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Kompassorientierung: Die Chemie weist den Weg

Sie sind wieder da: Mit schlafwandlerischer Sicherheit finden Zugvögel alljährlich aus ihrem Sommerquartier in wärmeren Gefilden zu ihren Brutgebieten in unseren Breiten zurück. Als Orientierungshilfe greifen sie dabei auf das Erdmagnetfeld zurück. Nur - wie machen sie das?
Erithacus rubecula
Manch einer ist selbst mit der besten Karte ratlos und findet nicht den rechten Weg. Versteckt sich zu allem Überfluss auch noch die Sonne als zusätzliche Orientierungshilfe hinter dichten Wolken, kann der Wanderer nicht einmal die Himmelrichtung ausmachen, in die er sich wenden will. Zugvögel lachen nur über solche Hilflosigkeit: Sie können sich stets auf ihren inneren Kompass verlassen, der ihnen untrüglich die aktuelle Flugrichtung verrät – es sei denn, jemand bringt das Erdmagnetfeld durcheinander oder schaltet irgendwie dessen Einfluss auf die Vögel ab.

Genau das tat Thorsten Ritz von der Universität von Kalifornien in Irvine zusammen mit der Arbeitsgruppe um Wolfgang Wiltschko von der Universität Frankfurt. Sie wollten den Funktionsmechanismus ergründen, der sich hinter dem magnetischen Orientierungssinn der Vögel verbirgt. Zwei Alternativen stehen zur Wahl: Entweder nutzen die Piepmätze das Mineral Magnetit, ein ferromagnetisches Material, das sich wie der Kompass in der Hand des Wanderers nach dem Erdmagnetfeld ausrichtet, oder sie greifen auf einen biochemischen Mechanismus zurück.

Ritz und seine Kollegen favorisieren das biochemische Modell, das sie sich in etwa so vorstellen: Zunächst erzeugt ein Photorezeptor durch Absorption von Licht und nachfolgendem Elektronentransfer ein Radikalpaar, das dann an einer biochemischen Reaktion beteiligt ist. Ein schwaches magnetisches Feld wie das Erdmagnetfeld sollte den Spin des Radikalpaar-Systems verändern und dadurch die Reaktion beeinflussen. Daran könnte letztendlich der Vogel erkennen, in welche Richtung er fliegt.

Erithacus rubecula | Rotkehlchen nutzen bei ihren Reisen einen Magnetkompass.
Allerdings kann nicht nur ein statisches Magnetfeld, sondern auch ein elektromagnetisches Feld regulierend in solch ein biochemisches System eingreifen. Dementsprechend sollte ein schwaches oszillierendes Feld die Wirkung des Erdmagnetfeldes – und damit die Funktion des Vogelkompasses – stören, dachten sich die Forscher und machten die Probe aufs Exempel: Sie setzten Rotkehlchen (Erithacus rubecula) in ein schwaches elektromagnetisches Feld und beobachteten, ob dies die Zugrichtung der Tiere beeinflusste.

Dazu sperrten sie die Vögel in Kästen, die mit beschichtetem Papier ausgekleidet waren. Versuchte ein Tier nun in seinem Gefängnis loszufliegen, hinterließ es in der Beschichtung Kratzspuren, an denen sich die anvisierte Flugrichtung ablesen ließ.

Ihre aktuelle Frühjahrs-Zugrichtung fanden die Vögel mühelos und starteten nach Norden, sofern ihnen als Orientierungshilfe das Erdmagnetfeld und grünes Licht zur Verfügung standen. Legten die Wissenschaftler aber ein schwaches elektromagnetisches Feld an, gerieten die Rotkehlchen in Schwierigkeiten. Solange das Störfeld parallel zum Erdmagnetfeld ausgerichtet war, zeigten sich die Vögel noch wenig beeindruckt und zogen los gen Norden. Wich die Ausrichtung des Störfeldes jedoch von der des geomagnetischen Feldes ab, verloren die Rotkehlchen plötzlich jegliche Orientierung: Sie versuchten, in alle möglichen Himmelsrichtungen davon zu fliegen.

Durch diese Beobachtungen sehen sich die Forscher in ihrer Ansicht bestätigt, dass hinter dem Magnetkompass der Vögel ein biochemischer Mechanismus steckt: Das oszillierende Feld greift über Resonanzeffekte in den Spinzustand der Radikalpaare ein und stört dadurch die steuernde Wirkung des Erdmagnetfeldes – die Rotkehlchen wissen dann auf einmal nicht mehr, wo Norden liegt. Magnetit kann nach Ansicht der Wissenschaftler nicht am Vogelkompass beteiligt sein, denn das angelegte Feld war zu schwach, um Mineralpartikel in der Zelle in Bewegung zu setzen.

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