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Wissen
11/04/2019

Winterschlaf der Tiere: Cool bleiben hat seinen Preis

Die Überlebensstrategie des Winterschlafs lässt Zellen schneller altern. Auch Gehirn und Immunsystem leiden.

von Hedwig Derka

Am Institut für Wildtierkunde und Ökologie herrschten unwirtliche Temperaturen. Bei 3 Celsius verkrochen sich die sieben Siebenschläfer und die 16 Gartenschläfer in der Klimakammer der Vetmeduni Wien und taten, was sie auch in freier Natur gemacht hätten. Sie senkten ihre Körpertemperatur, minimierten alle Funktionen – von Herz bis Hirn – und reduzierten damit ihren Energieverbrauch um etwa 90 Prozent. Dieser Zustand währte 19 Wochen – unterbrochen von einigen überlebenswichtigen Aufwärmstunden in Eigenregie.

Alles hat seinen Preis

Zu Beginn des Experiments und am Ende wurden die Nager gewogen, dazu entnahmen Julia Nowack und Kollegen DNA-Proben an den Wangeninnenseiten der Versuchskaninchen und deren Kontrollgruppe, die in den dunklen Monaten bei 14 C mummelte. Zum Schluss stand einmal mehr fest: Winterschlaf hat seinen Preis.

Reparatur

„Ein tiefer Winterschlaf ist mit Kosten auf zellulärer Ebene verbunden“, erklärt Biologin Nowack, die derzeit an der Liverpool John Moores Uni arbeitet. Tiere, die bei milden Temperaturen überwintern, verbrauchen zwar mehr Energie als Tiere im Kühlmodus. Dafür halten die „heißen“ Typen längere Telomere aufrecht. Diese Schutzkappen an den Enden der Chromosomen gelten als Marker für die Alterung des Körpers. Coole Typen müssen die Telomerenlänge mit großem Energieaufwand wieder herstellen. Gelingt das nicht, stirbt die Zelle ab. Die Uhr tickt schneller, der Organismus wird anfällig für Krankheiten. Wildtiere mit Fettreserven verzichten daher auf eine radikale Absenkung der Körpertemperatur. „Es scheint sich um einen Kompromiss zwischen der Beibehaltung intakter Telomere, also eine Investition in das Überleben der Zellen, und der Maximierung der Energieeinsparung durch Winterschlaf bei niedriger Körpertemperatur zu handeln“, fasst Nowack die aktuellen Ergebnisse zusammen.

Effizient

„Im Prinzip ist der Winterschlaf die effizienteste Methode, um Energie zu sparen und damit gut über den Winter zu kommen“, weiß Eva Millesi, Leiterin des Departments für Verhaltensbiologie an der Uni Wien: „Die Mortalität ist gering.“ Tiere, die sich während der kalten Jahreszeiten in den Bau zurückziehen, leiden nicht unter dem witterungsbedingten Nahrungsmangel. Gleichzeitig sind sie in ihren Quartieren sicher vor Fressfeinden.

 

Zitronenfalter

Gleichwarme Überlebenskünstler: Zitronenfalter produzieren bei Kälte Frostschutzmittel im Blut

Fledermaus

Tiefschläfer: Sinken die Außentemperaturen, zehren Fledermäuse von ihren Fettreserven

Bären

Auf saisonaler Sparflamme: Bären passen  die Zusammensetzung ihres Körperfetts an

Schlafmäuse

Balanceakt: Kleine Nager mummeln den ganzen Winter. Sie versuchen, möglichst viel Energie zu sparen und den Körper möglichst wenig zu schädigen

Eichhörnchen

Auf Vorrat: Eichhörnchen ruhen in der kalten Jahreszeit. Zwischendurch futtern sie Nüsse

Auf Sparflamme

Doch die coole Phase, Torpor genannt (siehe unten), hat weitere Nebenwirkungen: In langen Intervallen von bis zu drei Wochen tut der Sparflammen-Stoffwechsel dem Gehirn nicht gut. Millesi konnte früher bei Zieseln zeigen, dass die Erdhörnchen nach dem Winterschlaf im Labor unter Gedächtnisverlust litten. Die wieder erwachten Nager fanden sich im Labyrinth nicht mehr so gut zurecht wie vor dem Winterschlaf. Die wach gebliebenen Tiere dagegen gelangten unverändert an ihre Leckerlis.

Ein großes Rätsel

„Wir vermuten, dass das Arousal (Aktivierung während des Winterschlafs, Anm.) das Risiko von Ausfällen reduzieren bzw. Schäden reparieren soll. Es ist aber noch ein großes Rätsel“, sagt die Biologin. Die kurzen Aufwärmphasen – die Körpertemperatur steigt auf 38C – verbrennen extrem viel Energie. Sie dauern zwölf bis 20 Stunden, dann fährt der Organismus wieder zurück. Je kälter es im Bau ist, desto länger sind die Torpor-Intervalle. Gegen Frühling wird die kaltblütige Inaktivität immer öfter von den wärmenden Traumphasen unterbrochen. Bis schließlich die innere Jahresuhr die Lebensgeister völlig weckt. Dann springt auch das Immunsystem wieder an. Die Triebe steuern Richtung Familienplanung ...

Jetzt ist aber Schlafenszeit.

Winterschlaf: Vor allem kleine Tiere wie Siebenschläfer und Murmeltier sparen im Winterschlaf Energie. Im Torpor senken sie die Körpertemperatur auf 4C, verlangsamen Herzschlag und Atemfrequenz und minimieren die Hirnfunktionen. Sie zehren von Fettreserven. Zwischendurch heizen sie im Arousal den Körper kurzfristig auf Normaltemperatur auf. Sie bleiben aber im Bau, fressen nicht und verbringen viel Zeit im Träumeland.

Winterruhe: Etwas größere gleichwarme Wildtiere – darunter Dachs, Waschbär und Eichhörnchen – ruhen bei Kälte, um Kräfte zu sparen. Sie ziehen sich in ein Winterquartier zurück und reduzieren ihre Körpertemperatur nur um wenige Grade. In Wachphasen futtern sie Vorräte oder suchen Nahrung und setzen Kot und Urin ab.

Winterstarre: Wechselwarme Lebewesen – z.B. Zitronenfalter und Landschildkröte – passen sich unbeeinflussbar der Umgebungstemperatur an und verfallen in eine Starre. Dafür suchen sie frostfreie Plätze auf, wo sich die Lebensfunktionen fast auf Null reduzieren.