Anatomie und Evolution der Zungen des Spechtes

von Rusty Ryan
Copyright © 2003
[Veröffentlicht: 6. Mai 2003]

Abbildung 1: Nordlicher Kolibri (Colaptes auratus). Foto freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Ulf Runesson: www.borealforest.org
[Abbildung 1 (Foto eines Kolibris an einem Baum)]

Kürzlich haben eine Reihe von kreationistischen Personen und Organisationen Websites erstellt, auf denen der Specht als Beispiel für einen Organismus beworben wird, der „nicht hätte evolviert werden können."

Um ihren Standpunkt zu untermauern, haben sie eine Fülle von Informationen vorgelegt, die entweder verzerrt oder offensichtlich falsch sind, was die Anatomie und Physiologie des Spechtbetreffs, insbesondere hinsichtlich seiner erstaunlich langen Zunge, betrifft.

Der Zweck dieser Website ist es, genaue Informationen für diejenigen bereitzustellen, die sonst die irreführenden Behauptungen von Kreationisten wörtlich nehmen könnten.

Die Spechte (Familie Picidae) sind vertraute Vögel, deren einzigartige Anatomie es ihnen ermöglicht, ungewöhnliche ökologische Nischen zu nutzen. Viele Arten dieser Familie zeigen interessante Anpassungen, die es ihnen erlauben, Löcher in festem, nicht verrottetem Holz zu bohren, um nach Insekten und anderen Beutetieren zu suchen.

Eine der faszinierendsten dieser Anpassungen ist die Zungen des Spechtes. Im Gegensatz zu den Zungen des Menschen, die primär muskulös sind, werden die Zungen der Vögel durch ein aus Knorpel und Knochen bestehendes Skelett namens Hyoidapparat starr gestützt. Alle höheren Wirbeltiere besitzen Hyoide in einer Form oder der anderen; man kann die „Hörner" Ihres eigenen U-förmigen Hyoidknochens spüren, indem Sie den obersten Teil Ihres Rachens zwischen Daumen und Zeigefinger kneifen. Unser Hyoid dient als Anheftungspunkt für bestimmte Muskeln unseres Rachens und unserer Zunge (1).

Abbildung 2: Das Hyoid-Apparat und der Schädel eines Flickers (Gattung Colaptes).. Beim lebenden Vogel umschlingen die beiden langen Hörner den Kopf und ruhen in der Nasenhöhle. Foto freundlicherweise von Jody Hildreth: www.kidwings.com
[Abbildung 2 (Hyoid-Apparat und Schädel eines Flickers)]

Die Y-förmige Hyoidvorrichtung der Vögel erstreckt sich jedoch bis ganz an die Spitze ihrer Zungen. Die Gabelung des „Y" sitzt direkt vor dem Rachen, und an dieser Stelle setzen sich die meisten Muskeln der Hyoidvorrichtung an. Zwei lange Strukturen, die „Hörner" der Hyoidvorrichtung, wachsen von dieser Stelle nach hinten und bieten Ansatzpunkte für Protraktormuskeln, die am Unterkiefer entspringen. Die Hyoidhörner einiger Spechtarten sind in ihrer Erscheinung sehr auffällig, da sie bis ganz nach oben zum Scheitel wachsen können und bei einigen Arten sogar um die Augenhöhle herumwachsen oder sogar in die Nasenhöhle hineinreichen (2), (3).

Das ungewöhnliche Aussehen des „Zungenskeletts" des Spechtes hat Kreationisten dazu inspiriert, es als Beispiel für eine Struktur zu verwenden, die zu bizarr sei, um sich durch zufällige Mutationen, die funktionelle Zwischenstufen hervorbrachten, entwickelt zu haben. Wie die folgenden Informationen jedoch zeigen, ist die seltsame Zunge der Spechte tatsächlich nur eine verlängerte Version derjenigen, die bei allen Vögeln vorkommt, und ist in der Tat ein perfektes Beispiel dafür, wie anatomische Strukturen durch Mutationen und natürliche Selektion zu neuen Formen geformt werden können.

Mehrere kreationistische Websites und Flugblätter, auf die ich gestoßen bin, behaupten, die Zunge des Spechtes sei „im rechten Nasenloch verankert" (C1) oder wachse „rückwärts" aus der Nasenhöhle heraus (C2). Die primären Verbindungen zwischen dem Hyoidapparat des Spechtes und dem Rest seines Körpers sind Muskeln und Bänder, die das Hyoid mit dem Kieferknochen (Mandibel), dem Knorpel des Rachens und dem Grund (nicht der Oberseite) des Schädels verbinden – dieselbe Konfiguration, die bei allen anderen Vögeln zu finden ist. Bei ausgewachsenen Individuen einiger Arten können die Hyoidhörner schließlich von oben her vorwachsen und in die Nasenhöhle hineinwachsen – jedoch wachsen das Hyoid und die Zunge auf jeden Fall nicht AUS der Nasenhöhle.

