße und den Überlebenschancen der Vögel während kalter und regnerischer Wetterperioden aufgedeckt. In den vergangenen 38 Jahren kam es dort fünf Mal zu außergewöhnlich kalten, regnerischen Phasen im späten Frühjahr, die zu erheblichen Verlusten in der Schwalbenpopulation führten. Die durch das schlechte Wetter bedingte Inaktivität der Insekten führte dazu, dass viele Fahlstirnschwalben verhungerten - 1996 betraf das gut die Hälfte der Population.
Gigi Wagnon und Charles Brown vermaßen für ihre Untersuchung 1141 ausgewachsene Fahlstirnschwalben, die in den vergangenen 38 Jahren tot in Südwest-Nebraska aufgefunden wurden. Dabei bestimmten sie sowohl die Größe des Kopfes der Vögel als auch die Länge ihrer Flügel. Die Analyse der Daten ergab einen deutlichen Zusammenhang zwischen Todesursache und Kopfgröße: Fahlstirnschwalben, die in Folge schlechter Witterungsbedingungen gestorben waren, hatten deutlich kleinere Köpfe, als solche mit anderen Todesursachen.
Da bei vielen Vogelarten von der Kopfgröße auf die Größe des Gehirns geschlossen werden kann - so auch bei den Fahlstirnschwalben - deutet das Ergebnis der Studie darauf hin, dass Schwalben mit kleineren Gehirnen während schlechten Wetters anfälliger für den Tod sind. Die Forscher vermuten, dass Schwalben mit größeren Gehirnen möglicherweise flexibler auf veränderte Umweltbedingungen reagieren können, beispielsweise indem sie alternative Nahrungsquellen finden oder ihr Verhalten anpassen, um Energie zu sparen.
Standorttreue und soziales Verhalten
Schwalben zeigen eine bemerkenswerte Treue zu ihren Brutplätzen. Die Mehlschwalbe (Delichon urbica) kehrt beispielsweise oft an ihren Geburtsort zurück. Laut einer Studie kehrten ungefähr 10 % der Brutvögel in ihren Geburtsort zurück. Eine andere Untersuchung zeigte, dass über 20 % der männlichen Tiere im Folgejahr am selben Haus brüteten, 3 % sogar wieder im eigenen Nest. Bei den weiblichen Tieren scheint die Standorttreue niedriger zu sein. Nur eines von 165 Weibchen brütete im Geburtsnest, acht am Geburtshaus.
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Dieses Verhalten deutet auf eine starke soziale Bindung und eine ausgeprägte Fähigkeit zur räumlichen Orientierung hin. Schwalben lernen, wo sich gute Nistplätze und Nahrungsquellen befinden, und geben dieses Wissen an ihre Nachkommen weiter. Die Standorttreue ermöglicht es den Schwalben, von den Erfahrungen früherer Generationen zu profitieren und sich erfolgreich in ihrer Umgebung zu etablieren.
Die Bedeutung des Äußeren: Partnerwahl bei Rauchschwalben
Auch bei der Partnerwahl spielen äußere Merkmale eine wichtige Rolle, wie eine Verhaltensstudie an Rauchschwalben (Hirundo rustica erythrogaster) von Rebecca Safran von der Cornell-Universität mit ihren Kollegen gezeigt hat. Entscheidend für Erfolg und Treue ist die Rotfärbung des Gefieders: Je intensiver und ausgeprägter sie ist, desto eher bindet das Männchen seine Partnerin fest an sich und desto mehr Nachwuchs zeugt er.
Die Weibchen achten bereits bei Balz und Paarung auf die äußerliche Ausstattung ihrer potenziellen Partner: Ist er attraktiv? Vermittelt er über sein Gefieder körperliche Fitness? Deutet seine kräftige Färbung hohe Gen-Qualität an? Ist dies der Fall, so darf sich das Männchen fortpflanzen und auf Weitergabe seines Erbguts hoffen. Aber wehe, er pflegt nicht auch weiterhin sein Federkleid, denn mit der Kopulation ist der Konkurrenzwettbewerb lange nicht ausgestanden: Die zukünftige Mutter hält auch nach erfolgreicher Befruchtung die Augen offen - immer willens, den ursprünglich Vermählten gegen einen noch besser Aussehenden einzutauschen.
Um dies zu testen, entfernten die Forscher nach erfolgter Paarfindung und dem Nistbeginn die Eier aus den Nestern der beobachteten Schwalbenkolonie, um die Vögel zu einer neuerlichen Brut zu veranlassen. Noch vor dem Geschlechtsverkehr fingen sie jedoch alle vorhandenen Männchen, zapften ihnen Blutproben für DNA-Analysen ab und unterzogen sie einer von drei Behandlungen: Nach dem Zufallsprinzip wurden bei einem Teil von ihnen mit einem dunkelroten Farbstoff die Kehl-, Brust- und Bauchfedern besonders betont, sodass sie an Attraktivität zunahmen. Die anderen wurden entweder gar nicht markiert oder mit einem für das menschliche Auge durchsichtigen Marker behandelt, um Verfälschungen durch den Kolorierungsprozess an sich auszuschließen.
