Warum ziehen Vögel?

Vögel ziehen während des Jahreszeitenwechsels in andere Gebiete, um dort zu brüten oder zu überwintern. Auf diese Weise kommen sie mit den jahreszeitlichen Veränderungen der Umwelt und der Ressourcen zurecht[1]. Etwa 19 % der heute lebenden Vogelarten sind Zugvögel [2]. Durch die Migration können sich Vögel an die Jahreszeiten und die Umwelt anpassen. Wenn die Migration beeinträchtigt wird, wird dies das Überleben und die Fortpflanzung dieser Vogelpopulationen behindern [3-4].

Kanadagänse auf dem Vormarsch (von anjoudiscus über Birdshare)

Teil 1

Warum ziehen Vögel?

Während der Migration neigen Vögel dazu, aus Gebieten mit knappen oder abnehmenden Ressourcen in Gebiete mit reichlich vorhandenen oder zunehmenden Ressourcen zu ziehen. Die von den Vögeln gesuchten Ressourcen sind in erster Linie Nahrung und Nistplätze. Darüber hinaus suchen sie möglicherweise auch Schutz vor Monsunregen und Regenfällen, was dem Schlüpfen förderlich ist [5, 20]. Vögel, die auf der Nordhalbkugel nisten, ziehen im Frühling tendenziell in den Norden (wie etwa Rauchschwalben), um sich dort von den rasch wachsenden Insektenpopulationen zu ernähren und das im Frühling austreibende Pflanzenwachstum sowie die zahlreichen Nistplätze zu nutzen. Wenn Herbst und Winter naht, nimmt das Angebot an Nahrung, beispielsweise Insekten, im Norden ab und die Tiere ziehen wieder nach Süden.

Mit dem Wechsel der Jahreszeiten verändern sich auch die klimatischen Bedingungen und die Energieversorgung der Ökosysteme, was ein treibender Faktor für den Vogelzug sein kann[6-7]. Auch die Flucht vor Hitze oder Kälte kann ein Grund für den Vogelzug sein, doch viele Vogelarten können gewisse Temperaturschwankungen tolerieren, wenn das Nahrungsangebot groß ist[5]. Einige groß angelegte Fernwanderungen sind komplizierter und können nicht nur durch unterschiedliche Ansprüche an Ressourcen wie Nahrung, sondern auch durch Faktoren wie Genetik, Geografie und Tageslichtlänge bedingt sein.

Teil 2

Welche Arten des Vogelzugs gibt es?

Der jahreszeitliche Wandel ist einer der Faktoren, die den Vogelzug beeinflussen. Entsprechend den verschiedenen Migrationszeiten der Vögel können Vögel in Standvögel, Sommervögel, Wintervögel und Zugvögel unterteilt werden[7]. An einem bestimmten Ort sind Vögel, die das ganze Jahr über dort bleiben und nicht mit dem Wechsel der Jahreszeiten ziehen, Standvögel, wie zum Beispiel Spatzen. Vögel, die im Frühling hierher fliegen, um zu leben und zu brüten, und im Herbst zum Überwintern in den Süden fliegen, sind Sommervögel, wie zum Beispiel die Mehlschwalbe im Norden; Vögel, die im Herbst hierher fliegen, um zu überwintern, und im folgenden Frühjahr zum Brüten in den Norden fliegen, sind Wintervögel, wie beispielsweise die Mandschurenkraniche im Süden; Zugvögel, die während des Vogelzugs einen Ort für einen kurzen Zwischenstopp durchqueren, dort weder brüten noch überwintern und nach der Rast weiterziehen, sind Zugvögel, wie zum Beispiel die Schwanengans.

Repräsentative Vögel der Standvögel sowie der Kurzstrecken-, Mittelstrecken- und Langstreckenzugvögel

(Kardinal von Kevin Bolton; Virginiawachtel von Philip Simmons; Blauhäher von Gary Mueller; Magnolien-Waldsänger von Gerrit Vyn)

Migration ist eine periodische, groß angelegte Migration. Vögel können je nach der Entfernung ihrer Zugreisen in Standvögel, Kurzstreckenzieher, Mittelstreckenzieher und Langstreckenzieher unterteilt werden[5]. Standvögel, die nicht ziehen, können oft das ganze Jahr über ausreichend Nahrung und Nistplätze finden. Kurzstreckenzugvögel legen relativ kurze Entfernungen zurück, beispielsweise zwischen großen und niedrigen Höhenlagen an einem Berghang. Mittelstreckenwanderungen können Entfernungen von Tausenden von Kilometern zurücklegen; und Fernwanderungen überqueren sogar die nördliche und südliche Hemisphäre.

