Der innere Kompass

Birgit Dalheimer | aus HEUREKA 3/08 vom 08.10.2008

Viele Tiere orientieren sich am Magnetfeld der Erde. Fragt sich nur, wie. Und kann der Mensch das auch?

Der sechste Sinn. Vor kurzem übersiedelte ein Bienenstock von Oxford nach Wien. Diese Strecke hat er mit menschlicher Hilfe zurückgelegt. Für kürzere Distanzen haben die Bienen aber einen eigenen Sinn, der sie punktgenau ihr Ziel anfliegen lässt: Sie orientieren sich am Magnetfeld der Erde. Mit dieser Fähigkeit stehen die Bienen keineswegs alleine da. Bakterien, Vögel, Fische, Hummer, einige Nagetiere, manche Fledermäuse ... die Liste der Lebewesen mit "innerem Kompass" wächst beständig. Wie genau die Tierchen das machen, ist allerdings nicht bekannt: Die Magnetorezeption ist ein ebenso weitverbreiteter wie rätselhafter sechster Sinn.

Lange belegt ist der Magnetsinn bei Zugvögeln, die sich dank dieser Fähigkeit auf ihren weiten Reisen nicht verirren. Nur sind die gefiederten Interkontinentalreisenden kein ideales Studienobjekt für jene Wissenschaftler, die versuchen, den molekularen Grundlagen des Magnetsinns auf die Spur zu kommen. Dafür eignen sich kleinere, einfacher zu haltende Tiere mit einem deutlich geringeren Bewegungsradius besser. Zum Beispiel Bienen.

Mit dem Bienenstock aus Oxford kam der Australier David Keays. Der Molekularbiologe ist seit Anfang Oktober Fellow am IMP, dem Institut für Molekulare Pathologie, in Wien und interessiert sich für den Mechanismus des inneren Kompasses.

Eisen in der Zelle? Wie der funktionieren könnte, dazu gibt es zwei Ideen. Bei der einen stellt man sich tatsächlich so etwas wie einen intrazellulären Kompass vor: Kleine Eisenpartikelchen in einer Zelle könnten sich dem Magnetfeld entsprechend bewegen wie die Nadel eines Kompasses. Bei mehreren Tieren wurden solche zellulären Eisenpartikel in verschiedenen Formen schon gefunden, sagt David Keays - zum Beispiel bei Tauben im Schnabel, bei Fischen rund um die Nase oder eben bei Bienen.

Die Schwachstellen der Theorie: Erstens kann bis jetzt niemand mit Sicherheit sagen, dass diese Partikel wirklich etwas mit der Wahrnehmung des Magnetfeldes zu tun haben. Und zweitens ist, selbst wenn die Eisenteilchen in der Zelle wie eine Kompassnadel ausschwingen, noch völlig unklar, wie dieses Schwingen zuerst innerhalb der Zelle wahrgenommen wird und schließlich dazu führt, dass sich die Tiere in eine bestimmte Richtung bewegen.

Lichtleitung. Die zweite Theorie macht die magnetische Orientierungshilfe abhängig von Licht. Schon länger weisen Beobachtungen darauf hin, dass die Fähigkeit, Magnetfelder wahrzunehmen, sich mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen verändert. Vor zwei Jahren hat die Biologin Andrea Mölle von der Universität Frankfurt nachgewiesen, dass ein bestimmtes Protein, ein "Cryptochrom", in der Netzhaut von Rotkehlchen den Vögeln hilft, das Magnetfeld wahrzunehmen. Licht bestimmter Wellenlänge verändert vorübergehend den Zustand von Elektronen in dem Protein. Es formt sich ein Radikal-Ionen-Paar, das sensibel für das Magnetfeld der Erde ist. Diesen Sommer gesellte sich eine theoretische Berechnung des Physikers Iannis Kominis von der Universität in Kreta zu den experimentellen Befunden, die nahelegt, dass das System aufgrund eines paradoxen Quanteneffekts funktioniert.

Wie genau, bleibt vorerst jedoch unklar. Zuletzt wurde eine Variante des Proteins Cryptochrom auch bei der Fruchtfliege Drosophila entdeckt. Für David Keays ist das unter anderem deswegen so interessant, weil Drosophila eines der Lieblingstiere der Molekularbiologen ist. Damit lässt sie exaktere Versuche und genetische Analysen zu als die meisten anderen Tiere, zum Beispiel auch als Rotkehlchen.

So ist es jetzt möglich, ein sehr komplexes Phänomen - nämlich die lichtabhängige Wahrnehmung des Magnetfeldes - in einem im Labor relativ einfach handzuhabenden Organismus zu untersuchen, frohlockt Keays.

