QuantumBirds – Dem Magnetsinn auf der Spur

Quantensinn bei Zugvögeln aufklären

Dem Magnetsinn auf der Spur: Henrik Mouritsen (Universität Oldenburg) und sein britischer Kollege Peter Hore (Universität Oxford) forschen seit 2019 im Rahmen des ERC Synergy Grant QuantumBirds. Das Projekt will den Magnetsinn bei Zugvögeln aufklären und hat bereits mehrere Meilensteine erreicht, darunter eine Studie, die zeigt, dass ein Protein von Zugsingvögeln, basierend auf einem quantenphysikalischen Mechanismus, tatsächlich magnetische empfindlich ist. Diese Studie wurde 2021 als Titelgeschichte in der Zeitschrift Nature publiziert. (YouTube)

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Wie Vögel das Magnetfeld der Erde wahrnehmen, ist eine der spannendsten ungelösten Fragen der Biologie. Während der Mensch die Welt hauptsächlich mit fünf Sinnen wahrnimmt – Sehen, Hören, Schmecken, Riechen und Tasten – orientieren sich viele Tiere auch am Magnetfeld der Erde. Mit dem Projekt QuantumBirds wollen Mouritsen und Hore mit ihrem Team herausfinden, ob hochsensible Quantenprozesse, die auf Spins ungepaarter Elektronen in sogenannten Radikalpaaren beruhen. tatsächlich die entscheidenden Komponenten für die Wahrnehmung des Erdmagnetfeldes durch Zugvögel sind. Im Rahmen des ERC-Grants hat das interdisziplinäre Team der Universitäten Oldenburg und Oxford (UK) Hinweise gesammelt, dass der Magnetsinn von Zugvögeln wie Rotkehlchen auf einem bestimmten lichtempfindlichen Protein im Auge beruht. Das Protein Cryptochrom 4, das in der Netzhaut von Vögeln vorkommt, reagiert empfindlich auf Magnetfelder und ist damit höchstwahrscheinlich der lange gesuchte quantenchemische Magnetsensor von Zug-Singvögeln. 

Um quantenchemische Prozesse in der Biologie zu verstehen, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit unerlässlich. Das Projekt QuantumBirdsbringt Wissenschaftler*innen aus Physik und Quantenchemie mit Wissenschaftler*innen aus Biochemie, sowie Molekular-, Neuro- und Verhaltensbiologie zusammen. Gemeinsam ist es wichtig zu verstehen, wie durch Lichtenergie ein instabiles System mit zwei ungepaarten Elektronen entsteht. Dies ist für etwa eine Millionstel Sekunde magnetisch empfindlich. In dieser kurzen Zeit entscheidet sich das chemische Schicksal des Moleküls. im magnetischen Sensorprotein Cryptochrom ein instabiles System erzeugt. Die Ausbeute dieser Reaktion, so eine bereits 1978 von dem deutschen Biophysiker Klaus Schulten aufgestellte Theorie, hängt von der Richtung des Erdmagnetfeldes ab. Die Ergebnisse ihres Forschungsprojekts könnten somit auch in Quantencomputern und neuartigen biologischen Sensoren Anwendung finden.

Ein Großteil der Forschung im Projekt QuantumBirds basiert auf Proteinen, die in Zellkulturen hergestellt werden, aber die Ergebnisse des Projekts werden auch zum Vogelschutz beitragen. Im Jahr 2014 wies das Team Mouritsen/Hore nach, dass selbst schwache antropogene elektromagnetische Strahlung den Magnetsinn von Zugvögeln verwirren kann. Warum das so ist, ist noch unklar. „Wenn wir die quantenmechanischen Ursachen für die störenden Effekte der vom Menschen verursachten elektromagnetischen Strahlung verstehen, können wir Zugvögel besser vor ihren negativen Auswirkungen schützen“, ist Mouritsen überzeugt.

Der ERC Synergy Grant finanziert Teams von zwei bis vier herausragenden Wissenschaftler*innen und soll bahnbrechende Entdeckungen an den Schnittstellen zwischen etablierten Disziplinen, wie in diesem Fall Biologie und Chemie, ermöglichen. Mouritsen und Hore erhalten für ihr Projekt QuantumBirds eine gemeinsame Förderung durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) in Höhe von insgesamt rund 8,6 Millionen Euro. Das Projekt wird an der Universität Oxford von Rachel Henning koordiniert.

Autor*in:

Beate Grünberg

Erstellungsdatum:
28.06.2022

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