Direkt zum Inhalt

Lexikon der Biologie: magnetischer Sinn

magnetischer Sinn, Fähigkeit von Organismen, ein Magnetfeld wahrzunehmen, z.B., um sich mit Hilfe des Magnetfelds der Erde zu orientieren (Magnetfeldorientierung, Magnetotaxis). Über einen magnetischen Sinn verfügen vermutlich Lebewesen aller Organisationsstufen (Bakterien, Algen, Höhere Pflanzen, Protozoen, Plattwürmer, Insekten, Weichtiere und Wirbeltiere), jedoch ist seine genaue Funktionsweise noch wenig erforscht. Der magnetische Sinn wird in den meisten Fällen nicht alleine zur Orientierung verwendet, sondern seine Informationen werden mit denen anderer eingehender Richtungshinweise (z.B. Schwerkraft [Gravitationsbiologie], Sonnen- und Sternen-Licht, Geruch, Infraschall, Luftdruck [Atmosphäre], UV- [Ultraviolett] und Licht-Polarisation [Polarisationssehen]) verrechnet. Bei einigen Tierarten, z.B. bei den daraufhin untersuchten Zugvögeln, ist die Fähigkeit zur Richtungsbestimmung mittels des magnetischen Sinns angeboren. Dieser hat dann neben seiner direkten Orientierungsfunktion auch eine große Bedeutung als Referenzsystem und dient zur Eichung anderer Kompaßsysteme (z.B. Sonnenkompaß und/oder Sternenkompaß). – Bei der Orientierung anhand des Erdmagnetfelds werden folgende Informationen der magnetischen Feldlinien genutzt (Magnetfeld [Abb.]): Polarität (Richtung), Inklination (Neigung) und Intensität (Stärke). Die Linien verlaufen annähernd in Nord-Süd-Richtung, mit nur kleinen lokalen Abweichungen, die z.B. durch Eisenvorkommen im Boden bedingt sein können. Die Inklination der Feldlinien ist abhängig von der Erdhemisphäre und der Entfernung zu den Polen. Auf der Nordhalbkugel sind die Vektoren der magnetischen Feldstärke nach unten, auf der Südhalbkugel nach oben ausgerichtet, an den Polen verlaufen sie senkrecht zur Erdoberfläche und flachen zum Äquator hin ab (dort verlaufen sie parallel zur Erdoberfläche). Die lokale magnetische Feldstärke ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren wie etwa dem tages- oder jahreszeitlich bedingten Sonnenstand und der lokalen Beschaffenheit des Bodens. Außerdem nimmt sie von den Polen in Richtung Äquator stetig ab. – Für viele Zugvögel konnte nachgewiesen werden, daß sie sich an der Inklination der Feldlinien orientieren. Experimentell konnte man zeigen, daß einige Vögel, die über den Äquator hinwegziehen (Äquatorialzieher), nach Äquatorübertritt ihre Zugrichtung entsprechend anpassen und nun in Richtung der entgegengesetzten Vektorinklinationen weiterziehen. Einige Tiere können zusätzlich auch die Stärke des magnetischen Feldes registrieren. Brieftauben z.B. erstellen in ihrem Gehirn mit Hilfe der Informationen über Inklination und Stärke des lokalen Magnetfelds eine Landkarte ihrer Umgebung (kognitive Landkarte) und sind fähig, sich mit ihrer Hilfe zu orientieren. Brieftauben benutzen jedoch erst ihren Magnetkompaß, sobald der Sonnenkompaß ihnen keine Information liefert (bei bedecktem Himmel). Auch bestimmte Meeresschildkröten (Unechte Karettschildkröte, Caretta caretta) orientieren sich mit Hilfe der Neigung und der Stärke der Feldlinien, um ihm Zuge ihres Fortpflanzungsverhaltens den Weg zurück zu ihren Geburtsstränden zu finden. Bei Walen, die lange Wanderungen durch die Meere unternehmen (Tierwanderungen), vermutet man eine Fähigkeit zur Orientierung an den erdmagnetischen Feldlinien. Die vermehrten Strandungen von Walen an bestimmten Küstengebieten werden mit der besonderen magnetischen Topographie dieser Gebiete in Zusammenhang gebracht. Für Graumulle (Sandgräber) konnte gezeigt werden, daß sie sich an der Polarität der Feldlinien orientieren und sogar ihre unterirdischen Baue nach dem Magnetfeld ausrichten (s.u.). – Die genauen Mechanismen zur Wahrnehmung des Erdmagnetfelds sind noch weitgehend unbekannt. Theoretisch gibt es mehrere Möglichkeiten, wie magnetische