Federmikroskopie: Diverse Arten im Vergleich

[Peter T.]

Liebe Mitforistinnen und -foristen,

ich habe mal einen Ausflug von den Pflanzen zu den Federn gemacht und möchte einige mikroskopische Befunde zeigen, mit denen sich Vögel grob in Gruppen unterteilen lassen.

Der Anlass war einfach: Es lagen innerhalb von zehn Minuten zwei Federn auf dem Weg, eine schwarze und eine graubraune.
Die schwarze ist eine Handschwinge von 23,5 cm, die graubraune eine von 20 cm. Beide sind auf iNaturalist eingestellt und dort fremdbestimmt worden, die zweite mit Forschungsqualität als Ringeltaube (Columba palumbus). Die erste steht auf Gattungsebene bei Corvus.

Bild 1 Columba palumbus


Bild 2 Corvus sp.


Damit hatte ich zwei Federn aus zwei verschiedenen Ordnungen. Sieht man den Unterschied auch unter dem Mikroskop?

Hier zunächst ein Schema, das den Aufbau der Vogelfeder zeigt.

Bild 3 (Wikimedia Commons, Autor Uwe Gille)

^{https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Feather_scheme.png}

Mikroskopisch bedeutsam ist der Kasten rechts. Er zeigt den Feinbau der Feder mit einer Eintelung ind Barben (7) und Barbulen (8 und 9).
Für die Differenzierung der Vogelgruppen sind Merkmale auf den Barbulen bedeutsam. Die Proben sollten ganz unten an der Feder im flaumigen Bereich entnommen werden.


Zunächst die Krähe (Corvus sp.)

Bild 4


Der breite Steg, der sich durch das Bild zieht, ist die Barbe. Nach oben und unten gehen die Barbulae ab. Man sieht hier schön, dass sie aus einer verbreiterten Basiszelle entstehen.
Hier noch zum Vergleich eine Aufnahme im DIC

Bild 5 (DIC)



An den Basalzellen der Daunenbarbulae sitzen kurze, geknöpfte Fortsätze. Das sind die Villi. Im Hellfeld gehen sie leicht unter, weil sie fast farblos sind und der Barbula anliegen. Im DIC treten sie deutlicher hervor.

Bild 6 (DIC)


Bild 7 (DIC, 100x Oil)


Der knubbelige Fortsatz auf der Barbule ist ein Villus.

Interessant ist auch die Verteilung des Pigments in den Barbulen. Hier bei der Krähe liegt es in braunen Schollen an den Zellgrenzen. Bei anderen Vögeln gibt es andere Verteilungsmuster.

Bild 8 (Hellfeld)


Bild 9 (Hellfeld, Ausschnitt)



Jetzt zur Ringeltaube (Columba palumbus)

Hier gibt es keine Villi. Stattdessen sitzen auf den Barbulae in regelmäßigen Abständen Knoten, die becherförmig aufgeweitet sind und seitlich abstehende Spitzen tragen. Distal davon läuft die Barbula als dünner Faden weiter. Verbreiterte Basalzellen fallen hier nicht auf.

Bild 10


Bild 11 (DIC)


Bild 12


Bild 13 (DIC, 100x Oil, Ausschnitt)



Die Form der Knoten wird als krokusförmig beschrieben (also doch etwas Botanik mit im Beitrag ). Der Vergleich trifft es: Es sieht aus wie eine Krokusblüte im Längsschnitt.

Was bedeuten diese Merkmale jetzt für die Einteilung der Vögel?

An dieser Stelle wird es interessanter, als ich erwartet hatte. Beide Merkmale sind diagnostisch, aber auf sehr verschiedene Weise.
Villi kommen in vier Gruppen vor: bei Singvögeln, Kolibris, Spechten und Limikolen. Ihr Vorhandensein grenzt also auf diese vier ein. Erst ihre Form trennt weiter. Bei Singvögeln sind sie geknöpft oder zugespitzt, beim Specht nach hinten zur Rachilla (die Achste der Barbe) gekrümmt.

