Woher wissen Zugvögel, wohin sie fliegen?

Zugvögel wissen, wohin sie fliegen müssen, weil sie angeborene Anweisungen mit erlernten Informationen verbinden. Die meisten kennen von Geburt an Richtung und ungefähre Dauer ihres Zugs. Um diesen Kurs zu halten, nutzen sie mehrere Kompasse: den Stand der Sonne, die Sternbilder rund um den Himmelspol und das Magnetfeld der Erde. Mit der Zeit kommt eine innere Landkarte aus Landmarken und teils Gerüchen hinzu. Viele Vögel wie Kraniche und Gänse lernen ihre Routen von älteren Artgenossen; laut einer Studie in Science von 2013 zogen junge Kraniche mit erfahrenen Vögeln genauer.

Kein einzelner Sinn erledigt die ganze Arbeit. Der Vogelzug stützt sich auf mehrere, sich gegenseitig absichernde Systeme, und verschiedene Arten kombinieren sie unterschiedlich. Hier steht, was Jahrzehnte an Experimenten zu jedem Baustein gezeigt haben, und viele der wichtigsten Arbeiten stammen aus Deutschland.

Kurz und knapp

• Viele junge Singvögel ziehen beim ersten Mal allein, geleitet von angeborener Richtung und angeborenem Zeitplan.
• Vögel nutzen mindestens drei Kompasse: Sonne, Sterne und das Erdmagnetfeld.
• Altvögel nutzen außerdem eine erlernte Landkarte, um ihren Kurs zu korrigieren. Jungvögel können das oft noch nicht.
• Tageslänge und eine innere Jahresuhr steuern den Zeitpunkt des Zuges.
• Die meisten kleinen Singvögel ziehen nachts, Segelflieger wie Störche und Greifvögel am Tag.
• Manche Seevögel scheinen sich über dem offenen Meer mit dem Geruchssinn zu orientieren.

Ist der Vogelzug angeboren oder erlernt?

Beides. Fachleute beschreiben den ersten Zug oft als Programm aus “Uhr und Kompass”: ein angeborenes Gespür dafür, in welche Richtung es gehen soll (der Kompass), und wie lange (die Uhr). Ein junger Vogel muss nicht wissen, wo sein Überwinterungsgebiet liegt. Er muss nur lange genug in die richtige Richtung fliegen.

Woher wissen wir, dass er angeboren ist?

Einige der klarsten Belege stammen von gekäfigten Vögeln. In der Zugzeit werden gefangene Zugvögel nachts unruhig, hüpfen und flattern in eine bestimmte Richtung. Das nennt man Zugunruhe, ein deutscher Fachbegriff, der auch in der englischsprachigen Forschung verwendet wird. Handaufgezogene Vögel, die nie gezogen sind und nie einen anderen Vogel ziehen sahen, zeigen sie trotzdem, ungefähr in die Richtung, in die wilde Vögel ihrer Population fliegen, und etwa so viele Wochen lang, wie die echte Reise dauern würde.

Forschungen an der Mönchsgrasmücke, einem häufigen Singvogel unserer Gärten, gingen noch weiter. Seit dem späten 20. Jahrhundert begann ein Teil der Mönchsgrasmücken aus Mitteleuropa in Großbritannien und Irland zu überwintern. Sie flogen nach Nordwesten statt auf der traditionellen Route nach Südwesten Richtung Spanien. Peter Berthold und Kollegen an der Vogelwarte Radolfzell zogen Junge dieser Vögel in Gefangenschaft auf und stellten fest, dass sie die neue Nordwestrichtung geerbt hatten. Wurden Vögel aus Populationen mit unterschiedlichen Zugrichtungen gekreuzt, orientierten sich die Jungen in eine dazwischenliegende Richtung. Das zeigte, dass die Zugrichtung stark genetisch bestimmt ist und sich innerhalb weniger Jahrzehnte verändern kann.

Was passiert, wenn man Vögel versetzt?

Ein berühmtes Experiment des niederländischen Biologen A. C. Perdeck in den 1950er-Jahren markierte tausende Stare, die während des Herbstzugs in den Niederlanden gefangen worden waren, und brachte sie vor der Freilassung in die Schweiz. Altvögel, die schon gezogen waren, korrigierten ihren Kurs, und viele steuerten ihre gewohnten Überwinterungsgebiete in Nordwesteuropa an. Junge Stare flogen weiter in ihre ursprüngliche, angeborene Richtung und landeten weit abseits, etwa in Spanien und Südfrankreich.

Die Lehre daraus: Junge Vögel folgen einem Kompass. Erfahrene Altvögel haben mehr, nämlich eine Karte, mit der sie herausfinden, wo sie sind, und ihren Kurs berichtigen.

Welche Kompasse nutzen Vögel?

Orientieren sich Vögel an der Sonne?

Ja. In den 1950er-Jahren zeigte Gustav Kramer, dass gekäfigte Stare sich an sonnigen Tagen in ihre Zugrichtung ausrichteten und bei bedecktem Himmel die Orientierung verloren. Als er den scheinbaren Sonnenstand mit Spiegeln verschob, änderten die Vögel ihre Richtung um genau denselben Winkel.

Die Sonne wandert über den Himmel, deshalb funktioniert ein Sonnenkompass nur, wenn der Vogel die Tageszeit kennt. Das leistet seine innere Tagesuhr. Versuche, bei denen die innere Uhr eines Vogels durch einen verschobenen Licht-Dunkel-Wechsel verstellt wird, führen zu vorhersagbaren Richtungsfehlern, was den Zusammenhang belegt.

Viele Vögel nutzen vermutlich auch das Muster des polarisierten Lichts am Himmel rund um den Sonnenuntergang, das noch sichtbar ist, wenn die Sonne selbst schon unter dem Horizont steht. Forschende nehmen an, dass Nachtzieher diese Abendinformation nutzen, um ihre anderen Kompasse vor dem Abflug zu eichen, doch die Einzelheiten sind noch umstritten.

Navigieren Vögel nach den Sternen?

Viele Nachtzieher tun das. In klassischen Arbeiten der 1960er- und 1970er-Jahre setzte Stephen Emlen Indigofinken, nordamerikanische Singvögel, in ein Planetarium und prüfte ihre Richtungswahl unter verschiedenen Sternbildern. Er fand heraus, dass sie sich nicht an einem einzelnen Stern orientierten. Stattdessen lernten sie den Drehpunkt des Nachthimmels, der auf der Nordhalbkugel nahe am Polarstern liegt. Junge Indigofinken, die unter einem künstlichen Himmel aufwuchsen, der sich um einen anderen Stern drehte, behandelten diesen neuen Punkt als Norden.

Der Sternenkompass wird also in der frühen Lebenszeit gelernt, indem der Vogel beobachtet, welcher Teil des Himmels stillsteht. Eine kluge Lösung: Die genauen Positionen der Sterne verschieben sich über Jahrtausende, der Drehpunkt des Himmels bleibt aber ein verlässlicher Bezugspunkt.

Wie funktioniert der Magnetkompass?

In den 1960er- und 1970er-Jahren zeigten Wolfgang und Roswitha Wiltschko in Frankfurt am Main, dass sich gekäfigte Rotkehlchen am Erdmagnetfeld orientieren und dass eine Veränderung des Feldes mit Spulen ihre Richtung veränderte. Überraschenderweise spürten die Rotkehlchen nicht, welches Ende Nord und welches Süd ist, wie es ein Kompass für Menschen anzeigt. Sie nahmen die Neigung, also die Inklination, der Feldlinien gegenüber dem Boden wahr. Die Feldlinien zeigen nahe den Polen steil nach unten und verlaufen am Äquator waagrecht, so kann ein Vogel “polwärts” von “äquatorwärts” unterscheiden.

Der Mechanismus wird weiter erforscht. Die führende Hypothese beruht auf Proteinen namens Cryptochrome in der Netzhaut. Trifft Licht auf sie, entstehen Molekülpaare mit gekoppelten Elektronenspins, sogenannte Radikalpaare, deren chemisches Verhalten von der Richtung eines schwachen Magnetfelds beeinflusst werden kann. Eine 2021 in Nature veröffentlichte Studie berichtete, dass ein Cryptochrom aus Rotkehlchen im Labor magnetisch empfindlich ist. Das stützt die Idee, eine vollständige Kette vom Molekül bis zum Verhalten ist aber noch nicht nachgewiesen.

In einigen Versuchen der Universität Oldenburg störte schwaches elektromagnetisches Rauschen von elektronischen Geräten die magnetische Orientierung von Rotkehlchen, was zur Radikalpaar-Hypothese passt. Mehr dazu in unserem Artikel, ob Vögel das Erdmagnetfeld nutzen.

Wie kombinieren Vögel ihre Kompasse?

Vögel scheinen einen Kompass am anderen zu eichen, vor allem um Sonnenuntergang und Sonnenaufgang. Welcher Hinweis Vorrang hat, kann je nach Art, Alter und Bedingungen schwanken. Diese Redundanz ist nützlich: Verdecken Wolken Sonne und Sterne, funktioniert der Magnetkompass trotzdem.

Haben Vögel eine Landkarte?

Ein Kompass sagt einem Vogel, wo Süden ist. Eine Karte sagt ihm, wo er sich befindet. Erwachsene Zugvögel und Brieftauben haben offensichtlich eine Art Karte, denn sie gleichen Versetzungen aus, doch wie diese Karte funktioniert, gehört zu den am wenigsten geklärten Fragen der Forschung.

Als mögliche Hinweise für eine Karte gelten:

• Stärke und Neigung des Magnetfelds, die über die Erdoberfläche hinweg variieren und grundsätzlich ein grobes Positionsgitter liefern könnten.
• Geruch. Brieftauben ohne Geruchssinn finden von unbekannten Orten schlecht nach Hause. Studien an Sturmtauchern, Seevögeln, die riesige Flächen offenen Meeres überqueren, fanden, dass Vögel mit beeinträchtigtem Geruchssinn Schwierigkeiten hatten, über dem Meer zu navigieren, in Küstennähe aber gut zurechtkamen.
• Tieffrequenter Schall (Infraschall), der sich über große Entfernungen ausbreitet und als Hinweis für Tauben vorgeschlagen wurde, wofür es allerdings nur wenige Belege gibt.
• Vertraute Landmarken wie Küstenlinien, Flüsse und Gebirgszüge, vor allem auf den letzten Etappen einer Reise und bei Tagziehern.

Die ältere Idee, dass eisenhaltige Zellen im Oberschnabel von Tauben Magnetismus wahrnehmen, verlor an Rückhalt, nachdem eine Studie 2012 zeigte, dass es sich überwiegend um Immunzellen, sogenannte Makrophagen, handelte und nicht um Sinneszellen. Die Frage nach der magnetischen Karte bleibt offen.

Folgen junge Vögel ihren Eltern?

Bei manchen Arten ja, und das Lernen ist dort entscheidend.

• Kraniche, Gänse und Schwäne ziehen in Familienverbänden, und die Jungen lernen Routen und Rastplätze von den Altvögeln. Wer im Herbst die Kraniche an Rastplätzen wie der Diepholzer Moorniederung oder in der Region Rügen-Bock beobachtet, sieht Familien mit bräunlich gefärbten Jungvögeln dicht beieinander. Im Artenschutz beim bedrohten nordamerikanischen Schreikranich wurden junge Vögel früher von Ultraleichtflugzeugen nach Süden geführt. Eine 2013 in Science erschienene Studie fand, dass junge Kraniche genauer zogen, wenn ältere, erfahrene Vögel in der Gruppe waren, und dass die Genauigkeit mit dem Alter des ältesten Vogels zunahm.
• Weißstörche ziehen oft in Trupps, und junge Störche lernen womöglich von anderen. Störche aus Westeuropa ziehen meist über die Straße von Gibraltar nach Afrika, Störche aus Osteuropa über die Türkei und den Bosporus bei Istanbul. Durch Deutschland verläuft die sogenannte Zugscheide: Westlich davon brütende Störche ziehen überwiegend als “Westzieher”, östlich davon als “Ostzieher”. Beide Routen meiden lange Meeresüberquerungen, weil Störche auf aufsteigende Warmluft angewiesen sind, die sich über Land bildet.
• Viele Singvögel und der Kuckuck ziehen allein. Der Kuckuck ist ein eindrucksvolles Beispiel: Junge Kuckucke werden von anderen Vogelarten aufgezogen, begegnen ihren eigenen Eltern nie und ziehen trotzdem allein von Europa nach Afrika.

Woher wissen Vögel, wann es losgeht?

Der Zeitpunkt wird von einem inneren Jahresrhythmus gesteuert, einer circannualen Uhr, die über die Tageslänge gestellt wird. In Langzeitversuchen hielt Eberhard Gwinner am Max-Planck-Institut in Andechs Grasmücken und Laubsänger unter gleichbleibender Tageslänge und stellte fest, dass sie trotzdem in etwa jährlichen Abständen Phasen von Fetteinlagerung, Zugunruhe und Mauser durchliefen.