Die eigentliche Zunge der Vögel bedeckt den vorderen Teil des Hyoidapparats – die hinteren Teile, einschließlich der Hyoidhörner, fungieren als Stützstruktur.

Die Längen der Hyoidhörner bei verschiedenen Vögeln variieren erheblich, sind aber alle funktionell sehr ähnlich. Der Huhn (Abbildung 3A) bietet ein gut untersuchtes Beispiel für einen Vogel, der nicht eng mit dem Specht verwandt ist, doch alle wesentlichen Merkmale der Specht-Hyoidhörner teilt (Abbildung 3B).

Abbildung 3: (A) Kieferknochen und Hyoidapparat des Huhns (Gallus gallus, links) und (B) des Rotbauchspechts (Melanerpes carolinus, rechts). Vergleichen Sie den Hyoidapparat des Huhns mit dem des Spechts. Beachten Sie die branchiomandibularis-Muskeln (Mbm), die sich um die Hyoidhörner winden und am Kiefer befestigen. Die Befestigungen sind beim Flicker ähnlich, aber die Hörner und Mbm-Muskeln sind länger. Die Abbildungen wurden aus (3) und (6) übernommen.
[Abbildung 3a (Kieferknochen und Hyoidapparat des Huhns und Rotbauchspechts)]

Die Hyoidhörner des Huhns und die Faszie, in der sie ruhen (die fascia vaginalis - Fvg), erstrecken sich auf beiden Seiten des Rachens nach hinten, krümmen sich dann hinter den Ohren des Huhns nach oben bis zum Hinterkopf (Abbildung 3A).

Die Scheide selbst bildet sich aus einem Sack mit Schmierflüssigkeit, in den die Hörner während ihrer Entwicklung hineinwachsen. Diese Schmierung gibt den Hörnern etwas Spielraum, um entlang der Scheide auf- oder abzurutschen, wenn die Zunge eingeführt oder herausgezogen wird. Es gibt einige elastische Verbindungen zwischen der Scheide und den Hörnern, doch sie sind sicher nicht am Schädel „verankert".

Beachten Sie die Anlagerungen der branchiomandibularis-Muskeln (mit der Bezeichnung "Mbm"), die sich nahe dem Ende der Hyoidhörner ansetzen, durch die "Hülle" verlaufen und sich in der Mitte des Kieferknochens ansetzen (Anlagerungen mit den Bezeichnungen "Mbma" und "Mbmp"). Dies sind die Muskeln, die die Hörner in den Hüllen nach unten schieben, sie gegen den Schädel anspannen und damit die starre Zunge der Vögel strecken (4).

Daher dienen die beiden Hörner des Hyoids eines Vogels lediglich als Ansatzstelle für Muskeln, die tatsächlich im Unterkiefer entspringen – die Kontraktion dieser Muskeln zieht die Hörner sowie das gesamte Hyoidapparat nach vorne und gegen den Schädel, wodurch die Zunge wie ein Speer aus dem Maul gestoßen wird.

Sobald dieses Konzept verstanden ist, ist es offensichtlich, dass das Verlängern der Hyoidhörner und der daran befestigten Muskeln, ohne andere Änderungen an der Gesamtstruktur oder -funktion vorzunehmen, effektiv dem Vogel eine längere Zunge geben und es ihm ermöglichen würde, diese Zunge weiter aus dem Maul hervorzustrecken. Tatsächlich ist dies genau das, was passiert, wenn ein junger Specht zum Erwachsenen heranwächst.

Wenn ein Flamingo geschlüpft ist, erstrecken sich seine Hyoidhörner nur bis hinter die Ohren, wie bei einem Huhn. Während es wächst, werden die Scheide, die Hörner und der Muskel länger, biegen sich nach vorne über den Kopf und in die Nasenhöhle (5).

Abbildung 4: Diagramm des Schädels und des Hyoidapparats von kurz- (links) und langzungenigen (rechts) Spechten. Die maronenfarbenen Bänder zeigen die Wirkung des branchiomandibularis-Muskels (Mbm) während der Zungenausdehnung. Die Verbindungen des Mbm zu den Hyoidhörnern und dem Kieferknochen (Kiefer) sind lila dargestellt. Vergleichen Sie mit den Verbindungsstellen „mbm“, „mbma“ und „mbmp“ in Abbildung 3. Die grünen Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung der Hyoidhörner während der Verkürzung des Mbm.
[Abbildung 4 (Diagramm des Schädels und des Hyoidapparats von kurz- (links) und langzungenigen (rechts) Spechten.)]

