Waarheen de vogel vliegt

Trekvogels ontlenen aan het aardmagnetisch veld niet alleen hun richtingsgevoel, ze gebruiken het ook als gps-systeem: ze weten precies waar ze zijn.

Acht jonge noordse nachtegalen die nog nooit op trek waren geweest, gingen vorig jaar zomer in de simulator. Gedurende een week veranderden Zweedse biologen het magnetische veld waarin de vogels zich bevonden, precies zoals het natuurlijke aardmagnetisch veld tijdens de najaarstrek van Zuid-Zweden naar Noord-Egypte zou veranderen (Nature, 1 nov). De hoek van het magnetische veld ten opzichte van het aardoppervlak (de inclinatie) liet het team onder leiding van Thord Fransson (Universiteit van Stockholm) geleidelijk afnemen van meer dan 70 graden naar bijna 45 graden, terwijl zij de bijbehorende sterkte van het magneetveld aanpasten van 0,0508 naar 0,0432 millitesla, overeenkomstig de natuurlijke waarden.

Hoewel de nachtegalen geen meter gevlogen hadden (hun kooien bleven tijdens het hele experiment in Stockholm), gedroegen ze zich na zeven dagen alsof zij in Noord-Egypte waren gearriveerd: ze begonnen zich snel vol te eten en kwamen in vijf dagen tijd 3,5 gram aan, een gewichtstoename van 50 procent. Uit veldonderzoek was al bekend dat nachtegalen zich in Noord-Egypte verzamelen voordat zij verder trekken naar de overwinteringsgebieden in Oost-Afrika. Kennelijk bereiden zij zich daar voor op de lange en gevaarlijke reis over de Sahara, een tocht van minstens 1500 kilometer. En kennelijk ligt de prikkel om extra voorraden aan te leggen bij een bepaalde waarde van het aardmagnetisch veld vast in de genen van de jonge zangvogels. Onervaren als ze zijn, houden zij bewust of onbewust rekening met wat komen gaat.

Het nachtegaal-experiment was het gesprek van de dag tijdens een overzichtscursus voor promovendi over `Ecology of Animal Migration', vorige week in het Zuid-Zweedse universiteitsstadje Lund. Vogels hebben blijkbaar niet alleen een besef van de richting waarin zij vliegen (een kompas), maar beschikken ook over een mechanisme dat hen vertelt waar op aarde zij zich precies bevinden een GPS avant la lettre. Datzelfde werd onlangs ook al aangetoond voor dikkopzeeschildpadden (Science, 12 okt) die er op basis van lokale aardmagnetische informatie al zwemmend in slagen om in de juiste oceaanstroming te blijven, zodat zij na tien jaar in de open oceaan weer precies bij hun geboortegrond aan de kust van Florida uitkomen.

Jonge dieren hebben een aangeboren richtingsgevoel, zoveel is duidelijk. En voor dat gevoel hebben ze een aantal `zintuigen' ter beschikking. De Duitse ornitholoog Wolfgang Wiltschko van de Goethe-universiteit in Frankfurt am Main was in 1966 de eerste die aantoonde dat roodborstjes het aardmagnetische veld als kompas gebruiken om hun trekrichting te bepalen. Nog altijd doet hij onderzoek aan vogeloriëntatie, bijgestaan door zijn vrouw Roswitha. Het echtpaar, inmiddels tegen de pensioengerechtigde leeftijd, doceert met verve tijdens de cursus in Lund. Tijdens het college van de één valt de ander voortdurend in de rede met aanvullingen en correcties – in volledige harmonie.

``Er zijn vier vingerwijzingen in de natuur die de vogels als kompas kunnen gebruiken,'' vertelt Roswitha Wiltschko. ``De belangrijkste is het aardmagnetische veld. Vogels gebruiken vooral magnetische oriëntatie. Dan is er het sterrenkompas, waarbij de draaiing van de sterren om de de (vaste) poolster verraadt waar het noorden is. Overdag kunnen vogels gebruik maken van het zonnekompas: aan de hand van de stand van de zon en van de tijd die hun interne klok aangeeft kunnen zij richtingen bepalen. En ten slotte is er nog het zonsondergangkompas: op het noordelijk halfrond gaat de zon altijd min of meer in het westen onder.'' Uit experimenten waarbij vogels twee oriëntaties worden aangeboden die met elkaar in strijd zijn, blijkt dat de magnetische oriëntatie dominant is. Hoe de andere drie zich tot elkaar verhouden is nog onbekend.

