Haben Vögel hohle Knochen?

Ja, viele Vögel haben hohle Knochen, aber nicht alle Knochen, nicht alle Vögel und nicht so einfach, wie es sich die meisten vorstellen. Manche Vogelknochen sind „pneumatisiert“: Sie sind mit Luft aus dem Atmungssystem gefüllt statt mit Knochenmark und innen durch dünne Streben ausgesteift. Trotzdem sind Vogelknochen laut einer Studie von Elizabeth Dumont aus dem Jahr 2010 im Durchschnitt dichter als Säugetierknochen, und Tauchvögel wie Pinguine oder Kormorane haben überwiegend massive Knochen. Das eigentliche Geheimnis des Vogelskeletts ist kluge Bauweise, nicht einfach weniger Knochen.

Diese Feinheit ist wichtig, denn der Satz „Vögel haben hohle Knochen, damit sie leicht genug zum Fliegen sind“ gehört zu den am häufigsten wiederholten Vogelfakten überhaupt, und er stimmt nur zum Teil.

Kurz beantwortet: Haben Vögel hohle Knochen?

• Manche Knochen ja. Bei vielen Vögeln sind bestimmte Knochen mit Luft gefüllt und mit den Luftsäcken der Lunge verbunden.
• Welche, ist verschieden. Häufig luftgefüllt sind der Oberarmknochen (Humerus), Teile der Wirbelsäule und der Schädel. Beinknochen enthalten meist Knochenmark, bei einigen großen Vögeln aber ebenfalls Luft.
• Keine leeren Röhren. Hohle Knochen werden von Streben und einem feinen Knochengitter durchzogen, das sie stabil macht.
• Nicht leichter insgesamt. Nach heutigem Wissensstand wiegt ein Vogelskelett im Verhältnis zur Körpergröße etwa so viel wie das eines gleich großen Säugetiers.
• Tauchvögel sind anders. Pinguine, Seetaucher und viele Tauchenten haben weniger Lufträume oder massive Knochen. Das hilft ihnen, unter Wasser zu bleiben.

Was bedeutet „hohl“ bei einem Vogelknochen eigentlich?

Vogelknochen lassen sich grob in zwei Typen einteilen.

Was sind pneumatisierte Knochen?

Pneumatisierte Knochen enthalten Lufträume, die mit dem Atmungssystem verbunden sind. Während der Entwicklung wachsen dünnwandige Ausstülpungen der Luftsäcke, sogenannte Divertikel, in bestimmte Knochen hinein und ersetzen einen großen Teil des Marks. Das Ergebnis ist ein Knochen mit dünner, harter Außenwand und luftgefülltem Innenraum. Viele dieser Knochen haben innere Streben, die Trabekel, die quer durch den Hohlraum laufen, ähnlich wie Querverstrebungen in einer Brücke oder die Rippen in einem Flugzeugflügel.

Was sind nicht pneumatisierte Knochen?

Diese Knochen sind mit Mark gefüllt, wie die meisten Knochen von Säugetieren. Auch sie können dünne Wände und einen großen Markraum haben, doch dieser Raum enthält Gewebe und keine Luft. Bei vielen Vögeln gehören die Beinknochen und die Knochen des Unterarms zu diesem Typ.

Wie sind die Luftsäcke mit den Knochen verbunden?

Vögel besitzen ein System aus Luftsäcken, meist neun an der Zahl, die wie Blasebälge für die Lunge arbeiten. Einige davon schicken Ausläufer in die Knochen. Der Schlüsselbein-Luftsack etwa ist oft über eine Öffnung nahe dem Schultergelenk mit dem Oberarmknochen verbunden. Die Luft in den Knochen dient kaum dem Gasaustausch, sie füllt lediglich Raum aus. Wie dieses System die Luft bewegt, erklären wir ausführlich im Beitrag wie Vögel atmen.

Welche Vögel haben die meisten hohlen Knochen?

Der Grad der Pneumatisierung unterscheidet sich stark zwischen den Arten. Er folgt meist Lebensweise und Körpergröße.

