Geniale Murmeltier-Mechanismen gegen die Kälte

14. Februar 2012, 18:24
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Die Nager kühlen aus und liegen beim Winterschlaf eng aneinandergekuschelt, um nicht zu erfrieren - Auch Rothirsche und Menschen leben auf Sparflamme - Letztere nicht immer mit Erfolg.

Murmeltiere sind eigentlich die geborenen Diätexperten. Sie wissen ganz genau, welches Futter ihnen guttut. Deshalb fressen sie auch im September, ehe sie sich zum Winterschlaf zurückziehen, jede Menge Blüten von den Almwiesen. Darin sind Omega-6-Fettsäuren enthalten, mit deren Hilfe sie Körpertemperaturen bis knapp über dem Gefrierpunkt ertragen und den Stoffwechsel dadurch auf ein Hundertstel des Sommerwertes herunterfahren können.

Dass das Murmeltierherz in diesem Stand-by-Modus trotzdem schlägt, ist eines jener Naturphänomene, die Walter Arnold, Leiter des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie am Wiener Wilheminenberg, mit seinem Team erforscht. Zufällig, denn eigentlich wollte der gelernte Verhaltensbiologe wissen, warum die Murmeltiere so sozial sind. Der Nachwuchs bleibt hier bis lange nach der Geschlechtsreife bei den Eltern. Und das hat einen Grund: Während des Winterschlafs wärmt man einander, vor allem die Jungtiere, denn unter null Grad darf die Körpertemperatur nicht sinken.

Diese Tatsache führte die Forscher schließlich zur Frage: Welche biochemischen Vorgänge ermöglichen das Überleben trotz der starken Abkühlung des Tierkörpers, dessen normale Betriebstemperatur bei etwa 37 Grad liegt? Eine wichtige Rolle spielt Kalzium. Wenn Nervenimpulse die Zelloberfläche treffen, kommt es zur Ausschüttung dieses Stoffes aus zellinternen Behältern.

Damit ein Muskel, also auch der Herzmuskel, erneut kontrahieren kann, muss das Kalzium wieder zurückgepumpt werden. Dafür sorgt ein Protein, das in hoher Konzentration in der Membran dieser Behälter vorhanden ist. Ein blitzschnell ablaufender Vorgang, der allerdings - wie alle chemischen Reaktionen - temperaturabhängig ist. Das heißt: Wenn der Körper auskühlt, laufen die Pumpen langsamer. Zu langsam dürfen sie freilich nicht werden, denn dann würde der Rücktransport des Kalziums stocken und der Herzstillstand eintreten.

Die Murmeltiere wissen, wie man das verhindert: Sie bereiten sich auf den Winterschlaf vor, indem sie die Membranen in ihren Herzmuskelzellen umbauen. Das hat offenbar zur Folge, dass die Proteinpumpen schneller arbeiten können - und das Herz trotz starker Abkühlung weiterschlägt. Die um die Pumpen in die Membran eingelagerten Omega-6-Fettsäuren scheinen deren Arbeit zu erleichtern und so den unvermeidlichen Temperatureffekten entgegenzuwirken.

Extreme Strategie

Der Winterschlaf ist aber nur ein Extrem einer im Tierreich weitverbreiteten Überlebensstrategie während der kalten Jahreszeit: Im Prinzip drosseln alle Säugetiere in gemäßigten Breiten ihre Stoffwechselaktivität - auch der Mensch, obwohl er eigentlich aus den Tropen kommt. Er scheint sich aber erfolgreich an die jahreszeitlichen Schwankungen angepasst zu haben.

Arnolds Team konnte in den vergangenen zehn Jahren bei Rothirschen, Gämsen, Wildpferden und Steinböcken auch einen "verborgenen Winterschlaf" nachweisen. Die Tiere bewegen sich kaum und verbrauchen viel weniger Energie als in der warmen Jahreszeit. Der wichtigste Beitrag dazu ist wie beim Murmeltier eine niedrigere Körpertemperatur, die mit verringerter innerer Wärmeproduktion und damit weniger Stoffwechselleistung aufrechterhalten werden kann. Allerdings kühlen diese Tiere nur in den äußeren Körperteilen so stark aus wie die kleinen "echten" Winterschläfer. Diese Energiesparmaßnahmen sind überlebenswichtig, denn Nahrung ist knapp im Winter und wird weitgehend durch den Verbrauch von Fettreserven ersetzt. "Das geht so weit, dass die Tiere im Winter weniger Appetit haben als im Sommer", sagt Arnold.

Erstaunlich ist dabei ihre Anpassungsfähigkeit an Extremsituationen, die im Winter eintreten können: Die Forscher beobachten das unter anderem bei Rothirschen in einem Gehege neben dem Institut am Wilheminenberg. Die Tiere wurden vier Wochen lang im Winter gut gefüttert. Danach wurde vier Wochen lang die Nahrung reduziert. Obwohl sie sich schon auf dem um etwa 60 Prozent niedrigeren Winterniveau befanden, waren die Rothirsche in der Lage, ihre Stoffwechselaktivität noch weiter herunterzuschrauben. Eine ideale Strategie, wenn es weniger zu fressen gibt.

Omega-6-Fettsäuren spielen schließlich auch bei Nichtwinterschläfern eine große Rolle in der kalten Jahreszeit. Nicht für das stets warme Herz, wohl aber für die kalte Muskulatur in den Extremitäten, wie die Forscher des zur Veterinärmedizinischen Universität Wien zählenden Instituts erkannt haben: Omega-6-Fettsäuren beeinflussen nämlich die Laufgeschwindigkeit der Tiere positiv. Kein Wunder, dass der besonders laufschnelle Feldhase damit gut ausgestattet ist. Allerdings scheint er derzeit in einer Krise zu stecken. Der Hasenbestand ist nämlich rückläufig. Vermutlich finden die Jungtiere weit weniger Pflanzen mit Omega-6-Fettsäuren als in den besseren Jahren. "Das merken wir Menschen kaum, der Fuchs allerdings schon." Ein ökologisches Problem, das für die Experten am Wilheminenberg ebenfalls ein Forschungsthema ist.

Zu viel Fleisch

Auch für Menschen haben Omega-6-Fettsäuren eine große Bedeutung. Wir nehmen über den Fleischverzehr zu viel davon und zu wenig von den im Fischöl auftretenden Omega-3-Fettsäuren zu uns. Laut Weltgesundheitsorganisation WHO sollte das Verhältnis zwischen Omega 6 und Omega 3 in der Ernährung vier zu eins sein. In der westlichen Welt liegt es aber bei neun oder sogar zehn zu eins, was das Risiko für Herzinfarkte und jede Art von Entzündung erhöht. Arnold und sein Team interessieren sich dabei auch für jahreszeitliche Schwankungen, die sie aus dem Tierreich kennen: Auch der Mensch hat nämlich im Winter mehr Omega 6 in den Zellmembranen. In der kalten Jahreszeit kommt es außerdem häufiger zu Herzinfarkten. Ein Zufall? Zumindest ein weiterer Beweis dafür, dass der Mensch kein geborener Diätexperte ist. (DER STANDARD, Printausgabe, 14.02.2012)

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    Butterkekse wachsen nicht auf Almwiesen, daher ist diese Mahlzeit für diese vier Alpenmurmeltiere im Nationalpark Hohe Tauern eher die Ausnahme von der Regel. Meistens fressen die Tiere Pflanzen - und bauen dabei für ihre Winterschlafphase vor

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    Der Rothirsch hat im Winter, wenn weniger Nahrung zu finden ist, auch weniger Appetit.

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