Teil 3

Den Ursprung des Vogelzugs erforschen

Es wird allgemein angenommen, dass Vögel während der Brutzeit wandern, um innerartlicher Konkurrenz zu entgehen. Darüber hinaus beeinflussen auch Faktoren wie Klimawandel, Prädation oder Parasitismus die Wahl geeigneter Brutgebiete durch Vögel und fördern den Vogelzug[11,14]. Mit dem Wechsel der Jahreszeiten ändern sich auch die wichtigsten Ressourcen, von denen die Vögel zum Überleben abhängen. Ein weiterer wichtiger Grund für den Vogelzug sind jahreszeitliche Veränderungen dieser wichtigen Ressourcen[7].

Während der Brutzeit für Zugvögel sind gemäßigte Regionen reich an Ressourcen, daher ziehen Vögel in gemäßigte Regionen, um ihre Fortpflanzung zu optimieren[10,15]. Allerdings mangelt es den gemäßigten Regionen außerhalb der Brutzeit, wenn sie überwintern, an wichtigen Ressourcen, sodass die Vögel in tropische Regionen ziehen, um ihr Überleben zu optimieren[16]. Durch die Migration erreichen Vögel eine gestaffelte Ressourcennutzung und mildern so den innerartlichen Wettbewerb, der durch saisonale Spannungen bei wichtigen Ressourcen verursacht wird[17].

Die Entwicklung des Migrationsverhaltens des nordamerikanischen Goldwaldsängers steht im Einklang mit der Theorie der nördlichen Heimat

(Bildquelle [20])

Einige Wissenschaftler glauben, dass sich das Zugverhalten der Vögel allmählich herausbildet, wenn sie nach besserer Nahrung oder Brutmöglichkeiten suchen. Vögel profitieren von der jährlichen Migration im kleinen Maßstab und erweitern dann allmählich den Maßstab, bis sich ein Zugverhalten entwickelt[20]. Zum Ursprung des Vogelzugs gibt es Hypothesen wie die Northern Homeland Theory, die Southern Homeland Theory und das New North-Neotropical Migration System.

Das Zugverhalten des Baltimoretrupials entspricht der Theorie der nördlichen Heimat

(Bildquelle [20])

Die Hypothese der nördlichen Heimattheorie geht davon aus, dass einige drastische Klimaänderungen im Laufe der Geschichte, wie etwa die Gletscheraktivität, Vögel, die ursprünglich in hohen Breiten lebten und sich fortpflanzten, dazu zwangen, nach Süden zu ziehen, um zu überleben. Unter dem Druck der Gletscher waren sie gezwungen, ihre Aktivitätsgebiete zu verlagern, und als sich die Gletscher nach Norden zurückzogen, wanderten sie instinktiv zurück in ihre nördlichen Brutgebiete[8]. Dieses Zugverhalten kann die Überlebensrate von Vögeln erhöhen, sodass Vögel mit Zugverhalten einen größeren Überlebensvorteil haben und dieses Verhalten durch natürliche Selektion erhalten bleibt.

Die Hypothese der Southern Homeland Theory geht davon aus, dass sich der Vogelzug in tropischen Regionen entwickelt hat. Um den Druck der Brutzeit zu verringern, ziehen diese tropischen Vögel gelegentlich in Gebiete mit höheren Breitengraden. Die Zugvögel können dort das reichliche saisonale Nahrungsangebot, den großen Nistplatz, die geringere Zahl natürlicher Feinde und andere Vorteile nutzen und mehr Nachwuchs bekommen. Daher haben sie einen Vorteil bei der natürlichen Selektion und behalten ihr Migrationsverhalten bei [8,18].