Grob gilt: Je größer ein Vogel, desto mehr pneumatisierte Knochen hat er, und je mehr er taucht, desto weniger. Der Braunpelikan Amerikas ist ein bekanntes Extrem, mit Lufträumen nicht nur in vielen Knochen, sondern auch unter der Haut. Das polstert ihn möglicherweise ab, wenn er ins Wasser stößt. Bei uns sieht man ein ähnliches Prinzip beim Weißstorch, der mit weit gespreizten Flügeln kilometerweit in der Thermik segelt und dabei von einem großen, aber steifen Skelett profitiert.

Sind Vogelknochen wirklich leichter als Säugetierknochen?

An diesem Punkt bricht die populäre Geschichte zusammen.

Was ergab die Forschung zur Knochendichte?

Eine 2010 in Proceedings of the Royal Society B erschienene Studie von Elizabeth Dumont verglich Schädel, Oberarm- und Oberschenkelknochen von Singvögeln, Fledermäusen und Nagetieren. Das Ergebnis: Die Vogelknochen waren im Durchschnitt dichter als die der Säugetiere, nicht weniger dicht. Dumont wies außerdem darauf hin, dass frühere Arbeiten gezeigt hatten, dass das Skelett bei Vögeln etwa denselben Anteil an der Körpermasse ausmacht wie bei gleich großen Säugetieren.

Ihre Deutung: Vögel sind nicht leicht geworden, weil sie weniger Knochen haben. Sie nutzen dichtes Knochenmaterial, das besonders effizient angeordnet ist. Eine hohle, dünnwandige Röhre widersteht Biegung und Verdrehung deutlich besser als ein massiver Stab mit derselben Masse. Deshalb bestehen auch Fahrradrahmen und Flugzeugstreben aus Rohren. Für ein fliegendes Tier, dessen Flügelknochen bei jedem Schlag starken Drehkräften ausgesetzt sind, ist das genau die richtige Konstruktion.

Warum heißt es dann, Vögel hätten ein leichtes Skelett?

Zum Teil, weil es logisch klingt, und zum Teil, weil ein getrocknetes Vogelskelett tatsächlich zerbrechlich aussieht. Oft zitiert werden einzelne Extremfälle, etwa die Behauptung, dass beim Prachtfregattvogel die Federn mehr wiegen als das Skelett. Diese Angabe steht in vielen Nachschlagewerken, beruht aber auf älteren Messungen, und die genauen Zahlen sind mit Vorsicht zu genießen.

Genauer formuliert: Vögel haben ein Skelett, das für sein Gewicht sehr fest und steif ist. Gewicht sparen sie an vielen anderen Stellen im Körper.

Wo sparen Vögel Gewicht, wenn nicht am Knochen?

Fliegen belohnt geringes Gewicht, und Vögel sparen es an mehreren Stellen ein:

1. Keine Zähne und kein schwerer Kiefer. Ein leichter Hornschnabel aus Keratin ersetzt Zähne und schwere Kaumuskeln. Das Zerkleinern übernimmt der Muskelmagen nahe dem Körperschwerpunkt. Mehr dazu im Beitrag haben Vögel Zähne.
2. Verwachsene Knochen. Viele Knochen, die bei anderen Wirbeltieren getrennt sind, sind bei Vögeln miteinander verschmolzen. Die Schlüsselbeine bilden das Gabelbein (Furcula), Becken und hintere Wirbelsäule das Synsacrum, die Schwanzwirbel enden im Pygostyl, und die Handknochen verschmelzen zum Carpometacarpus. So entsteht ein starrer Rahmen ohne schwere Gelenke und Muskeln.
3. Vereinfachte Fortpflanzungsorgane. Die meisten Vogelweibchen haben nur einen funktionierenden Eierstock, meist den linken, und bei vielen Arten schrumpfen die Fortpflanzungsorgane außerhalb der Brutzeit stark.
4. Eier legen. Die Entwicklung der Jungen im Ei außerhalb des Körpers erspart es, einen wachsenden Embryo im Flug mitzutragen.
5. Effiziente Lunge. Das Luftsacksystem ermöglicht eine sehr leistungsfähige Atmung mit einer vergleichsweise kleinen, starren Lunge.
6. Schnelle Verdauung. Viele Vögel verarbeiten ihre Nahrung rasch, sodass weniger Nahrung im Darm mitgetragen wird.

