Jedes Jahr unternehmen Milliarden von Vögeln rund um den Globus eine der erstaunlichsten Reisen der Natur: Vom winzigen Spatzen bis zur riesigen Gans fliegen sie alle Tausende von Kilometern und überqueren Kontinente und Ozeane, ohne sich jemals zu verirren.
Unter ihnen sind viele Jungvögel, die noch nie einen Zug unternommen haben und dennoch mit erstaunlicher Genauigkeit den Weg zu ihren Überwinterungsgebieten finden.
Das magische Protein in den Vogelaugen
Wissenschaftler versuchen seit Jahrzehnten, dieses Rätsel zu lösen. Sie wissen, dass Vögel viele Umweltsignale wie Sonne, Sterne, bekannte Orientierungspunkte und insbesondere das Magnetfeld der Erde zur Navigation nutzen.
Doch die Frage, wie Vögel dieses unsichtbare Magnetfeld wahrnehmen können, bleibt ein großes Rätsel. Die Antwort könnte neuen Forschungsergebnissen zufolge an einem unerwarteten Ort liegen: einem speziellen Protein namens Cryptochrom, kurz CRY4, das in der Netzhaut von Zugvögeln vorkommt.
Anders als bei einem normalen Kompass, dessen Nadel in die richtige Richtung zeigt, funktioniert dieses Protein nach einem völlig anderen und viel komplexeren Mechanismus.
Trifft blaues Licht auf das Auge eines Vogels, aktiviert es das CRY4-Protein und löst eine einzigartige Kette chemischer Reaktionen aus. Dieser Prozess erzeugt sogenannte „freie Radikalpaare“ – zwei Moleküle mit ungepaarten Elektronen.
Diese einsamen Elektronen wirken dank einer Quanteneigenschaft namens Spin wie winzige Magnete.
Europäische Rotkehlchen unternehmen beschwerliche interkontinentale Wanderungen, um den harten Wintern zu entgehen. Zur Orientierung nutzen diese und viele andere Vögel möglicherweise Quantenverschränkung, um das Erdmagnetfeld zu „lesen“ (Foto: Pbs).
Interessanterweise existieren diese beiden Elektronen nicht unabhängig voneinander, sondern sind durch ein seltsames Quantenphänomen namens „Quantenverschränkung“ miteinander verbunden – dasselbe Phänomen, das der Physiker Albert Einstein einst als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete.
Wenn zwei Teilchen miteinander verschränkt sind, wirkt sich der Zustand eines Teilchens sofort auf das andere aus, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.
Das Unsichtbare „sehen“
Aktuellen Hypothesen zufolge kann das Magnetfeld der Erde den Quantenzustand dieser „verschränkten“ Elektronenpaare beeinflussen.
Die Veränderungen des Quantenzustands werden dann in biologische Signale umgewandelt, die das Vogelgehirn verstehen kann. Mit anderen Worten: Vögel können das Magnetfeld tatsächlich als Muster oder Schatten „sehen“, die ihr normales Sichtfeld überlagern.
Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie eine spezielle Brille tragen, mit der Sie unsichtbare Magnetfeldlinien um die Erde sehen können. Für Vögel können diese Linien als dunkle und helle Streifen erscheinen und ihnen helfen, Nord und Süd zu bestimmen und ihre Position auf dem Planeten genau zu bestimmen.
Beweise aus dem Labor
Im Jahr 2021 beobachteten Wissenschaftler der Universität Tokio diese Quantenreaktion erstmals direkt im Labor.
Mithilfe eines Spezialmikroskops, das extrem empfindlich auf schwaches Licht reagiert, beobachteten sie, wie menschliche Zellen, die Cryptochrom enthalten, auf Magnetfelder reagieren.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Lumineszenz der Zelle bei jedem Durchlauf des Magnetfelds um etwa 3,5 % abnahm – genug, um eine direkte Reaktion nachzuweisen.
Riesiger Teilchendetektor kann Wechselwirkungen auf subatomarer Ebene erfassen (Foto: Tokio).
Eine weitere Studie, die im Juni 2021 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, lieferte noch stärkere Beweise.
Forscher isolierten das CRY4-Protein aus den Augen europäischer Rotkehlchen und zeigten, dass es unter Laborbedingungen tatsächlich empfindlich auf Magnetfelder reagiert. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler nachgewiesen haben, dass ein Vogel-Cryptochrom-Protein Magnetfelder wahrnehmen kann.
Erstaunliche Sensibilität
Was die Wissenschaftler am meisten überraschte, war die außergewöhnliche Empfindlichkeit des Systems. Experimente zeigten, dass die Orientierung europäischer Rotkehlchen durch künstliche Magnetfelder gestört werden konnte, die bis zu 3.000 Mal schwächer waren als die der Erde.
Es handelt sich um ein nahezu unvorstellbares Maß an Sensibilität – vergleichbar damit, in einem stürmischen Raum ein Staubkorn fallen zu spüren.
Diese Empfindlichkeit kann nur erklärt werden, wenn das System freier Radikalpaare seinen Zustand der „Quantenverschränkung“ über einen „ziemlich langen“ Zeitraum – etwa 100 Mikrosekunden – beibehält.
Diese Zahl mag zwar unglaublich kurz klingen (nur eine Zehntausendstelsekunde), in der Quantenwelt ist das jedoch eine unglaubliche Zeitspanne.
Selbst unter idealen Laborbedingungen mit starkem Vakuum oder extrem niedrigen Temperaturen können Wissenschaftler die künstliche Quantenverschränkung nur für wenige Nanosekunden aufrechterhalten.
Traditionelle Konzepte in Frage stellen
Diese Entdeckung stellt die traditionelle Vorstellung von der Grenze zwischen Quantenphysik und Biologie in Frage.
