Torpor

Das Geheimnis des Winterschlafs

Das Arktische Ziesel kann seine Körpertemperatur im Torpor auf minus 2,9 Grad verringern. Bild: picture alliance/WILDLIFE

Einfach mal in den Stand-by-Modus gehen? Manche Tiere können das. Sie gehen in den Winterschlaf, wenn die Bedingungen zu ungemütlich werden. Doch das Leben im Energiesparmodus gibt Forschern immer noch Rätsel auf.

Dauerregen, Schneematsch und kalte Füße: Spätestens im Februar haben die meisten genug vom Winter und sehnen die ersten Sonnenstrahlen des Frühlings herbei. Und so manch einer fragt sich: Wieso kann ich den Winter nicht einfach verschlafen und pünktlich zum Frühling wieder unter meiner Decke hervorkriechen? Igel, Bär & Co halten doch schließlich auch Winterschlaf!

Reinhard Klenke muss bei dieser Vorstellung schmunzeln. So gemütlich sei das mit dem Winterschlaf gar nicht, sagt der Biologe vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig: „Mit Schlaf hat der Winterschlaf eigentlich gar nichts zu tun. Früher dachte man, die Tiere schlafen im Winter – dabei gehen sie in einen absoluten Sparzustand, bei dem eine Erholung nicht gewährleistet ist. Manche Tiere wachen auf und müssen tatsächlich erst einmal schlafen.“ Winterschlafforscher nennen den Zustand, den die Tiere eingehen, Torpor. In diesem Zustand werden lebenserhaltende Funktionen zurückgefahren: Die Körpertemperatur wird abgesenkt, der Stoffwechsel reduziert und die Atem- und Herzfrequenz drastisch verlangsamt. Beispielsweise schlägt das Herz einer Fledermaus bei einer Umgebungstemperatur von 25 Grad ganze 230 Mal pro Minute. Im Torporzustand bei einem Grad Außentemperatur verringert sich der Takt erheblich – auf gerade einmal acht Schläge pro Minute.

„Eines der größten Wunder beim Winterschlaf ist die Tatsache, dass die Organe diesen langen Ausnahmezustand unbeschadet überstehen.“

Die kontrollierte Absenkung der Körperfunktionen hat ein wichtiges Ziel: das Einsparen von Energie. Tatsächlich ist der Torporzustand so effizient, dass manche Tiere eine Energieeinsparung von bis zu 99 Prozent gegenüber dem Normalzustand erreichen. Dabei nutzen sie Torpor ganz unterschiedlich. Kolibri oder Zwerghamster etwa gehen nur für ein paar Stunden in den Torporzustand – Biologen sprechen dabei von Tagestorpor. Andere Tierarten wie Igel, Murmeltier und Siebenschläfer hingegen haben Torporphasen von mehreren Tagen oder sogar Wochen – der klassische Winterschlaf. „Eines der größten Wunder beim Winterschlaf ist es, dass die Organe diesen langen Ausnahmezustand unbeschadet überstehen“, sagt Lisa Warnecke. „Auch nach monatelanger Unterkühlung sind alle Organe blitzschnell wieder einsatzbereit.“ Die Hamburger Biologin, die vor Kurzem nach Australien gezogen ist, hat das Buch „Das Geheimnis der Winterschläfer“ geschrieben und dafür winterschlafende Tiere auf der ganzen Welt aufgespürt: Igel im heimischen Deutschland, Fledermäuse in Höhlen eisiger kanadischer Wälder und Bilchbeutler – eine kleine Beuteltierart – im fernen Australien. Da Lisa Warnecke die Winterschläfer im Freiland und nicht im Labor erforscht, stattet sie die Tiere mit Sendern auf oder unter der Haut aus, die konstant ihre Körpertemperatur messen.

In ihrem Buch räumt Lisa Warnecke mit weit verbreiteten Irrtümern auf: etwa dem, dass die Tiere monatelang nur regungslos daliegen. „Igel zum Beispiel wachen ungefähr alle zehn Tage aus dem Torporzustand auf. Dann werden alle körpereigenen Prozesse wieder hochgefahren und Körpertemperatur, Stoffwechsel und Herzschlag laufen wieder auf normalem Niveau“, sagt die Forscherin. Diese Aufwärmphasen kosten die Tiere enorm viel Energie – ihre mühselig im Sommer angefutterten Fettpolster schmelzen dahin. „Die Gründe für die Aufwärmphasen bei Winterschläfern sind nach wie vor unbekannt. Denkbar ist, dass sie die Immunabwehr aktivieren, die Organe regenerieren, Stoffwechselgifte ausscheiden oder Schlaf nachholen“, sagt Lisa Warnecke.

