Autor(en):
Leberecht B*, Kobylkov D, Karwinkel T, Döge S, Burnus L, Wong SY, Apte S, Haase K, Musielak I, Chetverikova R, Dautaj G, Bassetto M, Winklhofer M, Hore PJ, Mouritsen H.
* Institute for Biology and Environmental Sciences, Carl von Ossietzky University Oldenburg, 26129, Oldenburg.
Deutschland
Veröffentlicht in:
J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol 208 (1): 97-106
Veröffentlicht: 12.01.2022
auf EMF:data seit 29.05.2022
Weitere Veröffentlichungen: Studie gefördert durch:

Projekt DEAL: Deutsche Forschungsgemeinschaft (Projektnummer 395940726-SFB 1372 ‘Magnetoreception and Navigation in Vertebrates’ to HM, MW, and PJH employing BL, TK, SYW, KH, IM; and GRK 1885 “Molecular basis of sensory biology” to HM and MW employing SA and RC), by a Graduate School Scholarship Programme (2017-57320205) from ‘DAAD: German Academic Exchange Service’ to RC, by a stipend from ‘Landesgraduiertenkolleg Nano-Energieforschung’ funded by the ‘Ministerium für Wissenschaft und Kultur’ of Lower Saxony to DK via HM, by the European Research Council [under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme, Grant Agreement No. 810002 (Synergy Grant: ‘QuantumBirds’ warded to HM and PJH, employing MB)].

Schlagwörter zu dieser Studie:
Wirkungen auf Tiere
Medizinische/biologische Studien
zur EMF:data Auswertung

Breitbandige 75-85 MHz-Hochfrequenz-Felder stören die Magnetkompass-Orientierung bei nachtaktiven Singvögeln, in Übereinstimmung mit einem Flavin-basierten Radikalpaar-Magnetorezeptor.

Broadband 75–85 MHz radiofrequency fields disrupt magnetic compass orientation in night-migratory songbirds consistent with a flavin-based radical pair magnetoreceptor.

Original AbstractÜbersetzung n.n. vorhanden!

The light-dependent magnetic compass sense of night-migratory songbirds can be disrupted by weak radiofrequency fields. This finding supports a quantum mechanical, radical-pair-based mechanism of magnetoreception as observed for isolated cryptochrome 4, a protein found in birds’ retinas. The exact identity of the magnetically sensitive radicals in cryptochrome is uncertain in vivo, but their formation seems to require a bound flavin adenine dinucleotide chromophore and a chain of four tryptophan residues within the protein. Resulting from the hyperfine interactions of nuclear spins with the unpaired electrons, the sensitivity of the radicals to radiofrequency magnetic fields depends strongly on the number of magnetic nuclei (hydrogen and nitrogen atoms) they contain. Quantum-chemical calculations suggested that electromagnetic noise in the frequency range 75–85 MHz could give information about the identity of the radicals involved. Here, we show that broadband 75–85 MHz radiofrequency fields prevent a night-migratory songbird from using its magnetic compass in behavioural experiments. These results indicate that at least one of the components of the radical pair involved in the sensory process of avian magnetoreception must contain a substantial number of strong hyperfine interactions as would be the case if a flavin–tryptophan radical pair were the magnetic sensor.

Keywords

 

Radical pair mechanism | Magnetoreception | Bird orientation | Electrosmog | Broadband electromagnetic fields

Exposition:

