Erdmagnetfeld

Tiere und Pflanzen mit feinem Gespür

Von Reinhard Wandtner

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Feinfühlige Gräser reagieren aufs Erdmagnetfeld

06. Oktober 2006 Im Gegensatz zum Menschen haben viele Tiere ein Gespür für das Magnetfeld der Erde. Entsprechende Hinweise fand man unter anderem bei Meeresschildkröten, Krebsen, Termiten und Graumullen. Umfassend dokumentiert ist ein solcher Magnetsinn insbesondere bei Tauben und verschiedenen anderen Vögeln, was nicht zuletzt den Arbeiten von Roswitha und Wolfgang Wiltschko vom Zoologischen Institut der Universität Frankfurt am Main zuzuschreiben ist. Zusammen mit Forschern der Universitäten Paris und Marburg sowie der University of California in Irvine sind die Frankfurter Zoologen nun auf eine verblüffende Verbindung mit dem Pflanzenreich gestoßen. Wie sich nämlich in eleganten Experimenten herausstellte, dient das Eiweiß Cryptochrom - der mutmaßliche Magnetsensor im Vogelauge - auch Gewächsen als Fühler für Magnetfelder.

Erste wissenschaftliche Untersuchungen über die Wirkung von Magnetfeldern auf Pflanzen gab es zwar schon vor rund siebzig Jahren. Wichtige Fragen wurden aber nicht beantwortet, etwa die, ob das schwache Erdmagnetfeld tatsächlich einen Einfluß ausübt und wie es registriert werden könnte. Überdies blieben viele Befunde rätselhaft bis widersprüchlich, wie eine Zusammenfassung zeigt, die Paul Galland von der Universität Marburg und Alexander Pazur von der Universität München im vergangenen Jahr vorgenommen haben (“Journal for Plant Research“, Bd. 118, S. 371).

Radikalpaar-Mechanismus

Nicht nur das Rotkehlchen hat sein eigenes Navigationsgerät

Demnach beobachtete man in den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts, daß die Samen mancher Gräserarten besser keimten, wenn sie parallel zum Erdmagnetfeld ausgerichtet waren. Ähnliches fand man beim Wurzelwachstum des Weizens, nicht aber demjenigen des Roggens. Einen Einfluß auf die Wurzeln mancher Pflanzenarten belegen auch neuere Experimente. Bei Gewächsen, die einem abgeschwächten Erdmagnetfeld ausgesetzt waren, kam es zu anatomischen Veränderungen im Wachstumsgewebe der Wurzelspitze, verbunden mit deutlich beeinträchtigter Zellteilung.

Der Fülle an phänomenologischen Befunden steht ein eklatanter Mangel an physiologisch fundierten, experimentell bestätigten Erklärungen gegenüber. Außer Ferromagnetismus, wie er nachweislich beim Magnetsinn bestimmter Bakterien und zum Teil auch bei der Magnetorientierung der Vögel zum Tragen kommt, werden gegenwärtig zwei weitere mögliche Mechanismen heiß diskutiert. Zum einen ist das die „Ionen-Zyklotron-Resonanz“, der ein senkrecht zum Magnetfeld stattfindendes Kreisen von Ionen zugrunde liegt. Sie soll sich zum Beispiel auf Kalzium-Kanäle in Zellmembranen auswirken und dadurch biochemische Abläufe verändern. Der andere hoch im Kurs stehende Erklärungsversuch ist der „Radikalpaar-Mechanismus“. Dieser Hypothese zufolge können schwache Magnetfelder wie das der Erde auf Paare angeregter Moleküle wirken und sie zwischen einem Singulett- und Triplett-Zustand wechseln lassen. Die Folge wären ebenfalls Veränderungen in biochemischen Abläufen.

In Netzhaut von Zugvögeln fündig

Unterstützung erfuhr die aus physikalischen Überlegungen hervorgegangene These, daß Magnetfelder über den Radikalpaar-Mechanismus eine biologische Wirkung ausüben können, zunächst nicht von botanischer, sondern von zoologischer Seite. Und wieder war die Arbeitsgruppe um Roswitha und Wolfgang Wiltschko maßgeblich beteiligt. Die Frankfurter Zoologen hatten Hinweise darauf gefunden, daß der ominöse Magnetsinn, der Zugvögeln beim Navigieren hilft, im Auge lokalisiert sein muß. Das führte zu der Frage, welche Moleküle dort als Sensoren dienen könnten.

Als Kandidat rückte bald Cryptochrom in den Mittelpunkt - ein zwar vor allem aus dem Pflanzenreich bekanntes, vor einigen Jahren aber auch im Auge der Maus entdecktes Protein. Von seinen biophysikalischen Eigenschaften her fügte es sich gut in den postulierten Radikalpaar-Mechanismus. Als dann im Jahr 2004 die Frankfurter Zoologen sowie eine Forschergruppe um Henrik Mouritsen und Reto Weiler von der Universität Oldenburg auch in der Netzhaut von Zugvögeln fündig wurden, war das ein weiteres Indiz für die Richtigkeit der These.

Bei Mutanten der Ackerschmalwand wirklungslos

Mit den jüngsten Untersuchungsergebnissen an Pflanzen, über die Margaret Ahmad von der Universität Paris zusammen mit den anderen Forschern in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Planta“ berichtet, schließt sich gewissermaßen der Kreis. Cryptochrom, ein in etlichen Varianten vorkommendes Protein, wirkt bei Pflanzen als Photorezeptor. Es wird durch den blauen Anteil im Licht aktiviert und steuert Entwicklungs- und Wachstumsvorgänge. Bei der jetzt als Untersuchungsobjekt verwendeten Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) sorgen zwei Arten von Cryptochrom unter anderem dafür, daß der unterhalb der Keimblätter befindliche Teil des Stengels, das Hypokotyl, nicht übermäßig in die Länge schießt.

Navigieren mit dem gleichen Sensor wie manches Grünzeug

Als man die Pflanzen einem Magnetfeld aussetzte, das mehr als zehnmal so stark wie das der Erde war, hatte das noch kürzere Hypokotyle zur Folge. Das war aber nur der Fall, wenn auch blaues Licht vorhanden war, das Cryptochrom also im aktiven Zustand vorlag. Andere durch aktiviertes Cryptochrom bedingte Reaktionen, etwa die Anreicherung des Pigments Anthocyanin, wurden im starken Magnetfeld ebenfalls angekurbelt.

Bei Mutanten der Ackerschmalwand, denen die Gene für die beiden Cryptochrome fehlen, blieb das Magnetfeld indessen wirkungslos. Alles in allem haben die Experimente verblüffende Gemeinsamkeiten bei der Wahrnehmung von Magnetfeldern im Tier- und Pflanzenreich offenbart. Mit dem Cryptochrom scheint man einen universellen Sensor identifiziert zu haben. Gleichwohl ist die Wissenschaft noch weit von einem umfassenden Verständnis des Phänomens „Magnetsinn“ entfernt.

Text: F.A.Z., 04.10.2006, Nr. 230 / Seite N1
Bildmaterial: ddp, dpa, picture-alliance/ dpa/dpaweb

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