Auch die Auslöser für den Winterschlaf geben den Forschern immer noch Rätsel auf. Während manche Winterschläfer stark temperaturabhängig sind, richten sich andere nach der Tageslänge. „Torpor ist allerdings vor allem ein Zustand, der eintritt, wenn zu wenig Wasser oder Nahrung vorkommt“, erklärt Lisa Warnecke. Auch eine Dürrezeit oder extreme Hitze können also bei manchen Tieren Torpor auslösen – bei Fettschwanzmakis auf Madagaskar zum Beispiel, wie die Biologin in ihrem Buch beschreibt. Ihren Namen erhielten die zu den Primaten zählenden Lemuren durch die Fähigkeit, in ihrem buschigen Schwanz Fett zu speichern. In der Trockenzeit und bei geringem Nahrungsangebot ziehen sie sich in Baumstämme zurück und können im Torpor wochenlang von diesen Fettreserven leben. Dabei sind sie im Tagesverlauf großen Temperaturschwankungen ausgesetzt: von 10 Grad am Morgen bis auf 35 Grad am späten Nachmittag. Die Körpertemperatur der Tiere verändert sich im Torporzustand dabei passiv mit, so dass die Schwankungen bis zu 20 Grad betragen.

„Ein winterschlafendes Murmeltier fühlt sich an wie ein Stück Schweinebraten, das man gerade aus dem Kühlschrank holt.“

Die Körpertemperatur ist für die Forscher ein wichtiger Indikator: Befindet sich ein Winterschläfer im Torpor, kühlt sein Körper auf ungefähr ein Grad über der Umgebungstemperatur aus. Unangefochtener Rekordhalter unter den winterschlafenden Säugetieren ist das Arktische Ziesel mit einer Körpertemperatur von minus 2,9 Grad – dabei gefriert weder das Gehirn noch das Blut der Erdhörnchen. Bei den meisten Tieren liegt der Schwellenwert allerdings bei vier bis fünf Grad Körpertemperatur. „Wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird, müssen die Tiere mehr Energie und damit mehr Fettreserven verbrauchen, um ihre Minimaltemperatur zu halten“, sagt Sylvia Ortmann vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung. Sie hat über den Winterschlaf bei Murmeltieren promoviert und erforscht seit 20 Jahren, wie sich Tiere an jahreszeitliche Veränderungen anpassen. „Ein winterschlafendes Murmeltier fühlt sich an wie ein Stück Schweinebraten, das man gerade aus dem Kühlschrank holt“, sagt die Stoffwechselphysiologin schmunzelnd. „Und dennoch: Je nach Körpergröße können die Tiere innerhalb von einer halben bis zu drei Stunden von 4 Grad wieder auf 37 Grad hochheizen.“ Dabei erwärmt sich die vordere Körperhälfte viel schneller als die hintere. „Wir haben einmal ein Murmeltier gemessen, das vorne schon 32 Grad Körpertemperatur hatte und hinten erst 15 Grad. Das heißt, es konnte vorne schon zuschnappen, während es hinten noch nicht weglaufen konnte“, erzählt Sylvia Ortmann.

Auch andere Winterschläfer zeigen erstaunliche Fähigkeiten im Zusammenhang mit dem Winterschlaf – etwa der einheimische Siebenschläfer. Bei diesem kleinen Nager wurde die bislang längste Winterschlafdauer im Freiland gemessen: ganze elf Monate. Im Jahr der Rekordleistung war die sogenannte Mast ausgeblieben, das heißt die Bäume trugen weniger Früchte. Die Siebenschläfer scheinen das schon vorab zu wissen, erklärt Sylvia Ortmann: „Sie kommen aus dem Winterschlaf und müssen entscheiden, reproduziere ich in diesem Jahr oder lasse ich es sein? Niemand weiß genau, wie sie das wissen können, aber in Jahren, in denen die Mast ausbleiben wird, gehen sie quasi unmittelbar wieder in den Winterschlaf.“ Die Siebenschläfer scheinen also bewusst für ihren Nachwuchs ein besseres Jahr auszuwählen und die eigenen Energiereserven zu schonen. Fledermäuse wiederum wenden einen erstaunlichen Trick an, um sich und den Nachwuchs durch schlechte Zeiten zu bringen: Sie trennen einfach den Akt der Paarung von der Befruchtung. Das Fledermausweibchen bewahrt die Spermien während des Winterschlafs in den Eileitern auf. Direkt danach geschieht erst die Befruchtung. Bis zu 190 Tage liegen so zwischen Paarung und Befruchtung.