Felder wahrgenommen werden könnten, so z.B. über Makromoleküle, die ihre Konformation durch Einwirkung des Magnetfelds ändern, oder mittels magnetischer Metallpartikel, die in Zellen eingebaut sind (Magnetfeldeffekt). In der Natur konnte bisher nur letztere nachgewiesen werden. Die Grundlage des Wahrnehmungsmechanismus bilden Magnetit-Kristalle (Magnetit). Gut untersucht ist der Vorgang bei Magnetbakterien aus dem Bodenschlamm von Gewässern, die im Freiwasser den Magnetfeldlinien entlang hinunter zum Schlamm schwimmen. Die Bakterien sind zu klein, als daß sie dem Schwerefeld folgend nach unten sinken könnten, und so stellen die Feldlinien eine wesentliche Richtungsinformation für sie dar. Als Rezeptoren enthalten die Bakterien 10–20gliedrige Ketten von membranumhüllten, 50 nm großen Magnetit-Würfeln, sog. Magnetosomen. Vermutlich wird das mechanische Drehmoment bei der Abweichung der Dipolrichtung (Dipol) der Magnetosomen von der Richtung des Außenfelds zur Steuerung der Schwimmbewegung verwendet. Bei Wachstum auf eisenfreiem Medium verschwinden die Magnetit-Kristalle und mit ihnen die Fähigkeit zur Magnetfeldorientierung. Eine ähnliche Anordnung von Magnetit-Kristallen wurde in einer Ausbuchtung des Siebbeins von Thunfischen gefunden. In dieser nervös sehr stark innervierten Region befinden sich 85 ·106 Kristalle mit einer Länge von 5 ·10–7 mm. Nach Berechnungen sollen die Tiere mit Hilfe dieser Magnetit-Ansammlungen in der Lage sein, noch Feldstärkeunterschiede von 1–100 ·10–9 Tesla zu registrieren und die Richtung der Feldlinien bis auf wenige Bogensekunden genau wahrzunehmen. Auch bei den zur Wahrnehmung magnetischer Felder fähigen Forellen konnten Magnetit-Partikel identifiziert werden. Die Kristalle liegen in flüssigkeitsgefüllten Kompartimenten innerhalb bestimmter Zellen in der Nase der Fische. In der Schnabelhaut von Brieftauben hat man ebenfalls kleine Mengen (insgesamt nur 10 ng) von Magnetit-Partikeln nachgewiesen, die dicht um freie Nervenendigungen und Merkel-Körperchen (Mechanorezeptoren) angeordnet sind. Die Information zur Orientierung dieser Eisenoxid-Partikel wird offensichtlich von einem Ast des Trigeminus (Nervus ophthalmicus) in das Gehirn geleitet. Ähnliche Magnetit-Ansammlungen wurden bei einigen Zugvögeln entlang des Riechnervs, in der Nähe des Riechkolbens, in einem Gewebe zwischen den Augen und einigen Hirnarealen gefunden. Bienen (Honigbiene) zeigen bei der Durchführung des Schwänzeltanzes (Bienensprache) nicht nur eine Ausrichtung nach der Schwerkraft, sondern zusätzlich auch eine nach dem Erdmagnetfeld. Die entsprechenden Rezeptoren – auch hier handelt es sich um mit Magnetit-Kristallen gefüllte Zellen – wurden im Abdomen der Insekten isoliert. Eine weitere Möglichkeit zur Wahrnehmung magnetischer Felder könnte über die Elektrorezeption gehen (Bioelektrizität, elektrische Organe, Elektrokommunikation), da elektrische Felder immer auch mit magnetischen Feldern gekoppelt sind. Haie und Rochen verfügen über Empfänger mit höchster elektrorezeptorischer Empfindlichkeit (Lorenzinische Ampullen), und in Laborversuchen mit Stachelrochen konnte festgestellt werden, daß mit diesen Sinnesorganen auch magnetische Informationen empfangen werden können. Ob sie diese jedoch in ihrem natürlichen Verhalten zu Orientierungszwecken verwenden, ist nicht bekannt. – In jüngster Zeit konnte in afrikanischen Graumullen (Cryptomys anselli; Sandgräber) eine Beteiligung einer bestimmten Gehirnstruktur, des Colliculus inferior (Colliculi), an der Wahrnehmung und Verarbeitung der Magnetfeldinformation nachgewiesen werden. Man vermutet, daß die magnetische Umgebung der Tiere in diesem Gehirnbereich als topographische Karte abgebildet ist. Ob der Colliculus inferior diese Funktion auch bei anderen Tierarten hat, ist noch ungeklärt. Biomagnetismus, Kompaßorientierung, Navigation, Vogelzug.

