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NZZ Folio 08/10 - Thema: Patriotismus  Inhaltsverzeichnis
Das Experiment -- Den Sternen nach bis Afrika
© Jonathan Blair / Corbis 
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| Stephen Emlen im Planetarium. In jedem Trichterkäfig steckt ein Vogel. |
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Wie orientieren sich Zugvögel nachts? Der Zoologe Stephen Emlen fand es in den 1960er Jahren heraus, indem er seinen Indigofinken ein paar Gratisvorstellungen im Planetarium spendierte.
Von Reto U. Schneider
Einem Astronomen wäre sofort aufgefallen, dass in diesem Planetarium etwas nicht stimmte. Statt um den Polarstern, der normalerweise unbeweglich am Firmament steht, drehten sich an diesem Nachthimmel alle Sterne um den roten Riesen Beteigeuze im Orion – eine himmelsmechanische Unmöglichkeit. Doch es gab keine Astronomen im Planetarium, bloss sieben Indigofinken in seltsamen trichterförmigen Käfigen und einen besessenen Ornithologen, der mit diesem gefälschten Himmel herausfinden wollte, wie Zugvögel es schaffen, sich auf ihren weiten Nachtflügen zu orientieren.
Das Interesse für Vögel wurde Stephen Emlen in die Wiege gelegt. Sein Vater war ein renommierter Ornithologe an der Universität von Wisconsin, und Stephen begleitete ihn und seine Studenten schon als Kind auf Exkursionen. Später an der Uni landete Stephen auch in der Biologie, und als er ein Thema für seine Abschlussarbeit suchte, kam er endgültig zu den Tieren seiner Jugend zurück: Er wollte herausfinden, wie Zugvögel, die nachts unterwegs sind, den Weg finden.
Eine Sternkarte im Erbgut?
Die Leistung von Zugvögeln ist so atemberaubend wie rätselhaft. Noch im 17. Jahrhundert glaubten einige Gelehrte, Schwalben zum Beispiel flögen gar nicht in den Süden, sondern grüben sich im Winter ein. Doch bald schon wurde klar, dass der Vogelzug ein Meisterwerk aus Ausdauer und Präzision ist. Der grosse Sturmtaucher zum Beispiel verbringt den Sommer in den Küstengebieten des Nordatlantiks, bevor er zum Brüten Tristan da Cunha ansteuert, eine kleine Inselgruppe weitab von Orientierungspunkten im monotonen Südatlantik. Noch erstaunlicher ist die Leistung eines Kuckucks in Neuseeland, der im Nest eines standorttreuen Vogel gross wird und dann ohne Begleitung 3000 Kilometer zum melanesischen Archipel fliegt, wo er überwintert.
Frühe Beobachtungen zeigten, dass Brieftauben und andere Vögel die Himmelsrichtung bei Tag an der Sonne ablesen können. Dabei muss ihre innere Uhr ständig die Bewegung der Sonne von Ost nach West kompensieren. Doch wie machten sie es bei Nacht, wenn es plötzlich nicht mehr nur eine starke Lichtquelle gab, sondern Tausende von schwachen?
Der erste Forscher, der auf die Idee kam, Zugvögel ins Planetarium zu bringen, war der Freiburger Zoologe Franz Sauer. In den 1950er Jahren stellte er einen runden Gitterkäfig unter einen künstlichen Sternenhimmel, steckte eine Grasmücke namens Johnny hinein, legte sich darunter und zeichnete auf, in welche Richtung sich der Vogel orientierte. Von früheren Versuchen wusste man, dass während der Zeit der sogenannten Zugunruhe im Frühling und im Herbst, wenn die Zugvögel jeweils aufbrachen, in dieser Richtung auch ihr Ziel lag.
Obwohl Sauer Johnny von Hand aufgezogen hatte und der Vogel noch nie den Sternenhimmel gesehen hatte, machte er sich im Käfig zum Abflug in Richtung Süden bereit, Richtung Afrika, wo am Oberlauf des Nils das Winterquartier der Grasmücken liegt. Wenn er den Sternenhimmel einige Stunden vor- oder zurückstellte, korrigierte Johnny seine Position entsprechend. Diese Beobachtungen liessen Sauer vermuten, dass Grasmücken über einen «vererbten Mechanismus verfügten, um sich an den Sternen zu orientieren – eine detaillierte Darstellung der Sternbilder, gekoppelt mit einem präzisen Zeitsinn, der das Firmament zu jeder Tages- und Jahreszeit mit der aktuellen Position in Verbindung setzt», wie er später in einem Fachartikel schrieb. Dieser Gedanke war faszinierend, denn er bedeutete nichts anderes, als dass im Erbmaterial des Vogels eine codierte Sternkarte stecken musste. Aber konnte das wirklich stimmen?
