Wie schweben Kolibris in der Luft?

Kolibris schweben, indem sie ihre Flügel in einer fast waagerechten, flachen Acht vor und zurück schlagen und sie am Ende jedes Schlags so drehen, dass sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsschlag Luft nach unten drückt. Studien deuten darauf hin, dass etwa 75 Prozent ihres Auftriebs aus dem Abschlag stammen und 25 Prozent aus dem Aufschlag. Angetrieben wird das von ungewöhnlich großen Flugmuskeln und einem Stoffwechsel, der Nektarzucker fast so schnell verbrennt, wie die Vögel ihn trinken können.

Keine andere Vogelgruppe kann so lange reglos in der Luft stehen. Um zu verstehen, wie das gelingt, muss man sich ihre Knochen, ihre Muskeln, die Luftströmung an den Flügeln und den Brennstoff ansehen, der das alles am Laufen hält.

Wo leben Kolibris, und warum sieht man sie in Europa nicht?

Vorweg eine ehrliche Einordnung für Leserinnen und Leser in Deutschland, Österreich und der Schweiz: Wildlebende Kolibris gibt es ausschließlich in Amerika, von Alaska bis Feuerland. In europäischen Gärten kommen sie nicht vor, und daran ändern auch Nektarblumen oder Futterspender nichts. Dieser Beitrag richtet sich deshalb an alle, die sich für die Flugkunst dieser Vögel interessieren, die eine Reise nach Nord-, Mittel- oder Südamerika planen oder dort leben.

Wer im Sommer bei uns einen winzigen, schwirrenden „Kolibri“ an Phlox, Lavendel oder Geranien gesehen hat, hat mit großer Wahrscheinlichkeit ein Taubenschwänzchen beobachtet. Dieser tagaktive Nachtfalter schwebt vor Blüten und saugt mit einem langen Rüssel Nektar, ganz ähnlich wie ein Kolibri. Weiter unten erklären wir, wie Sie die beiden auseinanderhalten.

Kurz erklärt: so schweben Kolibris

• Flügelbahn: eine flache Acht, vor und zurück, nicht auf und ab.
• Flügeldrehung: Der Flügel dreht sich an jedem Ende des Schlags um, sodass auch der Aufschlag Auftrieb erzeugt.
• Auftriebsverteilung: laut Windkanalstudien rund 75 Prozent aus dem Abschlag und 25 Prozent aus dem Aufschlag.
• Schultergelenk: Ein sehr bewegliches Schultergelenk erlaubt eine Drehung des Flügels um fast 180 Grad.
• Große Muskeln: Die Flugmuskeln machen rund ein Viertel oder mehr des Körpergewichts aus.
• Schneller Brennstoff: Kolibris verbrennen frisch aufgenommenen Zucker direkt für den Flug.
• Tempo: Kleine Arten schlagen beim Schweben rund 50 Mal pro Sekunde mit den Flügeln.

Wie bewegt sich der Flügel eines schwebenden Kolibris?

Die meisten Vögel schlagen ihre Flügel auf und ab. Der Abschlag drückt Luft nach hinten und unten und erzeugt Auftrieb und Vortrieb, der Aufschlag dient vor allem der Rückführung. Der Vogel faltet oder kippt seinen Flügel auf dem Weg nach oben, um den Luftwiderstand zu verringern, und erzeugt dabei kaum Auftrieb.

Ein schwebender Kolibri macht etwas anderes. Sein Körper steht aufrecht, sodass die Flügel in einer ungefähr waagerechten Ebene vor und zurück schwingen. Könnte man die Bewegung verlangsamen, würde die Flügelspitze eine abgeflachte Acht oder ein Oval zeichnen.

Am Ende jedes Vorwärtsschlags dreht sich der Flügel ruckartig, sodass seine Unterseite nun nach oben zeigt. Dann schwingt er rückwärts, wobei die Vorderkante weiterhin vorn liegt. Dieselbe Kante führt in beide Richtungen, der Flügel trifft die Luft also bei beiden Schlägen in einem nützlichen Winkel. Das erinnert an einen Schwimmer, der mit flacher Hand wriggt und die Handfläche bei jedem Zug dreht, um Wasser zu verdrängen.

Warum erzeugen Kolibris im Abschlag mehr Auftrieb?

Lange wurde der Schwirrflug der Kolibris als insektenartig beschrieben, mit gleich viel Auftrieb bei beiden Schlägen. Eine Studie aus dem Jahr 2005, bei der Rotrücken-Zimtelfen im Windkanal mit einem Verfahren zur Sichtbarmachung der Luftströmung untersucht wurden, änderte dieses Bild. Die Forschenden fanden, dass etwa 75 Prozent des Gewichts vom Abschlag getragen wurden und etwa 25 Prozent vom Aufschlag.

Der Grund scheint zu sein, dass Vogelflügel anders gebaut sind als Insektenflügel. Der Kolibriflügel ist keine flache, starre Platte. Er hat Knochen, Gelenke und Federn und lässt sich im Aufschlag nicht ganz so vollständig umdrehen. Das Ergebnis ist ein Schwirrflug, der zwischen typischen Vögeln, die fast ihren gesamten Auftrieb im Abschlag erzeugen, und Insekten wie Schwärmern liegt, die aus beiden Schlägen ungefähr gleich viel Auftrieb gewinnen.

Was ist das Besondere an den Flügelknochen eines Kolibris?

Der Schlüssel liegt in der Schulter und in den Proportionen des Arms. Bei den meisten Vögeln besteht der Flügel aus einem langen Oberarm, einem langen Unterarm und einer relativ kurzen Hand, mit Gelenken an Schulter, Ellbogen und Handgelenk, die sich im Flug beugen.

Bei Kolibris gilt dagegen:

• Der Oberarmknochen (Humerus) ist sehr kurz und kräftig.
• Ellbogen und Handgelenk bewegen sich im Flug relativ wenig, der Flügel wird ziemlich starr gehalten.
• Die Handknochen sind lang, und die daran ansetzenden Handschwingen bilden den Großteil der Flügelfläche.
• Das Schultergelenk hat eine ungewöhnliche Form, die eine Drehung des Flügels in einem sehr weiten Winkel erlaubt, nahe 180 Grad.

Weil der größte Teil der Flügelbewegung aus der Schulter kommt, wirkt der gesamte Flügel wie ein einziges Blatt, das der Vogel schwingen und drehen kann. Genau das ermöglicht die ruckartige Drehung an jedem Ende des Schlags.

Warum sind die Schwungfedern so wichtig?

Die Handschwingen bilden eine steife, stromlinienförmige Fläche. Ihre Form und ihre Überlappung helfen dem Flügel, unter den hohen Kräften der schnellen Schläge seine Gestalt zu behalten. Die Männchen vieler Kolibriarten haben zudem besonders geformte äußere Federn, die im Flug oder bei Balzsturzflügen trillernde oder summende Geräusche erzeugen. Deshalb hört man einen Kolibri oft, bevor man ihn sieht.

Wie stark sind die Flugmuskeln eines Kolibris?

Für ihre Größe bemerkenswert stark. Bei den meisten fliegenden Vögeln ist der große Brustmuskel, der den Flügel nach unten zieht, der Pectoralis, viel größer als der Muskel, der ihn anhebt, der Supracoracoideus. Der Muskel für den Aufschlag ist oft nur ein kleiner Bruchteil so groß wie der für den Abschlag.

Bei Kolibris ist der Aufschlagmuskel verhältnismäßig groß, oft etwa halb so groß wie der Abschlagmuskel. Das passt dazu, dass der Aufschlag echte Arbeit leistet. Zusammen können die Flugmuskeln etwa 25 bis 30 Prozent der Körpermasse eines Kolibris ausmachen, einer der höchsten Anteile bei Vögeln überhaupt.

Diese Muskeln sind dicht gepackt mit Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen, und reich durchblutet. Das Herz ist im Verhältnis zum Körper groß und kann bei Aktivität deutlich über 1.000 Mal pro Minute schlagen. Auch die Atemfrequenz ist sehr hoch.

Woher kommt die Energie für den Schwirrflug?

Schweben ist extrem teuer. Gemessen an seiner Größe verbraucht ein Kolibri Energie mit einer der höchsten Raten, die bei Wirbeltieren gemessen wurden. Diesen Bedarf deckt er mit Zucker.

Forschungen haben gezeigt, dass schwebende Kolibris den Großteil ihres Flugs direkt mit gerade aufgenommenem Zucker bestreiten können und schnell zwischen frischem Nektar und gespeicherten Reserven wechseln. Die meisten Tiere, auch Menschen, können nur einen bescheidenen Anteil frisch aufgenommenen Zuckers für harte körperliche Arbeit nutzen. Kolibris sind ungewöhnlich gut darin, Zucker aus dem Darm ins Blut und in die Muskeln zu bringen.