C.S.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Redaktion

Rolf Sauermost (Projektleiter)
Doris Freudig (Redakteurin)

Erweiterte Redaktion

Dr. Michael Bonk (Assistenz)
Dr. Andreas Sendtko (Assistenz)
Dr. Helmut Genaust (Etymologische Bearbeitung)
Dr. Claudia Gack (Bildtafelredaktion)

Grafik:

Hermann Bausch
Dr. Michael Bonk (EDV)
Wolfgang Hanns
Laura C. Hartmann (EDV)
Professor Dr. Rüdiger Hartmann (EDV)
Klaus Hemmann
Manfred Himmler
Rudolf Kempf (EDV)
Martin Lay (EDV)
Rolf Sauermost (EDV)
Dr. Richard Schmid
Hanns Strub
Melanie Waigand-Brauner (EDV)

CD-ROM-Ausgabe:

Doris Freudig (Redaktion und Konzeption)
Richard Zinken (Beratung)

Berater

Prof. Dr. Arno Bogenrieder (Botanik)
Prof. Dr. Klaus-Günter Collatz (Zoologie)
Prof. Dr. Hans Kössel (†) (Biochemie, Molekularbiologie)
Prof. Dr. Uwe Maier (Biochemie, Molekularbiologie)
Prof. Dr. Günther Osche (Zoologie)
Prof. Dr. Georg Schön (Mikrobiologie)

Autoren

[abc] [def] [ghi] [jkl] [mno] [pqr] [stuv] [wxyz]