Bei Vögeln mit längeren Hörnern ist in den Hörnern in Ruhezustand eine große Menge an Spiel vorhanden, und die Kontraktion des Mbm zieht sie beim Ausstrecken der Zunge gerade und straff an den Schädel heran. Somit kann bei einigen Arten das Gleiten der Spitzen minimal sein (siehe Abbildung 4) (6).

Vergleichen Sie die Hörner des Hühnerhyoids (Abbildung 3) mit denen des erwachsenen Flickers (Abbildungen 4 und 5.1). Beachten Sie, dass die Flickerhörner zwar deutlich länger sind, aber wie die des Huhns jeweils zwei Knochen (die Ceratobranchials und Epibranchials) und eine winzige Gelenkstelle enthalten, mit einem Knorpelstück an der Spitze des Epibranchials – genau wie beim Huhn. Es gibt einige weitere geringfügige morphologische Unterschiede, wie beispielsweise das Vorhandensein des Urohyale-Knochens (UH) beim Huhn, doch die allgemeine Homologie ist klar.

Abbildung 5: (1) Hyoid des Flickers (Colaptes auratus) (Erwachsener). (2) Hyoid des Flickers (Colaptes auratus) (frisch geschlüpft). (3) Hyoid des Rotkinnigen Speckers (Sphyrapicus varius nuchalis) (Erwachsener). Diagramm und Legende wiedergegeben aus (4).
[Abbildung 5 (Diagramm von drei Hyoiden: erwachsener Flicker, jugendlicher Flicker und Specker.)]

Wie bereits erwähnt, sind die Hyoidhörner eines Küchlings (und anderer Langzungenpieper) recht kurz (siehe Abbildung 5.2) und vergleichbar mit denen von Kurzzungenvögeln wie dem Saftbock (Abb. 5.3), der seinerseits Hyoidhörner besitzt, die nicht länger sind als die vieler Singvögel (5).

Erst mit dem Alter wachsen die Hyoidhörner des Flickers bis zur Kopfspitze, nach vorne und in die Nasenhöhle, wo die Scheide mit der Nasenschleimhaut verschmilzt. Dies macht adaptive Sinn, da der junge Flicker von seinen Eltern gefüttert wird und eine lange Zunge nur hinderlich wäre.

Die genetischen Veränderungen, die für eine solche Modifikation notwendig sind, sind recht geringfügig. Es werden keine neuen Strukturen benötigt, lediglich eine verlängerte Wachstumsphase, um eine bestehende Struktur zu verlängern. Es ist wahrscheinlich, dass bei den Vorfahren der Spechtarten, die begannen, Larven tiefer in Bäumen zu suchen, die Spechte mit Mutationen für ein verstärktes Wachstum des Hyoidhorns einen Fitnessvorteil hatten, da sie ihre Zunge weiter ausstrecken konnten, um Beute zu erreichen. Einige Spechte haben keinen Bedarf an langen Zungen, und somit wurden Gene, die das Hyoidhorn verkürzten, begünstigt. Der Saftbohrspecht(2) bohrt beispielsweise winzige Löcher in Bäume und verwendet dann seine kurze Zunge, um den austretenden Saft auf der Baumoberfläche (und Insekten, die daran haften) zu fressen.

Viele andere interessante Anpassungen sind bei verschiedenen Spechtarten zu beobachten. Einige Arten haben beispielsweise modifizierte Gelenke zwischen bestimmten Knochen im Schädel und dem Oberkiefer sowie Muskeln, die sich zusammenziehen, um den Stoß des Hämmerns zu absorbieren. Starke Nacken- und Schwanzfeder-Muskulaturen sowie ein meißelartiger Schnabel sind weitere Hämmern-Anpassungen, die bei einigen Arten zu finden sind. Dieselben kreationistischen Quellen, die ungenaue Informationen über die Zunge präsentieren, behaupten oft, dass die reine Anzahl der bei Spechten gefundenen Anpassungen ein Argument gegen die Evolution darstellt. Sie behaupten, dass all diese Anpassungen gleichzeitig entstanden sein müssten, oder sie wären alle nutzlos gewesen. Natürlich ignoriert ein solches Argument die Tatsache, dass viele heute lebende Spechtarten diese Anpassungen nicht besitzen oder sie in einer reduzierten Form aufweisen.