Deshalb ist Nektar so wichtig. Ein Rubinkehlkolibri frisst tagsüber unter Umständen alle 10 bis 15 Minuten und besucht dabei viele Blüten und Futterspender. Außerdem fressen Kolibris kleine Insekten und Spinnen, um Eiweiß, Fett und andere Nährstoffe aufzunehmen, besonders wenn sie Junge füttern. Für Leserinnen und Leser in Amerika erklärt unser Ratgeber zum Kolibri-Nektar, warum das klassische Verhältnis von vier Teilen Wasser zu einem Teil Zucker dem Nektar vieler Blüten nahekommt.

Nachts können Kolibris Energie sparen, indem sie in Torpor fallen, einen tiefen, schlafähnlichen Zustand, wie wir in unserem Beitrag erklären, ob Kolibris schlafen.

Wie stehen Kolibris so ruhig in der Luft?

Auf der Stelle zu bleiben, ist nicht nur eine Frage der Kraft. Es verlangt ständige, präzise Steuerung.

1. Sehen: Kolibris erkennen ein Abdriften an optischen Bewegungsreizen. Versuche im Flugkanal deuten darauf hin, dass sie besonders empfindlich auf Veränderungen der scheinbaren Größe und Lage von Mustern in ihrer Umgebung reagieren und schnell gegensteuern.
2. Flügelanpassungen: Winzige Änderungen von Schlagwinkel, Schlagweite und Takt erlauben es ihnen, sich nach links, rechts, vorn oder hinten zu versetzen.
3. Schwanz: Der Schwanz fächert sich auf und kippt, um zu lenken und zu bremsen, besonders bei plötzlichen Wendungen.
4. Kopfstabilisierung: Wie viele Vögel halten Kolibris den Kopf bemerkenswert ruhig, selbst wenn sich der Körper bewegt. So bleiben Augen und Schnabel auf die Blüte gerichtet.

Diese Steuerung ermöglicht Leistungen, die fast unmöglich wirken. Kolibris können in böigem Wind schweben, aus einer schwankenden Blüte trinken, sich rückwärts aus einer Blüte zurückziehen und seitlich davonschießen, um einen Rivalen zu verfolgen.

Schweben alle Kolibris auf dieselbe Weise?

Die Grundmethode ist dieselbe, doch die Größe verändert die Details. Es gibt mehr als 360 Kolibriarten, alle in Amerika, von Alaska bis Feuerland.

Kleinere Arten schlagen ihre Flügel in der Regel schneller. Der Riesenkolibri, etwa so groß wie ein Star, hat einen viel langsameren, tieferen Flügelschlag und gleitet manchmal zwischen Blüten, was kleine Kolibris selten tun. Arten in großen Höhen der Anden müssen mit dünner Luft zurechtkommen, die das Schweben erschwert. Studien deuten darauf hin, dass sie das mit im Verhältnis größeren Flügeln und weiteren Schlagwinkeln ausgleichen.

Wer in die USA reist oder dort lebt, findet in unseren Artporträts zum Rubinkehlkolibri und zum Annakolibri zwei Arten, die man dort häufig sieht.

Warum können größere Vögel nicht wie Kolibris schweben?

Es liegt daran, wie Leistung und Gewicht mit der Körpergröße wachsen. Wird ein Tier größer, steigt sein Gewicht schneller als die Fläche seiner Flügel und schneller als die Leistung, die seine Muskeln im Verhältnis zu diesem Gewicht liefern können. Die Leistung, die nötig ist, um einen Körper reglos in der Luft zu halten, indem genug Luft nach unten gedrückt wird, steigt mit der Körpermasse steil an.

Bei einem sehr kleinen Vogel geht die Rechnung auf: Die Muskeln können gerade genug Leistung liefern, um den Körper in ruhiger Luft zu tragen. Bei einer Taube, einer Möwe oder einem Adler geht sie nicht auf. Größere Vögel bräuchten unmöglich große Flugmuskeln oder unmöglich schnelle Flügelschläge, um länger als einen Augenblick zu schweben. Stattdessen nutzen sie die Vorwärtsgeschwindigkeit, bei der die über die Flügel strömende Luft viel günstiger Auftrieb erzeugt, oder den Wind, wie der Turmfalke.

Das erklärt, warum sich ausdauerndes Schweben bei winzigen Tieren entwickelt hat: bei Kolibris, vielen Insekten und einigen nektartrinkenden Fledermäusen. Es erklärt auch, warum der Riesenkolibri mit rund 20 g nahe an der oberen Größengrenze für Kolibris liegt.

Können Kolibris bei Wind und Regen schweben?

Ja, in Grenzen. Untersuchungen in Windkanälen und Regensimulatoren deuten darauf hin, dass Kolibris Körperwinkel, Schwanzhaltung und Flügelschläge anpassen, um mit Turbulenzen fertigzuwerden, und dass das Schweben bei böigen Bedingungen mehr Energie kostet. Bei starkem Regen beobachteten Forschende, dass Kolibris ihre Schlagfrequenz erhöhten und ihre Haltung veränderten, um in der Luft zu bleiben, und dass sie Wasser mit schnellen Drehbewegungen von Kopf und Körper abschüttelten, sogar mitten im Flug.

In der Praxis warten Kolibris heftige Unwetter oft an geschützten Stellen sitzend ab und fressen danach besonders intensiv.

Wie starten und landen Kolibris?

Die meisten Vögel springen mit kräftigen Beinen in die Luft, bevor die Flügel übernehmen. Kolibris haben winzige Beine und Füße, und Studien deuten darauf hin, dass sie einen Großteil der Startkraft mit den Flügeln erzeugen und schon vor dem Abheben zu schlagen beginnen. Deshalb scheint ein Kolibri senkrecht von einem Zweig abzuheben, statt abzuspringen.

Die Landung ist ebenso präzise. Der Vogel bremst, indem er den Körper aufrichtet, den Schlagwinkel vergrößert und den Schwanz auffächert, und setzt die Füße dann fast ohne Nachfedern auf den Zweig.

Können andere Vögel schweben?

Ja, aber nur kurz und mit mehr Aufwand. Nur Kolibris können in ruhiger Luft lange Zeit echt auf der Stelle schweben. Andere Vögel schweben auf zwei Arten.

Rütteln im Wind

Turmfalken, bei uns an jedem Autobahnrand zu sehen, stellen sich oft gegen den Wind und rütteln oder hängen auf der Stelle, während sie den Boden nach Mäusen absuchen. Der Wind leistet einen Großteil der Arbeit: Ihre Fluggeschwindigkeit entspricht der Windgeschwindigkeit, und ihre Geschwindigkeit über Grund liegt nahe null. Raufußbussarde und manchmal auch Mäusebussarde machen es ähnlich.

Kurzes aktives Schweben

Graufischer in Afrika und Asien schweben über dem Wasser, bevor sie nach Fischen stoßen, und gehören zu den größten Vögeln, die ohne Windhilfe auf der Stelle schweben. Unser Eisvogel jagt dagegen meist von einer Sitzwarte aus und rüttelt nur gelegentlich kurz. Seeschwalben schweben kurz vor dem Stoßtauchen. Nektarvögel in Afrika und Asien, die eine ähnliche Nische wie Kolibris besetzen, sitzen beim Fressen meist, schweben aber manchmal kurz vor einer Blüte. Einige Fliegenschnäpper, Laubsänger und Goldhähnchen schweben kurz, um Insekten von Blättern abzusammeln.

Kolibri oder Taubenschwänzchen: Was schwirrt da in Europa an den Blüten?

Gartenbesitzer in Deutschland, Österreich, der Schweiz und fast ganz Europa, der Türkei und großen Teilen Asiens melden immer wieder „Kolibris“ an Blumen. Fast immer handelt es sich um das Taubenschwänzchen, einen tagaktiven Schwärmer, der mit schwirrenden Flügeln vor Blüten steht und mit seinem langen Rüssel Nektar saugt. Die Ähnlichkeit ist ein Lehrbuchbeispiel für konvergente Evolution: Nicht verwandte Tiere haben dieselbe Lösung für dasselbe Problem gefunden.

So unterscheiden Sie die beiden:

• Fühler: Das Taubenschwänzchen hat zwei deutlich sichtbare Fühler am Kopf, ein Kolibri nie.
• Rüssel statt Schnabel: Der Falter trinkt mit einem dünnen, einrollbaren Rüssel. Ein Kolibri hat einen festen, spitzen Schnabel.
• Farben: Das Taubenschwänzchen ist graubraun mit orangebraunen Hinterflügeln und einem hell gefleckten, buschigen Hinterleib. Es schillert nicht metallisch.
• Größe: Mit einer Flügelspannweite von grob vier bis fünf Zentimetern ist es kleiner als die meisten Kolibris.
• Ort: In Europa lebt kein wilder Kolibri. Ein schwirrendes Tier an Phlox, Sommerflieder, Lavendel, Seifenkraut oder Geranien ist hier praktisch immer ein Falter.

