Rothirsche drosseln den Stoffwechsel im Winter unabhängig vom Nahrungsangebot

(17.12.2011) Große Säugetiere unserer Breiten reduzieren im Winter ihren Stoffwechsel und damit ihren Energiebedarf deutlich.

Eine Gruppe Rotwild im Schnee; Bildquelle: Folko Balfanz
Eine Gruppe Rotwild im Schnee
Die Verwandtschaft dieser, mittlerweile durch das Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna an mehreren Arten nachgewiesenen Reaktion mit dem echten Winterschlaf dokumentiert eine Arbeit aus dem Institut, die in der Zeitschrift „Journal of Experimental Biology“ veröffentlicht wurde.

Ist die winterliche Stoffwechselreduktion eine direkte Folge des Futtermangels, oder erfolgt sie unabhängig vom Nahrungsangebot? Das überraschende Ergebnis: Rotwild reduziert seine Stoffwechselrate, egal, wie üppig oder karg das winterliche Nahrungsspektrum ist.

Im Sommer finden Wildtiere der gemäßigten Klimazonen reichlich Futter. Im Winter wird die Nahrung jedoch knapp. Viele kleinere Säugerarten überbrücken deshalb die kalte Zeit mit Winterschlaf, doch mit der Ausnahme einiger Bärenarten bleiben große Tiere wach und müssen auch im Winter nach Futter suchen.

Dennoch reduzieren auch sie ihre Stoffwechselaktivität, um mit dem winterlichen Nahrungsmangel fertig zu werden. Rothirsche, Steinböcke, Wildpferde, sie alle senken im Winter den Energiebedarf enorm.

Möglich macht dies die Toleranz niedrigerer Körpertemperatur, die sich besonders stark in den äußeren Körperteilen und Gliedmaßen zeigt.

Ob diese Reaktionen tatsächlich wie beim Winterschläfer schon  vorsorglich in Erwartung des winterlichen Nahrungsengpasses auftreten, oder ob sie eine direkte Konsequenz unzureichender Nahrungsaufnahme sind, untersuchten Christopher Turbill, Walter Arnold und Kollegen experimentell an Rothirschen, die im Wildgehege des Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna unter naturnahen Bedingungen leben.

Daten aus dem Bauch

Die Forscher setzten dabei modernste Telemetrietechnik zusammen mit computergesteuerten Fütterungsautomaten ein. Sie nutzten die aus der tierärztlichen Praxis schon lange bekannte Tatsache, dass Wiederkäuer keine Probleme mit kleineren Fremdkörpern in ihrem Pansen haben.

15 Rothirschkühen wurden durch Abschlucken Miniatursender in die Netzmägen eingebracht, die die Herzschlagrate, ein gutes Maß der Stoffwechselintensität, und die Temperatur der Tiere im Körperinneren 18 Monate lang aufgezeichneten.

Jedes Tier bekam abwechselnd vier Wochen lang bestes Futter so viel es wollte, gefolgt von vier Wochen reduzierter Futtergabe, die den winterlichen Nahrungsengpass simulierte.

Auf die Jahreszeit programmiert

Wie zu erwarten war, bewirkte die Futterreduktion eine Reduktion der Herzschlagrate. Diese Reduktion war jedoch gering im Vergleich zu den gewaltigen, jahreszeitlich bedingten Unterschieden.

Schlug das Herz der Tiere im Mai noch 65 bis 70 mal pro Minute, fiel ihre Pulsfrequenz im Winter bis auf 40 Schläge pro Minute. Sie ging genau zu der Zeit zurück, zu der Futter in freier Wildbahn zur Mangelware wird.

Auch der enorme Anstieg der Herzschlagrate im Frühling erfolgte unbeeinflusst vom Nahrungsangebot. Ob die Tiere gerade im Schlaraffenland lebten, oder gerade auf Diät waren hebelte den jahreszeitlichen Effekt nicht aus, sondern modulierte ihn nur geringfügig. „Wie Winterschläfer folgen die Tiere einem inneren Programm“ so Turbill. Auch die Qualität des Futters, d.h. ob es eiweißreich oder –arm war, hatte keinen Einfluss.

Sparen bei der Wärmeproduktion

Die zeitgleiche Aufzeichnung der Temperatur im Pansen zeigte, dass Rothirsche in Zeiten des Mangels vor allem durch geringere Körpertemperatur Energie sparen. Allerdings führten selbst erhebliche Änderungen der Stoffwechselrate nur zu Veränderungen der inneren Körpertemperatur im Zehntelgradbereich.

Die Erklärung liegt in der Körpergröße des Rothirsches und im Einsatz eines weiteren Mechanismus des Energiesparens den Walter Arnold, Leiter des Instituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna, schon früher nachwies.

Sein Team konnte damals zeigen, dass Rothirsche die äußeren Körperteile und Gliedmaßen stark abkühlen lassen, besonders in kalten Winternächten.

Die kalte Körperschale wirkt als zusätzliche Isolationsschicht, die das Köperinnere vor Wärmeverlusten an die kalte Außenwelt schützt. Arnold dazu: „Körpergröße zusammen mit einem Temperaturgradienten zwischen Körperschale und -kern ermöglichen eine Reduktion der inneren Wärmeproduktion, die bei kleinen Tieren wie Igel oder Siebenschläfer unweigerlich zum Auskühlen des Köperkerns bis fast auf den Gefrierpunkt und zur völligen Starre führt.

Weil große Wildtiere ihre Beweglichkeit nicht verlieren, blieb uns solange verborgen, dass auch sie mit ganz ähnlichen Reaktionen die Herausforderung des Winters meistern wie Winterschläfer“.

Der Artikel “Regulation of heart rate and rumen temperature in red deer: effects of season and food intake” von Christopher Turbill, Thomas Ruf, Thomas Mang and Walter Arnold wurde in der Zeitschrift “Journal of Experimental Biology” (Vol. 214, pp. 963-970) veröffentlicht.

Der österreichische Wissenschaftsfonds FWF hat die Studie unterstützt.

Der wissenschaftliche Artikel im Volltext online (open access):
http://jeb.biologists.org/content/214/6/963.full



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