Die Studie zeigt, dass Weibchen stets akkurat auf diese Signale achten. Und sie reagieren schnell auf Änderungen des Äußeren ihres Partners. Vordergründig blieben danach alle Weibchen mit ihrem ursprünglichen Erst-Partner liiert - Schwalben sind eigentlich sozial monogam -, doch kam es hinter deren Rücken nun häufiger zu befruchtenden Liaisons mit intensiver gefärbten Artgenossen. Denn wie DNA-Vergleiche der Eier respektive Nestlinge beider Bruten zeigten, zeugten die Prachtmännchen nun überdurchschnittlich mehr Küken als zuvor und als es ihnen ursprünglich zugestanden hätte - die energieaufwändige Wahrung eines schicken Federkleids zahlte sich also aus. Dagegen betreuten die Durchschnittstypen jetzt maximal genauso viele, meist jedoch weniger eigene Nachkommen wie noch bei der ersten Eiablage. Das bedeutete allerdings nicht zwangsläufig, dass diese gehörnten Partner dann auch von den Pflichten der Nachwuchsversorgung befreit worden wären: Der bevorzugte Schönling übernimmt dies mitnichten. Vielmehr muss der Betrogene häufig ein bis mehrere Kuckuckskinder großziehen - ohne dies zu wissen natürlich -, da sich der ehrgeizige Gigolo trotz seiner vielfältigen sexuellen Kontakte dennoch nur um eine einzige Brut kümmern kann.
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Die Flugkünste der Schwalben: Anatomie und Sinnesleistungen
Schwalben sind Meister des Flugs, und ihr Körperbau ist perfekt an ein Leben in der Luft angepasst. Ihre schlanken, spitzen Flügel ermöglichen ihnen eine hohe Wendigkeit und Geschwindigkeit. Um die nötigen Insekten mit dem Schnabel aus der Luft schnappen zu können, können sie ihren Schnabel sehr weit aufreißen. Ihre Flugmuskeln gehören - bezogen auf ihre Körpergröße - zu den stärksten Muskeln, die es im Tierreich gibt! Sie machen immerhin ein Drittel ihres Körpergewichts aus.
Auch ihre Federn sind ein Wunderwerk der Natur. Von dem hornigen Federkiel zweigen nach jeder Seite einige hundert parallele Äste ab. Von jedem dieser Ästchen ragen wiederum mehrere hundert Paar "Strahlen" nach oben und unten. Damit die Luft zwischen den beidseitig des Federkiels stehenden Ästchen nicht wirkungslos hindurchstreicht, gibt es eine Vorrichtung, die die vielen hundert Federäste elastisch miteinander verbindet. Der Schöpfer hat das durch eine raffinierte Art Reißverschluß bewerkstelligt. Auf der Unterseite jedes Ästchens sind Hunderte bogenförmig verdrehter Dachrinnen angebracht, die sogenannten Bogenstrahlen. Genau dahinein greifen die auf der Oberseite des nächsttieferen Ästchens gelegenen Hunderte Hakenstrahlen. Das wunderbare daran ist, daß die Häkchen in dem Bogenstrahl hin- und herrutschen können, wodurch die Federfahne sich deutlich sichtbar verbreitern oder wieder schmaler werden kann. Das ist eine Eigenschaft, die für den Segelflug wichtig ist. Und sollte sich solch ein winziger Reißverschluß einmal öffnen, kann die Schwalbe das mit ihrem Schnabel leicht wieder in Ordnung bringen.
Neben ihrer außergewöhnlichen Flugtechnik verfügen Schwalben auch über hochentwickelte Sinnesorgane. Vögel haben ein anderes Sehsystem als Menschen. Gerade beim Jagen von Mücken aus der Luft haben sie einen entscheidenden Vorteil. Schwalben sehen zwar nicht unbedingt schärfer, aber ihr Sehsystem hat eine starke zeitliche Auflösung. Der Mensch kann ungefähr 20 Bilder pro Sekunde verarbeiten, bei Vögeln ist es das Doppelte bis Dreifache. Es gibt noch weitere Unterschiede im Sehsystem. So können Vögel ihre beiden Augen unterschiedlich akkommodieren, d.h. sie können sie auf unterschiedliche Entfernungen einstellen. So kann das linke Auge auf etwas Näheres fokussieren als das rechte. Diese Akkommodation erfolgt sehr schnell. Ein weiterer Unterschied ist die Farbwahrnehmung. Vögel haben vier, manche sogar fünf Zapfentypen, d.h. ihr Farbsystem hat entsprechend ein bis zwei Dimensionen mehr.
