Wildvögel schreiben die Regeln der Fortbewegung neu: Segelflug kann die effizienteste Bewegungsart für Tiere sein

Die bislang umfangreichste Studie die zum Energieaufwand der Fortbewegung von Wildvögeln kommt zu dem Ergebnis, dass Segel- oder Gleitflug auf Luftströmungen energetisch günstiger sein kann als Schwimmen – und widerlegt damit eine gängige Lehrbuchmeinung. Die in SCIENCE veröffentlichte Arbeit unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie und der Swansea University kombiniert 17 Jahre Positions- und Beschleunigungsdaten von 850 Vögeln und Fledermäusen aus 38 Arten mit vier Jahren Radardaten. Die Luft ist für Segelflieger wie Geier kein neutrales Medium, sondern wird geschickt genutzt um den Energieverbrauch beim Fliegen auf ein Minimum zu reduzieren.

Ein Andenkondor und ein Trompeterschwan wiegen beide etwa 11 Kilogramm. Dennoch legt der Kondor jeden Kilometer seiner Flugstrecke mit etwa einem Fünftel des Energieaufwands des Schwans zurück. Der Unterschied liegt in der Luft: Der Kondor nutzt Aufwinde und schlägt nur während 0,1 Prozent seiner Flugzeit mit den Flügeln, der Schwan jedoch während 99 Prozent der Zeit. Eine neue Studie an 50 Vogel- und Fledermausarten in freier Wildbahn zeigt, dass, sobald die Dynamik der Atmosphäre berücksichtigt wird, das Fliegen die kostengünstigste Fortbewegungsart sein kann.

Die in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Arbeit unter der Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie (MPI-AB) und der Swansea University ist die bislang umfangreichste Studie, die die Kosten von Langstrecken-Fortbewegung für Wildtiere untersucht. Sie kombiniert 17 Jahre Positions- und Beschleunigungsdaten (GPS und ACC) von 850 Vögeln und Fledermäusen aus 38 Arten mit vier Jahren Radardaten. Das Körpergewicht der Tiere reicht von etwa 12 Gramm bis zu mehr als 11 Kilogramm. Ein internationales Team aus 68 Forschenden lieferte Daten für dieses Projekt, darunter Dr. Ortwin Aschenborn und Dr. Teja Curk von der GAIA-Initiative am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW).

„Uns mag der Himmel nur als Kulisse für fliegende Tiere erscheinen, tatsächlich aber ist er eine wesentliche Ressource, die die Kosten einer Reise dramatisch verändern kann“, sagt die Erstautorin Dr. Martina Scacco, Wissenschaftlerin an der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). In Lehrbüchern werden die Fortbewegungsarten von Tieren nach ihren Kosten geordnet: Schwimmen ist am günstigsten, Fliegen folgt an zweiter Stelle und Laufen stellt die energetisch teuerste Form dar. Diese Rangfolge basiert auf Labormessungen an Tieren in Schwimmbecken, Windkanälen und auf Laufbändern. Die neue Studie zeigt, dass sich diese Rangfolge außerhalb des Labors ändert.

„Die Laborregeln besagen, dass Kondore und Schwäne denselben Energieaufwand haben müssen, da sie die gleiche Körpermasse aufweisen. Doch wenn wir sehen, wie Kondore gleiten und Schwäne mit den Flügeln schlagen, wissen wir, dass es ganz klar einen Unterschied geben muss“, sagt die leitende Autorin Prof. Emily Shepard von der Swansea University. Die Studie beziffert diesen Unterschied: Die Transportkosten des Kondors liegen um 79 Prozent unter denen des Schwans, wodurch der Gleitflug kostengünstiger wird als das Schwimmen. „Wenn fliegende Tiere Zugang zu natürlichen Luftströmungen haben, erhalten sie kostenlosen Treibstoff aus dem Himmel. Diese Studie deckt die Fehler auf, die wir begehen, wenn wir die realen Bedingungen ignorieren, auf die Tiere seit Jahrmillionen reagieren“, fügt Shepard hinzu.

Messung der Transportkosten in freier Wildbahn

Die Studie untersucht erstmals für so viele wildlebende Arten weltweit, welche Rolle die Atmosphäre beim Flug spielt, und liefert damit wichtige Erkenntnisse für den Schutz und das Management fliegender Arten. „Wenn sich die atmosphärischen Bedingungen ändern, ändern sich auch die Flugkosten. Das beeinflusst, wann Tiere ziehen und wo sie rasten, und sogar, wie sich die Gemeinschaften zusammensetzen, die sie bilden“, sagt der leitende Autor Dr. Kamran Safi vom MPI-AB. Die Ergebnisse bieten einen neuen Rahmen für die Vorhersage des Energieaufwands beim Flug und dafür, wie sich klimatische Veränderungen in Zukunft darauf auswirken könnten, wohin und wann Tiere wandern.

