Niemand snapt hoe vogels vliegen

avian flight, john j. videler, oxford university press, 288 blz, isbn 0-19-856603-4, prijs €91

Strandlopertjes van 100 gram trekken zonder bijtanken van Siberië naar de Waddenzee. Insectenjagende zwaluwen kunnen abrupt remmen in de lucht zonder hoogte te verliezen. Het zijn nog maar enkele voorbeelden van de vele vragen die nog open staan bij een zo vanzelfsprekend fenomeen als vogelvlucht. Ruim een eeuw onderzoek heeft nog geen antwoord gebracht op de vraag hoe vogels zo efficiënt kunnen vliegen.

Volgens de Gronings-Leidse bioloog John Videler ligt de oorzaak van dit kennisgat in de dominantie van piloten en luchtvaartingenieurs in het vliegonderzoek aan vogels. In zijn deze maand bij Oxford University Press verschenen boek Avian Flight trekt de voormalige marine-officier daarom ten strijde tegen deze gevestigde orde. Zij zouden de biologische werkelijkheid met hun luchtvaartmodellen te simpel voorstellen.

Videler wil terug naar waar luchtvaartpioniers als Otto Lilienthal en de gebroeders Wright begonnen. Zij maakten uitgebreid studie van vliegende vogels voor zij hun vliegmachines bouwden. De wetenschap zou nu door de technische vooruitgang bij vliegtuigen de vogelvleugel uit het oog hebben verloren. In het eerste hoofstuk van Avian Flight schenkt Videler dan ook uitvoerig aandacht aan pionierswerk dat de blik volledig op vogels richtte. Zoals Lilienthals klassieker `Der Vogelflug als Grundlage der Fliegkunst' uit 1889. De Duitse ingenieur bestudeerde uitgebreid vliegende meeuwen aan de kust van Vorpommern voor hij de deltavliegers bouwde waarmee hij van een 30 meter hoge heuvel in de buurt van Berlijn sprong. Anders dan veel spraakmakende voorgangers als Leonardo Da Vinci bleef de Duitser met zijn creaties echt zweven in de lucht tot een fataal ongeluk zijn rug brak.

Avian Flight biedt vanuit deze historische start een overzicht op de huidige stand van kennis, van aërodynamica tot anatomie. Het boek geeft daarbij inzicht in de vele manieren waarop wetenschappers hebben geprobeerd om vogels hun geheimen te ontfutselen.

De creativiteit die onderzoekers hier aan de dag leggen is vermakelijk. Met duiven in tabaksrook maakten onderzoekers in 1930 de wervels zichtbaar die een klapwiekende vogel veroorzaakt achter zijn vleugels. Later moesten ook spreeuwen in een zaagselbak hieraan geloven. Uit die wervels achter de vleugel, de vortex wake, kunnen onderzoekers de krachtwerking en het vliegvermogen van de vogel afleiden.

Het basisidee, vliegvermogen afleiden uit de vortex wake is nog steeds hetzelfde gebleven. Alleen gebruiken moderne biologen nu laserlicht, oplichtende dampdruppeltjes en hogesnelheidscamera's om de wervelringen zichtbaar te maken. Dankzij deze methode is een veel hogere nauwkeurigheid mogelijk geworden, alleen kost het nogal wat tijd voor de vogel kalmeert bij zoveel laserlicht.

Met vogelpoep meten biologen het energieverbruik. Tijdens het fladderen in een speciaal voor vogels gemaakte windtunnel kan uit de hoeveelheid poep worden afgeleid hoeveel gewichtsverlies er tijdens het fladderen optreedt. In het Zweedse Lund, waar de meest geavanceerde vogelvlieg-windtunnel staat, heeft de Nederlandse vogelbioloog Theunis Piersma bijvoorbeeld bepaald hoeveel energie de kanoetstrandlopers tijdens het vliegen verbruiken.

Een moderne bioloog die bij onderzoek aan vogels serieus wil worden genomen moet zijn aërodynamica-formules kennen. Ook Videler ontkomt er niet aan om dit in versimpelde vorm in zijn boek te vermelden. Het obligate rekenwerk staat in aparte boxjes vermeld om de verhaallijn niet te doorbreken.

Maar de bedoeling van Videler's boek is niet het chronologisch opsommen van kennis. Zijn boek is vooral een uitnodiging tot beter kijken naar vogels en een oproep tot meer vernieuwend onderzoek aan dierlijke beweging.