Der Kolibrihänfling nutzt beispielsweise seine lange Zunge vor allem, um Beute vom Boden oder unter loser Rinde zu ergreifen. Er verfügt über wenige stoßdämpfende Anpassungen und bevorzugt es, am Boden zu fressen oder verrottendes Holz und Rinde zu zerchipsen, Gewohnheiten, die bei Vögeln außerhalb der Spechtfamilie beobachtet wurden (7). Ein „Kontinuum" in Schädelstrukturen, von wenig bis hochspezialisiert für das Hämmern, ist bei verschiedenen Gattungen (Gruppen verwandter Arten) heutiger Spechte zu beobachten.(8) In seinem klassischen Werk „Birds of America" beschreibt John James Audubon die geringen Abstufungen in der Länge des Hyoidhorns, die bei verschiedenen Arten lebender Spechte vorkommen (9).

Die Winkelschnäbel und Piculets, Mitglieder der Spechtfamilie, die etwas wie eine Kreuzung zwischen Singvögeln und Spechten aussehen, weisen viele spechtähnliche Anpassungen auf, wie zum Beispiel lange Zungen. Sie besitzen jedoch keine steifen Schwanzfedern oder andere bestimmte Hämmerspezialisierungen. Sie gelten als ähnlich wie die Vorfahrenarten der heutigen spezialisierten Spechte.

Andere Links: Kreationistische Seiten, die falsche Informationen über Spechte verbreiten
C1. Answers In Genesis: - Diese Organisation verkauft eine CD mit Informationen wie dieser, die Kindern beigebracht werden sollen.

"Zweitens, wie konnte die einzigartige Anordnung der Zunge des Spechtes sich entwickelt haben, wenn zu Beginn seine Zunge im hinteren Teil des Schnabels verankert war, wie es bei gewöhnlichen Vögeln der Fall ist? Wie ist es der Zunge gelungen, in die rechte Nasenöffnung zu gelangen? Wenn die Verankerung plötzlich von hinten im Schnabel in die rechte Nasenöffnung springen würde, wäre die Zunge zu kurz. Und während aller Zwischenstadien wäre die Zunge lang genug gewesen, um die Insekten und Würmer innerhalb eines Baumes zu erreichen, damit der Specht essen und überleben könnte?"

C2. Creationism.org: - Der Autor dieser Seite behauptet, ein Buch mit dem Titel "Antworten an meine evolutionistischen Freunde" zu schreiben.

"Evolutionisten vermuten, dass der Specht sich von anderen Vögeln mit normalen Zungen entwickelt haben muss, die direkt aus dem Schnabel herausragen. Das kleine Mutationsszenario hätte jedoch niemals die Zunge des Spechtes entwickeln können, denn weit entfernt davon, die Überlebensfähigkeit des Vogels zu erhöhen, wäre die Zunge nach dem Rückwärtsdrehen völlig nutzlos gewesen, bis sie den gesamten Kreislauf abgeschlossen hatte. Nur der letzte Schritt in der Entwicklung der Zunge des Spechtes, nämlich das Zurückkehren in den Schnabel, hatte Überlebenswert. Um dies weiter zu erklären, wäre eine Zunge, die im nach hinten gerichteten Nasenloch verwurzelt ist, ein großer Überlebensnachteil gewesen, bis der Moment gekommen wäre, an dem die Zunge und ihre Knochen lang genug gewachsen wären, um vollständig um den Hals herum, zurück in die Basis des Schnabels zu gelangen und weit genug nach außen zu reichen, um Nahrung zu erreichen."

C3. Straight-talk.net - "Offene Worte?" Hmm...

"Die meisten Vögel haben eine Zunge und einen Schnabel von etwa gleicher Länge. Die Zunge des Spechtes lässt die Evolutionisten ratlos werden. Sie kann weit über die Spitze des Schnabels des Spechtes hinausgestreckt werden, während er nach Nahrung in den Larvengängen sucht. Die Zunge einiger Spechte kommt nicht wie bei anderen Lebewesen von der Kehle in den Mund. Die Zunge des Europäischen Grünspießers geht die Kehle hinunter, aus dem hinteren Teil des Halses heraus ... um den hinteren Teil des Schädels unter der Haut herum und über die Oberseite zwischen den Augen, wobei sie normalerweise direkt unter dem Augenhöhlenrand endet. Bei einigen Spechten verlässt die Zunge den Schädel zwischen den Augen und tritt durch eine der Nasenöffnungen in den Schnabel ein!"


Referenzen

1. Moore, Keith L. Klinisch orientierte Anatomie. 1999, Lippincott, Williams, and Wilkins

2. Goodge, WR. 1972. Anatomical Evidence for Phylogenetic Relationships Among Woodpecker, The Auk, 89: 65-85

3. Short, LL. Woodpeckers of the World. 1982, Delaware Museum of Natural History

4. Homberger, DG and Meyers, RA. 1989. Morphology of the Lingual Apparatus of the Domestic Chicken, Gallus gallus, With Special Attention to the Structure of the Fasciae, The American Journal of Anatomy, 186: 217-256 - Sehr detaillierte anatomische Beschreibung der Kiefer- und Zungenstrukturen der am meisten untersuchten vogelartigen Art.

5. Lucas, FA. 1895. The Tongues of Woodpeckers. U.S. Dept. of Agriculture. Division of Ornithology and Mammalogy. Bulletin no. 7 - Gute Diagramme der Hyoideen verschiedener Arten sowie von ausgewachsenen und neugeborenen Flickern.

6. Bock, WJ 1999. Functional and Evolutionary Morphology of Woodpeckers. The Ostrich, 70: 23-31 - Eine vollständige und aktuelle funktionelle Analyse der Zungen- und Schädelanpassungen von Spechten.

7. Short, LL. 1973. "Woodpecking" by a Red-Throated Barbet. The Auk, 90: 909-910 - Diese Quelle beschreibt spechtähnliches Hämmern und Füttern bei Arten außerhalb der Spechtfamilie, die keine specht-eindeutigen Anpassungen teilen. Der Autor liefert eine interessante Hypothese zur evolutionären Divergenz von Spechten und Bärbeln.

8. Kirby, VC. 1980. An adaptive modification in the ribs of woodpeckers and piculets (Picidae). The Auk, 1980; 97(3): 521-532 - Beschreibt ein Kontinuum von Rippenanpassungen bei weniger- und mehr-spezialisierten Spechtarten. Kommentare zu früheren Arbeiten, die ein ähnliches Kontinuum bei Schädel-Spezialisierungen fanden (Burt, WH. 1930. Univ. California Publ. Zool. 32: 455-524).

9. Audubon, John James. 1840-1844. The Birds of America - Als Ergänzung zum Eintrag für "golden-winged woodpecker" (Northern Flicker) schreibt Audubon:

"There is a very curious gradation in the degree of elongation of the horns of the hyoid bone in the different American Woodpeckers, some of which consequently have the power of thrusting out their tongue to a much greater extent than others. Thus: In Picus varius [Yellow-bellied Sapsucker], the tips of the horns of the hyoid bone reach only to the upper edge of the cerebellum, or the middle of the occipital region. In Picus pubescens, they do not proceed farther forward than opposite to the centre of the eye. In Picus principalis, they reach to a little before the anterior edge of the orbit, or the distance of 1/2 inch from the right nostril. In Picus pileatus, they extend to half-way between the anterior edge of the orbit and the nostril. In Picus erythrocephalus, they reach to 3 twelfths of an inch from the base of the bill. In Picus tridactylus, they reach the base of the ridge of the upper mandible. In Picus auratus [Nothern Flicker] , they attain the base of the right nasal membrane. In Picus canadensis, they curve round the right orbit to opposite the middle of the eye beneath. Lastly, in Picus villosus, they receive the maximum of their development, and, as represented in the accompanying figures, curve round the right orbit, so as to reach the level of the posterior angle of the eye." [Note - many of the latin names used by Audabon do not reflect current usage and classification].

10. Darwin, Charles. 1859. The Origin of Species

"In considering the Origin of Species, it is quite conceivable that a naturalist, reflecting on the mutual affinities of organic beings, on their embryological relations, their geographical distribution, geological succession, and other such facts, might come to the conclusion that each species had not been independently created, but had descended, like varieties, from other species. Nevertheless, such a conclusion, even if well founded, would be unsatisfactory, until it could be shown how the innumerable species inhabiting this world have been modified so as to acquire that perfection of structure and co-adaptation which most justly excites our admiration. Naturalists continually refer to external conditions, such as climate, food, &c., as the only possible cause of variation. In one very limited sense, as we shall hereafter see, this may be true; but it is preposterous to attribute to mere external conditions, the structure, for instance, of the woodpecker, with its feet, tail, beak, and tongue, so admirably adapted to catch insects under the bark of trees."

Anerkennungen

Dank an Jorge de Leon und Kristof Zyskowski der Yale Ornithology Library.