Das Taubenschwänzchen ist ein Wanderfalter, der jedes Jahr aus Südeuropa nach Norden einfliegt. Wer es fördern möchte, pflanzt nektarreiche Blumen mit langen Blütenröhren und verzichtet auf Insektizide.

Irrtümer und Tatsachen über den Kolibriflug

Irrtum: Kolibris schweben genau wie Insekten. Tatsache: Sie drehen ihre Flügel bei beiden Schlägen wie Insekten, doch Studien deuten darauf hin, dass sie im Abschlag weit mehr Auftrieb erzeugen.

Irrtum: Kolibris hören nie auf zu fliegen. Tatsache: Sie sitzen oft, manchmal lange, um zu ruhen, zu verdauen und ihr Revier zu überwachen. Sitzen spart viel Energie.

Irrtum: Kolibris können nicht laufen. Tatsache: Ihre Beine sind winzig, und sie können im üblichen Sinn weder laufen noch hüpfen, aber sie können seitlich auf einem Zweig entlangrutschen.

Irrtum: Kolibris reisen auf dem Rücken von Gänsen. Tatsache: Diese alte Geschichte hat keine Grundlage. Rubinkehlkolibris fliegen aus eigener Kraft, und viele überqueren den Golf von Mexiko im Nonstopflug.

Irrtum: Kolibris gibt es auch in Europa. Tatsache: Wilde Kolibris leben nur in Amerika. Was in Europa vor Blüten schwirrt, ist fast immer ein Taubenschwänzchen.

Was bedeutet das für Vogelfreunde?

In Europa können Sie Kolibris nicht in den Garten locken, und Nektarspender für Kolibris haben hier keinen Nutzen. Wer in Amerika lebt oder dort längere Zeit verbringt, kann den Vögeln dagegen gezielt helfen:

• Nektar frisch und sauber halten. Ein Vogel, der Energie so schnell verbrennt, ist auf verlässliches, sicheres Futter angewiesen. Wechseln Sie den Nektar bei heißem Wetter alle paar Tage. Unser Ratgeber zu leicht zu reinigenden Kolibri-Futterspendern hilft bei der Auswahl.
• Heimische Röhrenblüten pflanzen. In Nordamerika liefern Salbeiarten, Bartfaden, Indianernessel, Trompeten-Geißblatt und Kardinals-Lobelie den Nektar, an den sich die Vögel angepasst haben. Heimische Pflanzen fördern auch die kleinen Insekten, die Kolibris brauchen.
• Sitzplätze anbieten. Kolibris ruhen zwischen den Mahlzeiten. Ein paar kahle Zweige in der Nähe erlauben es ihnen, zu sitzen, zu verdauen und ihr Revier zu bewachen.
• Auf Pestizide verzichten. Insekten sind ein wichtiger Teil der Nahrung, besonders für wachsende Küken.
• Genau hinschauen. Auf Reisen lohnt es sich, einen schwebenden Kolibri bei gutem Licht mit dem Fernglas zu beobachten. Sie sehen dann, wie der Schwanz lenkt, der Körper kippt und der Kopf völlig ruhig bleibt, während die Flügel verschwimmen.

Kurz und bündig

• Kolibris schweben, indem sie ihre Flügel in einer flachen Acht vor und zurück schlagen.
• Der Flügel dreht sich an jedem Ende des Schlags, sodass auch der Aufschlag Auftrieb erzeugt.
• Windkanalstudien deuten darauf hin, dass rund 75 Prozent des Auftriebs aus dem Abschlag stammen.
• Die meiste Flügelbewegung kommt aus einem sehr beweglichen Schultergelenk.
• Die Flugmuskeln machen rund ein Viertel oder mehr der Körpermasse aus.
• Kleine Arten schlagen beim Schweben rund 50 Mal pro Sekunde mit den Flügeln.
• Das Herz kann bei Aktivität über 1.000 Mal pro Minute schlagen.
• Kolibris können ihren Flug weitgehend mit gerade aufgenommenem Zucker bestreiten.
• Alle Kolibris leben in Amerika, in Europa und Asien füllt das Taubenschwänzchen eine ähnliche Rolle.

Quellen

• Warrick, D. R., Tobalske, B. W. und Powers, D. R. (2005). Aerodynamics of the hovering hummingbird. Nature
• Anna’s Hummingbird, Überblick, Cornell Lab of Ornithology, All About Birds
• NABU, Naturschutzbund Deutschland