Unter und über Tage. Zwar gibt es zu beiden Vorschlägen, wie die Magnetorezeption funktionieren könnte, einige Belege - ein vollständiges Modell fehlt aber, was immer wieder zu hitzigen Diskussionen führt. Weitgehend unbekannt ist auch, welche Tiere welchen Typ von Magnetsinn verwenden. Nur bei Lebewesen, die in völliger Dunkelheit leben, spielt der lichtabhängige Magnetsinn wohl keine Rolle. Wenn sich der afrikanische Graumull beim unterirdischen Nestbau am Magnetfeld der Erde orientiert, dann tut er das vermutlich über viele kleine Kompassnadeln in den entsprechenden Zellen. Tiere, die sich im Tageslicht bewegen, könnten auch beide Wahrnehmungssysteme für das Magnetfeld zur Verfügung haben. Zellen im Auge sind bei vielen Wirbeltieren die heißesten Kandidaten für den Sitz des Magnetsinns. Vor allem in der Hornhaut und der Netzhaut werden Sensoren für den Magnetismus vermutet. Wo die Magnetfeld-empfindlichen Zellen sonst noch sitzen könnten, ist eine weitere Unbekannte. In welchem Teil ihres Körpers sich zum Beispiel bei Bienen der innere Kompass befindet, ist eines der ersten Forschungsprojekte, das David Keays in Wien verfolgen will.

Blick aus dem All. Auch große Säugetiere haben einen Sinn für das Magnetfeld. Kühe etwa grasen in Nord-Süd-Richtung. Herausgefunden haben das vor kurzem Forscher um Sabine Begall von der Universität Duisburg, indem sie Satellitenbilder von Google Earth genauer unter die Lupe nahmen. Nach der Auswertung von Aufnahmen von über 300 Weiden und tausenden Kühen scheint es statistisch unbestreitbar: Die beobachteten Tiere orientieren sich an den magnetischen Feldlinien der Erde.

Aus älteren Untersuchungen war bereits bekannt, dass auch Rehe eine eindeutige Präferenz dafür erkennen lassen, mit den Köpfen Richtung Norden zu grasen oder auszuruhen. Nun wollen die Duisburger Wissenschaftler das magnetische Gespür bei anderen großen Säugetieren wie Schafen, Pferden oder Wildschweinen untersuchen.

Homo magneticus? Der Magnetsinn ist einer der wichtigsten Sinne, wenn nicht überhaupt der wichtigste Sinn, sich im Raum zu orientieren und zielsicher über kurze wie lange Strecken zu wandern. Vorausgesetzt, man hat ihn. Dass er dennoch lange Zeit von der Wissenschaft kaum beachtet wurde, mag damit zu tun haben, dass die Menschen nicht über diesen Sinn verfügen. Zumindest glaubte man das bis jetzt. Als relativ sicher gilt, dass Menschen unserer Zivilisation - und damit auch die meisten Wissenschaftler - das Magnetfeld der Erde nicht direkt wahrnehmen können. Aber ist es sicher, dass Menschen keinen Magnetsinn haben?

Eindeutige Hinweise darauf gibt es nicht - das könnte allerdings damit zusammenhängen, dass man noch nicht richtig gesucht hat, mutmaßt David Keays. Fände man eine Kultur, in der Menschen isoliert leben, regelmäßig weitere Wanderungen zurücklegen und auf keine äußeren Orientierungshilfen wie Straßenschilder, Karten oder Google Earth zurückgreifen können, würde es ihn nicht überraschen, wenn man bei diesen Menschen Hinweise auf Magnetorezeption fände, meint der Molekularbiologe. Und er fügt hinzu, dass das bisher nur reine Spekulation sei.

Vorerst aber hofft er auf nicht allzu verregnete Sommer hierzulande, damit seine Bienen möglichst viel Gelegenheit haben, ihren Magnetsinn bei Ausflügen unter Beweis zu stellen, und er und seine Mitarbeiter den Voraussetzungen für diese Fähigkeit auf die Spur kommen können.

Literatur

Infos zur Arbeit von David Keays: www.imp.ac.at/research/david-keays

Andrea Möller: "Cryptochrom als potentielles Rezeptormolekül für die lichtabhängige Magnetkompassorientierung bei Zugvögeln", Dissertation, Universität Frankfurt a.M., 2006

Sabine Begall et al.: "Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer", PNAS, DOI: 10.1073/pnas.0803650105

Robert J. Gegear, Amy Casselman, Scott Waddell, Steven M. Reppert: "Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila", Nature 454, 1014-1018

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