Anhäuser, Marcus (M.A.)
Arnheim, Dr. Katharina (K.A.)
Becker-Follmann, Dr. Johannes (J.B.-F.)
Bensel, Dr. Joachim (J.Be.)
Bergfeld (†), Dr. Rainer (R.B.)
Berthold, Prof. Dr. Peter (P.B.)
Bogenrieder, Prof. Dr. Arno (A.B.)
Bohrmann, PD Dr. Johannes (J.B.)
Bonk, Dr. Michael (M.B.)
Born, Prof. Dr. Jan (J.Bo.)
Braun, Andreas (A.Br.)
Bürger, Prof. Dr. Renate (R.Bü.)
Cassada, Dr. Randall (R.C.)
Collatz, Prof. Dr. Klaus-Günter (K.-G.C.)
Culmsee, Dr. Carsten (C.C.)
Drews, Dr. Martina (M.D.)
Drossé, Inke (I.D.)
Duell-Pfaff, Dr. Nixe (N.D.)
Duffner, Dr. Klaus (K.D.)
Eibl-Eibesfeldt, Prof. Dr. Irenäus (I.E.)
Eisenhaber, Dr. Frank (F.E.)
Emschermann, Dr. Peter (P.E.)
Engelbrecht, Beate (B.E.)
Engeser, PD Dr. Theo (T.E.)
Eurich, Dr. Christian (C.E.)
Ewig, Bettina (B.Ew.)
Fässler, Dr. Peter (P.F.)
Fehrenbach, Dr. Heinz (H.F.)
Fix, Dr. Michael (M.F.)
Flemming, Alexandra (A.F.)
Franzen, Dr. Jens Lorenz (J.F.)
Freudig, Doris (D.F.)
Gack, Dr. Claudia (C.G.)
Gallenmüller, Dr. Friederike (F.G.)
Ganter, Sabine (S.G.)
Gärtig, Susanne (S.Gä.)
Gärtner, PD Dr. Wolfgang (W.G.)
Gassen, Prof. Dr. Hans-Günter
Geinitz, Christian (Ch.G.)
Genth, Dr. Harald (H.G.)
Gläser, Dr. Birgitta (B.G.)
Götting, Prof. Dr. Klaus-Jürgen (K.-J.G.)
Grasser, Dr. habil. Klaus (K.G.)
Grieß, Dr. Eike (E.G.)
Grüttner, Dr. Astrid (A.G.)
Häbe, Martina (M.Hä.)
Haken, Prof. Dr. Hermann
Hanser, Dr. Hartwig (H.Ha.)
Harder, Deane Lee (D.Ha.)
Hartmann, Prof. Dr. Rüdiger (R.H.)
Hassenstein, Prof. Dr. Bernhard (B.H.)
Haug-Schnabel, PD Dr. Gabriele (G.H.-S.)
Hemminger, Dr. habil. Hansjörg (H.H.)
Herbstritt, Dr. Lydia (L.H.)
Hobom, Dr. Barbara (B.Ho.)
Hoffrichter, Dr. Odwin (O.H.)
Hohl, Dr. Michael (M.H.)
Hoos, Katrin (K.H.)
Horn, Dagmar (D.H.)
Horn, Prof. Dr. Eberhard (E.H.)
Huber, Christoph (Ch.H.)
Huber, Dr. Gerhard (G.H.)
Huber, Prof. Dr. Robert
Hug, Dr. Agnes M. (A.H.)
Illerhaus, Dr. Jürgen (J.I.)
Illes, Prof. Dr. Peter (P.I.)
Illing, Prof. Dr. Robert-Benjamin (R.B.I.)
Irmer, Juliette (J.Ir.)
Jaekel, Dr. Karsten
Jäger, Dr. Rudolf
Jahn, Dr. Ilse
Jahn, Prof. Dr. Theo (T.J.)
Jendritzky, Prof. Dr. Gerd (G.J.)
Jendrsczok, Dr. Christine (Ch.J.)
Jerecic, Renate (R.J.)
Jordan, Dr. Elke (E.J.)
Just, Dr. Lothar (L.J.)
Just, Margit (M.J.)
Kary, Michael (M.K.)
Kaspar, Dr. Robert
Kattmann, Prof. Dr. Ulrich (U.K.)
Kindt, Silvan (S.Ki.)
Kirchner, Prof. Dr. Wolfgang (W.K.)
Kirkilionis, Dr. Evelin (E.K.)
Kislinger, Claudia (C.K.)
Klein-Hollerbach, Dr. Richard (R.K.)
Klonk, Dr. Sabine (S.Kl.)
Kluge, Prof. Dr. Friedrich (F.K.)
König, Dr. Susanne (S.Kö.)
Körner, Dr. Helge (H.Kör.)
Kössel (†), Prof. Dr. Hans (H.K.)
Kühnle, Ralph (R.Kü.)
Kuss (†), Prof. Dr. Siegfried (S.K.)
Kyrieleis, Armin (A.K.)
Lahrtz, Stephanie (S.L.)
Lamparski, Prof. Dr. Franz (F.L.)
Landgraf, Dr. Uta (U.L.)
Lange, Prof. Dr. Herbert (H.L.)
Lange, Jörg
Langer, Dr. Bernd (B.La.)
Larbolette, Dr. Oliver (O.L.)
Laurien-Kehnen, Dr. Claudia (C.L.)
Lay, Dr. Martin (M.L.)
Lechner-Ssymank, Brigitte (B.Le.)
Leinberger, Annette (A.L.)
Leven, Prof. Franz-Josef (F.J.L.)
Liedvogel, Prof. Dr. Bodo (B.L.)
Littke, Dr. habil. Walter (W.L.)
Loher, Prof. Dr. Werner (W.Lo.)
Lützenkirchen, Dr. Günter (G.L.)
Mack, Dr. Frank (F.M.)
Mahner, Dr. Martin (M.Ma.)
Maier, PD Dr. Rainer (R.M.)
Maier, Prof. Dr. Uwe (U.M.)