Op eigen houtje

Een aantal van deze oriëntatiemiddelen moet erfelijk zijn. Veel jonge trekvogels vliegen op hun eerste reis namelijk niet met hun ouders mee. De meeste zangvogels migreren sowieso in hun eentje, vaak 's nachts. Zij moeten dus een richtingsgevoel van hun ouders erven. En ook de vogels die overdag in formatie trekken laten vaak hun jongen aan hun lot over. Steltloperjongen doen bijvoorbeeld wel hun best om zich bij hun ouders aan te sluiten, maar zijn vaak net te laat vet genoeg voor de trek of hebben nog onvoldoende ontwikkelde veren. Ze zijn dan gedwongen op eigen houtje de weg te vinden.

Een eerste aanwijzing dat vogeloriëntatie een erfelijke component heeft, stamt uit 1958. Dat jaar publiceerde de Nederlandse etholoog Albert Perdeck zijn beroemde verplaatsingsexperiment, waarbij hij gedurende negen jaar meer dan 11.000 spreeuwen ving die in de maanden oktober en november op herfsttrek waren door Nederland (Ardea, aug 1958). Hij ringde de vogels en vervoerde hen per vliegtuig naar Zwitserland, waar hij ze losliet. Uit 354 terugmeldingen kwam een opmerkelijk patroon naar voren. De volwassen vogels trokken in noordwestelijke richting terug naar het oorspronkelijke winterkwartier, in Zuid-Engeland en Noord-Frankrijk. De eerstejaarsvogels echter vlogen op de `automatische piloot' door in hun oude voorkeursrichting en kwamen in Zuid-Frankrijk en Spanje terecht. Blijkbaar profiteerden de oudere vogels van hun ervaring. De jonge vogels kenden slechts hun aangeboren voorkeur voor een richting en een bepaalde afstand die zij moesten vliegen om het overwinteringsgebied te bereiken.

Het experiment van Perdeck is nooit herhaald, maar een paar jaar geleden kwam er opnieuw overtuigend bewijs dat vogels de oriëntatiezin van hun ouders erven. Bij een kruisingsexperiment tussen de oostelijke en westelijke populaties van zwartkoppen, die normaal gescheiden trekroutes hebben, bleek dat de nakomelingen een duidelijk `gemengd' trekgedrag vertoonden.

``Maar wàt de jonge vogels van hun ouders erven is nog een open vraag,'' zegt Thomas Alerstam tijdens de koffiepauze van de promovendicursus in Lund. Hij is hoogleraar dierecologie aan universiteit van Lund en auteur van het standaardwerk Bird Migration (1993). ``De oriëntatiewetenschappers zijn meestal verdeeld in twee kampen: het ene houdt het erop dat vogels kennis van het aardmagnetisch veld erven, de andere ziet meer in de herkenning van lokale omgevingskenmerken als geur of infrageluid, afkomstig van de wind die langs een gebergte blaast of de branding. Meestal sluiten deze partijen elkaars oplossing uit, maar het zou heel goed kunnen dat vogels beide erven.'' En ook voor de erfelijkheid van de kennis van de sterrenhemel zijn duidelijk aanwijzingen, aldus Roswitha Wiltschko. Naar de erfelijkheid van de zonneoriëntatie is nog weinig onderzoek gedaan.

Een andere brandende vraag in de studie van de vogeltrek is hoe de vier oriëntatiemiddelen zich tot elkaar verhouden. Is het magnetisme het belangrijkst? Of toch de sterrenhemel? Niet alle aanwijzingen zijn altijd beschikbaar, en het lijkt er dan ook op dat de vogel de beste methode `kiest', naar gelang de situatie. ``Maar er zijn nog zo weinig trekvogels goed onderzocht dat we niet eens weten of alle trekvogels wel over alle oriëntatiemiddelen beschikken,'' verzucht Roswitha Wiltschko.