Einige Leute glauben jedoch, dass sich diese beiden Theorien nicht gegenseitig ausschließen[9,10]. Darüber hinaus wurden sowohl die Northern Homeland Theory als auch die Southern Homeland Theory im Rahmen der Untersuchung der Vogelwanderung auf der Nordhalbkugel vorgeschlagen. Als Schwestersystem hat die südliche Hemisphäre auch eine wichtige Bedeutung in der Erforschung der Vogelwanderung. Das neoarktisch-neotropische Migrationssystem bestätigt die Bedeutung der südlichen Hemisphäre und argumentiert, dass Vogelwanderungen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben, nämlich neotropische Vögel. Diese Theorie geht davon aus, dass wandernde Arten Arten im Grenzgebiet zwischen gemäßigten und tropischen Zonen sind. Sie erweitern ihr Verbreitungsgebiet, gehen zur Brutzeit in gemäßigte Zonen und zum Überwintern in tropische Zonen, passen sich flexibel an die Umwelt an und regulieren das Gleichgewicht zwischen Überleben und Fortpflanzung [11,12,19].

Neoarktisch-Neotropisches Migrationssystem

(Der Neue Norden und das Neue Tropenland sind geographische Regionen im weltweiten Wirbeltiersystem. Die Abbildung ist der Referenz [12] entnommen.)

Als Reaktion auf unterschiedliche Migrationstheorien glauben einige Wissenschaftler, dass der Ursprungsort der Arten und der Ursprungsort des Migrationsverhaltens geografisch nicht vollständig miteinander verknüpft werden können und dass die beiden nicht genau identisch sein müssen [13]. Darüber hinaus ist die Schlüsselfrage in der Evolution der Vogelwanderung nicht, ob Vögel begannen, von ihren Ursprungsgebieten in niedrigen Breiten in hohe Breiten oder umgekehrt zu ziehen, sondern ob die Vogelwanderung lediglich dazu dient, das Brutgebiet zu erweitern, um die Anpassungsfähigkeit zu verbessern oder die Zahl der Nachkommen zu erhöhen, oder um in der Nichtbrutzeit besser zu überleben [10]. Darüber hinaus ignorieren diese Hypothesen die Vielfalt der Vogelwanderung. Vögel, die in unterschiedlichen Populationen und unterschiedlichen Regionen leben, können unterschiedliche Migrationsmechanismen haben. Daher muss der Ursprung der Vogelwanderung noch weiter erforscht werden.

Darüber hinaus müssen wir erkennen, dass Migration zwar einige Vorteile mit sich bringt, das Reisen über weite Strecken jedoch auch eine gefährliche und mühsame Aufgabe sein kann[5]. Der Vogelzug ist ein Test für die körperliche Fitness der Vögel. Es kann sein, dass ihnen die Nahrung fehlt, sie extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind und das Risiko steigt, Opfer von Jagd zu werden.

Teil 4

Welche Faktoren beeinflussen den Vogelzug?

Der Vogelzug ist ein Instinkt, der durch genetische und physiologische Faktoren gesteuert wird, und Vögel mit Zugverhalten reagieren im Allgemeinen sehr empfindlich auf Umweltveränderungen[39]. Es kann mehr als ein externes Umweltsignal geben, das den Vogelzug auslöst. Auslöser für die Migration können Veränderungen der Tageslänge, niedrigere Temperaturen, Veränderungen im Nahrungsangebot, Himmels- und Sonnensignale, Geruchssignale und genetische Faktoren sein [1]. Jedes Jahr im Frühjahr und Herbst erleben Zugvögel in Käfigen eine Phase der Unruhe und fliegen wiederholt zu einer Seite des Käfigs, ein Verhalten, das deutsche Verhaltensforscher als Zugunruhe bezeichnet haben.[34] Verschiedene Vogelarten und sogar verschiedene Populationen derselben Art können unterschiedlichen Migrationsmustern folgen.