Vogelvlucht steekt ingewikkelder in elkaar dan men aanvankelijk vermoedde, zo blijkt nu wetenschappers er met een steeds verfijnder meettechniek naar kijken. Een belangrijke ontdekking werd twee jaar geleden gedaan bij vliegende nachtegalen in de windtunnel van Lund dankzij gebruik van lasers en hogesnelheidscamera's. De zangvogels blijken niet sneller te klapwieken met hun vleugels als ze accelereren, en ze slaan ook niet dieper of harder met hun vleugels. Hoe vogels hun snelheid opvoeren is daarmee een raadsel geworden.

Videler maakt van deze mogelijkheid gebruik om in het vierde hoofdstuk zijn eigen onderzoek aan gierzwaluwen te introduceren. De zwaluw vormt het speerpunt waarmee Videler zich in het wereldje profileert (vooral sinds de vogel Videler in Science bracht) en het zwaluwtje siert dan ook de omslag van Avian Flight. Modellen van gierzwaluwvleugels toonden in het Groningse lab aan dat wervels aan de scherpe voorrand van het snelle vogeltje hem extra draagkracht geven bij plotselinge wendingen. Zelfs bij gewone glijvlucht is dus al meer aan de hand dan de klassieke modellen aangaven.

Videler biedt vervolgens oplossingsmogelijkheden waarbij hij een ware wervelstorm lijkt te ontketenen, vooral aan het eind van het vierde hoofdstuk. `Zijn' voorrandwervel, de leading edge vortex zoals beschreven bij de gierzwaluw, zou ook bij flapvliegende vogels allerlei kennisgaten kunnen dichten. De wervels kunnen volgens Videler een antwoord geven op de vraag hoe zulke wendbare vogels zulke absolute controle krijgen over een ijl medium als lucht. En misschien kunnen de wervels iets van het nachtegaalmysterie oplossen.

Het blijkt al moeilijk te zijn om te verklaren hoe levende vogels nu vliegen. Maar ook over de vraag hoe de eerste vogel, Archaeopteryx 150 miljoen jaar geleden het luchtruim koos bestaat een levendig debat waarin Videler graag zijn zegje wil doen. Al een eeuw wordt fel gediscussieerd over de vraag of de oervogel nu van boom tot boom zeilde, of dat de oervogel direct vanaf de grond het luchtruim koos. Ook hier stelt Videler dat mogelijk niet goed is gekeken, ditmaal naar het leefmilieu van Archeopteryx. Het dier leefde namelijk in moerasgebied zonder hoge bomen, en zonder bomen valt er weinig van boom tot boom te zweven. De Groninger brengt daarom zijn eigen stelling in. De oervogel zou net als een een Mexicaanse hagedissoort, de basilisk over het water hebben gerend, waarbij zijn nog zwakke vleugels extra lift gaven. Waarnemingen aan een Amerikaanse fuut, die op dezelfde manier over het water rent bij de balts, zetten zijn idee kracht bij.

Na het lezen van Avian Flight blijft soms de indruk hangen dat het beroerd gesteld is met onze kennis over vogels, zowel van de levende als de dode. Gezonde relativering is hier op zijn plaats. Een beetje provoceren maakt dat Avian Flight niet een collegedictaat wordt vol kennis, en Videler staat bij collega's bekend om zijn neiging tot provoceren.

Verder valt in de wetenschap aan versimpeling tot modellen valt niet te ontkomen. Dankzij luchtvaartmodellen die piloot Colin Pennycuick het vogelonderzoek inbracht, kunnen duizenden biologen over de hele wereld een basisinzicht krijgen in de aërodynamica van vogels. Dit weegt toch ruimschoots op tegen de nadelen.

In standaardsituaties doen vogels niet veel gekkere dingen dan vliegtuigen. Zo kan het gangbare rekenwerk bijna honderd procent van de lift verklaren van een stilhangende vogel. De energiebesparende werking van formatievliegen zoals bij ganzen, werd in de Tweede Wereldoorlog toegepast bij bommenwerpereskaders en de Concorde met zijn deltavleugels maakte in 1967 al gebruik van de wervels die Videler vorig jaar in Science brachten.

Maar het hoofdpunt van Videlers betoog dat blijft hangen is een aansporing die hout snijdt. Wetenschappers zijn soms geneigd modellen boven de werkelijkheid te verheffen, omdat ze veel verklaren. Avian Flight is daarom naast een degelijk standaardwerk over vogelvlucht een getuigenis over de schoonheid en complexiteit van de levende natuur, die sinds Da Vinci en Lillienthal onveranderd is. Al zou ieder raadsel over vogels zijn opgelost, dan nog blijft onverminderd de jaloezie bestaan over het gemak waarmee de dieren luchtacrobatiek bedrijven.