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Manchen Zugvögeln kommt Orientierungssinn in der Dunkelheit abhanden © APA (dpa/Rumpenhorst)
Manchen Zugvögeln kommt Orientierungssinn in der Dunkelheit abhanden © APA (dpa/Rumpenhorst)

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Forscher finden neuen Kandidaten für Magnetfeld-Sensor bei Vögeln

12.08.2020

Seit einigen Jahren sind Forscher auf der Suche nach der biologischen Basis des hervorragenden Orientierungssinnes von Vögeln. Wissenschafter des Forschungsinstituts für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien haben nun bei Tauben einen neuen Kandidaten zur Wahrnehmung von Magnetfeldern identifiziert und berichten darüber im Fachblatt "Science Advances".

Bei der von dem Team um David Keays vom IMP untersuchten Struktur handelt es sich um ein sogenanntes Cryptochrom. Das ist eine Protein-Gruppe, die als Rezeptor für Licht fungiert und bei Pflanzen und Tieren daran beteiligt ist, den Tag-Nacht-Rhythmus zu steuern. Keays und Kollegen stellten sich im Rahmen ihrer Studie die Frage, ob ein Cryptochrom namens CRY4 nicht nur als Blaulicht-Rezeptor sondern auch als eine Art lichtabhängiger Kompass im Auge der Vögel fungieren könnte.

Neben Annahmen, dass die Basis des Magnetsinnes etwa in Eisenkristallen liegt, die an Zellen gebunden sind, die wiederum deren durch Magnetveränderungen ausgelöste Bewegungen detektieren, oder Ansätzen, die die Fähigkeit mit der Bewegung von Flüssigkeiten im Innenohr in Zusammenhang bringen, gibt es auch das Konzept des Radikalpaarmechanismus oder einer Art "Quantenkompass". Die Idee eines derartigen Magnetdetektors, der auf Licht beruht, steht schon seit einigen Jahren im Raum, denn es gibt Beobachtungen, wonach manchen Zugvögeln ihr präziser Orientierungssinn in der Dunkelheit bzw. beim Fehlen bestimmter Lichtanteile abhandenkommt, heißt es in einer Aussendung des IMP.

Radikalpaarmechanismus

Der Radikalpaarmechanismus beruht auf einem Effekt aus der Quantenmechanik. Dabei entstehen in bestimmten Molekülen durch die Interaktion mit Licht Elektronen, die nicht wie sonst üblich ein anderes Elektron als Partner haben. Miteinander quantenmechanisch verbundene Paare solcher freier Elektronen (Radikale) könnten als Magnetsensor fungieren, indem die Veränderung ihrer gemeinsamen elektromagnetischen Ausrichtung (Spin) auch von einem schwachen äußeren Magnetfeld beeinflusst wird. Über eine Vielzahl an derartigen Molekülen hinweg, könnten diese minimalen Abweichungen in ein biologisches Signal umgewandelt werden, das den Tieren die Wahrnehmung des Magnetfeldes der Erde erlaubt.

Mit Hilfe von modernen Analysemethoden konnten die Wissenschafter zeigen, dass sich in CRY4 unter dem Einfluss von Licht tatsächlich derartige Radikal-Paare bilden. In der Folge suchten sie nach möglichen Wegen, wie die auf den Quanteneffekten basierenden Signale weiterverarbeitet werden könnten. Dabei stellte sich heraus, dass die Cryptochrome auf einer äußeren, aus Nervenzell-Verbindungen bestehenden Schicht der Netzhaut, zahlreich vertreten sind.

Keays und Kollegen fanden auch weitere Proteine, mit denen CRY4 interagieren kann. Hier könnte sich ein Ansatzpunkt dahin gehend ergeben, wie die Magnetfeld-Wahrnehmung in ein neuronales Signal übersetzt wird. Bei CRY4 könne es sich tatsächlich um jenes "mysteriöse Molekül" handeln, nach dem seit der Entdeckung des Magnetsinnes vor rund 50 Jahren gesucht wurde, so Keays.

Service: https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abb9110

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