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03-05-2010

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Nur dem Schnabel nach?

Physik Journal - Wie sich Vögel und andere Tierarten am Erdmagnetfeld orientieren.

Zugvögel legen bei ihren halbjährlichen Flügen hunderte bis tausende Kilometer zurück. Rekordhalterin ist die Küstenseeschwalbe, die jedes Jahr von der Arktis zur Antarktis fliegt. Doch wie gelingt es den Zugvögeln, immer wieder ihren Weg zu finden? Verschiedene Versuche haben ergeben, dass sie sich anhand von Himmelsobjekten und dem Erdmagnetfeld orientieren. Ilia A. Solov‘yov und Walter Greiner vom Frankfurt Institute for Advanced Studies und Klaus Schulten von der University of Illinois at Urbana-Champaign zeigen in der Mai-Ausgabe des Physik Journals, wie Vögel mithilfe von zwei Magnetorezeptionsorganen unterschiedliche Parameter des Erdmagnetfeldes wahrnehmen.

Abb.: Kanadakraniche entfliehen dem Winter in Nordkanada, Alaska und Sibirien, in dem sie in den Südwesten der USA und ins nördliche Mexiko fliegen. Dabei müssen sie bis zu 8000 Kilometer zurücklegen, womit sie zu den Rekordhaltern innerhalb der Kranichvögel zählen. (Bild: Digital Vision)

So haben Zugvögel einen „Inklinationskompass“, der Informationen über den Verlauf der Magnetfeld¬linien entlang der magnetischen Nord-Süd-Achse und deren Neigungswinkel relativ zur Schwerkraft liefert. Dieser sitzt vermutlich im Auge und funktioniert mit „magnetisch empfindlichen“ Molekülen, sog. Cryptochromen. Das sind Photorezeptor-Signalproteine für blaues Licht, die in verschiedenen Tierarten und Organismen hauptsächlich Regulatorfunktion ausüben. Offenbar spielen sich innerhalb des Proteins Prozesse ab, die sich durch ein Magnetfeld beeinflussen lassen. Versuche haben gezeigt, dass dieser Mechanismus von der Wellenlänge des Lichts abhängt, denn er funktioniert z. B. nicht, wenn Vögel ausschließlich rotem Licht ausgesetzt sind.

Viele Vögel können aber, ebenso wie z. B. Fische und Maulwürfe, offenbar auch geologische Magnetfeldanomalien erkennen, die u. a. in bestimmten Küstenbereichen auftreten. Die Biologen Gerta und Günther Fleissner fanden heraus, dass sich bei verschiedenen Vogelarten in der Haut oberhalb des Schnabels mikroskopisch kleine Körnchen aus dem magnetischen Mineral Magnetit (Fe3O4) befinden. Diese Körnchen drücken offenbar auf spezielle Zellen, die mit dem Nervensystem des Vogels verbunden sind. Ein Magnetfeld kann die Wechselwirkung zwischen den Körnchen beeinflussen und damit die Öffnung spezifischer Ionenkanäle in der Nervenzellenmembran verursachen. Dieser Mechanismus erklärt das Verhalten von Vögeln und anderen Tieren bei Magnetfeldanomalien sowie im Dunkeln.

Experimentelle Befunde sowie Rechnungen der Autoren weisen darauf hin, dass der Cryptochrom-Mechanismus vermutlich für den Inklinationskompass verantwortlich ist, der wichtig ist für die Langstreckenflüge, bei denen der Vogel die grobe Flugrichtung benötigt. Die magnetischen Teilchen im Schnabel ermöglichen hingegen das Ablesen von kleinen Feldänderungen und sind somit für die lokale Navigation bedeutend. Auch der Sicherheitsfaktor spielt hier eine wichtige Rolle: Wenn einer von den beiden Mechanismen ausfällt, kann der zweite Mechanismus das Magnetfeld immer noch registrieren und dem Tier den Weg weisen.

Weitere Infos:

I. A. Solov’yov, K. Schulten und W. Greiner: Nur dem Schnabel nach?, Physik Journal, Mai 2010, S. 23 (PDF)