Änderungen der Tageslänge

Die Rotation und Umdrehung der Erde bewirken den Wechsel von Tag und Nacht sowie jahreszeitliche Veränderungen. Der kombinierte Effekt dieser beiden Faktoren führt zu periodischen Schwankungen der Tag- und Nachtlänge – das heißt, im Sommer sind die Tage länger und die Nächte kürzer, und im Winter sind die Tage kürzer und die Nächte länger. Diese Schwankung der Tag- und Nachtlänge ist ein sehr stabiler Veränderungsfaktor und daher zu einem Schlüsselsignal für die Regulierung der biologischen Rhythmen von Pflanzen und Tieren geworden. Der Tag- und Nachtzyklus beeinflusst das Sehvermögen und das Nervensystem der Vögel und hat nicht nur Auswirkungen auf ihre Fortpflanzung, sondern auch auf die Migrationszeit der Zugvögel.

Wenn im Spätsommer die Tage kürzer werden, lösen die Photorezeptoren der Vögel hormonelle Veränderungen aus[38], die bei vielen Vögeln das Wachstum neuer Federn anregen, um den Strapazen des Langstreckenflugs standzuhalten. Förderung der Aktivität der Gonaden von Vögeln zur Vorbereitung auf die Fortpflanzung; und den Appetit der Vögel anzuregen, wodurch ihr Körper genügend Fett ansammelt[40], sodass sie in Zukunft effizient Energie gewinnen können. Diese hormonellen Veränderungen führen dazu, dass die Vögel zunehmend unruhig werden und sich in einem Zustand der Zugaufregung befinden, insbesondere nachts.[21] Bis sich die Tageslänge bis zu einem gewissen Grad verkürzt und damit der Vogelzug beginnt.

Informationen zu Magnetfeldern beeinflussen Vogelzug und Position

(Bild adaptiert aus Referenz [24])

Geomagnetische Feldfaktoren

Zugvögel und Tauben können Informationen über das Geomagnetfeld nutzen, um ihre Migration und Position zu bestimmen. Allerdings orientieren sich Vögel eher an der magnetischen Neigung als an der Polarität des Magnetfelds, wie zahlreiche Studien an verschiedenen Vogelarten gezeigt haben [22-24]. Bei extremen Veränderungen der örtlichen Magnetfeldstärke können Vögel die Orientierung verlieren. Wenn sie jedoch eine Zeit lang an diesem Ort verweilen, können sie sich wieder an die neue Magnetfeldstärke anpassen und sich daran orientieren[25]. Darüber hinaus ist die Wahrnehmung magnetischer Felder durch Vögel auf Licht, insbesondere kurzwelliges Licht, angewiesen. Das Licht kann schwach sein, muss aber vorhanden sein. Auch spektrale Anomalien in der Umgebung können dazu führen, dass Vögel ihre Orientierung verlieren [26-29]. Vögel können magnetische Feldinformationen über ihre Augen oder Schnäbel wahrnehmen[22].

Künstliches Training kann Vögeln das Vogelzugverhalten beibringen

(Bild adaptiert aus Referenz [36])

Sozialisation und erworbenes Lernen

Bei Arten, die in Gruppen wandern, können erfahrene Individuen Migrationsinformationen an unerfahrene Individuen weitergeben und junge Individuen können durch Beobachten oder Folgen schnell Migrationserfahrungen sammeln und ihr Verhalten ändern. Studien haben gezeigt, dass künstliches Training durch Fahrzeuge, Flugzeuge usw. Vögel wie Wildgänse, Kanadakraniche, Gänse und Schwäne dazu bringen kann, in ein bestimmtes Gebiet zu fliegen und ein Zuggedächtnis zu entwickeln, obwohl einige Vögel nicht kooperieren oder die Route vergessen[36]. Die Anwesenheit älterer Vögel in einer Schreikranichpopulation kann Abweichungen von den Zugrouten erheblich reduzieren. Je älter der Vogel, desto geringer die Abweichung vom Zugweg. Dies ist ein Ergebnis von Lernen und Gedächtnis.[35]

Cryptopoietin CRY, ein Blaulichtrezeptor in Tieren und Pflanzen, spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des biologischen Rhythmus sowie bei Migration und Fortpflanzung

(Bild adaptiert aus Referenz [30])

