Wie finden Zugvögel ihren Weg? Sonne, Sterne und ein Magnetkompass

Die Vogelschwärme, die im Herbst in V-Formation über den Himmel ziehen, stehen am Anfang einer Reise von Tausenden Kilometern. Manche überqueren Ozeane ohne Pause, andere Wüsten und Gebirge. Schätzungsweise 2 Milliarden Vögel ziehen jedes Jahr zwischen Europa und Afrika hin und her. Wie finden diese Tiere ohne Karte, GPS oder Kompass ihren Weg?

Warum ziehen Vögel?

Der Hauptgrund ist Nahrung. Die Sommer im Norden bringen lange Tage und reichlich Insekten und Samen – perfekt für die Jungenaufzucht. Im Winter werden die Tage kurz, die Temperaturen sinken, das Futter geht aus.

Um mit diesem Rhythmus Schritt zu halten, leben Zugvögel in zwei Welten: Sie brüten im Sommer im Norden und überwintern im futterreichen Süden. Die sich ändernde Tageslänge löst hormonelle Veränderungen aus; vor dem Abflug fressen sich die Vögel Fettreserven an. Selbst Zugvögel im Käfig werden zur Zugzeit unruhig und hüpfen in die Richtung, in die sie ziehen würden – die Forschung nennt das Zugunruhe.

Erstaunliche Rekorde

• Küstenseeschwalbe: brütet rund um die Arktis und überwintert rund um die Antarktis. Ihr jährlicher Hin- und Rückflug kann 70.000 Kilometer übersteigen – der längste bekannte Zug im Tierreich.
• Pfuhlschnepfe: fliegt von Alaska nach Neuseeland, über 13.000 Kilometer, ohne Pause, ohne zu fressen und zu trinken – in etwa 11 Tagen.
• Weißstorch: legt von seinem Nest in Europa bis ins südliche Afrika rund 10.000 Kilometer zurück.

Kompass eins: die Sonne

In den 1950er-Jahren bemerkte der deutsche Biologe Gustav Kramer, dass sich Stare im Käfig zur Zugzeit in eine bestimmte Richtung ausrichteten. Verschob er mit Spiegeln den scheinbaren Sonnenstand, änderten die Vögel ihre Richtung um denselben Winkel. Sie orientierten sich also an der Sonne.

Doch die Sonne wandert im Tagesverlauf über den Himmel. Wie gleichen Vögel das aus? Mit ihrer inneren Uhr: Sie wissen, wie spät es ist, und berücksichtigen, wo die Sonne zu dieser Stunde stehen müsste. Wurde ihre innere Uhr im Versuch mit Kunstlicht um einige Stunden verstellt, wich ihre Ausrichtung genau um den vorhergesagten Winkel ab.

Kompass zwei: die Sterne

Viele kleine Vögel – Grasmücken, Nachtigallen, Rotkehlchen – ziehen nachts. In den 1960er-Jahren zog der US-Forscher Stephen Emlen Indigofinken in einem Planetarium auf.

Drehte Emlen den künstlichen Himmel um verschiedene Punkte, lernten die Vögel den Drehpunkt des Himmels als „Norden“. Am echten Himmel liegt dieser Punkt beim Polarstern. Die Vögel lernten also keine bestimmten Sternbilder auswendig, sondern beobachteten, um welchen Punkt die Sterne in der Nacht kreisen.

Kompass drei: das Erdmagnetfeld

In bewölkten Nächten sind weder Sonne noch Sterne zu sehen – trotzdem finden Vögel ihren Weg. Ende der 1960er-Jahre zeigten die Frankfurter Forscher Wolfgang und Roswitha Wiltschko, dass Rotkehlchen das Erdmagnetfeld wahrnehmen: Veränderten sie das Magnetfeld um den Käfig, änderten die Vögel ihre Richtung.

Der Magnetkompass der Vögel funktioniert anders als unserer. Er erkennt nicht Nord und Süd, sondern die Neigung der Magnetfeldlinien zum Boden. Zu den Polen hin fallen sie steiler ein, am Äquator verlaufen sie parallel zum Boden. Aus diesem Winkel lesen die Vögel „polwärts“ oder „äquatorwärts“ ab.

Ein Quantenkompass im Auge

Wie „sehen“ Vögel das Magnetfeld? Die führende Erklärung sind lichtempfindliche Proteine in der Netzhaut, die Cryptochrome.