Das Team nutzte Beschleunigungsmesser (ACC-Sensoren), um energieintensives Flügelschlagen von energiearmem Gleiten zu unterscheiden. Mithilfe von GPS-Daten ordneten die Forschenden jeden Flugabschnitt den Windverhältnissen und Aufwinden zu, denen die Tiere unterwegs begegneten. So konnten sie berechnen, wie viel Zeit einzelne Tiere entlang eines Flugabschnitts mit Flügelschlagen oder Gleiten verbrachten, und abschätzen, wie viel Energie sie pro zurückgelegtem Meter verbrauchten – ihre Transportkosten. „Wir haben die Unterschiede auf den Kraftstoffverbrauch reduziert – das Naturäquivalent zu Liter pro Kilometer“, sagt Scacco. So konnten die Forschenden die Transportkosten über Arten und Flugweisen hinweg vergleichen, „so wie wir die Frachtkosten von Seepost und Luftpost vergleichen“, fügt sie hinzu. Die 50 Arten ließen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: Segel- und Flügelschlagflieger. Bei den segelnden Vögeln hatte die Größe einen deutlichen Einfluss auf die Transportkosten: Je schwerer ein Segelvogel war, desto weniger schlug er mit den Flügeln und desto geringer waren daher seine Transportkosten.

Wie man hundert Runden um den Planeten fliegt

Segelnde Geier bieten ein anschauliches Beispiel. Die sieben in der Studie untersuchten Geierarten, darunter auch der Weißrückengeier (Gyps africanus), legten an insgesamt 128.000 Tagen mehr als 4,3 Millionen Kilometer zurück – genug, um den Planeten mehr als 100 Mal zu umrunden. Sie erreichten dies, während sie nur 0,1 Prozent bis 7 Prozent der Flugzeit mit den Flügeln schlugen. Der schwerste Geier, der Andenkondor (Vultur gryphus), schlug am allerwenigsten mit den Flügeln. Dies gelang ihnen, indem sie die Energie der Atmosphäre nutzten. Segelflugvögel ließen sich von aufsteigenden Luftsäulen (Thermiken) tragen, was ihre Transportkosten am stärksten senkte, „so wie wir mit dem Aufzug in die oberste Etage fahren“, sagt Shepard. „Segelflugvögel sind Meister darin, Energie aus der Umgebung zu gewinnen. Wenn die Bedingungen stimmen, können sie ihre Kosten auf ein Minimum senken.“ Doch die Bedingungen sind nicht immer günstig. Je größer ein Segelflugvogel war, desto stärker hing er von diesen Bedingungen ab und desto eingeschränkter war er darin, wann und wo er fliegen konnte.

Kostspieliger, aber flexibler Flug

Vögel und Fledermäuse, die quasi durchgehend mit ihren Flügeln schlagen, setzen hingegen auf energieintensiven Flügelschlag und können so auch unter wechselhafteren Bedingungen fliegen. Für solche Arten hatte der Wind den größten Einfluss auf ihre Transportkosten, wobei Rückenwind half und Gegenwind bremste. Safi sagt: „Luft kann die Flugkosten für Flügelschlagflieger sowohl erhöhen als auch senken. Was uns überrascht hat, war, wie oft Flügelschlagflieger unter energieaufwändigen Bedingungen fliegen, bei denen ihre Energieeffizienz wirklich gering ist. Wir hoffen, dass unser Konzept weitere Untersuchungen zu den unterschiedlichen Kompromissen, denen diese beiden Gruppen gegenüberstehen, sowie zu potenziellen Energiesparmechanismen anregen wird, die wir möglicherweise noch übersehen haben.“ In zukünftigen Arbeiten wollen die Autoren auf ihren Erkenntnissen aufbauen, indem sie den Energieverbrauch der Tiere direkt messen, beispielsweise durch Herzfrequenzüberwachung. Auf diese Weise lassen sich Unterschiede in der individuellen Physiologie erfassen, was eine noch realistischere Messung der energetischen Kosten des Fluges ermöglicht.