Löschpapier brachte die Lösung
Emlen begann seine Versuche etwa zehn Jahre nach Sauer. Natürlich hatte er Sauers Arbeiten gelesen, und er hatte auch sofort erkannt, worin ihre Schwachstelle lag: Neben Johnny hatte Sauer bloss fünf andere Vögel im Planetarium getestet. Dafür gab es einen einfachen Grund: Die Beobachtungen waren aufwendig und zeitraubend, so dass pro Nacht jeweils nur ein einziger Vogel zum Einsatz kam, dessen Position Sauer stundenlang auf dem Rücken liegend aufzeichnete.
Emlen war klar, dass er die Orientierung der Vögel auf einfachere Art erfassen musste. Er unternahm Versuche mit elektrischen Schaltern im Käfig, die sich aber als zu kapriziös erwiesen. «Es kam immer wieder zu Kurzschlüssen, ausserdem war das Material teuer. Für einen Studenten wie mich, der alleine arbeitete, war es ein Albtraum», sagt Emlen. Es war schliesslich ein Telefongespräch mit seinem Vater, das die Lösung brachte. Kein ermüdendes Beobachten und keine elektrischen Schalter waren nötig, sondern bloss Löschpapier, «4 Cent das Stück», wie Vater und Sohn Emlen 1966 mit offensichtlichem Vergnügen in einem gemeinsam verfassten Fachartikel schrieben.
Der Emlen-Trichter, wie der Spezialkäfig später genannt wurde, ist ein Musterbeispiel an Einfachheit und Zuverlässigkeit. Er besteht aus einem handtellergrossen runden Stempelkissen, einem darübergestülpten Trichter aus Löschpapier und einer Abdeckung aus Maschendraht. Ein darin placierter Vogel steht mit den Füssen auf dem Stempelkissen und hüpft hin und wieder in der gewählten Abflugrichtung auf den Trichter, wo er seine Spuren hinterlässt, bevor er wieder hinunterrutscht. Nach ein paar Stunden im Emlen-Trichter verrieten die Flecken auf dem Löschpapier, in welche Richtung der Vogel hatte abfliegen wollen.
Dieses Verfahren steigerte die Effizienz enorm. Innerhalb einer Stunde konnte Stephen Emlen allein 25 Käfige aufstellen. Die Zugvogelforschung hatte damit schon fast industrielle Massstäbe angenommen. Und die Resultate liessen nicht lange auf sich warten.
Als erstes widerlegte Emlen Sauers Vermutung, dass ein Vogel die aktuelle Position der Sterne abhängig von der Zeit ständig berechnet und mit der realen vergleicht, um daraus die Flugrichtung abzuleiten. Wenn Emlen nämlich im Planetarium die Sterne zum Beispiel sechs Stunden nachgehen liess, blieb die Zugrichtung seiner Indigofinken, anders als bei Sauers Versuchen, dieselbe.
Die störende Klimaanlage
Ohne Zeitkompensation kam nur noch ein Stern als Richtungsweiser in Frage: der Polarstern. Weil er in der Verlängerung der Erdachse steht, bleibt er als einziger Stern die ganze Nacht am selben Ort im Norden. Doch selbst als er den Polarstern im Planetarium abdeckte, wussten die Vögel noch, in welche Richtung sie losfliegen mussten. Auch den Grossen Bären und Kassiopeia, zwei der auffälligsten Sternbilder, brauchten sie nicht. Erst wenn Emlen einen Kreis von 35 Grad um den Polarstern ausblendete, konnte sich nur noch einer von vier Vögeln orientieren, wenn er die ganze Nordhalbkugel ausschaltete, gar keiner mehr.
Daraus schloss Emlen zwei Dinge: Unterschiedliche Vögel benötigen unterschiedliche Sternenmuster, und Indigofinken können die Nordrichtung jederzeit ohne die Hilfe einer inneren Uhr aus dem geometrischen Muster der Sterne bestimmen – so wie der Mensch den Polarstern findet, indem er die hintere Achse des Grossen Wagens um das Fünffache verlängert, ohne dass er wissen muss, wie spät es ist.
Das löste allerdings das Problem nicht, sondern verschob es bloss. Denn immer noch war die Frage, woher die Vögel diese Fähigkeit hatten, ob sie angeboren oder erlernt war. Emlen glaubte letzteres und hatte eine geniale Idee, um seine Vermutung zu überprüfen.