Wenn keine Villi vorkommen, gibt die Form der Knoten weiter Aufschluss. Bei Tauben ist sie krokusförmig, bei Hühnervögeln tragen die distalen Knoten Ringe. Wo keine Villi vorkommen, sind die Knoten das Hauptmerkmal.

Bis zur Artdifferenzierung reicht beides nicht. Nahe verwandte Vögel haben ähnliche Mikrostrukturen. Eine Feder kann also alleine durch mikroskopische Merkmale nicht von anderen Arten unterschieden werden.

Das Vorhandensein der Villi sagt also lediglich, dass es sich um einen Vogel aus den Gruppen Singvögel, Spechte, Kolibris oder Limikolen handelt. Zusammen mit der makroskopischen Bestimmung der Feder und dem Fundort kann man das dann eingrenzen.

Die krokusförmigen Knoten lassen eine Festlegung auf Tauben (Columbiformes) zu. Eulen sollen noch etwas vergleichbare Strukturen aufweisen, aber eine Eulenfeder ist das sicherlich nicht.

Wie ich finde, auch ein sehr spannendes Gebiet und Federn findet man ja zuhauf. Ich werde das zwar nicht zum Hauptprojekt machen, aber nebenbei etwas weiter verfolgen.

Hier noch die verwendete Literatur:

Dove, C. J. und Koch, S. L. (2010): Microscopy of Feathers: A Practical Guide for Forensic Feather Identification. Journal of the American Society of Trace Evidence Examiners 1(1), 15–61. Frei zugänglich: <https://astee.s3.amazonaws.com/403867_JASTEE_2010_1-1_Dove.pdf>

Chandler, A. C. (1916): A Study of the Structure of Feathers, with Reference to their Taxonomic Significance. University of California Publications in Zoology 13(11), 243–446, Tafeln 13–37.

Dove, C. J. (2000): A Descriptive and Phylogenetic Analysis of Plumulaceous Feather Characters in Charadriiformes. Ornithological Monographs 51, 163 S. Frei zugänglich: <https://digitalcommons.usf.edu/ornithological_monographs/42/>

iNaturalist zur Bestimmung habe ich bereits erwähnt. Wichtig ist dann auch noch featherbase.info (Online-Vergleichssammlung fotografierter Federn, nach Arten geordnet.)

Wie immer freue ich mich über Kommentare, Berichtigungen und Ergänzungen.


Peter

[Gerd Schmahl]

Hallo Peter,
vielen Dank für diesen informativen Beitrag. Dass es so große Unterschiede im Feinbau der Federn gibt, wusste ich noch nicht.
Oft findet man ja einzelne Federstrahlen auch beim Tümpeln:


Auch im Luftplankton findet man sie, wie hier dokumentiert.

Interessant, aber nicht wirklich verwunderlich: Die strukturelle Ähnlichkeit mit Pappushaaren von Flugsamen wie hier dem Löwenzahn:


Hier noch eine Taubendaune aus "sicherer Herkunft":


LG Gerd

[Jürgen Boschert]

Hallo Peter,

danke für diesen sehr informativen und -wie von Dir gewohnt- fabelhaft bebilderten Beitrag. Witzig: Auch ich habe gerade begonnen, mich mit Federn zu beschäftigen.

@ Gerd: Eine Ähnlichkeit besteht auch zu den Haaren des Museumskäfers (man sieht dort sowas wie Knoten).

[Siegfried]

Hallo Peter,
Sehr interessanter und für mich lehrreicher Beitrag. Ein Beispiel dafür, daß es sich lohnt, sich mit alltäglichen Dingen auch mikroskopisch zu befassen. Mit deiner Pflasterritzenflora hast du uns ja auch schon begeistert.
  Gruß von Siegfried

[Gerd Schmahl]

Hallo Jürgen,
Du meist wohl diese Härchen, die bei Speck- und Museumskäfern vorkommen:

LG Gerd

[Jürgen Boschert]

Hallo Gerd,

ganz genau das, ich wusste, dass Du davon noch ein Foto parat hast.

