Spulwürmer, Fruchtfliegen, Schmetterlinge, Fische, Tauben und Fledermäuse nutzen das Erdmagnetfeld zur Navigation. Einem Menschen werden solche Fähigkeiten vorenthalten, und ohne spezielle Geräte geht er in die Irre. Wie der natürliche Biokompass funktioniert - im Material von RIA Novosti.
Würmer denken
Der Spulwurm Caenorhabditis elegans, der die niedrigste Sprosse im Tierreich einnimmt, hat am Ende des AFD-Neurons ein kleines Wachstum im Gehirn, ähnlich einer mikroskopisch kleinen Fernsehantenne. Dies ist ein Biokompass, mit dem der Wurm durch den Boden navigiert.
Dank des Biokompasses bewegt sich der Wurm auf der Suche nach Nahrung nach unten. In einem Experiment von Wissenschaftlern der University of Texas (USA) verloren Würmer ihre Orientierung und bewegten sich chaotisch, wenn das Magnetfeld um sie herum verzerrt war. Weitere Experimente zeigten, dass die Flugbahn auch davon abhängt, in welchem Teil der Welt die Würmer geboren und aufgewachsen sind. So bewegten sich die "indigenen Texaner" parallel zur Erdoberfläche und die hawaiianischen, britischen und australischen Würmer - in einem Winkel, der der Verzerrung der für ihre Heimatorte charakteristischen Magnetfeldlinien entsprach.
Ein Prozess-Biokompass im Gehirn eines Nematodenwurms / Illustration von RIA Novosti.
Fisch schnüffeln
Werbevideo:
Bei Fischen befindet sich in der Nase ein Biokompass, der auf das Erdmagnetfeld reagiert. Wissenschaftler der Universität Ludwig Maximilian (Deutschland) konnten Zellen aus der Nase von Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) isolieren, die Magnetitpartikel enthielten, ein Mineral, das eine wichtige Rolle für die Fähigkeit einiger lebender Organismen spielt, die Bewegungsrichtung zu bestimmen. Laut Forschern gibt es in der Nasenregion jedes Individuums zehn bis einhundert solcher Zellen, wodurch die Fische nicht nur die Richtung nach Norden bestimmen, sondern sich auch in Längen- und Breitengraden orientieren können.
Wissenschaftler glauben, dass die Forelle dank der überempfindlichen Nase dreihundert Kilometer von Flüssen zum Meer wandert und nach einigen Jahren an den Ort zurückkehrt, an dem sie geboren wurde.
Dank der speziellen Zellen in der Nasenregion kehrt die Regenbogenforelle immer an den Ort zurück, an dem sie geboren wurde / CC BY 2.0 / Jon Nelson.
Insekten sind auf Proteine angewiesen
Fruchtfliegen haben auch einen eigenen Biokompass - es ist eine Struktur aus zwei Proteinen, die auf der Oberfläche von Zellmembranen gebildet werden. Mit Cryptochrom (Cry) können Zellen blaues und ultraviolettes Licht wahrnehmen. Die Hauptfunktion des zweiten Proteins (CG8198) ist die Regulation des Biorhythmus im Körper, aber in Kombination mit Cryptochrom bildet es eine Art Nanonadel. Sein Mittelschaft ist CG8198 und seine Schale ist Cry.
Eine solche Nadel richtet sich wie eine Kompassnadel auch bei einem schwachen Magnetfeld aus. Während der Studie mussten chinesische Wissenschaftler Metallinstrumente durch Kunststoffinstrumente ersetzen, da die untersuchten Proteinstrukturen stark magnetisiert waren und am Metall hafteten.
Der offene Proteinkomplex wurde MagR (magnetischer Rezeptor) genannt. Wie es genau funktioniert, ist noch unklar, aber Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Proteine, die Signale an das Nervensystem senden, Drosophila helfen, zu verstehen, wo sich der Norden befindet.
Drosophila erfasst das Erdmagnetfeld dank des MagR-Proteinkomplexes / Foto: Muhammad Mahdi Karim.
