Immer der Nase, also dem Magnetsinn nach, Forellen!

Als schwedische Forscher 2001 im Labor das Magnetfeld um Käfige von Nachtigallen so manipulierten, dass es die geografischen Eigenheiten des Magnetfelds in Ägypten annahm, begannen die Vögel, sich Fettreserven anzufressen. Gerade so, wie ihre Brüder in Freiheit: Die müssen sie auf dem Zug in ihre Winterquartiere über die Sahara haben, die letzte Station zur Energieaufnahme ist Ägypten. Die Erinnerung daran und an das Losziehen selbst hat sich zu genetischen Programmen verfestigt, nicht nur bei Nachtigallen: Alle Zugvögel in Labors werden nervös, wenn die Zeit kommt, dann flattern sie los.
Das machte sich 1965 Wolfgang Wiltschko, Uni Frankfurt, zunutze. Er schirmte Rotkehlchen vom natürlichen Magnetfeld der Erde ab und setzte sie einem künstlichen Magnetfeld aus: Die Vögel änderten ihre Richtung. Damit war ein neuer Sinn entdeckt, der nicht nur im Raum orientiert, sondern eben auch das Verhalten mitbestimmt wie bei den Nachtigallen. Wiltschko erntete Kopfschütteln, aber inzwischen ist sein Fund etabliert: Über 50 Tierarten haben einen Magnetsinn, Tauben und Meeresschildkröten navigieren damit, Bienen richten damit ihre Waben aus, Forellen finden damit ihre Wege, selbst Rinder bevorzugen beim Weiden die Nord-Süd-Achse. Und wir? Vielleicht haben wir den Sinn auch, es ist umstritten.

Information für Kompass und Karte

Aber wo kommt die Information her? Und wie wird sie aufgefangen und verarbeitet? Die Erde ist ein großer Magnet, bei dem die Feldlinien in einem Winkel von 90 Grad aus dem Südpol heraus und wieder mit 90 Grad in den Nordpol hineinfahren. Dabei ändert sich der Winkel („Inklination“) von Breitengrad zu Breitengrad, über dem Äquator ist er null. Zudem ändert sich die Intensität des Feldes, im Großen und regional, die Besonderheiten der Erdkruste spielen mit. In alldem steckt Information, die zweifach genutzt werden kann, als Kompass und zum Verfertigen von Landkarten, etwa der Ägyptens. Und wie wird das alles detektiert?
Der erste Wink kam 1975 von Bakterien im Meer, die sich bei ihren Wanderungen – hinauf, hinab im Tagesrhythmus – an der Inklination orientieren. Sie haben ein Mineral im Körper, das sie selbst produzieren und das Eisen enthält, das Element, das sich nach dem Magnetfeld ausrichtet: Magnetit, F3O4. Der Geologe Joseph Kirschvink bemerkte es, aber die ganze Wahrheit konnte es nicht sein: Wiltschkos Vögel verloren ihre Orientierung, als er ihnen das rechte Auge verklebte, ihr Magnetsinn musste etwas mit Licht zu tun haben. Einen möglichen Mechanismus schlugen 1975 Chemiker um Klaus Schulz vor: Durch die Energie der Photonen können sich aus manchen Molekülen kurzlebige „Radikalpaare“ bilden, die dann wieder auf energieärmere Stufen zurückfallen. Von denen gibt es zwei mögliche; auf welcher das Molekül landet, bestimmt das Magnetfeld: Deshalb kann seine Inklination aus dem Mengenverhältnis der beiden Endprodukte errechnet werden.

Also gibt es mindestens zwei Magnetsinne. (Und bei aquatischen Lebewesen wie Haien, die einen Elektrosinn haben, möglicherweise noch einen dritten, der über Induktion läuft. Die braucht eine leitfähige Umgebung, dieser Sinn könnte nur im Wasser funktionieren.) Aber wo sitzen die Detektoren? Sie könnten – beim Magnetit, wo kein Licht erforderlich ist – überall im Körper sein, das Magnetfeld durchdringt alles.

Im rotierenden Feld rotieren Zellen mit

Ein Kandidat ist das Geruchsgewebe von Forellen, und in ihm hat eine Gruppe um den Veteranen Kirschvink Zellen gefunden, die mitrotieren, wenn sie in ein rotierendes Magnetfeld geraten. Dafür sorgen Inklusionen von Magnetit, die fest verbunden innen an der Zellmembran sitzen (Pnas, 8. 7.). Diese hat entweder Mechanorezeptoren, die auf den Druck/Zug des Magnetit reagieren, oder die Inklusionen selbst öffnen/schließen Ionenkanäle. Das ist noch unklar – wie vieles am Magnetsinn, vor allem die weitere Bearbeitung der Information im zentralen Nervensystem –, aber es kann nun angegangen werden, der „proof of principle“ ist erbracht.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 10.07.2012)