GPS- und ACC-Messungen zeigen, dass die Luft für Vögel ein äußerst variables Medium ist

„Es ist fantastisch, zu dieser bedeutenden Zusammenarbeit und zu den spannenden Ergebnissen beigetragen zu haben, die in Science veröffentlicht wurden“, sagt Dr. Ortwin Aschenborn, Leiter der GAIA-Initiative am Leibniz-IZW und Mitautor der Studie. Die GAIA-Initiative fokussiert sich auf das Aufspüren von Aas in trockenen Lebensräumen, in denen ein sparsamer Umgang mit Energie unerlässlich ist. Namibia, das im Mittelpunkt der GAIA-Forschungen steht, ist ressourcenarm, sodass Tiere die begrenzten Ressourcen effizient nutzen müssen – worin sich beispielsweise Weißrückengeier besonders auszeichnen. Die Daten und Analysen zeigen, wie effektiv – und wie unterschiedlich – Tiere diese Ressourcen nutzen können, indem sie die Luft als Transportmedium einsetzen. „Für den am Boden lebenden Menschen mag die Luft homogen erscheinen, doch die Ergebnisse zeigen, dass fliegende Tiere auf ein äußerst variables Medium treffen, das bei geschickter Nutzung den Energieaufwand für die Fortbewegung erheblich senken kann“, sagt Aschenborn.

„Es ist ein echtes Privileg, Teil einer so wichtigen Studie und internationalen Zusammenarbeit zu sein, die Forschende und Tracking-Daten aus aller Welt zusammenbringt, um unser Verständnis davon zu vertiefen, wie Tiere in freier Wildbahn fliegen und Energie einsetzen“, sagt Dr. Teja Curk, Mitautorin der Studie und Wissenschaftlerin der GAIA-Initiative. „Was diese Studie besonders spannend macht, ist, dass sie langjährige Annahmen über den Energieaufwand beim Fliegen in Frage stellt und aufzeigt, wie Tiere die Atmosphäre nutzen, um mit bemerkenswert geringem Energieaufwand große Entfernungen zurückzulegen. Dies ist ein bedeutender Fortschritt für die Biologging-Forschung und die Bewegungsökologie, der neue Einblicke in den Energieaufwand beim Fliegen in freier Wildbahn bietet und Möglichkeiten eröffnet, zu untersuchen, wie Tiere auf Veränderungen in ihrer Umwelt reagieren.“

„Seit vielen Jahren stattet die GAIA-Initiative Geier in ganz Afrika mit modernen Sendern aus, um deren Biologie und Ökologie zu erforschen“, sagt Dr. Jörg Melzheimer, Leiter der GAIA-Initiative am Leibniz-IZW. „Als Forschende ist es uns wichtig, dass die von uns gesammelten Daten zu einer breiteren Zusammenarbeit beitragen. Wir danken daher den Hauptautoren, Dr. Martina Scacco, Prof. Emily Shepard und Dr. Kamran Safi, für ihre harte Arbeit und ihren großen Einsatz, diese spannenden Daten zusammenzutragen.“

Publikation

Martina Scacco et al. (2026) Airflows redefine the cost of aerial transport in the wild. SCIENCE, Vol. 394, No. 6821. DOI: 10.1126/science.aee6550

Kontakt

Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL)
Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf

Dr. Martina Scacco
Wissenschaftlerin
E-Mail: martina.scacco@wsl.ch

Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie (MPI-AB)
Am Obstberg 1, 78315 Radolfzell

Dr. Kamran Safi
Gruppenleiter, IMPRS Dozent, Abteilung für Tierwanderungen, Forschungsgruppe Safi
email: ksafi@ab.mpg.de

Carla Avolio
Referentin für Kommunikation und Medien
email: cavolio@ab.mpg.de

Swansea University
Singleton Park
Swansea, SA2 8PP, Wales, UK

Prof. Emily Shepard
Swansea Lab for Animal Movement at the School of Biosciences, Geography and Physics
E-Mail: e.l.c.shepard@swansea.ac.uk

Ffion White
Press & Communications Officer
E-Mail: F.E.White@Swansea.ac.uk

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW)
im Forschungsverbund Berlin e.V.
Alfred-Kowalke-Str. 17, 10315 Berlin

Dr. Ortwin Aschenborn
Wissenschaftler in der Abteilung für Evolutionäre Ökologie
E-Mail: aschenborn@izw-berlin.de

Dr. Jörg Melzheimer
Wissenschaftler in der Abteilung für Evolutionäre Ökologie
Telefon: +49 (0)30 5168462
E-Mail: melzheimer@izw-berlin.de

Dr. Teja Curk
Assoziierte Wissenschaftlerin in der GAIA Initiative
E-Mail: teja.curk@gmail.com

Jan Zwilling
Teamleitung Wissenschaftskommunikation
Telefon: +49 (0)30 5168121 | +49 (0)1521 6764603
E-Mail: zwilling@izw-berlin.de