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News: Ein chemischer Kompass für den richtigen Weg?

Verfehlt ein in Kolibri auf seiner Wanderung von Texas über den Golf von Mexiko zur Halbinsel Yukatan nur knapp sein Ziel, so wird er, zur Freude der Fische, kurze Zeit später mit 'leeren Tanks' ins Meer stürzen. Sein geringes Gewicht verbietet ihm, größere Energiereserven mit auf die Reise zu nehmen. Tatsächlich finden die meisten Tiere, die sich auf Wanderschaft befinden, exakt ihr Zielgebiet. Wie der biologische Kompass genau funktioniert, ist bisher aber noch unbekannt. Zwei Vermutungen, zum einen Mikro-Kompassnadeln in den Zellen und zum anderen durch Magnetfeldschwankungen veränderte Umsatzraten biochemischer Reaktionen, werden diskutiert. Ein Forscher wies nun auf mathematischem Wege nach, dass der biochemische Kompass tatsächlich funktionieren könnte und sogar fantastische Leistung hätte.
Viele Tierarten, vom Schmetterling bis hin zu den Walen, wandern jedes Jahr, oftmals mehr als einige tausend Kilometern weit. Einige von ihnen tags, andere nachts, im Wasser, zu Land oder in der Luft. Sie navigieren, indem sie winzige Unterschiede im Magnetfeld der Erde wahrnehmen, die zum Beispiel bei Meeresschildkröten nur 0,2 Prozent der typischen Magnetfeldstärke betragen. Bis heute weiß jedoch niemand, welcher Mechanismus sich hinter dem exakten biologischen Kompass verbirgt. Glaubt man der einen Theorie, so sind für das Orientierungsvermögen kleine magnetische Moleküle verantwortlich, die sich in einigen Geweben finden. Diese sollen als Miniatur-Kompassnadeln fungieren. Eine andere Theorie besagt, dass sich ändernde magnetische Felder Wechsel in biochemischen Reaktionsraten hervorrufen. Dies wurde bereits in Experimenten für ein breites Sortiment an chemischen Reaktionen nachgewiesen.

James Weaver, Physiker am Massachusetts Institute of Technology, prüfte nun auf mathematischem Wege, ob ein biochemischer Kompass überhaupt funktionieren könnte. Denn neben Magnetfeldern wird die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen auch durch Temperaturveränderungen beeinflusst und ist außerdem zufälligen Schwankungen ausgesetzt. "Die Herausforderung besteht darin zu verstehen, wie ein Wesen imstande ist, kleinste Unterschiede des Magnetfeldes in Gegenwart all dieser Störfaktoren wahrzunehmen", sagt Weaver. Er verwendete Gleichungen, die eine einfache Reaktion beschreiben, bei der zwei reaktive Moleküle, so genannte freie Radikale, beteiligt sind. Dann berücksichtigte er, wie das Rauschen aus zufälligen Schwankungen, den Änderungen der Temperatur und geringfügigen Wechseln der magnetischen Feldstärke, die Reaktionsrate beeinflusst. Das Ergebnis war klar: Eine kleine Gruppe von Zellen sollte durchaus in der Lage sein, kleine Änderungen des Magnetfeldes, etwa in der Größenordnung, wie Meeresschildkröten sie wahrnehmen können, deutlich aus dem ständigen Rauschpegel herauszuspüren. "Ein entwickeltes Sinnessystem wie dieses wäre möglich, und es könnte eine ziemlich fantastische Leistung haben", schließt Weaver.

Er hofft außerdem, dass seine theoretische Arbeit dazu beiträgt, die Gesundheitsrisiken von elektromagnetischen Feldern besser einschätzen zu können. Vor allem diskutieren Wissenschaftler wie die Öffentlichkeit hier über den Einfluss von Hochspannungsleitungen und Mobiltelefonen. "Es ist ein heißes Eisen, aber es wäre hilfreich, wenn einfache Modelle aus der Physik oder Chemie vorliegen, die uns einen Anhaltspunkt dafür geben können, was möglich ist und was nicht", sagt Weaver.

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