Zeitschrift für vergleichende Physiologie

, Volume 49, Issue 4, pp 301–340

Untersuchungen über die Magnetfeld-Orientierung von Dipteren

  • Günther Becker
  • Ulrich Speck
Article

DOI: 10.1007/BF00302681

Cite this article as:
Becker, G. & Speck, U. Z. Vergl. Physiol. (1964) 49: 301. doi:10.1007/BF00302681
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Zusammenfassung

Imagines von Calliphora erythrocephalaMeig. und von Musca domestica L. wurden in fensterlosen Räumen bei künstlichem Licht in würfelförmigen Kästen beim Landen und in Ruhe auf waagerechter, beleuchteter Unterlage von rechteckiger oder kreisrunder Form photographiert, und der Winkel zur Richtung des Erd-Magnetfelds wurde auf 1° genau ausgemessen. Der Winkel der Kastenwände und teilweise auch die Beleuchtung wurden gewechselt.

Unabhängig von den Versuchsbedingungen wurden die Winkelbereiche von ±20° um die N/S- und die O/W-Achse der Horizontalkomponenten des Magnetfelds in signifikanter Weise vor den übrigen Winkelbereichen bevorzugt, obwohl die Fliegen von einer Reihe anderer Faktoren beeinflußt waren und auf diese in stärkerem Maße reagierten als bei Beobachtungen einzelner Tiere im Freien oder im Laboratorium.

Kompensierung des Erdmagnetfelds auf <5% der natürlichen Feldstärke führte bei abwechselndem Photographieren unter natürlichen Bedingungen und bei Kompensierung zu signifikanten Änderungen der Häufigkeitsverteilung der Richtungen von Calliphora und Musca. Die Bevorzugung der N/S- und der O/W-Richtung hörte nach Kompensation des Magnetfelds auf. Dieser Versuch ergänzt und bestätigt die früheren Befunde über die Fliegenreaktion in verstärkten künstlichen Magnetfeldern.

Ein Vergleich der Häufigkeitsverteilung der Fliegenrichtungen bei natürlichem und bei weitgehend kompensiertem Erd-Magnetfeld zeigt in N/S- und O/W-Richtung je einen Häufigkeitsgipfel oder zwei Gipfel mit 10°+-5° Abstand von diesen Richtungen oder einen dieser beiden Gipfel ausgeprägt. In Richtung der Winkelhalbierenden zwischen der N/S- und der O/W-Richtung treten schwächer bevorzugte Nebengipfel auf.

Beim Landen und in der Ruhe an senkrechten Wänden ist die Richtungsverteilung der Fliegen bei N/S-Richtung der Wände infolge des Einflusses des in Feldrichtung gegen die Horizontale geneigten Erd-Magnetfelds anders als an Wänden in O/W-Richtung, an denen die Magnetfeldwirkung mit ihrer Vertikalkomponente parallel zur Schwerkraftrichtung verläuft.

Von den für eine Wahrnehmung des Magnetfelds in Betracht kommenden physikalischen Voraussetzungen ist eine elektromagnetische Induktion offenbar zu schwach und bei ruhenden Insekten nicht gegeben. Der Einfluß ferro-, para- und diamagnetischer Eigenschaften kommt nach den Suszeptibilitätsbestimmungen und anderen Versuchen als Ursache nicht in Betracht. Von Nervenströmen erzeugte Magnetfelder sind wahrscheinlich für einen wahrnehmbaren mechanischen Impuls allein zu schwach.

Bei der Untersuchung der Frage, wie die Fliegen das Magnetfeld wahrnehmen, wurde gefunden, daß nicht nur lebende, sondern auch tote Fliegen an langen Fäden oder auf schwimmender, leichtbeweglicher Unterlage eine Reaktion auf Magnetfelder zeigen. Das Verhalten toter Tiere braucht nicht, kann aber mit dem Reagieren der lebenden Tiere in Zusammenhang stehen.

Messungen an lebenden und toten, auch bereits trockenen Fliegen zeigten, daß zwischen einzelnen Körperteilen der Tiere elektrische Spannungen herrschen. Die Spannungsquelle ist offenbar ein galvanisches Element, das aus Körperprotein und Cuticula besteht. Es konnte im Modell nachgebildet werden. Durch völliges Trocknen kann die „Körper-Batterie “ausgeschaltet werden; nach Anfeuchten arbeitet sie wieder.