[anne]

Lieber Peter,
tolles Thema und interessanter als erwartet!
Eine sehr schöne Abwechslung an der sich wirklich jeder Mikroskopiker dann auch selbst versuchen kann.
lG
anne

[Jürgen Boschert]

Hallo Anne,

und wenn man dann noch bedenkt, dass dies eines der ersten Objekte ist, mit denen ein >Anfänger in den einschlägigen Schriften konfrontiert wird, bewertet man Peters Darstellung gleich nochmal anders.

[Peter T.]

Vielen Dank, ihr Lieben!

Sehr schön, dass so viele Kommentare kommen, noch dazu mit diesen schönen Bildern. Vor allem Gerd hat tief aus seinem Fundus geschöpft. Schon witzig, wie sich manche Formen wiederholen. Das erinnert mich an den Biologie-Unterricht (ca. 200 Jahre her) mit homologen und analogen Organen. Das passt zwar weder auf den Museumskäfer noch auf den Löwenzahn, aber Geometrie ist es allemal.

Ja, es ist kein Zauberwerk mit den Federn und jeder kann es nachvollziehen. Mir war auch nicht klar, dass das so ein interessantes Gebiet sein kann.

Liebe Grüße

Peter

[Gerd Schmahl]

Hallo Peter,
wenn es recht ist, nehme ich diesen Faden noch einmal auf, um hier Fotos von Vertretern anderer Vogelordnungen zu zeigen. Dazu nutze ich ausschließlich Hellfeldaufnahmen.

Waldkauz (Strix aluco)

Die Feder stammt aus einer Vogelauffangstation, wodurch sie einem sicher bestimmten Vogel zuzuordnen ist.
Hier ein Übersichtsfoto mit dem 4er Objeketiv, das schon sehr schön die für Eulen typische Pigmentverteilung in den Hakenstrahlen (englich: Barbulen)des Flaumteils der Feder zeigt:


Mit dem 20er Objektiv erkennt man, dass diese Strahlen morphologisch relativ Merkmalsarm sind. Es gibt kaum bemerkenswerte Verdickungen oder gar Knoten an den Zellgrenzen:


Stockente (Anas platyrhynchos)
Hier muss man kein außergewöhnlicher Experte sein. Auch meine 7-jährige Enkelin hat sofort erkannt, dass das eine Spiegelfeder einer Stockente ist:


In der Übersicht mit dem 4er Objektiv erkennt man hier nicht allzu viel, außer einer symetrischen Verteilung der Hakenstrahlen links und rechts des Bogenstrahlen (engl.:Barban):


Auch mit dem 20er Objeketiv ist es nicht einfach die feinen Spitzen an den Knoten zu erkennen, zumal die meisten senkrecht zur Z-Achse in das Bild zeigen. Nur dort wo sie leicht verdreht sind, kann man sie erkennen und im Foto finde ich nur eine Stelle, die zeigt, dass sie zu beiden Seiten wegstehen. Da reicht die Tiefenschärfe meines hochaperturigen SPlanApo 20 nicht, um in beide Ebenen abzubilden.


Beste Grüße
Gerd

[Peter T.]

Hallo Gerd,

besten Dank für die sehr schönen Ergänzungen! Es gibt doch einige Unterschiede zwischen den Gruppen, ein spannendes Feld.
Ich erweitere den Titel um Deine beiden Vögel.

