3. Zellen und Nerv zur Magnetrezeption
1. Erdmagnetfeld
Man kann sich das Magnetfeld der Erde als das eines Riesigen Stabmagneten vorstellen (vereinfacht). Die Feldlinien des Magnetfelds treten auf der Südhalbkugel aus der Erde aus und auf der Nordhalbkugel wieder in die Erde ein.
Die Richtung des Magnetfelds ist messbar durch:
Deklination
Winkelabweichung zwischen geographischem und magnetischem Nordpol.
Isogonen: Linien, die aller Orte gleicher Deklination verbinden.
Inklination
der Eintrittswinkel der Feldlinien in Bezug auf die Erdoberfläche.
Winkel nimmt mit Entfernung vom magnetischen Äquator zu und erreicht an den magnetischen Polen 90°. Isoklinen: verbinden aller Orte mit gleicher Inklination.
Intensität
nimmt vom Äquator zu den Polen hin zu. Isodynamen sind Linien gleicher magnetischer Intensität.
Das Magnetfeld der Erde liegt in einer Größenordnung von 20000nT -70000nT.
2. Experimente
Nachtigallen sammeln sich in Nordägypten um sich für die Überquerung der Sahara vorzubereiten.
Um herauszufinden ob das Auffüllen der Fettreserven durch das Erdmagnetfeld beeinflusst wird, hat man junge Nachtigallen gefangen, sie in 2 Gruppen aufgeteilt und 2 verschiedenen Magnetfeldern ausgesetzt:
Gruppe 1 Magnetfeld von Nordägypten
Gruppe 2 Magnetfeld von Schweden 
Gewichtszunahme: Gruppe 1 betrug vom 6. – 11. Tag ca. 3.5 g
Gruppe 2 nur 1.1 g
Offensichtlich verwenden die Vögel das Erdmagnetfeld als lebensbestimmenden Indikator um ihre Fettreserven aufzufüllen.
Schildkröten
Ein besonders gutes Beispiel für den Gebrauch von Inklination und Intensität gibt es im Süd-Atlantik anhand der Population der grünen Meeresschildkröten auf Ascension Island. Zwischen Ascension und Brasilien stehen die Isoklinen (Linien gleicher Inklination) und die Isodynamen (Linien gleicher Intensität) fast orthogonal zueinander. Alle Orte zwischen der Nahrungsquelle in Brasilien und den Eiablagestränden in Ascension haben einzigartige Kombinationen an Intensität und Inklination. Eine Schildkröte, die beide dieser Komponente zur Orientierung nutzt kann daher überall in diesem Gebiet ihre Position orten.
Eine Magnetkarte, die von Schildkröten verwendet wird, könnte alles sein von einer einfachen unbearbeiteten Schätzung der Position, die durch andere Sinne wie, Sehsinn und Riechsinn unterstützt wird (Salinität, Temperatur, …) bis zur Möglichkeit sicher und exakt einen weit entfernten kleinen Strand zu finden.
Langusten
Junge Langusten wurden in 2 verschiedenen Gebieten gefangen und in Plastik-Container mit Wasser gesetzt und die Container wurden abgedeckt, so dass die Langusten keine visuellen Anhaltspunkte finden konnten.
In die Container hängte man Magnete, die während der Reise noch hin und herschwingen konnten und stark genug waren um das Magnetfeld ständig zu verändern. Eine zweite Vergleichsgruppe wurde ganz ohne Magnete in den Container transportiert, allerdings waren alle Container zusätzlich an Seilen aufgehängt, so dass sich die Container während der Fahrt drehten und bewegten. Außerdem fuhr man in viele Kurven und Kreise und entfernte sich 37km weit weg von dem Ort an dem die Langusten gefangen wurden.
Man deckte die Augen der Tiere ab. Beide Gruppen orientierten sich in die korrekte Richtung mit einer durchschnittlichen Abweichung vom Kurs von 3° (ohne Magnete im Container) und 18° (mit Magneten im Container).
Daraus folgert man, dass die Langusten in der Lage sind, sich vor Ort in unbekannten Gebieten/Breiten zu orientieren und ihre Richtung nach hause an hand des gegebenen Magnetfelds herauszufinden.
Um sich in der Nord-Süd-Richtung zu orientieren, müssen die Langusten nur ein magnetisches Element verwerten, Inklination oder Intensität. Um sich aber auch in der Ost-West Richtung zu orientieren benötigen sie eine 2-Komponenten Navigation bei der sie 2 verschiedene magnetische Elemente messen, die in dieser Region in verschiedenen Richtungen gehen.
Oder, dass eine unbekannte 2. nicht-magnetische Komponente hilft,
Oder, dass Langusten die lokale magnetische Topographie erlernen.
3. Zellen und Nerv zur Magnetrezeption
Magnetfelder sind einfache Stimulatoren mit nur 2 Dimensionen: Richtung und Intensität. Daher sind weder viele sensorische Zellen noch viele sensorische Nerven und Prozesszentren nötig. Außerdem sind Gewebe für magnetische Felder durchlässig und somit sind zusätzliche Strukturen wie Linsen um den Reiz zu fokussieren unnötig. Rezeptorische Zellen für Magnetfelder könnten überall im Körper verteilt sein.
Man hat Magnetrezeptor-Zellen in Regenbogenforellen gefunden, die Magnetit-Kristalle enthalten.
Die in den Zellen gefundenen Magnetit-Kristalle bilden Kristallketten, die eine Länge von 1 m m haben und aus Kristallen von ca. 50nm Länge bestehen.
Passend zu diesen Zellen hat man einen Nerv gefunden, den rosV-Nerv, der auf Veränderungen der Intensität des Magnetfelds reagiert. RosV Nerv ist eine Verzweigung des Trigeminus-Nervs . Außerdem hat man feine Nervenstränge dieses rosV Nervs gefunden, die zu der gleichen Zellschicht führen, in der die Magnetrezeptorzellen liegen, nämlich zu der Lamina propria in den olfaktorischen Lamellen.
2 Beispiele für mögliche Elemente, die Ionenkanäle öffnen und somit den Reiz auslösen:
1. Zellen spezialisiert für Richtung des Magnetfelds
Die Magnetitkette ist an einem Drehpunkt an der Fläche befestigt und wird bei Bewegungen an den Mikrotubuli-Seilen ziehen und so die Ionenkanäle öffnen.
2. Zellen spezialisiert für Intensität des Magnetfelds
Die Kristallkette ist nicht an die Membran gebunden und kann sich in jede Richtung frei bewegen. Bewegung der Kette aus dem Zentrum heraus wird zu Öffnen von einem oder mehr Kanälen führen.
Das sind nur 2 Beispiele von vielen, und ob das tatsächlich so funktioniert ist nur hypothetisch.
Autor: Carola Benzing
4. Quellen:
- Fransson, Jakobsson, Johansson, Kullberg, Lind, Valin " Magnetic cues trigger extensive refuelling" ;Nature 2001
- Thomas Alerstam " The lobster navigators" ;Nature 2003
- Kenneth J. and Catherine M. F. Lohmann "Orientation and open-sea navigation in sea turtles" ; Journal of Experimental Biology, 199. 73-81 (1996)
- Diebel, Proksch, Green, Neilson, Walker " Magnetite defines a vertebrate magnetoreceptor" ; Letters to Nature
- Walker, Diebel, Haugh, Pankhurst, Montgomery, Green " Structure and function of he vertebrate magnetic sense" ; Nature, 390, 1997
Musterbildung durch Chemothaxis