Unter Winterschlafforschern wird diskutiert, ob die Tiere auch auf menschengemachte Veränderungen der Umwelt reagieren. Ein Beispiel ist die Lichtverschmutzung, also die nächtliche Aufhellung durch künstliches Licht. „Wenn außen die Beleuchtung heller ist, stört das Fledermäuse und Bären in einer dunklen Höhle nicht – innen bleibt es dunkel“, erklärt Reinhard Klenke vom UFZ, der ein Experte für Lichtverschmutzung bei Vögeln ist. Bei anderen Winterschläfern aber gibt es Folgen: „Beim Grauen Mausmaki zum Beispiel haben Studien gezeigt, dass die Torporphasen durch künstliches Licht in der Nacht verkürzt werden und seltener auftreten“, sagt der Biologe.

„Ob Winterschläfer aber zu den Gewinnern oder Verlierern der Klimawandelfolgen gehören werden, ist noch ungewiss.“ Eine mögliche Interpretation: Obwohl alle anderen Bedingungen winterlich sind und einen sparsamen Umgang mit Energie erfordern, signalisiert das Licht den Tieren Sommer. „Dies hat zur Folge, dass die Tiere mehr Energie verbrauchen. Das vermehrte Eindringen von künstlichem Licht in natürliche Lebensräume kann also dazu führen, dass biologische Rhythmen desynchronisiert werden – im Verlauf des Tages genauso wie im Verlauf von Jahreszeiten“, erklärt Reinhard Klenke. Auch ein Effekt durch den Klimawandel konnte bei einigen Arten schon gezeigt werden, weiß Lisa Warnecke: „Das Murmeltier hat seine Winterschlafsaison zwischen 1976 und 2000 bereits um 38 Tage verkürzt wegen der wärmeren Frühlingstemperaturen. Ob Winterschläfer aber zu den Gewinnern oder Verlierern der Klimawandelfolgen gehören werden, ist noch ungewiss.“

In ihrem Buch geht Lisa Warnecke auch der Frage nach, was Menschen sich von den Winterschläfern abgucken könnten: „Manche träumen davon, den Zustand des Winterschlafes für den Menschen zugänglich zu machen – für medizinische Zwecke oder die Raumfahrt.“ Weil es im Weltall keinen natürlichen 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus gibt, leiden Astronauten unter Schlafschwierigkeiten und Störungen der sogenannten „inneren Uhr“. „Für Raumfahrer könnte der Torporzustand eine Möglichkeit sein, den negativen Auswirkungen sozialer Isolation zu entgehen und Ressourcen wie Energie, Nahrung und Sauerstoff zu sparen“, sagt Daniel Aeschbach, Leiter der Abteilung für Schlaf und Humanfaktoren am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Gerade bei Weltraummissionen wie einem mehrjährigen Flug zum Mars wäre dies ein interessantes Szenario – zumindest in der Theorie. „Bisher wurden nur Extremsituationen beschrieben, in denen Menschen Phasen langer, starker Unterkühlung überstanden haben“, sagt der DLR-Forscher. Doch Winterschlafforscher gehen davon aus, dass dies nichts mit dem Torporzustand der Winterschläfer zu tun hat. Daniel Aeschbach sieht auch weitere Risiken: „Das Aufwachen aus einem Torpor braucht eine gewisse Zeit. Das würde ein Problem darstellen in Notfallsituationen, die rasches Handeln verlangen. Zudem wird diskutiert, ob sich Torpor negativ auf das Gedächtnis auswirkt, und für den Menschen würden sich eine Vielzahl ethischer Fragen stellen.“

Den Menschen, die sich nach Sonne sehnen, bleibt also auch weiterhin nur übrig, den Frühling abzuwarten.

02.03.2018 , Annette Doerfel
Leserkommentare, diskutieren Sie mit (0)
Keine Kommentare gefunden!
Kommentar hinzufügen

Ihr Kommentar wird nach dem Absenden durch unsere Redaktion geprüft und dann freigegeben, wir bitten um etwas Geduld. Bitte beachten Sie auch unsere Kommentarregeln.

Your comment will be checked by our editors after sending and then released, we ask you for a little patience.

Druck-Version