Schöne Grüße

Peter

[Gerd Schmahl]

Hallo,
3 habe ich noch:
Afrikanischer Strauß (Struthio camelus)

Ein echtes Urvieh! Die Strauße gelten als die ursprünglichsten der lebenden Vögel, fast noch Dionsaurier. Sie sind die einezigen, die noch Krallen an den Flügelspitzen tragen. Ihr Federkleid ist sehr besonders. Ich habe gelesen, dass sie keine Daunenfedern haben, aber wenn ich mir die Federn ansehe, glaube ich eher, dass sie nur Daunenfedern tragen. Für die mikroskopische Untersuchung musste ein Stückchen vom Staubwedel dran glauben:


Das Übersichtsbild mit dem 4er Objektiv zeigt sehr schön den symmetrischen Aufbau der Hakenstrahlen und sie gleichmäßige Verteilung der Pigmente. Im Vergleich mit allen anderen Proben, sind sie riesig:


Für die Details musste ich nun doch auch mal den DIC bemühen, weil die Kontraste im HF sehr gering ausfallen. Zunächst die flachen Basen der Hakenstrahlen. Hier sind die Pigmente reichlich vorhanden:


An den Spitzen sind sie feiner verteilt und die Zellen werden kleiner und somit der Abstand von "Knoten" zu Knoten immer geringer, wobei die Knoten i.d.R. einfach nur zwei Spitzen bilden, die fast bis zum nächsten Knoten reichen, was zu einem Bild führt, das ein wenig an Getreideähren erinnert:


Grünspecht (Picus viridis)


In der Übersicht zeigt sich, dass die Hakenstrahlen alle nicht mehr so ganz vollständig sind. Die sehen irgendwie "gerupft" aus, obwohl die Feder selber einen guten Eindruck mach:


Bei 20x und DIC sieht man schön die Verteilung der Pigmente an den Knoten:


Hier hab ich dann doch noch das 40er eingerschwenkt, um die Form der Knoten besser zu erkennen. Sie sind dreieckig:

[Gerd Schmahl]

Die letzte Art, die ich hier vorstellen möchte ist der

Graureiher (Ardea cinerea)
seine Feder ist mir im Urlaub beim Paddeln an der Unstrut "zugeflogen":

Die Übersicht zeigt kaum Struktur und auch keine Pigmentierung. Der Flaumteil der Feder ist auch schneeweiß:


Aber auch mit dem 20er Objektiv ist im Hellfeld nicht viel mehr zu erkennen:


Selbst mit dem DIC findet man nur sehr winzige spitzen an den Knoten:


Hier möchte ich die Vorstellung verschiedener Federn beenden. Vielleicht fliegt mir aber später noch einmal was zu.

Mein Fazit: Vogelfedern sind unterschiedlicher als gedacht, aber lassen keine Bestimmung bis zur Art zu, wie das bei den meisten Säugetierhaaren der Fall ist.

Zguterletzt möchte ich Peter noch einmal ganz herzlich für die Anregung danken!
Beste Grüße
Gerd

[Peter T.]

Hallo Gerd,

super, jetzt ist das eine ganz stattliche Sammlung geworden mit schön zu erkennenden Unterschieden.

Eine Frage zum Grünspecht: Bei den Spechten sollten, abgehend von der verbreiterten basalen Zelle, auch Villi sitzen (wie bei mir in Bild 6 und 7), die aber spitz und zur Basis zurückgebogen sein sollen. Wenn Du dazu kommst und Lust hast, könntest Du mal mit dem 40er schauen, ob die aufzuspüren sind.

Schöne Grüße

Peter

[Gerd Schmahl]

Lieber Peter,
leider habe ich in keinem der drei Präparate, die ich angefertigt habe, eine solche Struktur finden können wie sie bei DOVE und KOCH angegeben und abgebildet ist. Vielleicht ist meine Spechtfeder aber auch nicht wirklich geeignet für diese Untersuchung, denn es gab hier keinen wirklichen Flaumteil, eher einen leicht zerruschelte Bereich an der Basis der Federfahne. Die Bogenstrahlen waren hier schon sehr dick und die Deckgläser wollten sich nicht so schön auf die Probe legen, wie bei anderen Federn. Das Material war dicker und widerspenstiger.

Ich schaue mal in den nächsten Tagen nochmal, wenn ich wieder in meinem Garten war. Dort müsste ich noch eine Bundspechtfeder haben.
LG Gerd