Der perfekten Navigation auf der Spur

  • Rotkehlchen im Fokus der Forschung: Wissenschaftler der Universität Oldenburg wollen das Phänomen der perfekten Navigation weiter ergründen. Foto: Universität Oldenburg

Zugvögel navigieren präziser als jedes GPS – selbst nach mehreren Tausend Kilometern Flug landen sie exakt dort, wo sie hinwollten. Wie das genau funktioniert, ist noch nicht restlos geklärt. Forscher um den Oldenburger Biologen Henrik Mouritsen sind dem Phänomen jetzt ein Stück näher gekommen.

Forscher gehen davon aus, dass die Vögel mehrere Fähigkeiten besitzen, um sich zu orientieren: Sie analysieren den Stand der Sonne, prägen sich Sternenbilder ein und nehmen das Erdmagnetfeld wahr. Wie das funktioniert, ist noch nicht restlos geklärt. Mit größter Wahrscheinlichkeit spielen quantenchemische Details im Auge eine entscheidende Rolle  – der sogenannte „Radikal-Paar-Mechanismus“. Bisher konnte allerdings niemand erklären, warum die Vögel mithilfe dieses Mechanismus so verblüffend präzise navigieren können. In langjähriger Zusammenarbeit haben ein internationales Forscherteam der Universität Oxford (Großbritannien) und der Oldenburger Neurobiologe Prof. Dr. Henrik Mouritsen eine vielversprechende Theorie entwickelt, die nun diese Genauigkeit erklären könnte. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler kürzlich als Titelthema in der renommierten Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.

Hauptautor des Fachartikels ist der Chemiker Prof. Dr. Peter J. Hore aus Oxford. Mouritsen, Direktor des Instituts für Biologie und Umweltwissenschaften an der Universität Oldenburg, fungiert als Ko-Autor. Die Wissenschaftler entwickelten ein Modell des Radikal-Paar- Mechanismus, das auf sehr realistischen, quantenchemischen Berechnungen basiert. Vereinfacht lautet die Hypothese: Der Magnetsinn der Vögel sitzt in speziellen Eiweißen der Netzhaut, den Cryptochrom-Proteinen. Diese sind farbsensibel. Trifft weißes, blaues oder türkisfarbenes Licht auf das Auge, kommt es zu einer chemischen Reaktion: Zwei „Radikale“ entstehen, der Magnetsinn der Vögel wird quasi „scharf“ geschaltet. Der Vogel kann nun die Richtung des Magnetfelds ablesen. Dreht oder kippt er den Kopf, verändert sich die Wahrnehmung entsprechend. Vermutlich ist ein Abbild des Erdmagnetfelds dem optischen Bild überlagert, das ein Vogel sieht.

Mithilfe aufwendiger Computersimulationen konnten die Wissenschaftler diese Vorgänge im Auge nachstellen – mit einem verblüffenden Ergebnis: „Die Richtungsgenauigkeit des Radikal-Paar- Mechanismus kann viel besser sein als gedacht“, sagt Mouritsen. Sogar eine Präzision deutlich unter fünf Grad sei möglich. Damit belegten die Forscher, dass das Cryptochrom die passenden chemischen Eigenschaften besitzt, um als Kompassnadel der Vögel fungieren zu können. Ein Beweis, dass diese Theorie richtig ist, sei das allerdings noch nicht. Dafür sind laut Mouritsen weitere gemeinsame Experimente notwendig. Der Neurobiologe setzt große Hoffnungen in das Radikal-Paar-Modell: „Möglicherweise bekommen wir so eines Tages eine quantenchemische Erklärung, wie Vögel ihren Weg finden und warum Einflüsse wie Elektrosmog den Orientierungssinn von Zugvögeln versagen lassen könnten.“

Abstract

Migratory birds can use a variety of environmental cues for orientation. A primary calibration between the celestial and magnetic compasses seems to be fundamental prior to a bird’s first autumn migration. Releasing hand-raised or rescued young birds back into the wild might therefore be a problem because they might not have established a functional orientation system during their first calendar year. Here, we test whether hand-raised European robins that did not develop any functional compass before or during their first autumn migration could relearn to orient if they were exposed to natural celestial cues during the subsequent winter and spring. When tested in the geomagnetic field without access to celestial cues, these birds could orient in their species-specific spring migratory direction. In contrast, control birds that were deprived of any natural celestial cues throughout remained unable to orient. Our experiments suggest that European robins are still capable of establishing a functional orientation system after their first autumn. Although the external reference remains speculative, most likely, natural celestial cues enabled our birds to calibrate their magnetic compass. Our data suggest that avian compass systems are more flexible than previously believed and have implications for the release of hand-reared migratory birds.

Nature Publication

Publication of RTG Member Henrik Mouritsen and his Group in Nature:

'Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird' (Engels et al. (2014) )

Henrik Mouritsen zum Nature-Artikel:
'Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird'