Wissenschaftler haben erklärt, warum Emus nicht fliegen

Wissenschaftler der Kyushu Universität haben die Entwicklung von Emu- und Hühnerembryonen verglichen und herausgefunden, warum Emus keinen Kiel entwickeln - eine Ausstülpung am Brustbein, an der bei fliegenden Vögeln kräftige Brustmuskeln befestigt sind. Bei Hühnern bildet sich diese Ausstülpung, aber bei Emus hört das Wachstum der notwendigen Struktur zu früh auf. Die Arbeit ist in Nature Communications veröffentlicht.

Wichtig: Die Studie behauptet nicht, dass dies der einzige Grund ist, warum Emus nicht fliegen können. Der Flug hängt von den Flügeln, der Körpermasse, den Muskeln und der gesamten Evolutionsgeschichte des Vogels ab. Aber die Wissenschaftler haben einen wichtigen Mechanismus aufgezeigt: Emus bilden eines der wichtigsten "Teile" des Skeletts nicht aus, die für den aktiven Flug benötigt werden.

Details

Die meisten fliegenden Vögel haben einen Kiel - einen länglichen knöchernen Vorsprung - auf ihrem Brustbein. Er dient als starke Stütze für die großen Muskeln, die die Flügel bewegen. Ohne diese Ausstülpung ist es für einen Vogel viel schwieriger, die zum Abheben und Fliegen erforderliche Kraft zu entwickeln.

Die Forscher verglichen die embryonale Entwicklung eines Huhns und eines Emus. Das Huhn fliegt schlecht, hat aber die Skelettstruktur eines fliegenden Vogels, während der Emu ein großer, flugunfähiger Vogel aus Australien ist.

In den frühen Stadien schien die Entwicklung des Brustbeins bei diesen Vögeln sehr ähnlich zu sein. Die Zellen, die später das Brustbein bilden, erscheinen an den Seiten des Körpers des Embryos und laufen dann in der Mitte zusammen. Der Unterschied beginnt später, wenn sich beim Huhn die Zellen weiter teilen und das Rudiment des Kiels bilden, während dieser Prozess beim Emu schnell abklingt.

Der TGF-β-Signalweg spielt dabei eine Schlüsselrolle. Einfach ausgedrückt, handelt es sich um ein molekulares System, das den Zellen hilft, einen Befehl zu erhalten: sich weiter zu teilen und Gewebe aufzubauen oder aufzuhören und zu reifen. Bei beiden Vögeln ist dieser Signalweg bis zu einem bestimmten Stadium aktiv. Aber beim Emu schaltet es sich früher ab, während es beim Huhn länger wirkt - etwa zwei weitere Tage der Entwicklung. Während dieser Zeit haben die Zellen Zeit, den zukünftigen Kiel nach unten zu "ziehen".

Es ist dieser kleine Zeitunterschied, der zu einem großen Ergebnis führt. Das Huhn bildet einen Brustbeinfortsatz aus, während der Emu keinen hat. Die Wissenschaftler sprechen daher nicht von unterschiedlichen "Gensätzen", sondern von unterschiedlichen Entwicklungszeitplänen: ein ähnliches Programm funktioniert zu unterschiedlichen Zeiten.

Dieser Mechanismus wird als Heterochronie bezeichnet - wenn eine Änderung des Entwicklungszeitpunkts zu einem spürbaren Unterschied im erwachsenen Organismus führt.

Warum das wichtig ist

Die Studie trägt dazu bei, besser zu verstehen, wie Vögel im Laufe der Evolution die Fähigkeit zu fliegen erlangten oder verloren. Manchmal beginnen große Unterschiede im Aussehen von Tieren mit kleinen Verschiebungen in der Embryonalentwicklung.

Dies ist nicht nur für die Geschichte der Emus wichtig. Der Kiel des Brustbeins ist eines der Hauptmerkmale des Skeletts von fliegenden Vögeln. Wenn wir verstehen, wie er sich bildet, können wir besser verstehen, warum einige Vögel zu exzellenten Fliegern wurden, während andere - wie Emus, Strauße oder Kasuare - auf dem Boden blieben.

Die Autoren merken auch an, dass die Arbeit für ein breiteres Verständnis der Entwicklung der Brustknochen bei Wirbeltieren nützlich sein könnte. Es ist jedoch noch zu früh, um daraus medizinische Schlüsse zu ziehen: Die Studie wurde an Vögeln durchgeführt, nicht an Menschen, und sie bietet keine Möglichkeit zur Behandlung von Brustkorbdeformitäten.

Hintergrund

Vögel haben im Laufe der Evolution mehrfach die Fähigkeit zu fliegen verloren. Dies geschah aus einer Vielzahl von Gründen: auf Inseln ohne große Raubtiere, beim Übergang zum Laufen, bei zunehmender Körpermasse oder bei einer Änderung der Lebensweise.

Der Emu ist einer der großen flugunfähigen Vögel. Sie fliegen nicht, aber sie laufen gut und sind an das Leben auf dem Boden angepasst. Daher lässt sich die Frage "warum Emus nicht fliegen" nicht auf ein einziges Detail reduzieren. Das gekielte Brustbein ist jedoch ein sehr wichtiger Teil des Flugapparats.

Eine neue Studie zeigt, wie ein solches Detail verschwinden kann, und zwar nicht wegen eines komplett "kaputten" Gens, sondern wegen einer Verschiebung des Timings: Das richtige Signal wird frühzeitig abgeschaltet, und der Kiel hat einfach keine Zeit, sich zu bilden.

Quelle

Seung June Kwon et al, "Heterochronic activation of TGF-β signalling drives the diversity of the avian sterna", Nature Communications, 2026. In der Studie verglichen die Wissenschaftler die Entwicklung der Sterna bei Embryonen von Hühnern und Emus. Sie verwendeten Analysen der Genaktivität über Zeit und Raum sowie experimentelle Modelle des Zellwachstums. Die Autoren zeigten, dass der TGF-β-Signalweg bei beiden Vögeln in einem frühen Stadium aktiv ist. Beim Emu schaltet er sich jedoch früher ab, wodurch die Zellen des zukünftigen Brustbeins aufhören, sich aktiv zu teilen und sich der Kiel nicht bildet.