Jahrzehntelang glaubten Wissenschaftler, Quanteneffekte seien zu zerbrechlich und würden zu leicht gestört, um in der warmen, lauten und chaotischen Umgebung biologischer Systeme zu überleben.
Und doch scheint es, als hätte die Natur einen Weg gefunden, die subtilsten physikalischen Prinzipien zum Wohle des Lebens auszunutzen.
„Es scheint, dass die Natur einen Weg gefunden hat, Quantenzustände viel länger anhalten zu lassen, als wir erwartet hatten; und viel länger, als wir es im Labor erreichen können. Niemand hielt das für möglich“, sagte Erik Gauger, Quantenwissenschaftler an der Heriot-Watt University.
Nicht nur Vögel
Obwohl sich die Studie auf Vögel konzentrierte, ist die Fähigkeit, Magnetfelder wahrzunehmen, möglicherweise nicht auf geflügelte Arten beschränkt.
Andere Tiere wie Meeresschildkröten, Honigbienen und möglicherweise sogar Hunde könnten ähnliche Mechanismen nutzen. Einige Studien deuten sogar darauf hin, dass Menschen Cryptochrom-Proteine in ihren Augen haben, obwohl unsere Fähigkeit, Magnetfelder wahrzunehmen – sofern wir überhaupt welche haben – im Laufe der Evolution wahrscheinlich stark abgenommen hat.
Tatsächlich berichteten einige Menschen von kleinen Veränderungen ihrer Sehkraft, als Forscher Menschen in dunkle Räume brachten und das umgebende Magnetfeld veränderten.
Diese Berichte bleiben jedoch umstritten und es bedarf weiterer Forschung zur Bestätigung.
Größere Bedeutung
Die Entdeckung der Quantennavigation bei Vögeln ist mehr als nur eine interessante Naturgeschichte. Sie öffnet die Tür zu einem völlig neuen Forschungsgebiet namens Quantenbiologie – einem Wissenschaftszweig, der die Rolle der Quantenmechanik in Lebensprozessen untersucht.
Wenn biologische Systeme Quanteneffekte zuverlässig nutzen können, könnte dies unser Verständnis vom Leben revolutionieren. Auch andere biologische Prozesse wie Photosynthese, Geruchssinn und vielleicht sogar Bewusstsein könnten auf noch nicht vollständig erforschte Weise mit Quantenmechanik verbunden sein.
Das Verständnis, wie Vögel die Quantenmechanik zur Navigation nutzen, könnte zu technologischen Durchbrüchen führen.
Wissenschaftler untersuchen die Möglichkeit, hochempfindliche Magnetsensoren auf Basis desselben Prinzips zu entwickeln. Solche Geräte könnten in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, von der Medizin (z. B. zur Früherkennung von Anomalien im Körper) über die Geologie (Mineralsuche) bis hin zur Quanteninformatik.
Darüber hinaus unterstreicht diese Studie auch die Bedeutung des Umweltschutzes. Lichtverschmutzung durch Städte und elektromagnetische Wellen elektronischer Geräte können den empfindlichen Quantenkompass von Vögeln stören und so ihre Migrations- und Überlebensfähigkeit beeinträchtigen.
Die Geschichte ist noch nicht zu Ende
Trotz erheblicher Fortschritte bleiben viele Fragen unbeantwortet. Wie genau wandelt das Vogelhirn Quanteninformationen in Navigationsentscheidungen um?
Warum gelingt dies manchen Vögeln besser als anderen? Und gibt es in der biologischen Welt noch andere Quantenmechanismen, die wir noch nicht kennen?
Jede Antwort wirft neue Fragen auf, doch eines ist sicher: Die Grenze zwischen Quantenphysik und Biologie verschwimmt zunehmend. Die winzigen Vögel, die durch den Himmel schweben, sind nicht nur auf einem alltäglichen Zug unterwegs – sie tragen eines der tiefsten Geheimnisse des Universums in sich.
Die Geschichte der Quantennavigation bei Vögeln erinnert uns daran, dass die Welt um uns herum viel komplexer und wundersamer ist, als es zunächst den Anschein macht. Während wir uns in Lehrbüchern noch immer mit den abstrakten Konzepten der Quantenmechanik herumschlagen, nutzt die Natur diese Prinzipien bereits seit Millionen von Jahren.
Dies lässt uns über die Natur der Realität nachdenken. Wenn ein kleines Rotkehlchen die Quantenverschränkung nutzen kann, um seinen Weg nach Hause zu finden, wie viele andere Quantengeheimnisse birgt die Natur dann noch?
Vielleicht ist die Quantenwelt kein fremdes Reich, das nur in Laboren existiert, sondern die unsichtbare Grundlage des alltäglichen Lebens, vom Flug eines Vogels bis vielleicht sogar zu den Gedanken im menschlichen Geist.
Wenn Sie in den Himmel blicken und Schwärme von Zugvögeln sehen, denken Sie daran, dass diese nicht einfach nur fliegen – sie navigieren mithilfe eines der ausgefeiltesten Mechanismen, die der Wissenschaft bekannt sind und der abstrakte Quantenprinzipien in ein praktisches Überlebensinstrument verwandelt.
Es ist ein Beweis für das Wunder der Evolution und eine Erinnerung daran, dass die Natur noch immer viele Geheimnisse birgt, die die Menschen noch weiter erforschen müssen, um ein umfassenderes und genaueres Verständnis der Funktionsweise des Universums zu erlangen.
Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-loai-chim-nhin-thay-tu-truong-trai-dat-bi-an-luong-tu-trong-tu-nhien-20250715124733875.htm
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