Forscher finden neuen Kandidaten für Magnetfeld-Sensor bei Vögeln

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

Bei der untersuchten Struktur handelt es sich um ein sogenanntes Cryptochrom. Das ist eine Protein-Gruppe, die als Rezeptor für Licht fungiert. Bei Pflanzen und Tieren ist sie daran beteiligt, den Tag-Nacht-Rhythmus zu steuern. David Keays vom IMP und seine Kollegen stellten sich folgende Frage: «Kann ein Cryptochrom namens CRY4 auch als eine Art lichtabhängiger Kompass im Auge der Vögel fungieren?»

Die Idee dahinter, die auf dem Radikalpaarmechanismus beruht, ist nicht neu. Denn es gibt Beobachtungen, wonach manchen Zugvögeln ihr präziser Orientierungssinn in der Dunkelheit oder beim Fehlen bestimmter Lichtanteile abhandenkommt. Dies hiess es am Mittwoch in einer Aussendung des IMP.

Der Radikalpaarmechanismus beruht auf einem Effekt aus der Quantenmechanik. Dabei entstehen in bestimmten Molekülen durch die Interaktion mit Licht Elektronen. Diese haben aber nicht wie sonst üblich ein anderes Elektron als Partner.

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. Dies würde den Tieren die Wahrnehmung des Magnetfeldes der Erde erlauben.

Mithilfe von modernen Analysemethoden konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich in CRY4 unter dem Einfluss von Licht 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. Keays sagte: «Bei CRY4 kann es sich tatsächlich um jenes «mysteriöse Molekül» handeln, nach dem seit der Entdeckung des Magnetsinnes gesucht wurde.»