Grootcirkels

Dat de oriëntatiewereld van vogels niet star is ondervond Alerstam kortgeleden toen hij ontdekte dat voor trekvogels in het poolgebied niet het magnetische of het sterrenkompas het belangrijkste is, maar het zonnekompas (Science, 12 jan). Alerstam: ``Uit klassieke zogeheten clockshift-experimenten wisten we al dat sommige vogelsoorten, zoals de spreeuw en de duif, gebruik maken van een zonnekompas. In die experimenten wordt het dag-nachtritme verschoven zodat de interne klok van de vogels voor- of achter gaat lopen. Als zij vervolgens vrij worden gelaten, vliegen ze weg in de verkeerde richting omdat ze met hun interne klok de zonnestand anders inschatten. Twee uur verschil met het normale dagnachtritme resulteert in een afwijking van dertig graden in de wegvliegrichting. Niet toevallig komt dat precies overeen met de beweging van de zon.''

Deskundigen hebben om die reden altijd volgehouden dat een dergelijk zonnekompas waardeloos was voor vogels die tijdens de trek lengtegraden passeren, aldus Alerstam. ``Zij komen dan in nieuwe tijdszones en zouden enkele dagen moeten stoppen om hun interne klok weer gelijk te zetten met de lokale tijd. Maar het interessante is dat vogels in het hoge noorden de afwijking juist goed kunnen gebruiken. De constante afwijking laat hen namelijk ongeveer langs zogenoemde grootcirkels vliegen: dat is de kortste weg van A naar B over het bolvormige aardoppervlak.''

Volgens Alerstam vliegen noordse sterns en diverse soorten plevieren en strandlopers zo de meest optimale route van hun broedgebied in het hoge noorden van Canada naar de oostkust van Noord-Amerika, waarvandaan ze verder trekken naar Zuid-Amerika. ``Het is niet meer dan een waarneming, een indirect bewijs, maar het klopt heel goed. Oriëntatie op het aardmagnetische veld zou ze compleet in de verkeerde richting sturen. En zonder het effect van de tijdsverschuiving zouden ze ook vreemde koersen aanhouden. Oriëntatie op de zon met de bijbehorende afwijking verklaart de gekozen route het best. Tijdens de trekperiode is de zon in de poolstreek immers het gehele etmaal zichtbaar.''

Alerstam: ``Een vogel heeft vele oriëntatiesystemen tot zijn beschikking, het zou mij niets verbazen als hij per geval de beste uitkiest. In arctische gebieden gebruiken vogels het zonnekompas, in gematigde en tropische gebieden hebben het magnetische en sterrenkompas de voorkeur.''

Of vogels zo precies zijn in de toepassing van hun oriëntatiemiddelen is echter de vraag. Want in het hoge noorden blijken ze óók hun `magnetisch gevoel' te volgen, zo ontdekte ecologe Susanne Åkesson van de Universiteit van Lund. In de zomer van 1999 voerde ze een bijzonder oriëntatie-experiment uit met witkruingorsen (Proceedings of the Royal Society, London B, 22 sep 2001). Deze zangvogels broeden in de bossen van Alaska en trekken bij het naderen van de winter naar Californië en Arizona. Åkesson reisde mee aan boord van een Canadese ijsbreker en nam een aantal vogels mee om hun oriëntatievermogen te testen in de hoogarctische toendra. Met de boot kon Åkesson de noordelijke archipel van Canada te bereiken, waar zij de vogels op het vasteland testte.

Witkruingorsen komen normaal niet voor in dit gebied, maar omdat het zo dicht bij de magnetische noordpool ligt, is het een ideaal testgebied om de invloed van aardmagnetisme op de vogeloriëntatie te meten. Op de magnetische noordpool wijzen de magnetische veldlijnen loodrecht het aardoppervlak in. Hoe dichter bij de pool, hoe geringer de richtingsinformatie in het magneetveld.