Was steckt außer Luft noch in einem Vogelknochen?

Was ist Markknochen?

Vogelweibchen besitzen ein besonderes Gewebe, den sogenannten Markknochen (medullärer Knochen). In den Wochen vor der Eiablage lagern sie diesen kalziumreichen Knochen in den Markhöhlen bestimmter Knochen ab, häufig in den Beinknochen. Er dient als Kalziumspeicher für den Bau der Eischale und wird während der Eiablage schnell wieder abgebaut. Eine Blaumeise, die ein Gelege von oft acht bis zwölf Eiern legt, muss in kurzer Zeit erstaunlich viel Kalzium bereitstellen. Markknochen wurde sogar in einigen Dinosaurierfossilien beschrieben und dort genutzt, um Weibchen zu erkennen, auch wenn einige dieser Zuordnungen umstritten sind.

Bilden Vögel trotzdem Blutzellen?

Ja. Vögel bilden Blutzellen im Knochenmark ihrer nicht pneumatisierten Knochen, ganz ähnlich wie Säugetiere.

Hatten Dinosaurier auch hohle Knochen?

Ja, viele, und das ist eine der deutlichsten Verbindungen zwischen den Vögeln und ihren Vorfahren.

Theropoden, die Gruppe, zu der Tyrannosaurus, Velociraptor und die Vorfahren der heutigen Vögel gehören, hatten luftgefüllte Knochen, vor allem in den Wirbeln. Sauropoden, die langhalsigen Riesen wie Brachiosaurus, besaßen ebenfalls stark luftgefüllte Wirbel. Dadurch waren ihre gewaltigen Hälse wahrscheinlich viel leichter, als es massiver Knochen erlaubt hätte. Auch die Flugsaurier hatten dünnwandige, luftgefüllte Knochen.

Das spricht dafür, dass luftgefüllte Knochen und ein Luftsacksystem in der Abstammungslinie der Vögel lange vor dem Fliegen entstanden sind. Hohle Knochen wurden also nicht „für das Fliegen erfunden“, auch wenn Vögel sie offensichtlich gut dafür nutzen. Wer sich dafür interessiert, findet mit dem Archaeopteryx aus dem bayerischen Solnhofen einen der berühmtesten Übergangsfunde zwischen Dinosauriern und Vögeln direkt vor der Haustür.

Mythen und Fakten zu Vogelknochen

Woran erkennen Fachleute, ob ein Knochen hohl ist?

Pneumatisierte Knochen haben meist eine verräterische Öffnung, das Foramen pneumaticum. Das ist ein kleines Loch in der Knochenoberfläche, durch das ein Luftsackausläufer eingedrungen ist. Beim Oberarmknochen eines Vogels liegt es oft nahe dem Schulterende. Innen hat der Knochen eine dünne Wand und einen offenen, von Streben durchzogenen Hohlraum.

Solche Öffnungen bleiben in Fossilien erhalten. Daher weiß die Paläontologie, dass viele Dinosaurier luftgefüllte Knochen hatten. Wer kartiert, welche Wirbel und Gliedmaßenknochen solche Öffnungen besitzen, kann ableiten, wo bei ausgestorbenen Tieren die Luftsäcke lagen, obwohl das Weichgewebe längst verschwunden ist. Dieser Befund war zentral für eine Studie von O’Connor und Claessens aus dem Jahr 2005 in Nature. Sie argumentierten, dass fleischfressende Dinosaurier ein Luftsacksystem ähnlich dem heutiger Vögel besaßen.