Magnetfeld der Erde
HF allgemein
75-85 MHz

EMF:data Auswertung

Zusammenfassung

Der Magnetkompass von nachtaktiven Singvögeln ist ein Neigungskompass, der lichtabhängig ist und das visuelle System der Vögel einbezieht. Die Fähigkeit der Vögel, sich mit Hilfe ihres Magnetkompasses zu orientieren, hängt von der Wellenlänge des Umgebungslichts ab. Darüber hinaus stören sehr schwache breitbandige Hochfrequenzfelder von ~ 100 kHz bis ~ 10 MHz ihren Magnetkompass. Dieser Befund unterstützt einen quantenmechanischen, auf Radikalpaaren basierenden Mechanismus der Magnetorezeption. Die genaue Identität der magnetisch empfindlichen Radikale in Cryptochrom ist in vivo unklar, aber ihre Bildung scheint einen gebundenen Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD)-Chromophor und eine Kette von vier Tryptophan-Resten (TrpH) innerhalb des Proteins zu erfordern. Jeder mutmaßliche Magnetit-basierte Sensor sollte nicht von HF-Feldern mit der niedrigen Intensität und dem niedrigen Frequenzbereich, die in den Verhaltensexperimenten verwendet wurden, beeinflusst werden. (Für den Magnetit-Sensor beträgt der Schwellenwert in Tierexperimenten 20–25 nT – hier wurden nur 8 nT verwendet). Bei Singvögeln sind mindestens sechs verschiedene Cryptochrom-Varianten bekannt: Cry1a, Cry1b, Cry2a, Cry2b, Cry4a und Cry4b. Cry4a von nachtaktiven Rotkehlchen (Erithacus rubecula) hat sich kürzlich in vitro als magnetisch empfindlich erwiesen. Ein wichtiger Punkt, der aus Berechnungen hervorgeht, ist, dass jedes Radikal eine „Grenzfrequenz“ hat, oberhalb derer es nicht mehr in Resonanz mit einem HF-Feld steht und daher nicht mehr von diesem beeinflusst werden kann. Diese Obergrenzen wurden auf ~ 120 MHz für FAD-- und ~ 100 MHz für TrpH-+ geschätzt, welches die vermuteten Magnetfeld-empfindlichen Radikale in Cryptochrom sind. Man kann davon ausgehen, dass FAD---TrpH-+ für alle Frequenzen im Bereich von 1–120 MHz weitgehend gleich empfindlich ist und von Frequenzen oberhalb von 120 MHz nahezu unbeeinflusst bleibt.

Quelle: ElektrosmogReport Mai 2022 | 28. Jahrgang, Nr. 2

Studiendesign und Durchführung

Quantenchemische Berechnungen legten nahe, dass elektromagnetisches Rauschen im Frequenzbereich von 75–85 MHz Informationen über die Identität der beteiligten Radikale liefern könnte. Es wurden Verhaltensexperimente mit Mönchsgrasmücken (Sylvia atricapilla) in nichtmagnetischen Käfigen durchgeführt, wobei die Vögel in Trichter gesetzt wurden. Die Verhaltensexperimente wurden unter zwei statischen Magnetfeldbedingungen durchgeführt, dem normalen Magnetfeld (NMF) und einem veränderten Magnetfeld (VMF), bei dem die horizontale Komponente des Feldes um 120° gegen den Uhrzeigersinn gedreht wurde. Statische Magnetfelder wurden durch ca. 2 × 2 m große rechteckige Spulen erzeugt. Während der Zugzeit zeigen nachts ziehende Singvögel eine „Zugunruhe“, die sich durch Herumspringen und Flügelschlagen im Käfig äußert. In Zeiten nächtlicher Zugunruhe springen die Vögel in die Richtung, in die sie ziehen wollen. Durch die schrägen Seiten der Trichter rutschen sie wieder nach unten und hinterlassen Spuren auf kratzempfindlichem Thermopapier, mit dem die Trichter ausgekleidet sind. Auf diese Weise konnte die beabsichtigte Zugrichtung der Vögel aufgezeichnet werden. Für jeden Vogel wurde der Mittelwert der Orientierung aller Tests in einer bestimmten Behandlungsbedingung berechnet.

Ergebnisse

Hier wurde gezeigt, dass breitbandige 75–85-MHz-Hochfrequenzfelder einen nachtaktiven Singvogel daran hindern, seinen Magnetkompass zu benutzen. Im normalen Oldenburger Erdmagnetfeld (NMF) ähnelte die Gruppenorientierung der Vögel, die nicht mit 75–85 MHz-HF-Feldern exponiert worden waren, der Frühlingszugrichtung, wie sie natürlicherweise zu beobachten ist. Wurde die horizontale Komponente des Magnetfeldes um 120° gegen den Uhrzeigersinn gedreht, passten die Vögel ihre Orientierung entsprechend an. Bei Vögeln, die mit 75–85 MHz-HF-Feldern mit einer Intensität von 2,53 pT/√Hz (etwa 8 nT) exponiert wurden, war die Gruppenorientierung zufällig, sowohl unter NMF- als VMF-Bedingungen.

Schlussfolgerungen

Bei der Anwendung von 75–85 MHz war die mittlere Orientierung der Mönchsgrasmücken als Gruppe sowohl unter den NMF- als auch unter den VMF-Bedingungen nicht vom Zufall zu unterscheiden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass mindestens eine der Komponenten des Radikalpaares, das am sensorischen Prozess der Magnetorezeption der Vögel beteiligt ist, eine beträchtliche Anzahl starker Hyperfein-Wechselwirkungen enthalten muss. Dies deutet darauf hin, dass ein Flavin-Tryptophan-Radikalpaar der magnetische Sensor sein könnte. Es wird interessant sein, weiter zu untersuchen, ob die Schwelle, oberhalb derer die Vögel nicht mehr auf HF-Felder reagieren, tatsächlich im Bereich von 120 MHz liegt. (AT)