Auch Seevögel können durch schnelle Langstreckenflüge eine Verschiebung ihrer inneren Uhr erleben und dadurch systematisch vom vorgesehenen Kurs abweichen. Bei Atlantik-Sturmtauchern erreichten die beobachteten Navigationsfehler bis zu 15 Grad. Entscheidend ist dabei der Sonnenkompass, dessen Berechnung von einer zur Ortszeit passenden inneren Uhr abhängt. Die Tiere korrigieren ihren Kurs fortlaufend, doch der Mechanismus zeigt in freier Wildbahn einen Jetlag-Effekt bei der Navigation.
Atlantik-Sturmtaucher brüten auf Inseln vor den Westküsten Großbritanniens und Irlands und legen zur Nahrungssuche weite Strecken über den offenen Nordostatlantik zurück. Auf Skomer Island in Wales verschwinden die dunkel gezeichneten Vögel vom Grasland ihrer Brutkolonie hinaus aufs Meer, oft für lange Flüge in Regionen ohne markante Landmarken. Zurück zur Kolonie führt sie unter anderem ein Sonnenkompass, der nur dann zuverlässig arbeitet, wenn die aktuelle Sonnenposition mit der inneren Uhr des Tieres zusammenpasst.
Ein Team um Dr. Patrick Lewin vom Department of Biology der Universität Oxford hat diesen Mechanismus nun anhand natürlicher Bewegungsdaten untersucht. Grundlage waren zwei Jahrzehnte GPS-Aufzeichnungen von 1.045 Atlantik-Sturmtauchern auf insgesamt 3.688 Nahrungsflügen. Geprüft werden sollte, ob eine solche Zeitverschiebung des Sonnenkompasses auch bei frei lebenden Vögeln auftritt.
Die Vögel können bei einzelnen Nahrungssuchen weit nach Westen ziehen und dabei Entfernungen erreichen, die sie deutlich über das Küstenmeer hinausführen. Auf dem Rückweg nach Osten überqueren sie in relativ kurzer Zeit mehrere Längengrade, während sie sich derselben geografischen Region wieder annähern, in der ihre Brutkolonie liegt. Genau hier entsteht ein Problem, das aus Flugreisen beim Menschen bekannt ist: Die lokale Sonnenzeit verändert sich schneller, als die innere Uhr nachgeregelt wird.
Normalerweise dient der Sonnenaufgang als täglicher Zeitgeber. Ein Vogel, der in einem westlicheren Gebiet in den Tag startet, kalibriert seine innere Uhr dort an der lokalen Morgendämmerung. Fliegt er anschließend rasch nach Osten, erreicht er Regionen, in denen die Sonne früher aufgegangen ist. Seine innere Uhr kann dann bis zu ungefähr eine Stunde hinter der örtlichen Sonnenzeit liegen.
In der Infografik der Studie beginnt ein Beispiel bei 30 Grad westlicher Länge und endet nach sechs Stunden bei 15 Grad West. Dort steht die Sonne etwa 20 Grad weiter im Uhrzeigersinn, als der Vogel auf Grundlage seiner noch nicht nachgestellten Uhr erwartet. Nimmt er diese scheinbar falsche Sonnenposition als Richtungsreferenz, entsteht daraus unmittelbar ein entsprechend gedrehter Kursfehler.
Besonders aussagekräftig wurde die Analyse dort, wo die Tiere nicht nur über offenem Wasser unterwegs waren. Entlang sichtbarer Küstenlinien könnten sie theoretisch markanten Landformen folgen und den Sonnenkompass vorübergehend weniger stark gewichten. Genau das geschah jedoch nicht konsequent. Zeigte der vorhergesagte Kompassfehler in Richtung Land, verliefen die Flugbahnen näher an der Küste; zeigte er hinaus aufs Meer, hielten die Tiere entsprechend mehr Abstand.
Diese räumliche Verschiebung passt zu einem weiterhin benutzten Sonnenkompass und liefert einen Verhaltenshinweis, der über eine reine Korrelation zwischen Längengrad und Flugrichtung hinausgeht. Die Vögel reagierten damit so, wie es aus der fehlerhaft interpretierten Sonnenposition zu erwarten war, obwohl ihnen sichtbare Geländeformen zur Verfügung standen. Als Hintergrund zur Navigation von Vögeln passt der vorhandene Beitrag darüber, wie Zugvögel immer wieder zu ihren Brutplätzen finden.
Lewin beschreibt die Bedeutung des Mechanismus mit einem ungewöhnlich anschaulichen Bild: Milliarden wandernde Tiere blickten zur Sonne, während in ihnen Uhren still weiterliefen, deren kleine Fehler sie vom Kurs abbringen könnten. Für die aktuelle Untersuchung ist daran entscheidend, dass die Abweichungen nicht zufällig verteilt waren. Sie traten systematisch in der Richtung auf, die aus der verschobenen Zeitbasis des Sonnenkompasses folgt.
Zur Prüfung der Erklärung berechneten die Wissenschaftler für die GPS-Positionen, welche Sonnenrichtung ein Tier bei korrekt angepasster Ortszeit erwarten müsste und wie stark sich diese Erwartung durch die zuvor erlebte Zeitzone verschiebt. Anschließend verglichen sie die vorhergesagte Abweichung mit den tatsächlich aufgezeichneten Flugrichtungen. Die Modelle stützten die Sonnenkompass-Erklärung stärker als eine alternative Hypothese, nach der räumliche Änderungen des Erdmagnetfelds die beobachteten Kursabweichungen verursachen.
