Lige her sidder trækfuglens indre kompas

Trækfugle tilbagelægger store afstande, når de flyver mellem forårets nordlige ynglepladser og vinterens sydlige opholdssteder. De første registreringer af trækfugle går mere end 3.000 år tilbage og blev foretaget af oldtidens grækere, der formentlig ligesom nutidens mennesker undrede sig over, hvordan fuglene kunne tilbagelægge tusindvis af kilometer uden at fare vild.

I 2000 mente forskere at kunne vise, at der sidder et protein i trækfuglens øje, som hjælper den med at finde vej. Denne konstruktion – et indre, magnetiske kompas - fungerer ved at tage information fra lys og omdanne den til en kurs, som fuglene kan følge.

Rødkælken (Erithacus rubecula) er almindelig i Danmark. Hannerne bliver her ofte om vinteren, mens hunner og ungfugle trækker til Syd- og Vesteuropa. Foto Colourbox.

Siden den opdagelse har det dog været et mysterium, hvilke grundlæggende, sensoriske mekanismer, der ligger bag fuglenes evne til såkaldt magneto-reception.

Studier af rødkælke

For at løse denne gåde slog en forskergruppe fra SDU sig sammen med kolleger fra universitetet i Oldenburg, Tyskland. 

Teamet har udført en række studier og simuleringer, der afslører den præcise placering af det indre kompas og dets opbygning. Arbejdet bygger på studier af rødkælke, sekventering af deres gener og computer-mikroskopi af fugleøjne.

- Vi mener, at vi kan udpege det rette magneto-receptor molekyle i trækfugle, siger lektor Ilia Solov’yov fra Syddansk Universitet.

Studierne er offentliggjort i tidsskriftet Current Biology.

Hvordan bliver lys omdannet til en retningsanvisning?

Ilia Solov’yov er teoretisk fysiker, beregningsbiolog og leder af Quantum Biology and Computational Physics Group på SDU. Supercomputeren ABACUS er ofte et vigtigt værktøj i hans forskning. Foto: Anders Boe/SDU.

- Fuglenes indre, magnetiske kompas har brug for lys for at kunne fungere, og udfordringen har længe været at finde ud af præcist hvilket protein, der er på spil i denne proces. Teorier har kredset om de såkaldte kryptokromer – men disse kryptiske proteiner findes i et utal af variationer, så spørgsmålet var: Hvilket et af dem?, siger han.

Kryptokromer hører til en stor gruppe af proteiner, som findes i alle levende organismer, både planter og dyr. I planterne og visse dyrearter spiller de en rolle for organismens opretholdelse af døgnrytme, så organismen ved, om det er nat eller dag. I pattedyr sidder kryptokromerne normalt i cellekernen.

I fuglens nethinde

Indtil nu har forskere fundet kryptokromer i nethinden på flere fuglearter. Tre af disse viser ingen relevans for magneto-reception, konkluderer Ilia Solov’yov og hans kolleger.

- Men det fjerde, Cry4, lader til at skille sig markant ud fra sine familiemedlemmer, siger Ilia Solov’yov.

Det altafgørende protein for trækfugles evne til at finde vej sidder i den ydre del af nethindens dobbelt-keglede lysreceptor-celler. Dette nyfundne protein hedder kryptokrom 4 (Cry4). Illustration: Ilia Solovýov.

Når lys rammer kryptokromet i en trækfugls øje, gennemgår det en kemisk reaktion, som styres af retningen af Jordens magnetiske felt. Dette skaber et signal af fuglens position.

Dette molekyle udtrykkes markant mere, når rødkælken er på træk

Under ledelse af professor Henrik Mouritsen i Oldenburg var det næste skridt at sammenligne udtrykket af kryptokromer i rødkælke i de perioder, hvor de er på træk sammenlignet med de perioder, hvor de ikke er på træk.

Forskerholdet opdagede, at Cry4 udtrykkes markant mere i træk-sæsonen end i de perioder, hvor fuglene ikke trækker.

- Det er en stærk indikator for, at det ansvarlige protein er Cry4.

20.000 timers supercomputer-arbejde

Forskerne fortsatte deres jagt på detaljer og har derfor også bestemt Cry4s struktur og placering i øjets nethinde. 

De sekventerede Cry4 fra en rødkælks nethinde og kunne derefter definere Cry4s struktur. Dette arbejde blev udført på supercomputeren ABACUS, der står på SDU og  krævede ca. 20.000 node timer, dvs. at der ville gå 20.000 timer, hvis simulationsarbejdet på computeren kørte med en beregningsnode, som har 24 kerner. Hvis samme beregninger skulle udføres på en almindelig laptop, ville det tage 15 år.

- Cry4s struktur er unik og klart forskellig fra andre kryptokromer, siger Ilia Solov’yov.

Bedre mulighed for at redde vilde dyr

Studierne har afsløret præcist, hvor Cry4 udtrykkes: Det er i den yderste del af nethindens dobbeltkeglede lysreceptor-celler.

Vindmøller kan udgøre en fare for trækkende fugle. Foto: Colourbox.

Det er ikke kun trækfugle, der har et indre kompas. Også andre dyr har, f.eks. bier.

- Hvis vi kan forstå disse indre kompasser i dyr, får vi mere viden om naturen, og den viden kan vi måske bruge til at beskytte dyrelivet. Mange fugle bliver dræbt af vindmøller, fordi de bliver forstyrret af turbulensen omkring møllerne. Hvis vi fandt ud af, hvilke magnetiske felter findes omkring møllerne, kunne man måske konstruere en eller anden form for beskyttelseszone omkring møllerne, så fuglene ikke bliver dræbt, siger Ilia Solov’yov.