Die auffälligen, schillernden Federn der Vögel erwärmen sich stärker als andere Federarten, was es möglicherweise schwieriger macht, bei heißen, sonnigen Bedingungen kühl zu bleiben. Wenn ja, könnten die bunten Federn kostspielige Ornamente sein, um Partner zu locken, berichten Forscher vom 4. August in der Zeitschrift der Royal Society Interface.
Viele Studien über die thermischen Eigenschaften von Tierfarben haben sich zuvor auf die Unterschiede zwischen der Reaktion dunkler und heller Farben, die von Pigmenten stammen, auf Licht und Wärme konzentriert, sagt Svana Rogalla, Biophysikerin am Biofisika-Institut in Bilbao, Spanien. Weniger Aufmerksamkeit wurde der Wechselwirkung zwischen Wärme und Strukturfarbe gewidmet – oft lebendige, schillernde Farbtöne, die durch Lichtbrechung an mikroskopischen Strukturen erzeugt werden. Diese Strukturen finden sich in allem, von den Schuppen von Tiefseewürmern (SN: 25.05.20) zu den Exoskeletten von Spinnen (SN: 9/9/16).
In der neuen Studie wandten sich Rogalla und Kollegen an Sunbirds, Nektar fressende Vögel, die normalerweise kleiner sind als Spatzen, die in Afrika, Asien und Australien beheimatet sind. Sunbirds haben Federfarben, die aus einer Mischung von Quellen stammen, darunter Pigmente wie feurige Carotinoide und dunkles Melanin sowie schillernde Strukturfarbe.
Die Forscher untersuchten 15 im Field Museum in Chicago konservierte Sonnenvogelarten, erhitzten die Exemplare unter einer Lampe, die das Sonnenlicht nachahmt, und maßen dann die Oberflächentemperaturen von Federn und der konservierten Vogelhaut.
Schillernde Federn erwärmten sich stärker als Federn, die nur auf Pigmenten basierende Farben hatten, fand das Team. Bei Brustfedern beispielsweise lagen die irisierenden Federn nach wenigen Minuten Lichteinwirkung im Mittel bei etwa 74 °C an der Federoberfläche, wobei Federn mit gelben bis roten Carotinoid-Pigmenten knapp über 63 °C erreichten. wobei die Haut unter schillernden Federn etwa 5 °C und 8 °C heißer wird als die Haut unter Federn mit olivfarbenen oder gelben bis roten Pigmenten.
Die Lichtstreuung von mikroskopisch kleinen Luftschichten, dem Protein Keratin und Melanin enthaltenden Strukturen, die Melanosomen genannt werden, erzeugt den Glanz der irisierenden Federn. Aber das reichliche Melanin lässt die Federn auch mehr Sonnenstrahlung absorbieren als andere hellere, weniger melaninreiche Federn, sagt Rogalla, was zur Erwärmung beiträgt.
Darüber hinaus zeigten Hochleistungsmikroskope und Wärmesimulationen, dass die Anordnung der Melanosomen in einer schillernden Feder die Wärmeaufnahme fördert. Melanosomen in einer dunklen, nicht schillernden Feder sitzen relativ desorganisiert in Schichten. Aber die Melanosomen in den gestapelten, mikroskopischen Strukturen, die Schillern erzeugen, sind organisierter und dichter gepackt. Schillernde Federn erwärmen sich wahrscheinlich mehr als schwarze Federn, weil diese schimmernden Federn mehr Melanosomen über einem bestimmten Federbereich haben, sagt Rogalla.
Auch die Form der Melanosomen kann einen Unterschied machen. Schillernde Federn neigen dazu, plattenförmige Melanosomen zu haben, mit stäbchenförmigen in schwarzen Federn und kugelförmigen in grauen Federn. Die Simulationen des Teams zeigten, dass sich plattenförmige Melanosomen stärker aufheizten als die anderen beiden Formen.
Das Schillern ist bei männlichen Sunbirds ausgeprägter als bei weiblichen und wird in Balzausstellungen verwendet. Rogalla fragt sich, ob die auffälligen Farben, indem sie möglicherweise zum Hitzestress beitragen, einen evolutionären Konflikt zwischen Paarung und Kühlung oder Wärmeregulierung schaffen. “Es könnte ein Kompromiss sein”, sagt sie, “sehr farbenfroh zu sein, um Frauen anzulocken, aber dann kostet es etwas, wenn man bei Hitze in der Sonne sitzt.”
Allison Shultz, Ornithologin am Natural History Museum of Los Angeles County in Kalifornien, die nicht an dieser Forschung beteiligt war, sagt, dass das auffällige Gefieder als Signal für die relative Vitalität und Widerstandsfähigkeit eines männlichen Vogels dienen könnte. „Vielleicht zeigt es sich [females] dass die Männchen dieser höheren Hitzebelastung durch schillernde Farben gewachsen sind.“
Dennoch gibt es einen großen Vorbehalt gegenüber dem experimentellen Aufbau. Die Ergebnisse der Studie seien möglicherweise „schwer zu relativieren“, weil die Experimente an toten Vögeln durchgeführt wurden, sagt Vinod Kumar Saranathan, Evolutionsbiologe am Yale-NUS College in Singapur. „Du hast nicht den Vorteil des lebenden Vogels [to evaluate], seinen Körper manipulieren und verschiedene Dinge tun, um aktiv die Temperatur zu regulieren.“
Sunbirds können Wärme abgeben, indem sie hecheln oder die Federposition ändern. Und die Vögel bleiben selten lange in der Sonne, sagt Saranathan und erklärt, dass sie von Blumen in sonnigen Gebieten in schattigere Wälder fliegen. Wenn schillernde Federn so schnell Wärme verlieren, wie sie sie aufnehmen, könnten die Sonnenvögel Schatten zur Abkühlung nutzen und die Wirkung des heißen Gefieders abschwächen.
„Das Schillern hat sich in den USA so oft unabhängig voneinander entwickelt [bird evolutionary tree]“, sagt Saranathan. Wenn glänzende Federn Vögel besonders belasten, sagt er, wäre eine wiederholte Evolution unwahrscheinlich.
Trotzdem haben die Ergebnisse Auswirkungen darauf, wie Schillern zu den Hitzeeffekten des Klimawandels beitragen könnte. Rogalla weist darauf hin, dass kleine Vögel wie Sunbirds – anfällig für große Schwankungen der Umgebungstemperatur – bereits massenhaft an extremen Hitzeereignissen gestorben sind. Solche Massensterben sind zum Beispiel bei australischen Papageien aufgetreten, wo in den letzten Jahren durch intensive Hitzewellen Hunderte von Wellensittichen und Dutzenden Kakadus getötet wurden. Schillernde Sonnenvögel können mit ihren heißen Federn besonders gefährdet sein.
Ein sich erwärmendes Klima kann schillernde Vögel dazu zwingen, an heißen Tagen für kürzere Zeit aktiv zu sein, um die zusätzlichen Auswirkungen der Sonnenwärme zu vermeiden, sagt Saranathan. Wenn dies der Fall ist, fügt er hinzu, kann ein derart verkürzter Zeitplan den Wettbewerb um Nahrung in den kostbaren verbleibenden aktiven Stunden verstärken.