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Wie Zugvögel das Magnetfeld „sehen“

28. September 2007

Forscher zeigen erstmals, dass der magnetische Kompass der Zugvögel an das Sehen gekoppelt ist. Aktuelle Veröffentlichung in PLoS ONE.  

Mit einer kaum vorstellbaren Präzision fliegen Millionen von Zugvögeln jährlich im Herbst  in wärmere Gefilde und kehren im Frühling zurück. Die meisten der kleineren Vögel fliegen in der Dunkelheit und ihre Zielgenauigkeit beruht darauf, dass sie das Erdmagnetfeld zur Orientierung nutzen. Doch wie funktioniert dieser Kompass? An der Universität Oldenburg wird diese Frage seit einigen Jahren erforscht und die jüngsten Ergebnisse zeigen nun: Die Vögel „sehen“ das Magnetfeld, das heißt, der magnetische Kompass wird über das visuelle System gesteuert. Die Ergebnisse, die der Oldenburger Forscher Dominik Heyers gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU München und der Ruhr-Universität Bochum erhalten hat, sind jetzt aktuell veröffentlicht in PLoS ONE, der neuen „Public Library of Science“, die als nicht-kommerzielles Open-Acess-Projekt wissenschaftliche Publikationen ermöglicht. Der Artikel ist frei zugänglich unter www.plosone.org/doi/pone.0000937.

Bereits vor drei Jahren konnte die von der VolkswagenStiftung eingerichtete Nachwuchsgruppe um Dr. Henrik Mouritsen am Institut für Biologie und Umweltwissenschaften der Universität Oldenburg einen ersten Zusammenhang herstellen zwischen dem Magnetsinn und den Augen. Es war ihnen gelungen, in der Netzhaut Cryptochrom-Moleküle zu identifizieren, die als Magnetsensor fungieren könnten. Bald darauf lokalisierten die Wissenschaftler einen besonderen Gehirnbereich, der für das Nachtsehen bei nächtlich ziehenden Singvögeln zuständig ist. Diese als Cluster N bezeichnete Region wird aktiv, sobald die Vögel auf „Nachtflug“ schalten. Bei geschlossenen Augen bleibt das Gehirnareal abgeschaltet. Diese Ergebnisse unterstützten die Vermutung, dass Cluster N und das Auge bei der Magnetorientierung miteinander kommunizieren müssen.  

Diese Vermutung konnte Heyers, ebenfalls von der VolkswagenStiftung unterstützt, nun experimentell bestätigen. Seine Ergebnisse zeigen: Ein visueller Schaltkreis verbindet die bei der Magnetorientierung aktiven Hirnregionen. Das Auge und Cluster N müssen miteinander kommunizieren, wenn die Vögel ihren Weg im Dunkeln finden sollen. Um das herauszufinden, kombinierten die Forscher Verhaltensversuche mit neuronalem „Tracing“. Hierbei wurden bestimmte Farbstoffe, die entlang von Nervenbahnen transportiert werden, ins Auge sowie Cluster N eingebracht. Dabei zeigte sich, dass selektiv angefärbte Nervenfasern sich im Thalamus, einem Hauptteil des Zwischenhirns, treffen. Dieser Nervenschaltkreis ist in der Neuroanatomie bereits als „thalamofugaler Schaltkreis“ bekannt und stellt eine der beiden Hauptnervenbahnen im Vogelhirn dar, über die visuelle Information verarbeitet wird.  

Wie die Informationen des Magnetfeldes visuell verarbeitet werden, ist noch nicht ganz klar. Die Forscher gehen davon aus, dass die als Magnetsensor fungierenden Cryptochrom-Moleküle, die die Innenseite der Netzhaut beim Vogelauge auskleiden, von den Feldlinien beeinflusst werden. Ihr Energiezustand ändert sich in Abhängigkeit vom relativen Winkel zu den Feldlinien und damit ändert sich auch die Empfindlichkeit der Lichtrezeption.  Heraus kommt möglicherweise ein Muster, das dem Vogel die Richtung anzeigt. Die aktuelle Studie präsentiert die ersten fundierten neuroanatomischen Hinweise darauf, dass das Magnetfeld tatsächlich als visueller Eindruck wahrgenommen wird.  

Veröffentlichungen:
Heyers, D; Manns, M; Luksch, H; Güntürkün, O; Mouritsen, H:
A visual pathway links brain structures active during magnetic compass orientation in migratory birds.
PLoS ONE, 26.09.2007  

Mouritsen, H; Feenders, G; Liedvogel, M; Wada, K., Jarvis, ED:
Night-vision brain area in migratory songbirds.
Proc Natl Acad Sci USA, 2005, Jun 7; 102(23):8339-44.  

Mouritsen, H; Janssen-Bienhold, U; Liedvogel, M; Feenders, G, Stalleicken, J; Dirks, P, Weiler, R:
Cryptochromes and neuronal-acitivity markers colocalize in the retina of mirgratory birds during magnetic orientation.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Sep 28;101(39):14294-9.    

Hintergrund:
Die VolkswagenStiftung hat die Arbeiten von Dr. Henrik Mouritsen am Institut für Biologie und Umweltwissenschaften der Universität Oldenburg im Zuge der 2002 eingerichteten Nachwuchsgruppe „Animal navigation – a search for behavioural and physiological mechanisms“ mit 1,24 Millionen Euro gefördert. Seit 2007 hat Dr. Mouritsen eine Lichtenberg-Professur an der Universität Oldenburg inne, die von der VolkswagenStiftung mit 1,5 Millionen Euro unterstützt wird. Dr. Dominik Heyers Arbeiten in der Gruppe von Mouritsen, AG Neurosensorik, wurden von der VolkswagenStiftung durch ein Stipendium im Rahmen der Förderinitiative „Dynamik und Adaptivität neuronaler Systeme“ mit 115.000 Euro gefördert.   

Weitere Auskünfte und Kontakt:  
Universität Oldenburg
Dr. Dominik Heyers
Institut für Biologie und Umweltwissenschaften
Telefon: 0441 798 - 3097
E-Mail:dominik.heyers@uni-oldenburg.de