Zugvögel

Immer nur dem Schnabel nach genügt nicht

Immer dem Magnetfeld nach

18. Mai 2004 Im Frühjahr und Herbst spielt sich Rätselhaftes am Himmel ab. Es sind dies die Jahreszeiten, in denen Zugvögel aus ihren Winterquartieren zurückkehren oder dorthin aufbrechen. Unabhängig davon, ob sie als Gruppe oder einzeln reisen - ihr oft Tausende von Kilometern entferntes Ziel finden sie mit immer wieder verblüffender Genauigkeit. Biologen ist diese Orientierungsleistung ein ständiger Stachel im Fleisch, denn bis heute ist es nicht gelungen, sie vollständig zu enträtseln. Eine heiße Spur verfolgen jetzt Zoologen aus Frankfurt am Main zusammen mit einem Physiker und Biologen aus den Vereinigten Staaten.

Die Forscher haben einen Mechanismus gefunden, der es den Vögeln ermöglichen könnte, nach dem Magnetfeld der Erde zu navigieren. Die Spur führt tief in die Gefilde der physikalischen Chemie hin zu sogenannten Radikalpaar-Mechanismen.

Das Erdmagnetfeld im Visier

Verhaltensforscher haben schon vor etwa einem halben Jahrhundert intensiv nach einem Kompaß gesucht, den die Tiere in Kombination mit einer inneren Uhr auf ihren Wanderungen nutzen. Dabei stießen sie auf einen Sonnenkompaß, wie man ihn lange zuvor schon bei Insekten gefunden hatte, und auf einen Sternenkompaß für die Nacht. Damit war die Erklärungsnot aber nicht behoben.

Friedrich Wilhelm Merkel vom Zoologischen Institut der Universität Frankfurt am Main fand Ende der fünfziger Jahre heraus, daß manche Zugvögel bei Nacht auch ohne Sterne den richtigen Weg einschlagen - offenbar aufgrund einer "nicht visuellen" Orientierung.

Nun war es Wolfgang Wiltschko in Merkels Arbeitsgruppe, den das Forschungsfieber packte. In ihm keimte die Vermutung, das Erdmagnetfeld sei der zusätzliche Richtungsgeber. Dieser Gedanke war zwar nicht neu - schon Mitte des 19. Jahrhunderts hatte ihn ein Forscher ausgesprochen. Alle Versuche, einen Magnetkompaß bei Vögeln nachzuweisen, waren aber fehlgeschlagen. Wie man heute weiß, lag das auch daran, daß man mit viel zu starken künstlichen Magnetfeldern gearbeitet hatte.

Anderes Magnetfeld erzeugt „ratlose“ Vögel

Anfang der sechziger Jahre beobachtete Wiltschko, daß sich Zugvögel nur in einem ihnen bekannten Magnetfeld orientieren können. Versetzt man einen Vogel in Frankfurt etwa in ein simuliertes nordafrikanisches Erdmagnetfeld, ist er "ratlos". Der Forscher erinnert sich noch genau an den Tag, an dem für ihn die Existenz des Magnetkompasses mit Sicherheit feststand - der 12. Oktober 1963. Wie weitere Experimente bestätigten, ändert sich die Wanderrichtung, wenn man das Magnetfeld dreht.

Inzwischen gibt es eine lange Liste von Tieren, die offenbar über einen Magnetkompaß vefügen. Sie umfaßt Schnecken, Krebse, Insekten, Fische, Amphibien, Reptilien, Säuger - und natürlich Vögel. Eine Orientierung am Erdmagnetfeld ist bislang für rund ein Dutzend Singvogelarten sowie einen Watvogel und die Brieftaube belegt.

Im Schnabel und im Auge

Lange war völlig unklar, wie das Erdmagnetfeld wahrgenommen werden könnte. Die Frankfurter Arbeitsgruppe um Wolfgang Wiltschko und seine Frau Roswitha hat maßgeblich dazu beigetragen, daß die Zusammenhänge jetzt besser zu verstehen sind. Vor allem Physiker äußerten grundsätzliche Zweifel an einem entsprechenden Magnetsinn. Doch dann entdeckte man in Bakterien winzige Partikeln aus Magnetit. Damit war ein von Organismen gebildeter, möglicher Magnetsensor gefunden. Nun gab es eine heiße Spur - und sie führte tatsächlich weiter: Die Frankfurter Forscher fanden vor etlichen Jahren bei Tauben Magnetit in der Haut des oberen Schnabels.

