Orientierungssinn von Fledermäusen liegt im Auge

Säugetiere sehen mit den Augen, hören mit den Ohren und riechen mit der Nase. Doch mit welchem Sinn oder Organ orientieren sie sich auf ihren Wanderungen, die mitunter weit über ihre lokalen Streifgebiete hinausführen und daher ein erweitertes Navigationsvermögen erfordern? Wissenschaftliche Versuche unter Leitung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW), publiziert gemeinsam mit Prof. Richard A. Holland (Bangor University, UK) und Dr. Gunārs Pētersons (Latvia University of Life Sciences and Technologies, Lettland), zeigen nun: Die Hornhaut (Cornea) der Augen ist der Ort eines solchen Sinnes bei wandernden Fledermäusen. Betäubt man diese gezielt, ist der sonst zuverlässige Orientierungssinn gestört, während die visuelle Hell-Dunkel-Wahrnehmung unbeeinträchtigt blieb. Der Versuch nährt Vermutungen über eine Lokalisierung eines Magnetsinns bei Säugetieren. Der Aufsatz ist in der Fachzeitschrift „Communications Biology“ publiziert.

Einem Forschungsteam um Dr. Oliver Lindecke und PD Dr. Christian Voigt vom Leibniz-IZW gelang erstmals der Nachweis, dass über die Hornhaut der Augen Signale aus der Umwelt aufgenommen werden, die für das Navigieren über lange Strecken von Bedeutung sind. Hierzu führten sie Versuche mit Rauhautfledermäusen (Pipistrellus nathusii) während der spätsommerlichen Zugzeit durch. Bei einer experimentellen Gruppe von Fledermäusen betäubten sie temporär die Hornhaut lokal mit einem Tropfen Oxybuprocain. Dieses Oberflächenanästhetikum findet breite Anwendung in der Augenheilkunde bei Menschen und Tieren, wo es bei Patienten für die vorübergehende Desensibilisierung der Hornhaut bei einer Überreizung verwendet wird. Effekte auf das Orientierungsvermögen waren bisher nicht bekannt. Bei einer zweiten Gruppe von Fledermäusen betäubte das Wissenschaftlerteam die Hornhaut von nur einem Auge. Die Individuen der Kontrollgruppe erhielten keine Betäubung, stattdessen aber eine isotonische Kochsalzlösung als Augentropfen. Alle Tiere dieser wissenschaftlichen Untersuchung wurden bei Nacht in ihrem Zugkorridor an der Ostseeküste eingefangen und direkt nach der Behandlung in 11 Kilometer Entfernung vom Fangplatz auf einem freien Feld wieder einzeln freigelassen. Die Wissenschaftler stellten mit Fledermausdetektoren sicher, dass sich keine anderen Fledermäuse zum Zeitpunkt der Freilassung über dem Feld aufhielten, denen die Versuchstiere hätten folgen können. Zudem war den beobachtenden Personen unbekannt, welcher Behandlung das freigelassene Tier unterzogen wurde. „Individuen aus der Kontrollgruppe und der Gruppe mit einseitiger Cornea-Betäubung orientierten sich erwartungsgemäß nach Süden, während die Fledermäuse mit beidseitig anästhesierten Hornhäuten in zufälligen Richtungen davonflogen“, erklärt Dr. Oliver Lindecke, Erstautor des Aufsatzes. „Dies deutet darauf hin, dass die Betäubung der Cornea einen Orientierungssinn nachhaltig störte – und dass dieser offenbar auch noch mit einem Auge gut funktioniert.“ Da die Cornea-Betäubung nach kurzer Zeit nachlässt, konnten die Tiere nach Ende dieser Wirkung ihre Reise in den Süden fortsetzen. „Wir konnten hier das erste Mal im Versuch beobachten, wie ein ziehendes Säugetier wortwörtlich vom Kurs abgebracht wurde – ein Meilenstein in der Verhaltens- und Sinnesbiologie, der uns erlaubt, das biologische Navigationssystem der Säugetiere gezielter zu erforschen.“

Um auszuschließen, dass die Betäubung der Cornea auch den Sehsinn an sich beeinflusste und die Wissenschaftler*innen dadurch zu falschen Schlussfolgerungen gelangten, führten sie einen weiteren, ergänzenden Test durch. Wiederum aufgeteilt in Versuchs- und Kontrollgruppen prüften sie, ob die Fledermäuse in unterschiedlicher Weise auf Licht reagierten, wenn ihre Hornhäute einseitig oder beidseitig betäubt waren. „Wir wissen aus früheren Untersuchungen, dass Fledermäuse eine beleuchteten Ausgang einem unbeleuchteten Ausgang vorziehen, wenn sie ein einfaches Y-Labyrinth verlassen sollen“, erklärt PD Dr. Christian Voigt, Leiter der Leibniz-IZW-Abteilung für Evolutionäre Ökologie. „Diese Präferenz zeigten in unserem Versuch auch die Tiere mit einseitiger oder beidseitiger Betäubung. Daher schließen wir aus, dass unsere Versuchsanordnung die visuelle Wahrnehmung beeinträchtigte, welche auch die Langstrecken-Navigation hätte beeinflussen können.“

Eine Vielzahl von Wirbeltieren, neben Fledermäuse beispielsweise auch Delfine, Wale, Fische oder Schildkröten, können sich bei Dunkelheit sicher orientieren, sowohl unter freiem Nachthimmel, als auch bei nächtlicher Bewölkung, in Höhlen und Tunneln sowie in den Tiefen der Meere. Über viele Jahrzehnte suchen Wissenschaftler*innen daher nach dem Sinn und dem Sinnesorgan, welches den Tieren diese für Menschen schwer vorstellbaren Orientierungs- und Navigationsleistungen ermöglicht. Der bisher nur für wenige Säugetierartennachgewiesene und kaum verstandene Magnetsinn ist ein naheliegender Kandidat. Experimente lassen vermuten, dass womöglich Eisenoxid-Partikel innerhalb von Körperzellen als „mikroskopische Kompassnadeln“ fungieren könnten, so wie dies in einigen Bakterienarten der Fall ist.

Jüngere Laboruntersuchungen an Graumullen, Verwandten der bekannten Nacktmulle, die ihr Leben in verzweigten unterirdischen Gangsystemen verbringen, deuten darauf hin, dass der Magnetsinn im Auge verortet ist. Allerdings wurde ein solcher (Magnet-)Orientierungssinn bislang weder bei freilebenden, ziehenden Säugetieren getestet noch konnte ein Organ identifiziert werden, welches die morphologische Basis für die benötigten Sinnesrezeptoren enthalten könnte. Die Experimente des Teams um Lindecke und Voigt erbringen nun erstmalig belastbare Daten für die Verortung eines Orientierungssinns bei freilebenden, ziehenden Säugetieren. Wie und wo genau sich dieser Sinn in der Hornhaut der Fledermäuse befindet, wie er funktioniert und ob es sich um den lange gesuchten Magnetsinn handelt müssen zukünftige Untersuchungen zeigen.
Publikation

Lindecke O, Holland RA, Pētersons G, Voigt CC (2021): Corneal sensitivity is required for orientation in free-flying migratory bats. Communications Biology. DOI: 10.1038/s42003-021-02053-w

Pressemitteilung: http://www.izw-berlin.de/de/pressemitteilung/raetselhafter-orientierungssinn-von-fledermaeusen-lokalisiert-der-sechste-sinn-der-saeugetiere-liegt-im-auge.html

English Version: http://www.izw-berlin.de/en/press-release/cryptic-sense-of-orientation-of-bats-localised-the-sixth-sense-of-mammals-lies-in-the-eye.html