Vogelzug: Navigation und Anpassung
Die größte Tierwanderung der Erde ist der Vogelzug. Im Spätsommer begeben sich Zigmillionen Zugvögel auf ihre oft lange Reise. Die Leistung, die viele Vogelarten dabei vollbringen, verschlägt einem schier den Atem: Wie schaffen es Tiere, manche nur wenige Gramm leicht, Tausende von Kilometern über Wüsten, Gebirge, gar Ozeane und durch schlimmste Stürme zu fliegen, bei Tag und Nacht und dabei genau ihren Weg zu kennen?
Weltrekordhalter ist die gerade mal taubengroße Küstenseeschwalbe. Sie schafft in einem Jahr den Weg vom Nordpol zum Südpol und zurück, 25.000 Kilometer hin, 25.000 Kilometer zurück.
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Womit genau navigieren Zugvögel? Bereits 1882 postulierte ein Wissenschaftler, dass Vögel mithilfe des Erdmagnetfeldes ihren Weg finden könnten. Fest steht: Sperrt man Zugvögel in einen Käfig, kann man bei ihnen etwas beobachten, das Fachleute „Zugunruhe“ nennen. Die Vögel flattern in ihrem Gefängnis nervös hin und her. Das tun die Tiere in Herbst und Frühjahr selbst dann, wenn sie es gemütlich warm haben und der Futternapf gut gefüllt ist. Offenbar haben die Tiere also eine innere Uhr. Ihr Zugdrang richtet sich, abgesehen von dieser „Uhr“, vor allem nach der Tageslänge. Werden die Sonnenstunden weniger, möchte der Vogel nach Süden fliegen.
Neuere Forschungen bestätigen, dass Vögel eine Art imaginäre oder tatsächliche „Karte“ vor und unter sich sehen und diese als Kompass, vielleicht sogar zur Navigation, benutzen. Man müsste sich das Ganze in etwa wie folgt vorstellen: Könnte ein Mensch dasselbe, sähe er am Himmel vermutlich ein Netz aus Gitterlinien. Diese Gitterlinien sind Magnetfeldlinien. An den Polen verlaufen die Magnetfeldlinien senkrecht, am Äquator parallel zur Erdoberfläche. Der Neigungswinkel der Magnetfeldlinien relativ zur Erdoberfläche ist je nach geographischer Breite unterschiedlich - je nach dem, wie weit entfernt oder nah man sich an den Polen oder dem Äquator befindet.
Die Richtung der Linien in Bezug auf die Erdoberfläche wird als Inklination bezeichnet. Wer nun einen solchen Inklinationskompass besitzt, weiß also, wo er ist - der Kompass liefert dem Vogel eine Information über den Breitengrad, an dem er sich befindet. Dabei unterscheidet der Kompass nicht zwischen magnetischem Nord- und Südpol, sondern zwischen „polwärts“ und „äquatorwärts“. Da die Öffnung des Inklinationswinkels auf beiden Erdhalbkugeln immer in Richtung des am nächsten liegenden Pols und die Spitze zum Äquator zeigt, funktioniert der Inklinationskompass auf beiden Erdhalbkugeln gleich gut.
Wo genau sitzt dieser Kompass im Vogel? Wissenschaftler folgerten, dass die Magnetrezeptoren im Vogelkopf sitzen müssten. Ihre Hypothese: Der Vogel „scannt“ gewissermaßen das Erdmagnetfeld, um seine magnetische Referenzrichtung zu finden. Schalteten die Forscher nämlich mit Hilfe von Magnetspulen künstlich das natürliche Erdmagnetfeld im Käfig aus, hüpfte die Grasmücke nicht nur desorientiert in alle Himmelsrichtungen, sondern steigerte auf der Suche nach der fehlenden Magnetinformation auch die Anzahl der Kopfdrehungen um das Dreifache.
Mit Hilfe spezieller molekularbiologischer Sonden fahndeten Wissenschaftler auf hauchdünnen Querschnitten von Netzhäuten aus dem Vogelauge nach Blaulichtrezeptoren, sogenannten Cryptochromen. Die Vertreter dieser Molekülgruppe gelten aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften als die Spitzenkandidaten unter den potenziellen Magnetrezeptormolekülen. Und tatsächlich fanden die Wissenschaftler bei den Grasmücken in den Fotorezeptoren und Ganglienzellen (das sind bestimmte Nervenzellen-Typen der Netzhaut) Cryptochrome in hoher Konzentration. In den Ganglienzellen waren zwei Eiweiße nachts, wenn die Gartengrasmücken ziehen, besonders reichlich vorhanden. Die Ganglienzellen waren also hoch aktiv und sendeten Informationen ans Vogelhirn. Bei nicht ziehenden Zebrafinken hingegen waren die Zellen kaum oder gar nicht aktiv und enthielten obendrein fast oder gar keine der entsprechenden Eiweiße. Demnach säßen die Rezeptoren für die lange Reise der Vögel im Auge.
