(openPR) Die Fähigkeit, durch eine gezielte Absenkung der Stoffwechselrate und der Körpertemperatur Energie zu sparen, ist ein erstaunlicher Überlebensmechanismus, der sich bei vielen Säugetieren und Vögeln beobachten lässt. Ob bei eisigen Temperaturen, knappen Nahrungsressourcen oder extremen Umweltbedingungen – der kurzzeitige tägliche Torpor und der längerfristige Winterschlaf erlauben es den Tieren, Energie und Ressourcen besonders effizient zu nutzen. Igel beispielsweise verbringen rund die Hälfte des Jahres im Winterschlaf und senken dabei ihre Herzfrequenz von rund 200 auf weniger als zehn Schläge pro Minute. Der Siebenschläfer hält sogar acht Monate Winterschlaf und kann diesen unter extremen Bedingungen auf nahezu ein Jahr ausdehnen, während Kolibris und andere Vögel bei Bedarf in einen mehrstündigen Torpor verfallen können.
Wie sich die beeindruckende Vielfalt von Torpor und Winterschlaf im Lauf der Evolution entwickelt hat, war bisher nicht geklärt. In einer neuen Studie zeigt das Forschungsteam unter Leitung von Dr. Dimitrios-Georgios Kontopoulos und Prof. Dr. Michael Hiller vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt, dass täglicher Torpor und Winterschlaf ein evolutionäres Kontinuum bilden und dass diese faszinierenden Mechanismen mehrfach unabhängig voneinander bei verschiedenen Abstammungslinien entstanden sind.
„Wir haben mit Hilfe komplexer phylogenetischer vergleichender Modelle Daten von insgesamt 1.338 Vogel- und Säugetierarten analysiert. Dabei konnten wir feststellen, dass der kurzfristige tägliche Torpor und der ausgedehnte Winterschlaf sich entwicklungsgeschichtlich nicht klar voneinander abgrenzen lassen – evolutionäre Übergänge zwischen beiden kommen häufig vor“, erklärt Erstautor Kontopoulos. „In der Evolutionsgeschichte hat sich die Fähigkeit des kurzzeitigen Torpors wiederholt zu einem längeren Winterschlaf entwickelt und andersherum – oft innerhalb von nur wenigen Millionen Jahren.“
Das Forschungsteam untersuchte außerdem, wie verschiedene Eigenschaften der Tiere, ihr Lebensraum und die Evolution des Torpors zusammenhängen. Kleinere Körpergröße, nächtliche Aktivität und ein Leben in Regionen mit saisonal unterschiedlichen Temperaturen und niedriger Nahrungsverfügbarkeit sind offenbar mit der Fähigkeit, in den Energiesparmodus zu wechseln, verknüpft. „Das deckt sich mit unseren Erwartungen, dass Torpor und Winterschlaf vor allem in Lebensräumen mit stark schwankenden Umweltbedingungen Vorteile bringen“, berichtet Hiller. „Dabei können sich kleine Tiere den Energiesparmodus eher ‚leisten‘, da sie weniger Energie benötigen, um ihre Systeme wieder auf das ‚Normallevel‘ hochzufahren. Für sehr große Tiere wäre das zu energieintensiv und würde den Nutzen der Strategie wieder aufwiegen. Eine prominente Ausnahme sind Winterschlaf haltende Bären. Diese senken ihre Körpertemperatur allerdings nur auf etwa 30 Grad Celsius ab – die Körpertemperatur der Haselmaus (Muscardinus avellanarius) dagegen kann auf bis zu minus zwei Grad Celsius abfallen.“
Auch eine zumindest teilweise fleisch- oder insektenbasierte Ernährung scheint mit dieser Fähigkeit verknüpft zu sein. „Gerade bei insektenfressenden Tieren leuchtet das ein“, ergänzt Kontopoulos. „In Regionen mit starken saisonalen Temperaturunterschieden schwankt auch die Verfügbarkeit von Insekten deutlich. Einige Fledermäuse beispielsweise halten ihren Winterschlaf während der Periode mit dem niedrigsten Insektenvorkommen. Bei jedem dieser beobachteten Muster haben wir allerdings gleichzeitig zahlreiche Ausnahmen gefunden, was ein Hinweis darauf ist, dass der Torpor mehrfach in verschiedenen Artengruppen und unter unterschiedlichen Bedingungen unabhängig voneinander entstanden ist.“
Da der Winterschlaf bei Säugetieren eine so weit verbreitete Strategie ist, ist eine der Kernfragen der Studie, ob diese Fähigkeit bereits beim letzten gemeinsamen Vorfahren aller heutigen Säugetiere vorhanden war und später bei vielen Arten – einschließlich dem Menschen – verloren gegangen ist, oder ob sie sich später mehrfach entwickelte. „Wegen der Komplexität des Winterschlafs erscheint es auf den ersten Blick vielleicht unwahrscheinlich, dass diese Überlebensstrategie mehrfach entstehen konnte,“ so Kontopoulos. „Es wurde auch die These aufgestellt, dass eine monatelange Winterruhe für das Überleben der Säugetiere nach dem Massenaussterben vieler Arten an der Kreide-Paläogen-Grenze vor 66 Millionen Jahren entscheidend gewesen sein könnte. Unsere Ergebnisse deuten aber darauf hin, dass die letzten gemeinsamen Vorfahren der heutigen Säugetiere wahrscheinlich nicht die Fähigkeit zur Winterruhe hatten – sie müssen auf andere Weise überlebt haben. Dass eine so komplexe Fähigkeit wie der Winterschlaf sich in der Evolution mehrfach entwickelt hat, ist auch nicht einzigartig – viele andere komplexe Merkmale sind ebenfalls mehrmals unabhängig voneinander entstanden, darunter das Sehen oder das Fliegen.“
Aus den vorliegenden Ergebnissen zur bemerkenswerten Vielfalt von Winterschlaf und Torpor ergeben sich unmittelbar weitere Forschungsfragen. „Unser Wissen zu den molekularen Grundlagen des Torpors bei einer bestimmten Art, lässt sich nicht zwangsläufig auf eine andere Art übertragen – selbst, wenn diese ähnliche ökologische Nischen besetzen. Wir sollten mehr über die molekularen, physiologischen und ökologischen Mechanismen dieser Strategien bei verschiedenen Arten herausfinden – auch um besser zu verstehen, wie Winterschlaf haltende Tiere auf Umweltveränderungen, beispielsweise durch den Klimawandel, reagieren werden“, resümiert Hiller.
wissenschaftliche Ansprechpartner: Dr. Dimitrios-Georgios Kontopoulos Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt
Prof. Dr. Michael Hiller Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt Goethe-Universität Frankfurt’ Tel. 069 7542 1398