Durch die elektrischen Spannungen werden offenbar Kreisströme im Innern und an der Oberfläche des Insektenkörpers bewirkt, deren Magnetfelder in Wechselwirkung mit dem Erd-Magnetfeld Kraftwirkungen zur Folge haben. Es wird angenommen, daß diese mit Hilfe der bekannten Mechanorezeptoren der Insekten wahrgenommen und durch Richtungseinstellung beantwortet werden. Trotz der Schwäche der in Betracht kommenden Kräfte ist eine Wahrnehmung durch die sehr empfindlichen Sinnesorgane der Insekten für mechanische Einflüsse wahrscheinlich. Danach bedürfte es nicht der Annahme eines neuen, unbekannten Rezeptorsystems für die Magnetfeld-Wahrnehmung.

Möglichkeiten eines biologischen Nutzens der Reaktion von Insekten auf das Magnetfeld der Erde werden angedeutet.

Summary

Imagines of Calliphora erythrocephalaMeig. and of Musca domestica L. were photographed in rooms without windows at artificial light in cubic containers when landing and in resting position on an illuminated horizontal square or circular base. The angle to the direction of the geomagnetic field was measured exactly with an error of less than 1°. The angle of the container walls and partly also the illumination were changed from time to time.

Independent of the test conditions, the sectors of ±20° around the N/S- and the E/W-axis of the horizontal component of the magnetic field were significantly preferred to the other sectors although the flies were influenced by a series of other factors and their reaction to such influences was more distinct than in former observations in nature or in the laboratory with single insects only.

The distribution of frequency of the directions chosen by the flies was significantly changed by compensation of the geomagnetic field to <5% of its natural intensity; to demonstrate this Calliphora and Musca were photographed alternatively under normal conditions and at compensation. After compensation of the geomagnetic field, the N/S- and the E/W-direction were no longer preferred. This experiment supplements and confirms former observations on the reaction of flies in intensified artificial magnetic fields.

A comparison of the distribution of frequency of the directions of the flies in a natural and in a rather compensated geomagnetic field shows in N/S- and E/W-direction one maximum of frequency each or two peaks with a 10°±5° distance to these directions or one of both the peaks distinctly. Less preferred peaks are to be found in direction to the angle bisector between the N/S- and the E/W-direction.

As a result of the influence of the geomagnetic field direction toward the horizontal line, the distribution of the directions chosen by the flies on landing and in rest at vertical walls in N/S-direction differs from that at walls in E/W-direction, where the influence of the magnetic field with its vertical component is parallel to the direction of the gravity.

Among the physical preconditions for the perception of the magnetic field, an electromagnetic induction obviously is too faint and does not work at all when the insects are resting. The influence of ferro-, para- and diamagnetic properties also cannot be the reason, at least not the only one, as determination of the susceptibility and other experiments have shown. Magnetic fields produced by current due to nervous action alone probably are too faint to cause a perceptible mechanic impulse.

On investigating the question how the magnetic field is perceived by the flies it was found that not only living but also dead flies on long threads or on a floating, easily movable base react on magnetic fields. It is not necessary, but it may be that the reaction of dead flies is in connection with the behaviour of living ones.

Measurements with living and dead, already dry flies demonstrated voltages between parts of the animals' body. The voltage source evidently is a galvanic element which consists of the protein of the body and the cuticula. It could be reproduced as a model. This “bodybattery” can be switched off by complete drying and sets in again when moistened.

Inside and at the surface of the insect body voltages apparently cause circular currents the magnetic fields of which in reciprocal action with the geomagnetic field produce forces. Supposedly these are perceived by the insects through their already known mechanorezeptores and are responded to by adjusting to a distinct direction. In spite of the faintness of the forces concerned, the very sensitive organs of the insects probably are responsible for the perception of mechanic influences. Thus it might not be necessary to suppose a new, up to now unknown receptorial system for the perception of the magnetic field.

Possibilities of a biological advantage of this reaction of insects to the geomagnetic field are indicated.

Copyright information

© Springer-Verlag 1964

Authors and Affiliations

  • Günther Becker
    • 1
  • Ulrich Speck
    • 1
  1. 1.Bundesanstalt für MaterialprüfungBerlin 45

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