Andere Forscher fanden in den Oberschnäbeln verschiedener Arten, vom Haushuhn bis hin zu Rotkehlchen und Grasmücken, sogenannte Magnetite, eisenhaltige Nervenzellen, auch Neurone genannt, mit denen sich wohl auch Schnecken und Bienen orientieren. Mit Hilfe der Magnetiten bilde sich im Vogelhirn eine Art Magnetkarte, mit deren Hilfe das Tier navigiere, sind die Fleissners überzeugt.
Auch der Sternenkompass spielt eine Rolle. Offenbar können sich Vögel an Sternen orientieren, wie Experimente mit Versuchtstieren unter einem künstlichen Sternenhimmel im Planetarium gezeigt haben: Dabei verloren die Vögel im Planetarium die Orientierung, wenn alle Sterne in einem Bereich von 35 Grad um den Polarstern herum ausgeschaltet wurden. Dieses Navigationsvermögen hatten nach Untersuchungen aber nur jene Tiere, die während ihrer Jugendzeit und vor der Zugperiode den Sternenhimmel beobachten konnten. „Der Sternenkompass ist also wohl nicht angeboren“, folgert Zugforscher Berthold.
Tagsüber nutzen die Tiere noch den Sonnenkompass. Startet ein Zugvogel morgens seinen Flug Richtung Winterquartier, muss er die Sonne links von sich haben, mittags vor sich und nachmittags rechts von sich. Dann fliegt er zielsicher gen Süden.
Außer Sonne, Sternen und Magnetfeldern könnte Vögeln möglicherweise noch ein vierter Kompass helfen - einer, der über den Geruchssinn funktioniert. Der italienische Wissenschaftler Floriano Papi forschte jahrzehntelang an Brieftauben, durchtrennte oder betäubte ihre Geruchsnerven, setze sie künstlichen Luftströmungen aus, kurz er probierte alles Mögliche aus - und kam zu dem Schluss, die Tauben fänden ihren Weg über Duftstoffe, genau genommen über regional unterschiedliche Duftfelder, die durch Vegetation und Bodenart variierten.
Fest steht jedenfalls eins: Der schiere Drang, sich auf den Zug zu begeben, ist wohl unabhängig davon, wie gut welcher Kompass funktioniert. Auch wohin es gehen soll, wissen die meisten Vögel von Geburt an.
Schlafen im Flug: Ein faszinierendes Phänomen
Erstmals ist es gelungen zu erforschen, dass und wie Vögel im Flug schlafen können. Ein internationales Forscherteam hat durch Messungen der Gehirnaktivität bei Fregattvögeln herausgefunden, dass diese beim Fliegen mit beiden Gehirnhälften gleichzeitig oder nur mit einer Hälfte schlafen. Obwohl sämtliche Schlafmuster auch beim Schlaf an Land auftreten, schlummern die Tiere in der Luft allerdings gerade mal eine dreiviertel Stunde pro Tag. An Land schlafen sie dagegen über zwölf Stunden.
Die Auswertung ergab, dass Fregattvögel auf unterschiedliche Weise im Flug schlafen. Tagsüber blieben die Vögel wach, um aktiv nach Nahrungsquellen zu suchen. Mit dem Einsetzen der Nacht bildeten die Gehirnströme Slow-wave-sleep-Muster von mehreren Minuten Länge, während die Vögel in einem Gleitflug waren. Überraschenderweise trat der Slow-wave-Schlaf nicht nur in einer Gehirnhälfte, sondern im kompletten Gehirn auf. Zur aerodynamischen Kontrolle ist es also wohl nicht nötig, eine Gehirnhälfte wach zu halten. Durch die Auswertung der Bewegungsdaten fanden die Wissenschaftler eine Erklärung für den unihemisphärischen Schlaf: Wenn die Vögel in kreisenden Bewegungen die aufsteigenden Luftströme nutzen, bleibt meist die Gehirnhälfte wach, die mit dem in Flugrichtung blickenden Auge verbunden ist.
Neben dem Slow-wave-Schlaf im ganzen oder halben Gehirn haben die Wissenschaftler in seltenen Fällen kurze Unterbrechungen durch REM-Schlafphasen gemessen. Fregattvögel besitzen im Flug also dieselben Schlafmuster wie an Land. Sie schlafen allerdings im Flug durchschnittlich nur 42 Minuten pro Tag. Zurück an Land schlafen die Tiere über zwölf Stunden pro Tag, wobei die Schlafepisoden auch länger und tiefer sind. Fregattvögel sind also höchst unausgeschlafen im Flug.