A8 Neuromuskuläre Störung

Thema

Das Nervensystem des Vogels funktioniert im Flug wie ein geschlossener Regelkreis: Es misst in Echtzeit das Flugverhalten des Vogels, passt kontinuierlich Flügelgeometrie, Muskelkraft und Flügelschlagkinematik an, um die gerade gemessene Abweichung zu korrigieren, und misst sofort erneut das Ergebnis derselben Anpassung. So schließt sich der Regelkreis während des gesamten Fluges immer wieder. Verschiedene Faktoren können die Neurotransmission stören, über die dieser Regelkreis funktioniert: Organophosphat-Pestizide, die die Acetylcholinesterase hemmen; Schwermetalle wie Blei oder Quecksilber; Krankheitserreger, die das zentrale Nervensystem befallen; oder natürliche Toxine, die der Vogel mit der Nahrung aufnimmt. Jeder dieser Faktoren kann das Nervensystem des Vogels schädigen, ohne die Knochen oder Muskeln, die dieses Nervensystem steuert, direkt zu beeinträchtigen.

Im Gegensatz zu einer lokalen Verletzung eines Muskels oder Knochens wirkt sich die Schädigung des Nervensystems nicht nur auf einen einzelnen Punkt im Vogel aus. Da dieser geschlossene Regelkreis gleichzeitig Flügelgeometrie, Muskelkraft und Flügelschlagkinematik anpasst, breitet sich seine Beeinträchtigung auf alle drei Aktuatoren gleichzeitig aus, und keiner von ihnen erhält mehr die präzisen Anpassungen des Nervensystems, die er bei einem gesunden Vogel erhalten würde.

Die erste physikalische Folge dieser Beeinträchtigung ist eine erhöhte Reaktionslatenz des Nervensystems: Die Zeitspanne zwischen dem Auftreten einer Störung im Flug – einer Windböe, einer plötzlichen Richtungsänderung der verfolgten Beute – und dem Zeitpunkt, an dem das Nervensystem diese Störung in eine Anpassung der Flügelgeometrie, der Muskelkraft oder der Flügelschlagkinematik umsetzt, verlängert sich. Je stärker das Nervensystem beeinträchtigt ist, desto größer ist diese Reaktionslatenz und desto länger ist der Vogel einer Störung ausgesetzt, bevor er mit der Korrektur beginnt.

Die zweite Folge ist eine verringerte Korrekturwirkung: Selbst wenn das geschädigte Nervensystem auf eine Störung reagiert, fällt die Anpassung der Flügelgeometrie, der Muskelkraft oder der Flügelschlagkinematik geringer aus als bei einem gesunden Nervensystem. Je geringer diese Korrekturwirkung, desto weniger trägt jede einzelne Anpassung des Vogels zur Behebung der ursprünglichen Abweichung bei, und kleine Störungen summieren sich zu größeren Abweichungen, da das Nervensystem sie nicht mehr vollständig neutralisieren kann.

Die Kombination aus längerer Reaktionszeit und verringerter Korrekturwirkung kann das Stabilitätssystem des Vogels unterdämpfen: Anstatt eine Abweichung sanft und progressiv zu korrigieren, überkorrigiert das geschädigte Nervensystem zu spät, lässt die Abweichung passieren, überkorrigiert erneut in die entgegengesetzte Richtung usw., wodurch anhaltende Schwankungen des Anstellwinkels anstelle eines stabilen Fluges entstehen.

Diese beiden Schwächen – längere Reaktionszeit und geringere Korrekturfähigkeit – erhöhen auch die Fehlerquote bei Abfangmanövern, den schnellen und präzisen Flugbahnkorrekturen, die ein Vogel benötigt, um Beute im Flug zu fangen oder einem Hindernis auszuweichen: Je länger das Nervensystem reagiert und je weniger Korrekturen es vornimmt, desto größer ist die Diskrepanz zwischen der Soll- und der tatsächlich eingeschlagenen Flugbahn.

Zusätzlich zu diesen Auswirkungen, die selbst bei symmetrischer Nervenschädigung beider Körperseiten auftreten, führt eine asymmetrische Schädigung – also eine stärkere Ausprägung auf einer Seite – zu einer ungleichen Anpassung der Flügelgeometrie, Muskelkraft und Flügelschlagkinematik zwischen der linken und rechten Seite. Diese Ungleichheit erzeugt ein Flugungleichgewicht, vergleichbar mit dem durch einen asymmetrischen Knochenbruch, wobei die Ursache hier jedoch im Nervensystem und nicht in der Struktur liegt: Der Flügel erzeugt nicht aufgrund einer Schädigung weniger Auftrieb, sondern das Nervensystem kann beide Körperseiten nicht mehr gleichmäßig koordinieren.

Diese fünf Folgen – längere Reaktionszeit, verringerte Korrekturverstärkung, Unterdämpfung bei Schwankungen des Anstellwinkels, größere Fehler bei Abfangmanövern und Flugungleichgewicht aufgrund neuronaler Asymmetrie – sind die physischen Spuren eines durch ein Organophosphat-Pestizid, ein Schwermetall, einen neurologischen Krankheitserreger oder ein Nahrungsgift geschädigten Nervensystems in der Luft, ohne dass Knochen, Muskeln oder Gefieder des Vogels physisch beschädigt werden müssen. Die gemeinsame Auswertung dieser Folgen ermöglicht es uns, anhand des Flugverhaltens eines Vogels zu erkennen, ob die Ursache seiner Koordinationsstörung im neuromuskulären Kontrollsystem selbst liegt und nicht in den von diesem System bewegten Aktuatoren.

ID:4218