Navigatie en oriëntatie bij vogels

Trekvogels leveren zeer tot de verbeelding sprekende prestaties. Er zijn talloze soorten die jaarlijks duizenden kilometers vliegen om te overwinteren en in het voorjaar weer terug te keren, niet alleen in de streek, maar zelfs op hetzelfde adres. Er is veel onderzoek gedaan hoe het mogelijk is dat vogels in staat zijn met een dergelijke precisie dit te kunnen presteren. Al meer dan 150 jaar geleden opperde een Russische zoöloog Alex von Middendorf het idee dat vogels een magnetisch zintuig zouden bezitten om dit gedrag mogelijk te maken. Daarna werd het lange tijd stil maar het onderzoek ging door. Eerst met eenvoudige middelen als het ringen van vogels, daarna met ‘laboratorium’ onderzoek en nu met nieuwe technologische mogelijkheden zoals GPS apparatuur en geolocators. Langzaam maar zeker lijken vele raadsels te worden ontmaskerd.

Vogeltrek

Natuurlijk namen vroeger de mensen ook waar dat afhankelijk van het seizoen vogels kwamen en gingen. In de (soms vroege) lente kwamen vogels terug om in het najaar weer te verdwijnen. Van deze trek is door ringonderzoek duidelijk geworden waar de vogels zoal naar toe trokken. Het feit dat de vogels hier wegtrekken heeft vooral te maken met de aankomende winter waarbij er geen of onvoldoende voedsel meer beschikbaar is. De zwaluwen bijvoorbeeld zijn afhankelijk van insecten die tijdens de vlucht worden gevangen. In het najaar vertrekken deze soorten naar Afrika om daar te overwinteren. In Afrika is voldoende voedsel aanwezig maar in het winterse Europa niet meer. Ook de Kievit is wat dat betreft ook een mooi voorbeeld. Van oktober tot maart kent deze soort een ‘koudweertrek’. De kievit is gespecialiseerd op het eten van wormen die met trillende pootbewegingen boven de aarde worden gebracht. Valt er echter vorst in en bevriezen de landerijen dan is de kievit verstoken van voedsel. Vandaar dat de kievit met de vorstgrens meetrekt. Soms zijn er massale ‘vorstvluchten’ van kieviten bij de nadering van een koudefront. Het blijvend kunnen beschikken over voedsel is de motor achter de vogeltrek. Via jarenlang ringonderzoek weten we ook waar de vogels naar toe trekken, maar op welke wijze het mechanisme van de vogeltrek nu precies werkt is nog niet helemaal duidelijk. Dat vogels daarbij gebruik maken van het aardmagnetisch veld is niet langer meer omstreden.

Het aardmagnetisch veld

Dat de aarde een magnetische werking heeft is al heel lang bekend. Het was echter de Duitse natuurkundige Gauss die halverwege de 19e eeuw ontdekte dat de bron van het aardmagnetisch veld in het binnenste van de aarde was gelegen. De schommelingen in dit veld komen van buiten. De aarde kan worden voorgesteld als een soort van reusachtige magneet. Die magneet heeft twee uiteinden, de noordpool en de zuidpool. Tussen die twee polen loopt het aardmagnetische veld. Dit is een magnetisch veld dat de gehele aarde omringt. Het magnetische veld heeft op ieder plek op aarde verschillende krachten zowel in horizontale als verticale richting. Het was de Russische zoöloog Alex von Middendorf die in 1859 het idee lanceerde dat vogels gebruik zouden maken van een magnetisch zintuig waarmee de magnetisch velden zouden kunnen waargenomen. Vele jaren lang hebben gezaghebbende ornithologen het idee van Middendorf verworpen. Eerst in begin jaren vijftig van de vorige eeuw was het de Duitse ornitholoog Gustav Kramer die het verschijnsel van de oriëntatie op een andere wijze ging benaderen. Het navigeren kende volgens hem twee stappen. De eerste stap is dat vogels die worden losgelaten moeten weten waar ze zijn en de tweede stap dat ze moeten weten welke kant ze op moeten vliegen om ‘thuis’ te komen. Bij mensen gaat dat in ieder geval zo. Die kijken op een kaart om te weten waar ze zijn en vervolgens kan men met een kompas bepalen welke kant men op moet. Dit concept bestaat bekend als Kramers ‘kaart en kompas’ model. We kennen verschillende kompassen. Het meest bekende kompas is het magnetisch kompas. Dit is een instrumentje met een magnetische naald die zich richt naar de krachtlijnen van het magnetisch veld dat de aarde omgeeft. De naald wijst daarbij naar het noorden. Verder wordt er door ornithologen ook wel gesproken over een zonnekompas voor de soorten die overdag trekken en de positie van de zon zouden gebruiken en van een sterrenkompas waarbij de nachtelijke trekkers de positie van de sterren zouden gebruiken om de richting te bepalen. In de jaren vijftig van de vorige eeuw waren ook Frederick Merkel en zijn student Wolfgang Wiltschko die de eerste duidelijke aanwijzingen vonden van een magnetisch kompas bij vogels.