Entschlüsselt war der Magnetsinn der Vögel damit aber noch längst nicht. Denn wie die Frankfurter Zoologen in den neunziger Jahren bei Brillenvögeln in Australien beobachtet hatten, konnten sich die Vögel nur dann am Magnetfeld orientieren, wenn sie kurzwelligem Licht ausgesetzt waren. Bei langwelligem Kunstlicht versagte der magnetische Sinn. Gestützt auf Untersuchungen Bochumer Forscher, fanden die Wiltschkos dann heraus, daß auch das Vogelauge - und zwar das rechte - das Erdmagnetfeld wahrnimmt. Der entsprechende Rezeptor muß zusätzlich durch Licht aktiviert werden.

Grundlagen für den Magnetsinn

Die Experimente, über die das Ehepaar Wiltschko zusammen mit Thorsten Ritz vom Department für Physik und Astronomie der Universität von Kalifornien in Irvine und weiteren Forschern jetzt berichtet, erhellen diesen Zusammenhang ("Nature", Bd. 429, S. 177). Schon vor vielen Jahren hat der deutsche Physiker Klaus Schulten auf eine Möglichkeit hingewiesen, wie ein Magnetfeld, kombiniert mit Licht, eine Reaktion hervorrufen könnte. Im Mittelpunkt des Geschehens stehen jeweils zwei benachbarte Moleküle. Die Anregung durch Licht führt zu einer Elektronenübertragung, so daß beide über je ein freies Elektron verfügen - es entsteht ein Radikalpaar.

Die angeregten Moleküle können im sogenannten Singulett-Zustand vorliegen. Die freien Elektronen besitzen dabei einen in die gleiche Richtung weisenden Eigendrehimpuls. Schlägt indessen der Drehimpuls eines der beiden Elektronen um, geht das Radikalpaar in den Triplett-Zustand über. Das führt dazu, daß andere Reaktionen in der Zelle stattfinden. Veränderungen des Magnetfeldes, wie sie beim Vogelflug auftreten, können das Gleichgewicht zwischen den beiden Zuständen verschieben und somit biochemische Prozesse auslösen - Grundlage für einen Magnetsinn.

Gaußmeter im Schnabel, Kompaß im Auge

Die Forscher haben die These bestätigt gefunden, als sie Rotkehlchen schwachen, schnell schwingenden Magnetfeldern aussetzten, die den angenommenen Radikalpaar-Mechanismus durch Resonanz stören. Die Vögel vermochten sich unter diesen Bedingungen tatsächlich nicht mehr am Erdmagnetfeld zu orientieren. Die Magnetfelder waren dabei so beschaffen, daß sie nur den Magnetsinn im Auge beeinflussen konnten, nicht aber denjenigen im Schnabel, der mit "trägen" Magnetitpartikeln arbeitet.

Was die Art des Magnetsensors im Auge betrifft, gibt es ebenfalls schon eine Vermutung. Es könnte sich um Cryptochrome handeln, um zuerst bei Pflanzen entdeckte Proteine, die im Jahr 2000 auch in Ganglienzellen der Mäuse-Netzhaut nachgewiesen wurden. Beim Vogel münden die entsprechenden Ganglienzellen in ein Hirngebiet, das auf Magnetreize hin eine veränderte Aktivität zeigt, wie man in Frankfurt herausgefunden hat. Nun steht natürlich die Frage im Raum, ob bei Zugvögeln auch Cryptochrom im Auge vorkommt.

Vögel nehmen, wie die Arbeiten des Ehepaars Wiltschko und anderer Forschergruppen zeigen, das Erdmagnetfeld auf zweierlei Weise wahr. Ein auf Magnetit im Schnabel beruhender Mechanismus scheint die Stärke des Magnetfeldes zu registrieren. Weil diese äquatorwärts abnimmt, kann der Vogel daraus eine Ortsinformation, eine Karte, ableiten. Zur Navigation reicht das aber nicht. Vielmehr wird auch eine Richtungsinformation benötigt, wie sie der Magnetkompaß im Auge liefert. Vögel haben also, wie die Frankfurter Forscher sagen, ein Gaußmeter im Schnabel und einen Kompaß im Auge.

Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 19.05.2004, Nr. 116 / Seite N1
Bildmaterial: Kinowelt

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