Marksitzer, Dr. René (R.Ma.)
Markus, Prof. Dr. Mario (M.M.)
Martin, Dr. Stefan (S.Ma.)
Medicus, Dr. Gerhard (G.M.)
Mehler, Ludwig (L.M.)
Mehraein, Dr. Susan (S.Me.)
Meier, Kirstin (K.M.)
Meineke, Sigrid (S.M.)
Mohr, Prof. Dr. Hans (H.M.)
Mosbrugger, Prof. Dr. Volker (V.M.)
Mühlhäusler, Andrea (A.M.)
Müller, Dr. Ralph (R.Mü.)
Müller, Ulrich (U.Mü.)
Müller, Wolfgang Harry (W.H.M.)
Murmann-Kristen, Dr. Luise (L.Mu.)
Mutke, Jens (J.M.)
Narberhaus, Ingo (I.N.)
Neub, Dr. Martin (M.N.)
Neumann, Dr. Harald (H.Ne.)
Neumann, Prof. Dr. Herbert (H.N.)
Nick, PD Dr. Peter (P.N.)
Nörenberg, Prof. Dr. Wolfgang (W.N.)
Nübler-Jung, Prof. Dr. Katharina (K.N.)
Oehler, Prof. Dr. Jochen (J.Oe.)
Oelze, Prof. Dr. Jürgen (J.O.)
Olenik, Dr. Claudia (C.O.)
Osche, Prof. Dr. Günther (G.O.)
Panesar, Arne Raj
Panholzer, Bärbel (B.P.)
Paul, PD Dr. Andreas (A.P.)
Paulus, Prof. Dr. Hannes (H.P.)
Pfaff, Dr. Winfried (W.P.)
Pickenhain, Prof. Dr. Lothar (L.P.)
Probst, Dr. Oliver (O.P.)
Ramstetter, Dr. Elisabeth (E.R.)
Ravati, Alexander (A.R.)
Rehfeld, Dr. Klaus (K.Re.)
Reiner, Dr. Susann Annette (S.R.)
Riede, Dr. habil. Klaus (K.R.)
Riegraf, Dr. Wolfgang (W.R.)
Riemann, Prof. Dr. Dieter
Roth, Prof. Dr. Gerhard
Rübsamen-Waigmann, Prof. Dr. Helga
Sachße (†), Dr. Hanns (H.S.)
Sander, Prof. Dr. Klaus (K.S.)
Sauer, Prof. Dr. Peter (P.S.)
Sauermost, Elisabeth (E.Sa.)
Sauermost, Rolf (R.S.)
Schaller, Prof. Dr. Friedrich
Schaub, Prof. Dr. Günter A. (G.Sb.)
Schickinger, Dr. Jürgen (J.S.)
Schindler, Dr. Franz (F.S.)
Schindler, Dr. Thomas (T.S.)
Schley, Yvonne (Y.S.)
Schling-Brodersen, Dr. Uschi
Schmeller, Dr. Dirk (D.S.)
Schmitt, Prof. Dr. Michael (M.S.)
Schmuck, Dr. Thomas (T.Schm.)
Scholtyssek, Christine (Ch.S.)
Schön, Prof. Dr. Georg (G.S.)
Schönwiese, Prof. Dr. Christian-Dietrich (C.-D.S.)
Schwarz, PD Dr. Elisabeth (E.S.)
Seibt, Dr. Uta
Sendtko, Dr. Andreas (A.Se.)
Sitte, Prof. Dr. Peter
Spatz, Prof. Dr. Hanns-Christof (H.-C.S.)
Speck, Prof. Dr. Thomas (T.Sp.)
Ssymank, Dr. Axel (A.S.)
Starck, PD Dr. Matthias (M.St.)
Steffny, Herbert (H.St.)
Sternberg, Dr. Klaus (K.St.)
Stöckli, Dr. Esther (E.St.)
Streit, Prof. Dr. Bruno (B.St.)
Strittmatter, PD Dr. Günter (G.St.)
Stürzel, Dr. Frank (F.St.)
Sudhaus, Prof. Dr. Walter (W.S.)
Tewes, Prof. Dr. Uwe
Theopold, Dr. Ulrich (U.T.)
Uhl, Dr. Gabriele (G.U.)
Unsicker, Prof. Dr. Klaus (K.U.)
Vaas, Rüdiger (R.V.)
Vogt, Prof. Dr. Joachim (J.V.)
Vollmer, Prof. Dr. Dr. Gerhard (G.V.)
Wagner, Prof. Dr. Edgar (E.W.)
Wagner, Eva-Maria
Wagner, Thomas (T.W.)
Wandtner, Dr. Reinhard (R.Wa.)
Warnke-Grüttner, Dr. Raimund (R.W.)
Weber, Dr. Manfred (M.W.)
Wegener, Dr. Dorothee (D.W.)
Weth, Dr. Robert (R.We.)
Weyand, Anne (A.W.)
Weygoldt, Prof. Dr. Peter (P.W.)
Wicht, PD Dr. Helmut (H.Wi.)
Wickler, Prof. Dr. Wolfgang
Wild, Dr. Rupert (R.Wi.)
Wilker, Lars (L.W.)
Wilmanns, Prof. Dr. Otti
Wilps, Dr. Hans (H.W.)
Winkler-Oswatitsch, Dr. Ruthild (R.W.-O.)
Wirth, Dr. Ulrich (U.W.)
Wirth, Prof. Dr. Volkmar (V.W.)
Wolf, Dr. Matthias (M.Wo.)
Wuketits, Prof. Dr. Franz M. (F.W.)
Wülker, Prof. Dr. Wolfgang (W.W.)
Zähringer, Dr. Harald (H.Z.)
Zeltz, Dr. Patric (P.Z.)
Ziegler, Prof. Dr. Hubert
Ziegler, Dr. Reinhard (R.Z.)
Zimmermann, Prof. Dr. Manfred
Zissler, Dr. Dieter (D.Z.)
Zöller, Thomas (T.Z.)
Zompro, Dr. Oliver (O.Z.)

Partnervideos