In der Natur synchronisieren die länger werdenden Frühlingstage und die kürzer werdenden Herbsttage diese Uhr. Der Vogel frisst mehr und legt Fett an, manchmal einen großen Teil seines Körpergewichts, bevor er einen langen Flug antritt. Das Wetter entscheidet dann über die genaue Abflugnacht. In Mitteleuropa setzt der Herbstzug der Singvögel oft in klaren Nächten nach einer Kaltfront ein, wenn Wind aus nördlichen Richtungen weht.

Warum ziehen so viele Vögel nachts?

Die meisten kleinen Singvögel, darunter viele Grasmücken, Laubsänger, Drosseln, Rotkehlchen und Schnäpper, legen den größten Teil ihres Zugwegs nach Einbruch der Dunkelheit zurück. Wetterradare erfassen in guten Zugnächten regelmäßig große Wellen von Vögeln, die kurz nach Sonnenuntergang abheben. Forschende haben mehrere Vorteile vorgeschlagen, die vermutlich zusammenwirken:

• Kühlere, ruhigere Luft. Schlagflug erzeugt Wärme und kostet Wasser. Nachts ist die Luft kühler und die Atmosphäre oft stabiler, was Energie- und Wasserverlust verringern kann.
• Weniger Fressfeinde. Viele Greifvögel und Falken jagen am Tag, deshalb ist der Nachtflug für kleine Vögel womöglich sicherer.
• Der Tag zum Auftanken. Wer nachts fliegt, hat die hellen Stunden frei, um an Rastplätzen Nahrung zu suchen, und dann finden Singvögel am besten Futter.
• Zugang zu Sternen und Abendhimmel. Nachtzieher können ihre Kompasse bei Sonnenuntergang eichen und im Flug den Sternenkompass nutzen.

Bei großen Segelfliegern ist es umgekehrt. Störche, Adler, Geier, viele Greifvögel und Pelikane ziehen am Tag, weil sie auf Thermik angewiesen sind, Säulen warmer, aufsteigender Luft, die entstehen, wenn die Sonne den Boden erwärmt. Sie kreisen in einer Thermik nach oben, gleiten zur nächsten und wiederholen das, ohne viel Energie in Flügelschläge zu stecken. Deshalb konzentriert sich der Zug von Greifvögeln und Störchen an Stellen, an denen Landbrücken breite Wasserflächen umgehen, etwa am Bosporus, an der Straße von Gibraltar und auf der schmalen Landenge Mittelamerikas.

Ziehen auch Vögel auf der Südhalbkugel?

Ja, auch wenn das weniger Beachtung findet. In Südamerika sind viele Vögel sogenannte australe Zugvögel: Sie brüten im gemäßigten Süden, etwa in Südbrasilien, Argentinien und Chile, und ziehen im Südwinter nordwärts in die Tropen. Mehrere Tyrannen, darunter der Gabelschwanz-Königstyrann, sind bekannte Beispiele. Andere Arten ziehen nicht über Breitengrade, sondern Gebirgshänge hinauf und hinunter.

Es gelten dieselben Navigationswerkzeuge. Am Südhimmel gibt es keinen hellen Polarstern, doch der Sternenkompass braucht auch keinen: Vögel lernen den Drehpunkt des Himmels, egal welche Sterne ihn umgeben. Auch der Inklinationskompass funktioniert auf beiden Halbkugeln, weil er den Winkel der Feldlinien zum Boden misst und so immer zum nächstgelegenen Pol weist.

Wie finden Vögel jedes Jahr denselben Garten?

Viele Zugvögel sind sehr ortstreu. Beringungsstudien in Europa und Nordamerika haben einzelne Vögel dokumentiert, die Jahr für Jahr in dasselbe Brutrevier zurückkehren und sogar in dasselbe kleine Überwinterungsgebiet. Manche Vogelfreunde bemerken, dass Rauchschwalben im Stall oder Hausrotschwänze am Dachvorsprung fast am selben Tag jedes Frühjahrs zurückkehren, und beringte Vögel haben bestätigt, dass es sich tatsächlich um dieselben Individuen handeln kann.