Magnetische Orientierung ist bei Vögeln und anderen Tieren grundsätzlich gut belegt, weshalb diese Konkurrenzhypothese wichtig war. Forschung und Wissen hat etwa bereits darüber berichtet, dass Tauben einen Magnetkompass zur Orientierung nutzen. Im Oxford-Datensatz erklärte die zeitabhängige Veränderung der Sonnenposition den charakteristischen Fehler der heimkehrenden Sturmtaucher jedoch besser.
Koautor Prof. Tim Guilford verweist auf die methodische Schwierigkeit solcher Freilandstudien. Kognitive Prozesse lassen sich bei frei fliegenden Tieren nicht direkt beobachten, doch präzise Bewegungsdaten können zugrunde liegende Verhaltensmechanismen sichtbar machen. Das GPS-Gerät ersetzt dabei kein Experiment im Labor, sondern zeichnet über lange Zeiträume reale Entscheidungen auf, die anschließend mit einer physikalisch berechenbaren Vorhersage verglichen werden.
Die beobachteten Abweichungen bedeuten nicht, dass die Tiere ihre Kolonie verfehlen. Atlantik-Sturmtaucher bewerten ihre Position offenbar fortlaufend neu und passen ihre Flugrichtung immer wieder an. Für einen beispielhaften Heimweg mit durchschnittlich sieben Grad Fehlorientierung berechnete das Team daher nur einen kleinen zusätzlichen Umweg, solange die Tiere ihre Lage kontinuierlich korrigieren können.
Bei einer solchen Modellrechnung führt die wiederholte Kurskorrektur zu lediglich rund fünf Kilometern zusätzlicher Strecke, bis der Vogel in die Nähe seines Zielgebiets gelangt. Die geringe Mehrdistanz erklärt, weshalb ein messbarer Kompassfehler nicht automatisch eine dramatische Fehlleitung bedeutet. Entscheidend ist die Fähigkeit, laufend neue Positionsinformationen einzubeziehen und die vorherige Fehlrichtung nicht über den gesamten Heimflug beizubehalten.
Anders könnte die Situation bei Tieren aussehen, die auf langen Etappen weniger Gelegenheit zur Positionskorrektur haben. Die Autoren nennen besonders Jungvögel auf ihrem ersten Zug als denkbares Beispiel. Dort könnten kleine Richtungsfehler über viele Stunden zusammenlaufen und das endgültige Ziel um Hunderte Kilometer verschieben, ohne dass daraus für die untersuchten Sturmtaucher bereits ein entsprechender Schaden abgeleitet werden darf.
Der Begriff Jetlag beschreibt in dieser Untersuchung zunächst die Verschiebung zwischen innerer Uhr und lokaler Zeit, nicht einen nachgewiesenen Krankheitszustand. Beim Menschen kann dieselbe Art von Zeitversatz Schlaf, Müdigkeit und weitere Körperfunktionen beeinflussen. Für frei lebende Sturmtaucher ist bisher offen, ob neben der Navigation auch physiologische oder verhaltensbezogene Folgen auftreten.
Lewin formuliert den nächsten Forschungsschritt deshalb ausdrücklich als offene Frage. Nach der nun belegten Verschiebung der inneren Uhr müsse untersucht werden, wie sie sich auf die Tiere auswirkt und ob zeitkritische Verhaltensweisen betroffen sind. Belege für Schlafstörungen, Erschöpfung, Gesundheitsprobleme oder eine erhöhte Sterblichkeit enthält die aktuelle Arbeit nicht.
Die Studie macht zugleich deutlich, warum schnelle Ost-West-Bewegungen für Tiernavigation eine besondere Herausforderung darstellen. Ein Sonnenkompass ist kein statischer Richtungsgeber wie eine Magnetnadel, sondern verlangt eine fortlaufende Verknüpfung von Himmelsrichtung, Tageszeit und beobachtetem Sonnenstand. Verschiebt sich nur eine dieser Größen, entsteht ein vorhersagbarer Fehler, der in den Flugbahnen sichtbar werden kann.
Erschienen ist die Arbeit „Rapid longitudinal flights cause time shifts and Sun compass error“ im Fachjournal Science, sie trägt den DOI 10.1126/science.adz2542. Der zugehörige Datensatz wurde zusätzlich über Dryad veröffentlicht, sodass die Bewegungsdaten und Auswertungsschritte unabhängig weiter untersucht werden können. Die Kombination aus Langzeittracking und astronomisch berechenbarer Sonnenposition schafft damit eine Methode, die sich grundsätzlich auch auf andere Tierarten mit bekannten Fernbewegungen übertragen lässt.
Noch fehlt der Nachweis, wie schnell frei lebende Tiere ihre innere Uhr nach einer solchen Verschiebung tatsächlich neu einstellen. Genau diese Zeitkonstante würde bestimmen, ob ein Kompassfehler nur kurzfristig auftritt oder über längere Etappen bestehen bleibt. Künftige Messungen müssen daher die Bewegungsdaten noch enger mit physiologischen Hinweisen auf die innere Uhr verbinden, ohne die Tiere in ihrer natürlichen Navigation stärker zu beeinflussen.
Science, Rapid longitudinal flights cause time shifts and Sun compass error; doi:10.1126/science.adz2542
University of Oxford, Study finds that long-distance flights can throw seabirds' internal clocks out of sync causing navigation errors
Dryad, Datensatz zu Rapid longitudinal flights cause time shifts and Sun compass error; doi:10.5061/dryad.nk98sf85b
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