Magnetic orientation in migratory birds

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Om flyttfåglarnas magnetiska orientering Fåglarnas flyttning har fascinerat människan i alla tider och det finns fortfarande många obesvarade frågor om hur fåglarna hittar sina flyttningsvägar. Flyttande fåglar använder olika typer av ledtrådar för att orientera sig. Orienteringexperiment har visat att fåglarna använder information från både himlavalvet och jordens magnetfält för att finna sin flyttningsriktning. Solkompassen relaterat till lokal tid, mätt med deras inre klocka, gör att de kan bestämma solens position under dagens lopp. Även mönstret av polariserat ljus över himmeln, vilket syns bäst vid gryning och skymning, är viktigt för orienteringen. När väl ungfåglarna har lärt sig stjärnornas placering på himmeln genom att iaktta stjärnhimmelns rotation runt Polstjärnan, ger stjärnkompassen dem den geografiska riktningen. Sist men inte minst har fåglarna förmågan att använda jordens magnetfält för orientering och det är detta som är huvudämnet i denna avhandling. Jorden är jämförbar med en enorm stavmagnet som skapar ett eget magnetfält, som i princip är parallellt med jordens axel men med en viss avvkelse, den så kallade missvisningen. Magnetfältet är riktat uppåt från jordytan vid Sydpolen och nedåt vid Nordpolen. Flyttande fåglar har en så kallad inklinationskompass som beror på de magnetiska fältlinjernas riktning längs den magnetiska nord-syd-axeln och lutningen av de geomagnetiska fältlinjerna, förmodligen i förhållande till jordens dragningskraft. Både på norra och södra halvklotet så möts de magnetiska fältlinjerna och horisonten i riktning mot polerna medan öppningen på inklinationsvinkeln i förhållande till jordytan är riktad mot ekvatorn. Därför bör fåglarnas flyttbeteenden vara kodade på ett liknande sätt oberoende om de lever på norra eller södra halvklotet. Detta innebär att de flyger i riktning mot ekvatorn på hösten efter häckningssäsongen när dagarna blir kortare och i riktning mot polerna på våren när dagarna blir längre. Fåglar visar “flyttningsoro”, ett hopp-beteende som bara syns under flyttningssäsongerna och som är riktad mot den flyttningsriktning som fåglarna har naturligt. Flyttningsoron kan mätas genom att man sätter varje fågel i en orienteringsbur utformad som en tratt med sluttande väggar, under ungefär en timmes tid. Trattarna eller burarna är antingen invändigt klädda med Tipp-Ex-papper (skrivmaskinkorrigeringspapper) eller med 8 plattor kopplade till en dator som registrerar riktningen på fågelns flyttningsoro. I beteende-experiment har man visat att fåglarnas inklinationskompass är beroende av ljus med specifika våglängder, dvs. fåglar är väl orienterade i den säsongsmässigt förväntade flyttningsriktningen när de testas i blått, turkost och grönt ljus men desorienterade i gult och rött ljus. Man tror att fåglarna kan se de magnetiska fältlinjerna, på liknande sätt som normalt seende, och att magnetkänsliga fotoreceptorer som stimuleras av olika färger uppfattar denna information. För att undersöka detta ljusberoende mer i detalj gjorde jag orienteringsexperiment med rödhakar i olika spektra och intensiteter av ljus. Våra experiment visade välorienterat beteende i grönt, lågintensivt ljus och total desorientering i grön-gult ljus, dvs. två spektra som bara marginellt skiljer sig åt. I rött, lågintensivt ljus visade alla våra rödhakar en felvriden orienteringsriktning. De här resultaten visar att fåglarna förmodligen har mer än en av dessa magnetkänsliga fotoreceptorer: en i den blå-gröna delen som tillåter fågeln att orientera i sin flyttningsriktning och en i den röda delen av spektrat som får fågeln att vrida sin orientering bort från flyttningsriktningen. De fungerar förmodligen motsatt varandra så att när båda receptorerna är aktiverade, som i grön-gult ljus, så blir fåglarna desorienterade. I början av min tid som doktorand hade jag den unika möjligheten att delta i en expedition organiserad av Svenska Polarforskningssekretariatet (Tundra Northwest 1999) till norra Canada. Vid höga nordliga breddgrader korsar de magnetiska fältlinjerna jordens yta med en mycket spetsig inklinationsvinkel. Ju brantare fältlinjerna är desto svårare är det för fåglarna att avgöra den korrekta magnetiska nord-sydaxeln och transformera denna information till en flyttningsriktning. Våra huvudprojekt var att studera fåglarnas orienteringsförmåga nära och vid den magnetiska nordpolen (där de magnetiska fältlinjerna är helt vertikala) och att undersöka effekten av att förflytta både unga och gamla fåglar över längdgraderna (från väst till öst). Därför fångade vi två arter av nordamerikanska sparvar, vitkronad sparv och gulbrynad grässparv, i Inuvik, Northwest Territories och transporterade en del av dessa fåglar med isbrytare österut genom kanadensiska Arktis till Iqauit, Nunavut. Genom att göra upprepade tester i orienteringstrattar kunde vi visa att fåglarna kunde orientera i den säsongsmässigt förväntade riktningen även vid höga arktiska breddgrader endast med hjälp av deras magnetkompass, och att de även prioriterade magnetkompass-information framför information från himlen (sol och senare stjärnor). Detta är lite oväntat eftersom datorsimuleringar som jag har gjort visade att om en fågel skulle följa en magnetisk kompasskurs (hålla en konstant magnetisk riktning) skulle den slutligen snurra runt magnetiska nordpolen i stället för att nå sin övervintringsplats i södra USA och Mexico. Vi kunde alltså visa att fåglars inklinationskompass är så känslig att vitkronade sparvar kan använda sin magnetkompass även i magnetiska fält med en inklination som bara skiljer sig 1,4° från vertikalt (riktat rakt ned i marken). Vid själva magnetiska nordpolen, som just då låg vid Ellef Ringnes Island, var fåglarna totalt förvirrade och inte kunda lista ut sin flyttriktning om de inte kund se himlen. Under tiden som fåglarna förflyttades österut upptäckte vi att de ändrade sin orientering som en reaktion på ändrad missvisning (riktningsskillnaden mellan geografisk och magnetisk nordriktning). Det vill säga att fåglarna avläste regelbundet både himmelns och de magnetiska orienteringsfaktorerna och verkade veta var de befann sig i förhållande till sin hemort (Inuvik). Hittills hade vi trott att unga fåglar, som gör sitt livs första flyttningsresa och därför inte har någon tidigare erfarenhet av flyttnigar, inte skulle kunna kompensera för en sådan förflyttning och därmed inte heller kunna navigera. I sista delen av min avhandling undersökte jag sambandet och kalibreringen mellan himmelns och de magnetiska faktorerna i en genomgång av befintlig litteratur. Det kan vara viktigt för fåglar att kunna få motsägelsefull information från olika orienteringssystem (magnetkompass, himmelskompasser) att stämma överens när de följer den artspecifika flyttningsriktningen, speciellt för unga fåglar som saknar erfarenhet. Bland annat fick vi indikationer på att för att kunna omkalibrera magnetkompassen var tillgång till information från himlens polarisationsmönster både vid gryning och skymning nödvändigt. Så slutligen: Resultaten av denna avhandlingen visar att magnetkompassen spelar en viktig roll i fåglarnas orienteringssystem, men hur den fungerar tillsammans med andra orienteringssystem (sol- och stjärnkompass) är mycket komplicerat. Fler studier av orientering med hjälp av magnetkompass kommer att behövas för att få klarhet i alla kvarvarande mysterier!