Zij vingen vlak voor dat ze wilden gaan trekken de nachtelijk trekkende roodborsten en zetten deze in een kooi waarbij de vogels de nachtelijke hemel konden zien en zo konden ze waarnemen in welke richting de roodborsten hipten en fladderden. Zo kon men dus zien in welke richting de vogeltjes wilden trekken. Op grond hiervan ontdekte men dat de vogels de sterrenhemel als kompas gebruikten. Toen ze echter soortgelijk onderzoek deden bij en nachtelijke hemel waarbij de sterren niet zichtbaar waren raakten de vogels niet gedesoriënteerd zoals men verwachte, maar de vogels kozen nog steeds dezelfde richting. Omdat de vogels de sterrenhemel niet nodig hadden om de juiste richting te kunnen kiezen moest er iets anders in het spel zijn. Men ging na of dat een magnetisch kompas was en zo werden gevangen roodborsten in kooien geplaatst en men wekte zelf een magnetisch veld op waarvan ze de richting konden veranderen. Het hippen en gefladder veranderde inderdaad van richting als de richting van het magnetisch veld werd veranderd. Inmiddels is er wetenschappelijk wel sprake van een brede consensus dat vogels inderdaad een zintuig hebben dat het mogelijk maakt oriëntatie en navigatie aan de hand van het magnetische veld mogelijk te maken.

Ook bij duiven is gebleken dat ze gevoelig zijn voor magnetische velden en deze kunnen waarnemen. Onderzoek heeft aangetoond dat onderscheid wordt gemaakt tussen de aan- en afwezigheid van een kunstmatig opgewekt magnetisch veld. Door wetenschappers zijn ook microscopisch kleine magnetietdeeltjes in de zenuwuiteinden van de bovensnavel bij duiven gevonden. Magnetiet is een mineraal toegepast in kompassen. Deze deeltjes magnetiet kunnen mogelijk functioneren als magneetreceptoren. Nog niet is helemaal duidelijk hoe het aardmagnetisch veld wordt gebruikt.

Aannemelijk is dat de duif gelost op een aantal honderden kilometers van huis, ‘voelt’ dat de magnetische krachten anders zijn dan thuis. Hij moet het vermogen hebben bij waarneming van het magnetisch, veld de koers te kiezen die het beste beantwoord aan de richting waar het voor de duif bekende magnetisch veld bij het thuishok zich bevindt. Op deze wijze komt hij steeds meer in de richting van zijn thuishok. Ook bij vele andere diersoorten is magnetiet aangetroffen die als receptoren dienst kunnen doen bij navigatie op het aardmagnetisch veld Maar in Nature van 28 oktober 2009 publiceerde een Duits onderzoeksteam onder leiding van Henrik Mouritsen aan dat vogels bij hun navigatie een bepaald gedeelte voor in hun hersenen, genaamd cluster N, gebruiken bij hun navigatie op het aardmagnetisch veld. In dit hersengebied ontvangen de vogels informatie van bepaalde fotopigmenten in het oog van de vogel. De vogels zouden daarom navigeren op het magneetveld van de aarde alsof het een landkaart is.

Verschillende magnetische kompassen?

Er lijkt geen verschil van mening over het gebruik maken van het magnetisch veld, maar mogelijk maken verschillende soorten daar op een andere wijze gebruik van. Ook bij kippen, een niet trekkende bosvogel, ontdekte het biologenechtpaar Wolfgang en Roswitha Wiltschko dat ook kippen zich kunnen oriënteren met behulp van het aardmagnetisch veld. Dit wijst er op dat dit zintuig al vroeg in de evolutie van vogels tot ontwikkeling is gekomen. Het is dan ook niet onwaarschijnlijk dat dit zintuig zich pluriform heeft ontwikkelt. Zo blijkt bij postduiven dat er bij deze soort niet alleen op het aardmagnetisme richt, maar ook op bijvoorbeeld de zon. Als er duiven worden gelost bij een bewolking waarbij geen blauwe plekken meer te zien zijn, blijkt dat de vluchten niet goed verlopen. De duiven hebben de zon nodig om succesvol het ‘thuishok’ te kunnen vinden. Ook wat blauwe plekken tussen de wolken zijn voldoende voor een goed vertrek van de duiven. Duiven zijn namelijk gevoelig voor polarisatie van licht. De polarisatie is een trillingsrichting van het licht. Dit lichtaspect dat voor mensen niet zichtbaar is kunnen duiven echter wel waarnemen. De polarisatie of de trillingsrichting is namelijk in elk stukje blauwe lucht aanwezig. Hiermee kunnen de duiven de positie van de zon wel waarnemen. Als duiven onder goede omstandigheden worden gelost en men onderweg naar huis gesloten bewolking treft, dan heeft dat nauwelijks invloed op de navigatie en blijkt de zon een onbelangrijke rol te spelen. De rol van de zon als oriëntatiemiddel plaatst ons ook voor raadsels als het gaat over duiven, die in staat blijken ook in de nacht door te vliegen en het thuishok te bereiken. Het is wel zeker dat duiven daarbij gebruik maken van het aardmagnetisch veld.