Bis dahin hatte er seine Versuche in öffentlichen Planetarien gemacht. Als Student in Ann Arbor, Michigan, konnte er ein Planetarium im benachbarten Flint benützen. «Nachdem ich mein Vorhaben vorgestellt hatte, drückte mir der Direktor einen Satz Schlüssel in die Finger.» Die letzte Publikumsvorführung endete jeweils um neun Uhr abends. Von da an bis in die frühen Morgenstunden durfte Emlen seine Experimente machen. «Ich wurde nachtaktiv», erinnert er sich, «ich fuhr mit den Vögeln, die ich testen wollte, abends die 90 Kilometer von Ann Arbor nach Flint, stellte im Planetarium zwei Leitern auf und legte ein Brett dazwischen, worauf ich die Käfige stellte. Am nächsten Morgen packte ich alles wieder zusammen und fuhr zurück. Dann legte ich mich schlafen.»
Seine Emlen-Trichter erleichterten zwar manches, doch Probleme gab es trotzdem. Um sicherzugehen, dass die Vögel nicht von Dingen beeinflusst wurden, an die er nicht gedacht hatte, testete Emlen sie zuerst unter der diffus beleuchteten Kuppel ohne Sterne. Ohne Orientierungspunkte hätten die Vögel eigentlich keine Richtung bevorzugen sollen, doch bei einem frühen Test orientierten sie sich alle in die gleiche Richtung. Es dauerte eine Weile, bis Emlen bemerkte, dass sich die Vögel nach dem Rauschen der Klimaanlage ausrichteten, das wegen der ungleichmässig verteilten Zuluftrohre asymmetrisch war. Doch die Klimaanlage auszuschalten brachte nicht die erhoffte Lösung: Jetzt schliefen die Vögel ein. Erst als Emlen den Finken aus 16 Lautsprechern das Zirpen von Grillen vorspielte, zeigten sie wieder ihr Zugverhalten.
1966 wurde Emlen Assistenzprofessor an der Cornell-Universität in Ithaca, New York. Um seine Vermutung über den Sternenkompass der Vögel endgültig beweisen zu können, baute er sich sein eigenes Planetarium, denn was er damit vorhatte, konnte kein herkömmliches bieten.
Der gefälschte Polarstern
Emlen war überzeugt, dass frisch geschlüpfte Zugvögel vor ihrer ersten Reise in der Nacht aus der langsamen Bewegung der Sterne lernen, um welchen Punkt sie sich drehen und wo dieser Punkt im Verhältnis zu anderen Sternen liegt. So können sie später jederzeit Norden bestimmen.
Um das zu zeigen, entnahm er im Sommer 1968 aus Nestern von Indigofinken 26 eben geschlüpfte Vögel, die er in drei Gruppen aufteilte. Alle wuchsen bei diffusem Licht in grosszügigen Käfigen heran. Im Gegensatz zur ersten Gruppe, die den Käfig nie verliess, verbrachten die anderen im August und September jeweils drei Nächte pro Woche in Emlens eigenem Planetarium. Gruppe zwei bekam den normalen Nachthimmel zu sehen, für Gruppe drei hatte Emlen den Spitz-Sternenprojektor so umgebaut, dass sich die Sterne nicht mehr um den Polarstern drehten, sondern um Beteigeuze.
Als die Vögel im Herbst losziehen wollten, steckte er sie in Emlen-Trichter und placierte sie unter einem normalen stillstehenden Planetariumhimmel. Und tatsächlich wollten die Vögel der dritten Gruppe in die falsche Richtung losziehen. Sie hatten Beteigeuze als ihren neuen Polarstern akzeptiert. Die Finken verfügen also nicht über eine angeborene Sternkarte, sondern lernen als Jungvögel aus der Drehung der Sterne, in welcher Richtung Norden liegt. So erstaunlich diese Fähigkeit ist, es ist nur eine von vielen, die Zugvögel benutzen, um ihre Winterquartiere zu finden.
Es ist zu hoffen, dass auch die Finken aus Emlens dritter Gruppe über ein Reservesystem verfügten, denn auch nachdem sie Emlen den darauffolgenden Sommer draussen unter dem Nachthimmel gehalten hatte, liessen sie nicht von Beteigeuze als ihrem neuen Polarstern ab. Offenbar geschieht die Prägung der Nordrichtung während einer kritischen Zeit, bevor die Vögel flügge werden. «Ein Jahr später liess ich die Vögel wohl oder übel frei», sagt Emlen und hängt schuldbewusst an, «was hätte ich sonst tun sollen.»
Reto U. Schneider ist stellvertretender Redaktionsleiter von NZZ Folio.
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