Vögel zählen und messen
Monarchfalter und einige Vögel, insbesondere Tauben, haben einen magnetischen Rezeptor. Bei Vögeln kommt eine Art von Kryptochrom, Cry 1a, in Zellen der Netzhaut vor, die gegenüber blauen und ultravioletten Strahlen empfindlich sind, und reagiert erst nach Lichtaktivierung auf ein Magnetfeld. Aber selbst das erklärt nicht vollständig, wie das Navigationssystem des Vogels funktioniert. In der Tat verwenden Vögel bei der Orientierung im Weltraum zwei "Bio-Navigationskarten" gleichzeitig - Geruch und Magnet.
Dank des Magnetvogels unterscheiden sie die Richtungen nach Norden und Süden, berechnen den Längengrad, messen die Deklination (die Differenz zwischen dem magnetischen und dem geografischen Norden) des Erdmagnetfelds, dies hilft ihnen, sich zu orientieren und die Route zu korrigieren.
Wissenschaftler glauben, dass Vögel den größten Teil des Weges mit dem Magnetfeld zurücklegen und Gerüche an der Ziellinie eine wichtigere Rolle spielen. Die Tauben, mit denen die Nasenlöcher verstopft waren, schnitten den Riechnerv, zerstörten das Riechepithel durch Waschen des Schnabels mit einer wässrigen Zinksulfatlösung und verbrachten mehr Zeit damit, zu ihrem Taubenschlag zurückzukehren als gewöhnliche Vögel.
Nicht alle Wissenschaftler sind sich einig, dass das Cry 1a-Protein Vögeln zur Navigation dient / CC BY-SA 2.5 / Alan D. Wilson / Feral Rock Dove im Burnaby Lake Regional Park in Burnaby, BC, Kanada.
Fledermäuse Überprüfen Sie mit der Sonne
Im Jahr 2016 entdeckten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung (Deutschland) das Navigationsprotein Cry oder seine Variante Cry 1a in den Zellen von neunzig Säugetierarten. Nagetiere und Fledermäuse, die eindeutig auf Magnetfelder reagieren, hatten dieses Protein nicht.
Einige Fledermausarten - insbesondere die große Fledermaus (Myotis myotis) - korrigieren ihren Flug nicht nur nach dem Erdmagnetfeld, sondern überprüfen ihren Biokompass auch täglich gegen die Sonne - genauer gesagt gegen das polarisierte Licht, das bei Sonnenuntergang am hellsten ist.
Dies wurde durch Experimente deutscher und bulgarischer Wissenschaftler bestätigt. Fledermäuse wurden während des Sonnenuntergangs in ein modifiziertes Magnetfeld (um 90 Grad nach Osten verschoben) gebracht. Einige der Tiere befanden sich in Behältern und konnten die Strahlen der untergehenden Sonne nicht sehen. Als sie freigelassen wurden, weichen sie daher nur um den Neigungswinkel der Balken in den Kisten vom Kurs ab und verirren sich. Mäuse, die ihre Gefühle mit der Sonne vergleichen konnten, hatten keine derartigen Schwierigkeiten und kehrten sicher in ihre einheimische Höhle zurück.
Biokompass für den Menschen
Beim Menschen gibt es keinen Prozess im Gehirn, keine Zellen mit Magnetit, keine Navigationsproteine in Zellen. Er verirrt sich ohne spezielle Geräte, wenn es auf der Strecke keine hohen Orientierungspunkte gibt. Dies passiert oft im Wald.
Die amerikanischen Ingenieure Liviu Babitz und Scott Cohen schlagen vor, dieses Missverständnis durch die Verwendung eines Implantats zu korrigieren, das wie ein Biokompass wirkt - wie bei Tieren. Ein Silikongerät von der Größe einer Streichholzschachtel vibriert jedes Mal, wenn sich eine Person nach Norden dreht. Die Erfinder haben einen Biokompass unter ihre Haut implantiert.
Alfiya Enikeeva