Diese Präzision scheint aus den Karten- und Landmarkensystemen zu kommen. Ein Vogel nutzt seine Kompasse, um in die richtige Region zu gelangen, und wechselt dann zu vertrauten Merkmalen wie Küstenlinien, Flüssen, Waldrändern und schließlich einzelnen Bäumen und Gebäuden, um sein Ziel genau anzusteuern. Diese letzte Etappe ist gelernt, deshalb zeigen vor allem Altvögel diese punktgenaue Rückkehr.

Beispiele für bemerkenswerte Navigation

Den Rubinkehlkolibri gibt es nur in Amerika, wie alle wilden Kolibris. Wer in Europa einen “Kolibri” an Blüten schwirren sieht, hat fast immer ein Taubenschwänzchen entdeckt, einen Schwärmer, der übrigens selbst ein Wanderfalter ist und jedes Jahr aus Südeuropa zu uns einfliegt. Mehr in unseren Artikeln darüber, wie weit Vögel ziehen und welcher Vogel am weitesten zieht.

Warum verirren sich manche Vögel?

Trotz all dieser Ausstattung passieren Fehler:

• Umkehr- oder Spiegelzug. Junge Vögel fliegen manchmal in die entgegengesetzte oder spiegelbildliche Richtung, vermutlich wegen Fehlern bei der Umsetzung des angeborenen Programms. Das ist eine Erklärung für seltene Irrgäste, die weit außerhalb ihres normalen Verbreitungsgebiets auftauchen, etwa sibirische Laubsänger, die im Herbst auf Helgoland gefunden werden.
• Stürme und Wind. Unwetter können Vögel weit vom Kurs abtreiben, besonders über dem Meer.
• Künstliches Licht. Nachtzieher werden von hellen Lichtern angezogen und desorientiert, die sie in Städte und zu beleuchteten Gebäuden locken können. Das trägt während des Zuges zu vielen Kollisionen mit Glasscheiben bei. Unser Ratgeber zu Vogelschlag an Fenstern zeigt praktische Lösungen.

Mythen und Fakten zur Vogelnavigation

Mythos: Vögel folgen jedes Jahr genau demselben Weg wie auf einer Straße. Fakt: Viele Altvögel halten an groben Routen, Rastplätzen und Überwinterungsgebieten fest, ihr genauer Weg schwankt aber mit Wind und Wetter.

Mythos: Junge Vögel folgen immer ihren Eltern nach Süden. Fakt: Viele Singvögel ziehen beim ersten Mal allein, geleitet von angeborener Richtung und angeborenem Zeitplan.

Mythos: Vögel haben einen Magnetkompass wie unseren. Fakt: Ihr Kompass nimmt die Neigung der Feldlinien wahr, nicht die Polarität von Nord und Süd.

Mythos: Der Vogelzug wird durch Kälte ausgelöst. Fakt: Tageslänge und innere Uhren sind die wichtigsten Auslöser. Das Wetter beeinflusst nur den genauen Abflugzeitpunkt.

Was das für Vogelfreunde im Garten bedeutet

Vieles davon können Sie von zu Hause aus beobachten.

1. Unnötige Außenbeleuchtung ausschalten, vor allem während des Frühjahrs- und Herbstzugs. Das verringert Kollisionen und spart nebenbei Strom.
2. Futterstellen und Wasser sauber halten für rastende Durchzügler. Zugvögel müssen schnell auftanken. Siehe Vogelfutterhaus richtig reinigen.
3. Heimische Sträucher und Bäume pflanzen. Insekten und Beeren an heimischen Pflanzen ernähren durchziehende Grasmücken und Drosseln. Unser Ratgeber zu Beerensträuchern für Vögel im Winter ist ein guter Einstieg.
4. Beobachtungen melden. Meldungen über eBird oder ornitho.de, das Meldeportal des Dachverbands Deutscher Avifaunisten, helfen der Forschung, den Verlauf des Zuges zu kartieren. Wie eBird funktioniert, erklärt unser Ratgeber zur Nutzung von eBird.
5. Wetterkarten beobachten. Im Herbst folgt auf eine klare Nacht nach einer Kaltfront oft ein Morgen voller neuer Vögel.

Quellen

• BirdCast, Zugvogelprognosen des Cornell Lab of Ornithology und Partnern (englisch)
• Xu et al. 2021, Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird, Nature
• Mueller et al. 2013, Social learning of migratory performance, Science
• RSPB: Kuckuck (englisch)
• Schweizerische Vogelwarte Sempach
• Dachverband Deutscher Avifaunisten (DDA)
• NABU: Vögel in Deutschland