Migrationsbezogene Gene

Das Blaulichtrezeptor-Gen ist ein wichtiges Kandidatengen für den Vogelzug. Der Blaulichtrezeptor Cryptocin CRY ist der einzige bekannte Lichtrezeptor bzw. das einzige Element der circadianen Uhr, das von Bakterien bis hin zu Tieren und Pflanzen erhalten bleibt. Bei Arabidopsis sind die beiden Gene CRY1 und CRY2 hauptsächlich an der durch blaues Licht gehemmten Stängelstreckung und der durch die Photoperiode induzierten Differenzierung der Blütenorgane beteiligt. Cryptogenin-Gene könnten bei Tieren eine Rolle in der Zirbeldrüse und den Augen spielen. Sie sind an der Regulierung der circadianen Uhr beteiligt, indem sie die mit der circadianen Uhr in Zusammenhang stehenden Proteine ​​CLOCK und BMAL1 hemmen und die Magnetorezeption durch unkonventionelle photochemische Mechanismen vermitteln. In den Augen von Vögeln befinden sich Gene, die für die vier Cryptochrom-Proteine ​​CRY1a, CRY1b, CRY2 und CRY4 kodieren. Forscher glauben, dass Cryptocin CRY in Vogelaugen unter der Induktion von blauem Licht Singulett- und Triplett-Radikalpaare mit entgegengesetzter oder paralleler Elektronenspinrichtung erzeugen und durch die magnetische Empfindlichkeit der Radikalpaare Änderungen der magnetischen Neigung erfassen kann. [30-34]

Satelliten verfolgen Entfernung und Routenänderungen von arktischen Wanderfalken

(Bild adaptiert aus Referenz [37])

Neben dem Blaulichtrezeptor-Gen beeinflussen auch mit dem Gedächtnis in Zusammenhang stehende Gene den Vogelzug. Durch den Vergleich der Genome von arktischen Wanderfalken, die lange und kurze Strecken zurücklegen, stellte die Studie fest, dass es genotypische Unterschiede zwischen arktischen Wanderfalken mit unterschiedlichen Migrationsdistanzen gibt. Das Gen ADCY8, das mit der Gedächtnisfähigkeit in Zusammenhang steht, wurde in der Langstreckenwanderungspopulation positiv selektiert. Das Langzeitgedächtnis könnte einer der wichtigen Faktoren sein, die die Langstreckenwanderung arktischer Wanderfalken beeinflussen [37].

Quellen:

[1]Regulierung der Migration. Biowissenschaften. 2007

[2]Wichtige Fragen zum Schutz wandernder Land- und Wasservogelarten auf den wichtigsten Vogelzugrouten der Welt. Internationaler Vogelschutz. 2008

[3]Wann und wo kommt es bei Zugvögeln zu Todesfällen? Direkte Beweise durch langfristige Satellitenverfolgung von Greifvögeln. Das Journal der Tierökologie.2014

[4]Variation der Überlebensrate eines Zugvogels im Laufe seines Jahreszyklus. Zeitschrift für Tierökologie. 2002

[5]Die Grundlagen des Vogelzugs: wie, warum und wo. Das Cornell Lab of Ornithology. 2021

[6]Die Rolle der atmosphärischen Bedingungen in der saisonalen Dynamik der nordamerikanischen Migrationsflugrouten. Zeitschrift für Biogeographie. 2014

[7]Die Frühlingsphänologie der ökologischen Produktivität trägt zur Nutzung von Schleifenmigrationsstrategien durch Vögel bei. Verfahren. Biowissenschaften. 2014

[8]Die Ökologie und Evolution von Vogelmigrationssystemen. Zeitschrift für Vogelbiologie. 1982

[9]Perspektiven des paläarktischen und nearktischen Vogelzugs; Vergleiche und Überblick über die Lebensgeschichte und Ökologie von wandernden Sperlingsvögeln. IBIS Internationale Zeitschrift für Vogelkunde. 1992

[10]Die Evolution des Vogelzugs – eine Synthese. Naturwissenschaften. 2007

[11]Die Entwicklung von Vogelwanderungssystemen zwischen gemäßigten und tropischen Regionen der Neuen Welt. Der amerikanische Naturforscher. 1985