Moderne Technik liefert weitere Details. Mit der Computertomografie lässt sich in Knochen hineinsehen, ohne sie aufzuschneiden. So können Forschende an Museumsstücken lebender und ausgestorbener Arten die Wanddicke und die Dichte der inneren Streben messen.

Werden Knochen erst im Laufe des Wachstums hohl?

In der Regel ja. Bei vielen Vögeln sind die Knochen beim Küken zunächst mit Mark gefüllt, und die Luftsackausläufer dringen nach und nach ein, während der Vogel wächst. Muster und Zeitpunkt unterscheiden sich zwischen Arten und zwischen einzelnen Knochen, und nicht jeder Knochen, der pneumatisiert werden könnte, wird es bei jedem Tier auch. Bei manchen Arten kann der Grad der Pneumatisierung sogar zwischen linker und rechter Körperseite desselben Vogels verschieden sein.

Deshalb greift es zu kurz, eine Art einfach als „hohlknochig“ zu bezeichnen. Pneumatisierung ist ein Entwicklungsprozess, geprägt von Körpergröße, Lebensweise und Abstammung.

Wie unterscheidet sich ein Vogelskelett vom menschlichen Skelett?

Vögel und Menschen teilen denselben Grundbauplan der Wirbeltiere, doch Vögel haben ihn für das Fliegen und das Laufen auf zwei Beinen umgebaut.

Interessanterweise haben auch Menschen gewissermaßen luftgefüllte Knochen: Unsere Nasennebenhöhlen sind Lufträume in den Schädelknochen. Mit einem Durchströmungssystem wie bei Vögeln sind sie allerdings nicht verbunden.

Haben hohle Knochen noch andere Aufgaben?

Forschende haben weitere Funktionen für die Lufträume im Skelett vorgeschlagen, doch die Belege dafür sind dünner als für die mechanischen und entwicklungsbiologischen Erklärungen. Zu den Ideen gehören eine bessere Wärmeabgabe bei großen Vögeln, geringere Energiekosten für den Aufbau und Erhalt von Knochengewebe und bei Stoßtauchern wie Pelikanen und Basstölpeln eine Abfederung beim Aufprall, zusammen mit Lufträumen unter der Haut. Basstölpel lassen sich in Deutschland zum Beispiel auf Helgoland beobachten, wo sie aus großer Höhe ins Meer stürzen. Solche Funktionen sollte man als Hypothesen betrachten, die noch untersucht werden, nicht als gesicherte Tatsachen.

Warum haben Tauchvögel massive Knochen?

Luft erzeugt Auftrieb. Ein Vogel voller Lufträume schwimmt leicht obenauf und muss sich anstrengen, um unter Wasser zu bleiben. Pinguine, die nicht fliegen können und einen Großteil ihres Lebens schwimmend verbringen, haben dichte, weitgehend massive Knochen. Das verringert den Auftrieb und spart beim Tauchen Energie. Auch Seetaucher, Lappentaucher wie der Haubentaucher, Kormorane und viele Tauchenten wie Reiher- und Tafelente zeigen eine verringerte Pneumatisierung. Manche Tauchvögel pressen vor dem Abtauchen außerdem Luft aus ihrem Gefieder.

Ein schönes Beispiel für Zielkonflikte: Ein massives Skelett hilft dem Taucher, wäre für einen segelnden Pelikan oder Storch aber eine Last, und umgekehrt. Wie Wasservögel mit dem Leben im nassen Element zurechtkommen, erklärt unser Beitrag warum Enten nicht nass werden.

Wie stabil sind Vogelknochen?

Für ihr Gewicht sehr stabil, aber mit Grenzen. Dünnwandige Knochen widerstehen Biegung und Verdrehung gut, was zu den Belastungen beim Fliegen passt. Kolibris, die ihre Flügel extrem schnell schlagen, brauchen ein steifes Skelett als Verankerung für kräftige Flugmuskeln, wie wir im Beitrag wie Kolibris in der Luft stehen beschreiben. Wild lebende Kolibris gibt es nur in Amerika, doch dasselbe Prinzip gilt für jeden Vogel mit kräftigem Flügelschlag. Spechte wie der Buntspecht haben eigene Anpassungen im Schädel für das Hämmern, nachzulesen unter warum Spechte keine Kopfschmerzen bekommen.

