Der Sensor sitzt im rechten Auge
21. September 2004 Wenn sich im Herbst Scharen von Zugvögeln auf ihre alljährliche Reise in die Winterquartiere begeben, versetzt das etlichen Biologen einen Stich ins Herz. Ihnen wird dann jedesmal schmerzlich bewußt, daß sie die Rätsel des Vogelzugs noch immer nicht vollständig gelöst haben.
Dabei wähnte man sich diesem Ziel schon Anfang der sechziger Jahre ziemlich nahe. Damals hatten Frankfurter Zoologen herausgefunden, daß sich manche Vögel am Magnetfeld der Erde orientieren können. Doch wo der Magnetsinn sitzt und wie er funktioniert, ließ sich nicht ergründen. Nun scheint man der Lösung aber ganz nahe zu sein. Wie Forscher um Henrik Mouritsen und Reto Weiler von der Universität Oldenburg jetzt berichten, gibt es in der Netzhaut von Zugvögeln als Cryptochrome bezeichnete Eiweißstoffe, die als Magnetfühler wirken könnten. Auch in der Frankfurter Arbeitsgruppe von Wolfgang und Roswitha Wiltschko ist man zu diesem Schluß gekommen.
Der Sensor sitzt im rechten Auge
Über die Fähigkeit, das Erdmagnetfeld als Orientierungshilfe zu nutzen, verfügt eine ganze Reihe von Organismen. Die Liste umfaßt zum Beispiel Krebse, Insekten, Fische, Reptilien und Säuger. Auf ihr stehen zudem rund ein Dutzend Arten von Vögeln. Bei der Fahndung nach dem Magnetsinn, der Zugvögeln auch in dunklen Nächten den richtigen Weg weist, sind die Frankfurter Zoologen schon vor etlichen Jahren auf eine heiße Fährte gestoßen. Aus Versuchen mit australischen Brillenvögeln konnten sie schließen, daß sich der rätselhafte Sensor im Auge befinden muß, und zwar im rechten. Doch wie er beschaffen ist, blieb im dunkeln.
Unterstützung erhielten die Verhaltensforscher schließlich aus der Physik. Der Sensor, so die Überlegung, müsse aus Paaren von angeregten Molekülen in der Netzhaut bestehen, die bei Veränderungen des Magnetfeldes in verschiedene Zustände übergehen. Einmal sollen die Teilchen, die über ein freies Elektron verfügen, im sogenannten Singulett-Zustand vorliegen. Hierbei weisen die Elektronen den gleichen Eigendrehimpuls auf. Ändert sich das Erdmagnetfeld, wenn der Vogel seine Bahn zieht, schlägt der Drehimpuls eines der beiden Elektronen um. Das Molekülpaar geht dann in den Triplett-Zustand über, ein Vorgang, der biochemische Prozesse auslösen und eine Wahrnehmung ermöglichen könnte.
Erste Funde bei der Maus
Die Forscher hatten nun zwar eine einleuchtende Hypothese zur Hand. Diese wies aber noch einen großen Schönheitsfehler auf. Denn welcher Natur die postulierten Moleküle sein könnten, blieb zunächst offen. Im Jahr 2000 entdeckte man dann im Auge eines anderen Tieres - der Maus - passende Kandidaten. Es handelt sich dabei um Cryptochrome, um Proteine, die man sonst von Pflanzen her kennt. Nun galt es zu klären, ob solche Eiweißstoffe auch in der Netzhaut von Zugvögeln vorkommen. Dazu bedarf es aufwendiger immunologischer Tests. Diese sind zudem üblicherweise für Untersuchungen an Säugern, nicht aber an Vögeln ausgelegt.
Die von der Volkswagen-Stiftung geförderte Gruppe um Mouritsen hat 30 Gartengrasmücken - eine bei Nacht fliegende Zugvogelart - untersucht. Als Vergleich dienten zehn Zebrafinken, also Nichtzieher. In der Netzhaut der Gartengrasmücken ließen sich tatsächlich zwei Arten von Cryptochromen nachweisen, wie die Oldenburger Wissenschaftler in den "Proceedings" der amerikanischen Akademie der Wissenschaften (Bd. 101, S. 14294) berichten. Das Protein befindet sich in Nervenzellen, darunter großen Ganglionzellen, die nachts, wenn sich die Tiere nach dem Magnetfeld orientieren, besonders aktiv sind. Bei den Zebrafinken war zwar ebenfalls Cryptochrom zu finden. Gerade bei Nacht nimmt dessen Menge aber stark ab.
Bei der Maus steuern die Cryptochrome die innere Uhr
Für die Annahme, daß Cryptochrom der lange gesuchte Magnetfühler im Auge von Zugvögeln ist, sprechen auch die Befunde von Andrea Möller aus der Frankfurter Arbeitsgruppe. Wie die Zoologin kürzlich auf einer Tagung in Nyborg (Dänemark) berichtete, fanden sich in der Netzhaut des Rotkehlchens ebenfalls zwei verschiedene Cryptochrome. Aus ihrer Verteilung im Tagesverlauf kann man ableiten, daß die Wahrnehmung des Magnetfeldes vor allem dem rechten Auge obliegt. Bei den Gartengrasmücken indessen besteht offenbar kein Unterschied zwischen den Augen, was den Gehalt an Cryptochromen betrifft. Daraus läßt sich aber, wie Mouritsen anmerkt, nicht unbedingt schließen, daß beide Augen das Magnetfeld registrieren. Möglicherweise wird hierfür doch nur eines - vielleicht das rechte - genutzt.
Der endgültige Beweis dafür, mit den Cryptochromen den Magnetsensor identifiziert zu haben, steht freilich immer noch aus. Man müßte nachweisen, daß die mit diesem Protein ausgestatteten Nervenzellen tatsächlich ein vom Magnetfeld abhängiges Signal zum Gehirn schicken. Auch die Wirkungsweise innerhalb der Zelle ist noch unklar. Bei der Maus sind die Cryptochrome an der Steuerung der inneren Uhr beteiligt. Ihr Wirkort ist der Zellkern. Dort veranlassen sie das Ablesen von Genen.
Bei den Vögeln befinden sich die Cryptochrome hingegen im Zellplasma, wie die Oldenburger Forscher gezeigt haben. Nun untersucht man, ob sie an das Zellskelett gebunden sind. Derart verankert, könnten sie auf Änderungen der magnetischen Feldstärke ansprechen. Alles in allem hält also der Vogelzug noch etliche Rätsel bereit. Wenn die Vögel im kommenden Frühjahr zurückkehren, werden sie daher die Biologen sicher wieder schmerzlich an die Wissenslücken erinnern.
Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 21.09.2004, Nr. 220 / Seite 34
Bildmaterial: Science
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