[12]Reflexionen über Hemisphären hinweg: ein systemweiter Ansatz zur Vogelwanderung in der Neuen Welt, Der Alk. 2004

[13]Der Ursprung und die Entwicklung des Vogelzugs: Kommentare zu Rappole und Jones und ein alternatives Evolutionsmodell. Ardea. 2005

[14]Eine Diskussion über den Ursprung der Migration. Der Alk. 1904

[15]Prozesse in der Evolution der Vogelwanderung und Muster in der Vogelökogeographie. Zeitschrift für Vogelbiologie. 2000

[16]Entwicklung der Migrationssysteme der Alten und Neuen Welt. Ardea. 2002

[17]Fernmigration: Entwicklung und Determinanten. Oikos. 2003

[18]Die Ökologie von Zugvögeln – eine neotropische Perspektive. Smithsonian Institution. 1995

[19]Evolutionäre Vorläufer der Fernwanderung: Ressourcenverfügbarkeit und Bewegungsmuster bei neotropischen Landvögeln. Der amerikanische Naturforscher. 1992

[20] Die Evolution des Vogelzugs – Adaptiert aus dem Handbook of Bird Biology, The Cornell Lab of Ornithology. 2017

[21]Wie bereiten sich Vögel auf lange Wanderungen vor? Das Cornell Lab of Ornithology. 2009

[22]Die Magnetit-basierten Rezeptoren im Schnabel von Vögeln und ihre Rolle bei der Vogelnavigation. Zeitschrift für Vergleichende Physiologie A. 2013

[23]Der Magnetkompass des europäischen Rotkehlchens. Wissenschaft. 1972

[24]Erkennung magnetischer Richtungen bei Vögeln: Radikalpaarprozesse unter Beteiligung von Cryptochrom. Biosensoren. 2014

[25]Der magnetische Vogelkompass kann auf ungewöhnlich niedrige magnetische Intensitäten eingestellt werden. Verfahren der Biowissenschaften. 2013

[26]Tauben mit einem mangelhaften Sonnenkompass verwenden den Magnetkompass. Wissenschaft. 1981

[27]Die Wirkung von gelbem und blauem Licht auf die magnetische Kompassorientierung bei Rotkehlchen, Erithacus rubecula. Zeitschrift für Vergleichende Physiologie A 1999

[28]Richtungsorientierung von Vögeln durch das Magnetfeld unter verschiedenen Lichtbedingungen. Zeitschrift der Royal Society. 2010

[29]Rotes Licht stört die magnetische Orientierung von Zugvögeln. Natur. 1993

[30] Lichtgesteuerte Entwicklung und Lichtsignaltransduktion. SIPPE, SIBS, CAS

[31]Tierische Cryptochrome vermitteln Magnetorezeption durch einen unkonventionellen photochemischen Mechanismus. Natur. 2010

[32]Lichtunabhängige Rolle von CRY1 und CRY2 in der circadianen Uhr von Säugetieren. Wissenschaft. 1999

[33]Chickens' Cry2: Molekulare Analyse eines Vogel-Cryptochroms in retinalen und pinealen Photorezeptoren. FEBS-Briefe. 2002

[34]Resonanzeffekte deuten auf einen Radikalpaarmechanismus für den Vogelmagnetkompass hin. Natur. 2004

[35]Soziales Lernen von Migrationsleistungen. Wissenschaft. 2013

[36]Motorisierte Migrationen: Zukunft oder bloße Fantasie?, BioScience. 2003

[37]Klimabedingte Flugroutenänderungen und auf Gedächtnis basierende Fernwanderung. Natur. 2021

[38]Endokrine Mechanismen der Migration. Vogelzug. 1990

[39]Arktischer Frühling: Die Ankunftsbiologie von Zugvögeln. Acta Zoologica Sinica. 2004

[40]Strategische Größenveränderungen der inneren Organe und des Muskelgewebes bei der Pfuhlschnepfe während der Fettspeicherung auf einem Frühjahrsrastplatz. Funktionelle Ökologie. 2003

Produziert von: China Science Expo x Zhihu

Autor: Xinbo und sein getrockneter Fisch (Hervorragender Antworter auf die Biologiefrage zu Zhihu)

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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