Wie Vögel beim Fliegen Energie sparen

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Was haben Düsenflieger, Rennradfahrer und Vögel gemeinsam? Sie alle können sich in Formation fortbewegen - und dabei Energie sparen, indem sie die Strömungseigenschaften der Luft ausnutzen.

Bei Vögeln konnte man diesen Effekt bislang nur indirekt nachweisen, beispielsweise durch Messungen der Herzfrequenz. Ein Forschungsteam aus den USA hat nun erstmals den Formationsflug von Staren in einem Windkanal untersucht. Dabei konnten sie direkt messen, wie viel Energie die Vögel an verschiedenen Positionen benötigen. Die Ergebnisse haben sie im Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Stare fliegen in dynamischer V-Form

Bei den Staren ist es in etwa wie bei den Fischen: Der Schwarm wechselt ruckartig die Richtung, zieht sich zu einer Kugel zusammen, pulsiert und bildet Wellen. So verwirren die Stare Greifvögel und sichern ihr Überleben. Von der klassischen V-Formation ist dabei erstmal keine Spur.

Aber auch in diesem scheinbar chaotischen Flugverhalten nehmen einzelne Vögel bestimmte Positionen zueinander ein, erklärt Sonja Friman. Die Physikerin und Vogel-Enthusiastin hat an der North Carolina-Universität mit einem Team von verschiedenen US-amerikanischen Unis das Flugverhalten der Stare im Windkanal erforscht.

Stare fliegen in sehr großen Gruppen und dort wechseln sie auch oft den Platz, also die sind, glaube ich, gar nicht so im V zueinander, sondern die gucken immer um sich rum. Aber jetzt haben wir gemessen, dass sie eine dynamische V-Formation machen.

Eine dynamische V-Formation bedeutet: Die Vögel wechseln zwar ständig ihre Position - im Schnitt befinden sie sich aber trotzdem häufig in der V-Formation. Und, wie die Daten zeigen: Die weiter hinten fliegenden Vögel sparen dabei Energie ein - bis zu einem Viertel der Energie, die sie im Alleinflug brauchen.

Vögel mit Rucksack im Windkanal

Um das herauszufinden, setzte das Forschungsteam jeweils ein bis drei Stare zeitgleich in den Windkanal - für mehr ist kein Platz. Auf ihrem Rücken tragen die Vögel eine Art Rucksack: "In diesem kleinen Rucksack befinden sich verschiedene Messinstrumente, die wir eigentlich auch zum Beispiel in einem Handy drin haben. Also jeder, der ein Handy hat, kann auch eine App runterladen und damit die gleichen Messungen machen, die wir mit den Vögeln gemacht haben", erklärt Sonja Friman.

Für einen Star ist ein Handy ein bisschen groß, deswegen haben wir nur den Sensor genommen. Und diese Sensoren wiegen so zwei bis drei Gramm, sind ganz, ganz winzig klein.

Mithilfe der Rucksäcke und Videokameras verfolgten die Forschenden die Position der Vögel. Gleichzeitig untersuchten sie, wie viel CO2 die Vögel während des Flugs ausatmeten. Denn je mehr sich unser Körper anstrengt, desto mehr CO2 entsteht dabei.

Das Fliegen im Windschatten spart Energie

Es zeigte sich nicht nur, dass die Stare insgesamt weniger Energie verbrauchen, wenn sie einem anderen Vogel hinterherfliegen. Auch, ob ein Vogel die Position an der Spitze oder weiter hinten einnimmt, lässt sich anhand der Daten erklären: Die Stare, die bereits im Alleinflug weniger Energie verbrauchen, waren häufiger an der Spitze zu finden - ihre etwas weniger energieeffizienten Artgenossen flogen lieber hinterher.

Im Windschatten zu fliegen, spart also Energie, die Stärkeren nehmen die Führungsposition ein.

Insgesamt klingen die Ergebnisse zwar nach dem, was ohnehin schon vermutet wurde. Aber es sind die ersten konkreten Messungen, die genau das auf der Stoffwechsel-Ebene beweisen. Und sie bieten neue Anhaltspunkte für weitere Untersuchungen - beispielsweise, welche Luftströmungen für die Energie-Ersparnis sorgen.

So könnten die neuen Erkenntnisse dazu beitragen, der Dynamik von Vogelschwärmen eines Tages auf die Spur zu kommen.