• Trifft Licht auf ein Cryptochrom-Molekül, entsteht eine kurzlebige Struktur mit ungepaarten Elektronen, ein Radikalpaar.
• Das Verhalten dieser Elektronen hängt minimal von der Richtung des schwachen Erdmagnetfelds ab.
• Dieser Unterschied könnte als Signal an das Sehsystem weitergegeben werden – vielleicht nimmt der Vogel das Magnetfeld als blasses Muster wahr, das über seinem Sichtfeld liegt.

2021 zeigten Forschende der Universität Oldenburg um Henrik Mouritsen gemeinsam mit der Universität Oxford, dass Cryptochrom 4 aus ziehenden Rotkehlchen im Labor tatsächlich auf Magnetfelder reagiert – das gleiche Protein nicht ziehender Vogelarten deutlich schwächer. Der Befund stützt die Idee, dass Vögel eine Art Quantenkompass besitzen, auch wenn noch nicht alle Details geklärt sind. Oldenburger Forschende fanden zudem heraus, dass elektromagnetisches „Rauschen“ aus Elektrogeräten den Magnetkompass von Rotkehlchen stören kann.

Manche Studien vermuteten auch eisenhaltige Zellen im Schnabel als Magnetsensoren; diese Idee ist aber umstritten und kaum belegt.

Kompass vier: Geruch und Landmarken

Unterwegs beobachten Vögel ihre Umgebung genau:

• Landmarken: Küstenlinien, Gebirgszüge, Flusstäler und sogar Autobahnen dienen als Leitlinien.
• Geruch: Vor allem Seevögel nutzen Düfte zur Orientierung über dem Meer. Sturmtaucher mit verschlossenen Nasenlöchern fanden schlechter nach Hause.
• Wind und Thermik: Störche und Greifvögel sparen Energie, indem sie in warmen Aufwinden über Land segeln.

Vögel kombinieren diese Systeme und gleichen sie miteinander ab. Manche Arten justieren ihren Magnetkompass zum Beispiel am Sonnenuntergang nach.

Woher kennen junge Vögel den Weg?

Besonders verblüffend: Viele Jungvögel ziehen beim ersten Mal allein. Kuckucke legen ihre Eier in fremde Nester; Monate später finden die Jungen, die ihre Eltern nie kennengelernt haben, allein ihr Winterquartier in Afrika.

Zugrichtung und -dauer sind also weitgehend genetisch programmiert: Ein junger Vogel kommt gewissermaßen mit der Anweisung „so viele Nächte in diese Richtung“ zur Welt. Mit der Erfahrung wird aus dieser groben Vorgabe eine echte innere Landkarte. Ältere Vögel können eine Verdriftung durch Wind ausgleichen, Jungvögel oft nicht.

Westzieher und Ostzieher: die Wege der Störche

Segelflieger wie Störche, Adler und Bussarde meiden lange Strecken über das Meer, weil sich dort keine Thermik bildet. Auf dem Weg nach Afrika bündeln sie sich daher an wenigen Landbrücken:

• Westzieher fliegen über Frankreich und Spanien zur Straße von Gibraltar.
• Ostzieher fliegen über den Balkan zum Bosporus in Istanbul und weiter über die Türkei, Israel und das Niltal.

Die Zugscheide verläuft mitten durch Deutschland: Weißstörche aus dem Westen sind meist Westzieher, die aus dem Osten meist Ostzieher. In den letzten Jahrzehnten überwintern viele Westzieher zudem bereits in Spanien, wo sie auf Mülldeponien Futter finden – ein Beispiel dafür, wie sich Zugverhalten wandeln kann.

Was bedroht Zugvögel?

Der Zug ist die gefährlichste Zeit im Leben eines Vogels. Zu natürlichen Gefahren kommen menschengemachte:

• Lichtverschmutzung: Nachtzieher werden von Stadtlicht angezogen und prallen gegen beleuchtete Glasfassaden.
• Lebensraumverlust: Trockengelegte Feuchtgebiete fehlen als „Raststätten“ zum Ausruhen und Auftanken.
• Klimawandel: Ankunft der Vögel und Schlüpfen der Insekten passen zeitlich nicht mehr zusammen.
• Jagd und Stromleitungen: besonders gefährlich für große Segelflieger.

Kurz gesagt

Zugvögel finden ihren Weg nicht mit einer einzigen Methode, sondern mit mehreren Kompassen, die sich ergänzen. Tagsüber nutzen sie die Sonne zusammen mit ihrer inneren Uhr, nachts den Drehpunkt des Sternenhimmels. Cryptochrome im Auge erlauben ihnen sehr wahrscheinlich, das Erdmagnetfeld wahrzunehmen, und Küsten, Gebirge und Gerüche dienen als Wegweiser. Junge Vögel starten mit einem genetischen Programm und bauen mit der Zeit eine echte innere Landkarte auf.