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Samstag, 25.06.2016
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Vögel haben Magnetometer im Schnabel

Eisenhaltige kurze Nervenäste im Oberschnabel messen Stärke des Erdmagnetfeldes

Eisenhaltige kurze Nervenäste im Oberschnabel dienen offensichtlich vielen Vögeln dazu, die Stärke des Erdmagnetfeldes zu messen und nicht nur seine Richtung wie ein Kompass zu bestimmen. Dies haben jetzt Frankfurter Forscher in einer neuen Studie gezeigt. Sie bestätigten damit eine vor einigen Jahren bei Brieftauben gemachte Entdeckung auch für andere Arten.
Rotkehlchen

Rotkehlchen

In Kooperation mit dem Experimentalphysiker Gerald Falkenberg vom DESY Hamburger Synchrotron haben die Neurobiologen Gerta Fleissner und ihr Mann Professor Günther Fleissner von Goethe-Universität Frankfurt am Main die entscheidenden Eisenoxide charakterisiert, die die Funktion des Magnetometers im Schnabel steuern. Mit den Nachweismöglichkeiten der Röntgenfluoreszenz im DESY zeigte sich nun, dass auch die Eisenoxide in den Dendriten unterschiedlicher Vögel identisch sind, schreiben die Wissenschaftler im Online-Fachjournal „PloS ONE“.

Dendritensysteme bei vielen verschiedenden Vögeln


„Als wir in den zurückliegenden Jahren dieses System aus Nervenästen mit den stark magnetischen Eisenverbindungen in bestimmten Zellpartikeln bei Brieftauben nachgewiesen haben, warf dies sofort die Frage auf, ob es vergleichbare Dendritensysteme auch bei anderen Vogelarten gibt“, so die Projektleiterin Fleissner. Egal, ob Vögel ihre Magnetkarte im Hirn, die von den mehr als 500 Magnetfeldrezeptoren kodiert wird, zur weiträumigen Orientierung nutzen oder nicht - die Anlagen sind sowohl bei Zugvögeln wie Rotkehlchen und Grasmücke als auch bei Haushühnern vorhanden.

„Dieser Befund ist erstaunlich, weil die untersuchten Vögel eine sehr unterschiedliche Lebensweise haben und vielfältige Orientierungsaufgaben lösen müssen: Brieftauben, die geübt sind, von unterschiedlichen Auflassorten zum Heimatschlag zurück zu finden, Kurzstreckenzieher wie das Rotkehlchen, Langstreckenflieger wie die Grasmücke und ortstreue Vögel wie die Haushühner“, erklärt die Forscherin.


Um diesen Beweis anzutreten, haben die Wissenschaftler Tausende von Vergleichsuntersuchungen und -messungen vorgenommen: Zunächst wird dazu das Gewebe des Oberschnabels mikroskopiert und untersucht, wo sich in dem Gewebe eisenhaltige Substanzen befinden, anschließend vergleichen die Forscher diesen histologischen Befund mit den Ergebnissen der physikochemischen Analysen.

Aufwändige Studien


Für diese aufwändigen Studien mit hochauflösenden topografischen Röntgenstrahlen wurde das Synchrotronlabor (Hasylab) am DESY in Hamburg eingesetzt. „Der Schnabel kann hier mit speziellen Röntgenstrahlen zerstörungsfrei untersucht werden, um genau herauszufinden, wo die stark magnetischen Eisenverbindungen in den Dendriten sitzen und wie sie im Detail zusammengesetzt sind“, erläutert Fleissner und betont, dass sie ohne die DESY-Kooperation mit Falkenberg diesen Durchbruch nicht hätte erreichen können.

Das von den Eisenverbindungen lokal verstärkte Magnetfeld regt die Dendriten der Nervenzellen an, wobei jeder dieser vermutlich mehr als 500 Dendriten jeweils nur eine Richtung des Magnetfelds kodiert. Diese Informationen werden nach Angaben der Wissenschaftler an das zentrale Nervensystem im Kopf des Vogels weitergeleitet und bilden die Basis für die Magnetkarte, die letztendlich die Orientierung im Raum ermöglicht.

Ob die Möglichkeiten dieser Magnetkarte nun ausgeschöpft werden, hängt von der Motivation der jeweiligen Vogelart ab, die beispielsweise bei den Zugvögeln zur Zeit der Zugunruhe deutlich stärker ausgeprägt ist als zu anderen Jahreszeiten. Dies konnte vom Frankfurter Team um Professor Wolfgang Wiltschko, dem Entdecker der Magnetwahrnehmung bei Vögeln, in vielfältigen Verhaltensversuchen gezeigt werden.

Magnetkompass im Auge, Magnetometer im Schnabel


Die Zusammenarbeit mit diesem Forscherteam hat auch deutlich gemacht, dass der Magnetkompass und die Magnetkarte vermutlich auf unterschiedlichen Mechanismen beruhen und an anderer Stelle lokalisiert sind: Der Magnetkompass liegt im Auge und das Magnetometer für die Magnetkarte im Schnabel.

„Die nun vorliegenden Befunde können auch die alten Mythen über eisenbasierte Mechanismen und Strukturen zur Magnetrezeption an beliebigen Stellen im Körper wie Blut, Gehirn oder Schädel widerlegen und stattdessen ein solides Methodenkonzept liefern, mit dessen Hilfe auch in anderen Organismen Magnetrezeptorsysteme aufgefunden werden können“, freut sich Günther Fleissner. Die eindeutig reproduzierbaren Daten der Wissenschaftler liefern die Basis für künftige Versuchsreihen, die die vielen bislang noch unbekannten Schritte zwischen der Magnetfeldwahrnehmung und deren Einsatz als Navigationshilfe aufklären sollen.
(idw - Goethe-Universität Frankfurt am Main, 23.02.2010 - DLO)