Mehrfach ungesättigte Fettsäuren und saisonale Anpassung

Hirsche im Gatter des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie, Mütter und Kälber
Foto von Hirschkühen und Kälbern auf Weide [Link 1]
 
Am Futtertrog im FIWI Forschungsgehege (Foto M. Habe)
Foto eines Hirschen am Futtertrog [Link 2]
Diese Hirschkuh wartet am Eingang der automatischen Fütterungsstation (Foto M. Habe)
Foto von Hirsch am Eingang zur Fütterungsstation [Link 3]
Luftansicht des FIWI Forschungsgeheges
Luftbild vom FIWI Gehege [Link 4]

Nahrungsknappheit und Kälte überstehen viele kleinere Säugetiere, indem sie die energieaufwändige Erhaltung einer hohen Körpertemperatur (Tb) aufgeben und entweder Winterschlaf halten, oder in der täglichen Ruhephase in Kältestarre verfallen. Wir fanden ähnliche Reaktionen auch bei verschiedenen nicht-winterschlafenden Huftierarten, jedoch mit substantiell niedrigerer Tb nur in den äußeren Körperteilen. Winterschläfer bereiten sich auf das Leben bei tiefen Tb durch Veränderungen der Fettsäurenzusammensetzung ihrer Zellmembranen vor. Es wird vermehrt Linolsäure, eine essentielle, mehrfach ungesättigte omega-6 Fettsäure, in die Phospholipide eingebaut. In dieser Umgebung arbeitet ein membranständiges, für die Muskelfunktion essentielles Protein schneller, die Kalziumpumpe SERCA. Das schwächt die kältebedingte Verlangsamung der Pumpleistung ab und gewährleistet normale Muskelfunktion auch bei tiefen Tb. Im Gegensatz dazu verlangsamen hohe Gehalte an hoch ungesättigten omega-3 Fettsäuren in Phospholipiden die Aktivität von SERCA, scheinen aber jene von Schlüsselenzymen der Energiebereitstellung für die Zelle in Form von ATP zu steigern.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bedeutende saisonale Veränderungen der Stoffwechselintensität und der Tb bei Säugetieren und Vögeln weitverbreitet zu sein scheinen, ebenso wie die damit verbundene Anpassung der Zellmembranen. Die spezifischen Effekte mehrfach ungesättigter Fettsäuren legen nahe, dass die Fettsäurenzusammensetzung von Zellmembranen sich saisonal verändert, weitgehend unabhängig von der direkten Zufuhr essentieller Fettsäuren mit der Nahrung.

In der aktuellen Studie werden die Effekte essentieller Fettsäuren auf die saisonale Anpassung von Rothirschen untersucht, eine Modellart für große, nicht-winterschlafende Säugetiere. Erstmals soll experimentell die relative Rolle von nahrungs- bzw. tageslängenbedingten Veränderungen der Fettsäurenzusammensetzung von Zellmembranen und welchen Einfluss diese Veränderungen auf Schlüsselenzyme haben untersucht werden. Es werden auf molekularer Ebene Effekte erwartet, die den Energiehaushalt und die Thermoregulation des ganzen Organismus beeinflussen. Untersucht wird dies in einer longitudinalen Studie an einer Herde von Rothirschen. Unter sonst naturnahen Haltungsbedingungen wird die Verfügbarkeit von Nahrung, von essentiellen Fettsäuren, sowie die photoperiodische Kontrolle saisonaler Anpassungen experimentell manipuliert. Die Fettsäurenzusammensetzung von Zellmembranen und die Aktivität von Schlüsselenzymen in Muskelzellen, die von winter- bzw. sommerangepassten Hirschen genommen werden, werden untersucht. Diese punktuellen Messungen werden ergänzt durch die kontinuierliche Erfassung der Herzschlagrate als Maß des Energieverbrauchs, der Temperatur in Körperkern und –peripherie, und der Bewegungsaktivität der Tiere mit Hilfe eines bewährten Telemetriesystems.

Principal Investigator ist Univ.Prof. Dr. Walter Arnold, Leiter des Forschungsinstituts für Wildlife Ökologie.Unterstützt wird der PI von Dr. Omid Hekmat, Chef des Chemie-Labors des Instituts, und Dr. Steve Smith, dem Leiter des Genetiklabors des Instituts.

 

Projektlaufzeit 03/2017-12/2020

 

Projektpartner

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Gefördert durch den Fonds zu Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) [Link 5] Projekt Nummer P30061


 

Wissenschaftlicher Kontakt am FIWI

Univ.Prof. Dr. Walter Arnold, Leiter, Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie, Vetmeduni Vienna

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