Navigationshilfe

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Arbeitsschwerpunkte:



Unsere Gruppe beschäftigt sich mit den Faktoren und Mechanismen der Fernorientierung bei Vögeln. Wir gehen dabei vom "Karte-Kompaß-Prinzip" (Kramer 1953) aus, das den Navigationsprozeß als Zwei-Schritt-Verfahren beschreibt: im ersten Schritt wird der Kurs zum gewünschten Ziel bestimmt; im zweiten wird der entsprechende Kurs mit Hilfe eines Kompasses aufgesucht. Bei Brieftauben entspricht der erste Schritt einem Navigationsvorgang; beim Vogelzug wird dieser Schritt durch die angeborene Zugrichtung ersetzt. Das Magnetfeld der Erde stellt allzeit verfügbare, zuverlässige Orientierungsinformation zur Verfügung, die für beide Schritte genutzt werden kann.

Navigation bei Brieftauben:
Die Funktionsweisen, die Ontogenie und das Zusammenwirken der beiden von Brieftauben benutzten Kompaßmechanismen, Magnetkompaß und Sonnenkompaß, konnten wir bereits weitgehend klären. Unser Augenmerk richtet sich daher jetzt verstärkt auf die Faktoren der "Navigationskarte", mit deren Hilfe die Tauben auch an unbekannten Orten ihren Heimkurs bestimmen. Hier steht zur Zeit die Bedeutung magnetischer Faktoren im Mittelpunkt.

Traditionell werden Tauben nach dem Freilassen mit Ferngläsern beobachtet, bis sie verschwinden; ihre "Verschwinderichtungen" werden dann mit dem Kompaß bestimmt. Seit einigen Jahren ist es darüber hinaus möglich, den genauen Flugweg der Tauben mit Hilfe von kleinen GPS-Empfänger aufzuzeichnen. Dies erlaubt uns, die Flugwege einzelner Tauben an verschiedenen Orten zu charakterisieren und daraus auf die Verteilung der benutzten Navigationsfaktoren zu schließen. Dabei richtet sich unser Interesse zur Zeit vor allem auf den Einfluß der lokalen Faktoren in einer magnetischen Anomalie; im Heimbereich untersuchen wir die Größe der Heimzone, in der die Tauben sich auf Landmarken verlassen, sowie den Einfluß markanter Landmarken, wie z.B. Hochhäuser, auf die Wahl der Flugwege.

Die Ergebnisse dieser Analysen sollen zur Erstellung von Navigationsmodellen dienen, die uns erlauben, das Navigationsverhalten zu simulieren, um den Einfluß der Verteilung der Navigationsfaktoren sichtbar zu machen. Die Ergebnisse der Simulationen wollen wir mit den entsprechenden Ergebnissen der Verhaltensversuche im Freiland vergleichen, um das Modell der Realität anzupassen.

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Wahrnehmung magnetischer Orientierungsinformation:
Die Richtung des Magnetfeldes kann als Grundlage für einen Kompaß dienen, Intensität und Inklination (Neigungswinkel) können Hinweise auf die "magnetische Breite" des Ortes geben, da beide sich zwischen den magnetischen Polen und dem magnetischen Äquator gleichmäßig ändern. Diese magnetischen Informationen werden in der Tat von vielen Tieren genutzt: ein Magnetkompaß ist im Tierreich weit verbreitet, und auch für die Benutzung magnetischer Faktoren in der "Navigationskarte" gibt es etliche Beispiele.

Zur Magnetfeldwahrnehmung werden derzeit zwei Hypothesen diskutiert:
    (1) Das Radikalpaar-Modell geht von spin-chemischen Vorgängen in spezialisierten Photopigmenten aus, die von der Richtung des äußeren Magnetfeldes moduliert werden und dadurch magnetische Richtungsinformation liefern. Dabei wird das Auge als Ort der Magnetrezeption angenommen.

    (2) Die Magnetit-Hypothese geht davon aus, daß die Wahrnehmung über eisenhaltige Partikel erfolgt, die Information über die magnetische Intensität, aber auch über magnetische Richtungen liefern könnten.
Bei Vögel sind beide Arten von Rezeptoren vorhanden; sie haben normalerweise verschiedene, einander ergänzende Aufgaben.

Unsere Verhaltensversuche zur Analyse der Perzeption magnetischer Richtungsinformation machen sich den Umstand zunutze, daß Zugvögel während der Zugzeit spontan in ihre angeborene Zugrichtung streben: Orientierung in Zugrichtung dient als Kriterium dafür, daß die Vögel das Magnetfeld wahrnehmen können. Als Versuchsvögel dienen Rotkehlchen und australische Brillenvögel. Auf diese Weise konnten wir den Magnetkompaß der Vögel bereits als Inklinationskompaß charakterisieren, der nicht auf der Polarität, sondern auf der Neigung der Feldlinien beruht und spontan nur in einem engen biologischen Fenster um die lokale Intensität arbeitet. Bei Hühnerküken konnten wir den Magnetkompaß mit Hilfe von Richtungsdressuren analysieren; er weist die gleichen Eigenschaften auf wie der der Zugvögel. Wir haben jetzt Untersuchungen begonnen, die über die ontogenetische Entwicklung des Magnetkompasses bei Hühnern Auskunft geben sollen.

Unsere Untersuchung ergaben, daß magnetische Richtungsinformation bei Vögeln tatsächlich über das Auge aufgenommen wird, und zwar bei den drei bisher untersuchten Vogelarten ausschließlich über das rechte. Die Behandlung mit Hochfrequenz-Feldern im MHz-Bereich, die die spin-chemischen Vorgänge stören, führt zu Desorientierung; dies zeigt, daß der Magnetrezeption Radikalpaar-Prozesse zugrunde liegen. Hier gelang es uns sogar, durch "Verhaltenspektroskopie", die Lebensdauer und die charakteristischen Eigenschaften des Rezeptormoleküls zu erschließen: es handelt sich um ein Radikalpaar, bei dem das eine Radikal keine stark magnetischen Kerne besitzt. Ein solches Molekül eignet sich hervorragend zur Wahrnehmung der Richtugn schwacher Magnetfelder, wie die Berechnungen unserer biophysikalisch arbeitenden Kollegen ergaben.

Als Molekül, das die für den Magnetkompaß entscheidenden Radikalpaare bildet, wird Cryptochrom diskutiert, ein Photopigment mit einem Flavin als Chromophor. Cryptochrome wurden in der Retina von Vögeln mit molekularbiologischen und immunhistologischen Methoden nachgewiesen. Die entsprechenden Studien werden fortgeführt und auf TEM-Untersuchungen erweitert, um zu erfahren, in welchen Zelltypen der Retina Cryptochrom lokalisiert ist.

Magnetit-haltige Rezeptoren sind bei Vögeln in der Oberschnabelhaut zu finden; sie sind jedoch nicht am normalen Magnetkompaß der Vögel beteiligt, wie Versuche mit Lokalanästhesie des Oberschnabels ergaben. Sie scheinen vor allem Information über die magnetische Intensität zu vermitteln, die bei der Ortsbestimmung eine wichtige Rolle spielt. Doch spielen sie auch eine Rolle bei der Bevorzugung sogenannter "Fixrichtungen", die bei Zugvögeln unter bestimmten Lichtbedingungen auftreten. Diese sind von der Zugrichtung verschieden und ändern sich nicht zwischen Frühjahr und Herbst. Bei diesen Versuchen ergaben sich Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen den normalen Photorezeptoren und den Magnetrezeptoren in Auge und Schnabel, die für ein hochkomplexes Zusammenspiel sprechen. Weitere Untersuchungen sollen helfen, dieses Zusammenspiel besser zu verstehen.

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geändert am 18. Dezember 2008  E-Mail: WebmasterSchiffner@bio.uni-frankfurt.de

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Druckversion: 18. Dezember 2008, 12:17
http://www.uni-frankfurt.de/fb/fb15/institute/inst-1-oeko-evo-div/AK-Wiltschko/Arbeitsschwerpunkte.html