Ein harter Stoß, etwa bei einem Anprall an eine Fensterscheibe oder bei einem Katzenbiss, kann einen Vogelknochen trotzdem brechen lassen, und dünnwandige Knochen können dabei splittern. Weil manche Knochen mit den Luftsäcken verbunden sind, kann bei einem Bruch zudem Luft entweichen oder die Atmung gestört werden. Auch deshalb brauchen verletzte Vögel fachkundige Versorgung.

Was bedeutet das für Vogelfreunde im Garten?

Die Anatomie hat einige praktische Folgen:

1. Vögel behutsam und nur so viel wie nötig anfassen. Wenn Sie einen verletzten Vogel bewegen müssen, stützen Sie seinen Körper locker mit einem Handtuch und setzen ihn in einen Karton mit Luftlöchern. Drücken Sie nicht auf den Brustkorb, denn Vögel müssen Rippen und Brustbein bewegen können, um zu atmen.
2. Einen Flügel nicht selbst schienen. Vogelknochen heilen schnell, aber oft in falscher Stellung, wenn sie nicht richtig eingerichtet werden. Wenden Sie sich an eine Wildvogelstation, eine Wildtierauffangstation oder eine vogelkundige Tierarztpraxis. Adressen vermitteln oft die regionalen Gruppen des NABU oder des LBV in Bayern. Unser Ratgeber verletzten Vogel gefunden, was tun führt Schritt für Schritt durch die ersten Minuten.
3. Vogelschlag an Fenstern verhindern. Kollisionen mit Glas gehören zu den häufigsten Verletzungsursachen. Fenster sichtbar zu markieren, ist eine der wirksamsten Schutzmaßnahmen, wie wir in Vogelschlag an Fenstern verhindern erklären.
4. Brütende Weibchen unterstützen. Im Frühjahr brauchen Weibchen Kalzium für Markknochen und Eischalen. Manche Vogelfreunde bieten zerkleinerte, im Backofen erhitzte Eierschalen in kleinen Mengen in der Nähe der Futterstelle an. Achten Sie dabei auf Hygiene und informieren Sie sich vorher, etwa bei Naturschutzverbänden.

Rechtlich gilt in Deutschland, Österreich und der Schweiz: Alle europäischen Vogelarten sind geschützt. Ein verletztes Tier darf man in der Regel vorübergehend aufnehmen, um es gesund zu pflegen oder zu einer Pflegestelle zu bringen, muss es danach aber wieder freilassen oder in fachkundige Hände geben.

Kurze Fakten

• Viele Vögel haben einige luftgefüllte, also pneumatisierte Knochen, die mit den Luftsäcken verbunden sind.
• Pneumatisierte Knochen sind innen durch Streben verstärkt und keine leeren Röhren.
• Welche Knochen hohl sind, hängt von der Art ab. Große Segelflieger haben die meisten.
• Pinguine und viele Tauchvögel haben weitgehend massive Knochen, um den Auftrieb zu verringern.
• Vogelknochen sind im Durchschnitt dichter als Säugetierknochen.
• Das Vogelskelett macht etwa denselben Anteil der Körpermasse aus wie bei gleich großen Säugetieren.
• Viele Dinosaurier und Flugsaurier hatten ebenfalls luftgefüllte Knochen.
• Vogelweibchen speichern Kalzium für die Eischale in speziellem Markknochen.

Quellen

• Dumont (2010), Bone density and the lightweight skeletons of birds, Proceedings of the Royal Society B
• O’Connor und Claessens (2005), Basic avian pulmonary design and flow-through ventilation in non-avian theropod dinosaurs, Nature
• Cornell Lab of Ornithology, All About Birds
• NABU, Naturschutzbund Deutschland