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Biophysik: Ein Botenstoff für den Magnetsinn

Wie Tiere das Magnetfeld der Erde wahrnehmen, ist ein großes Rätsel. Das Protein ErCRY4 scheint dabei eine zentrale Rolle zu spielen.
Anschauliches Schulexperiment: Ein Magnet richtet Eisenspäne aus.

Eines der größten Rätsel der Sinnesbiologie ist der Magnetsinn: die Fähigkeit vieler Tiere, das irdische Magnetfeld wahrzunehmen und als Kompass zu nutzen. Vögel, Meeresschildkröten, Fische, Krebstiere und Insekten navigieren mit seiner Hilfe über kurze oder weite Distanzen. Unklar ist bisher jedoch, auf welchem physikalischen Mechanismus die Feldwahrnehmung beruht.

Zugvögel besitzen in der Netzhaut ihrer Augen magnetisch empfindliche Proteine, so genannte Cryptochrome, die als eine entscheidende Komponente des Magnetsinns gelten. Allerdings fehlte bisher der Nachweis, dass ihre Funktionsweise und ihre Sensitivität es erlauben, das extrem schwache Magnetfeld der Erde zu spüren. Ein Team um Jingjing Xu von der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg hat den Beweis nun in Laborversuchen geliefert und uns damit einer Lösung des Rätsels näher gebracht.

Derzeit gibt es zwei Haupthypothesen, wie Tiere das Erdmagnetfeld wahrnehmen. Die eine besagt: Ändert ein Organismus seine Ausrichtung im Feld, üben Magnetitkristalle (Fe3O4) in seinem Innern eine Rotationskraft auf Sinneszellen aus, die mechanische Kräfte registrieren. Fliegt ein Zugvogel beispielsweise eine Kurve, drehen sich die Kristalle mit ihm im äußeren Feld. Da sie das Bestreben haben, sich entlang der Feldlinien auszurichten, erfahren sie eine Kraftwirkung, die sie als Drehmoment auf Sinneszellen übertragen könnten. Das wiederum könnte Ionenkanäle öffnen oder schließen, die in der Membran der Zellen sitzen, und somit eine Sinneswahrnehmung ermöglichen.

Laut der anderen Hypothese bilden Cryptochrom-Proteine, die Lichtphotonen absorbieren und dadurch energetisch angeregt werden, magnetisch empfindliche chemische Zwischenprodukte, so genannte Radikalpaare …

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  • Quellen

Hore, P. J., Mouritsen, H.: The radical-pair mechanism of magnetoreception. Annual Review of Biophysics 45, 2016

Mouritsen, H.: Long-distance navigation and magnetoreception in migratory animals. Nature 558, 2018

Xu, J. et al.: Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird. Nature 594, 2021