``De magnetische noordpool verplaatst zich gemiddeld zo'n vijftien kilometer per jaar,'' zo legt Åkesson uit op haar werkkamer in het Ekologihuset. ``Zelfs gedurende een etmaal wijzigt de positie, afhankelijk van zonne-activiteit en processen in het binnenste van de aarde. De afwijking kan fors zijn. Tijdens een `magnetische storm', tijdens een verhoogde zonne-activiteit, wandelt de pool tot tachtig kilometer per dag. Maar wij hadden geluk: op het moment dat wij onze experimenten uitvoerden, bevond de magnetische noordpool zich redelijk stabiel op het puntje van het uiterst noordelijk gelegen Canadese Ellef Ringnes-eiland. Zo konden wij de vogels precies op de magnetische noordpool testen.''

De hoogarctische condities waaronder Åkesson moest werken maakten het onderzoek niet eenvoudig: ``De ijsbreker moest soms verder varen omdat hij anders in het ijs vast zou raken.'' Ze slaagde er desondanks in de vogels op verschillende plaatsen tweemaal te testen; één nacht bij bewolkte hemel en één nacht bij heldere hemel.

Bij bewolkte hemel, gesimuleerd door een matglazen deksel, bleken de vogels nog steeds een richting te kunnen destilleren uit de zeer steile inclinatiehoeken van het aardmagnetische veld. Pas exact op de magnetische noordpool, als de inclinatie verticaal is, raakten ze gedesoriënteerd.

Bij onbewolkte hemel ondervinden dezelfde vogels geen problemen op de magnetische noordpool. Blijkbaar halen ze dan richtingsaanwijzingen uit de polarisatie van het licht of de verkleuringen van de hemel die de positie van de zon aangeeft. De zon zelf konden zij niet zien omdat hij niet boven de rand van de trechter uitkwam. Ook is er 's zomers in de poolnacht geen sterrenhemel zichtbaar.

Het superieure richtingsgevoel van de vogels verbaasde Åkesson: ``Het is bijna ongelooflijk dat witkruingorsen zo'n subtiele variatie, anderhalve graad ten opzichte van het verticaal, nog kunnen waarnemen.''

Trek naar het noorden

En dan nog het eeuwige raadsel van de vogeltrek: waarom doen ze al die moeite? Volgens Alerstam is het antwoord op die vraag amper te geven. ``Aangezien historische gegevens onbreken, blijft dat speculatie. Onderzoekers hebben geprobeerd een verwantschap tussen trekkende zangvogels in Europa te ontdekken, maar een afstammingstructuur ontbreekt totaal. Het staat dus wel vast dat migratie meermalen onafhankelijk is ontstaan.''

Zelfs het perspectief van waaruit je de vogeltrek bekijkt is een probleem, zegt Alerstam. ``Als Europeanen gaan wij er vaak vanuit dat vogels naar het zuiden trekken om de koude te ontwijken. Dat is mogelijk, maar het trekgedrag kan ook een zuidelijke oorsprong hebben. Tropische vogels die naar het noorden trokken hadden in noordelijker gebieden misschien een hoger broedsucces dan in hun oorspronkelijke leefgebied. Of minder last van roofdieren en parasieten. Zo concurreerden zij de niet-trekkende vogels eruit. Het trekgedrag is geëvolueerd na de laatste ijstijd en voordat de Sahara ontstond. De trek moet vroeger een stuk makkelijker zijn geweest, maar vogels hebben zich weten aan te passen aan deze barrière.''

Alerstam noemt het vliegvermogen en het bijbehorende trekgedrag over grote afstanden ``het evolutionaire wapen van vogels''. De in menselijke ogen enorme investering heeft voor de dieren waarschijnlijk wel degelijk biologisch nut, aldus Alerstam. ``Vliegen is snel wel tien keer sneller dan lopen en vliegen is uiterst efficiënt in het energieverbruik. Dat maakt dat vogels in korte tijd grote afstanden kunnen overbruggen en voedselbronnen en nestgelegenheden in de meest uiteen gelegen gebieden kunnen benutten. Zo creëren ze aan een stuk door optimale omstandigheden.''

    • Sander Voormolen