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Lasst uns zusammenrücken: Kuscheln hilft beim Energiesparen

Der Gartenschläfer (Eliomys quercinus) ist der etwas kleinere Verwandte des Siebenschläfers. Das stark gefährdete Nagetier nutzt den Winterschlaf als Anpassungsstrategie an die kalte, nahrungsarme Jahreszeit. Dabei nützen die Tiere zwei Strategien, und zwar das Erstarren (Torpor) und das „Huddling“ (sich aneinanderschmiegen). Diese soziale Thermoregulation zahlt sich laut einer soeben veröffentlichten Studie des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni aus: Der Energieaufwand während der Aufwachphase aus dem Winterschlaf reduziert sich durch das „Kuscheln“ signifikant.

Für ihre Studie untersuchten die Wissenschafter:innen, inwieweit Huddling den Gartenschläfern beim Energiesparen hilft. Die Energiespar-Hypothese bestätigte sich laut Studien-Erstautorin Laura Magaly Charlanne vom FIWI der Vetmeduni: „Huddling reduziert den Energieverbrauch während des Wiedererwärmens – der Phase mit dem höchsten Energiebedarf während des Winterschlafs – deutlich. Kuschelten die Tiere während der Erwärmungsphase, reduzierte das den Wärmebedarf und den Gewichtsverlust gegenüber Tieren, die allein erwachten, um zwei Drittel.“

Gartenschläfer teilen den Nutzen des Körperkontakts

Allerdings reduzierte Huddling den Gewichtsverlust von Jungtieren über den gesamten Winterschlaf hinweg betrachtet nicht. Ein möglicher Grund: Die Tiere wechselten sich beim Aufwärmen ab, was die energetischen Vorteile des engen Körperkontakts ausgleichen könnte. Dazu Studien-Letztautor Sylvain Giroud vom FIWI der Vetmeduni: „Unsere Untersuchung der Dynamik des „Kuschelns“ ergab ein zufallsähnliches Verhalten während des Winterschlafs, da das Erwachen aus der Erstarrung nicht immer vom selben Tier initiiert wurde. Die Gartenschläfer wechselten sich dabei innerhalb ihrer Gruppe ab. Außerdem trat jenes Tier mit der höchsten Körpertemperatur während des Aufwärmens später in die Erstarrung ein, als die anderen in der Gruppe.“

Das Kollektiv profitiert vom Energiesparen

Der Schluss der Wissenschafter:innen: Die Tiere teilen die Vorteile und Nachteile von „Kuscheln“ und Aufwärmen auf kollektiver Ebene, ohne daraus einen individuellen energetischen Nutzen zu ziehen. „Wir gehen davon aus, dass die Dynamik der sozialen Thermoregulation während des Winterschlafs die individuellen Vorteile aufgrund des reduzierten Energieaufwands im Zusammenhang mit dem energieintensiven Prozess der Wiedererwärmung aus der Erstarrung ausgleicht“, so Sylvain Giroud.

Soziale Thermoregulation und der globale Wandel

Laut den Forscher:innen sind nun Studien erforderlich, welche die Gruppenzusammensetzung variieren, um mehr über die Strategie der sozialen Thermoregulation zu erfahren und mögliche Langzeiteffekte nach mehreren Wintern zu untersuchen. Dies auch deshalb, da aufgrund der rasanten globalen Veränderungen und des zunehmenden Auftretens unvorhersehbarer Wetterereignisse dringend neues Wissen darüber benötigt wird, inwieweit flexible Energiesparstrategien helfen, den saisonalen Winterschlaf zu überstehen.

Der Artikel „Sticking Together: Energetic Consequences of Huddling Behavior in Hibernating Juvenile Garden Dormice“ von Laura Magaly Charlanne, Sebastian Vetter, Joy Einwaller, Johanna Painer, Caroline Gilbert und Sylvain Giroud wurde in der Spezialausgabe “Time Out for Survival: Hibernation and Daily Torpor in Field and Lab Studies” von „Physiological and Biochemical Zoology“ veröffentlicht.
 

Wissenschaftlicher Artikel 
 

Auf dem Weg zur grüneren Seite

In der Nähe von Hirtenlagern verstärkt sich die Viehweide oft, was zu einer Verschlechterung der Vegetation führen kann, insbesondere in trockenen Gebieten, in denen die Vegetation spärlich ist. In der Mongolei legen nomadische Hirten seit Jahrhunderten weite Strecken zwischen ihren Lagern zurück und wechseln regelmäßig die Lager. Die sich ändernde sozioökonomische Situation, steigende Viehzahlen und der Klimawandel haben jedoch zu wachsender Besorgnis über die Gesundheit der mongolischen Weiden geführt.

Um die Mobilität und die Weidemuster von Nutztieren zu verstehen, kombinierte ein Team von Forschenden Global Positioning System-Tracking-Daten von Ziegen, Fernerkundung der Weideproduktivität und bodengestützte Vegetationsmerkmale im streng geschützten Gebiet "Great Gobi B" in der Mongolei. Sie bewerteten die Präferenzen der Hirten für die Lagerauswahl, folgten 19 Viehherden über 20 Monate, bestimmten die Nutzung und den Nährstoffgehalt der dominantesten Pflanzengemeinschaften und schätzten den Pflanzenartenreichtum, die Vegetationsbedeckung und die Biomasse in verschiedenen Weideradien um die Lager herum.

Die Verfügbarkeit von Biomasse war der Schlüssel für die Entscheidung der Hirten, die Lager zu verlegen, aber im Winter waren andere Faktoren wie Windschutz wichtiger. Die Lager befanden sich hauptsächlich in Stipa spp. Gemeinschaften, die den Vorlieben der Hirten für diese äußerst nahrhafte Art und ihrer Dominanz in der Umgebung von Lagern entsprechen. Hirten wechselten ihre Lagerstandorte im Durchschnitt 9-mal jährlich, mit einer maximalen Entfernung von 70–123 km zwischen Sommer- und Winterlagern und einer durchschnittlichen Besuchsdauer von 25–49 Tagen pro Lager, je nach Jahreszeit. Kleinvieh verbrachte täglich > 13–17 h in einem Umkreis von 100 m um das Lager, und die Intensität der Viehnutzung nahm mit der Entfernung vom Lager stark ab, war aber in den Frühjahrs-, Herbst- und Winterlagern in der Gobi-Ebene bemerkenswert ähnlich.

Die Wissenschafter:innen fanden jedoch kaum Hinweise auf einen entsprechenden Gradienten im Pflanzenartenreichtum, in der Biomasse und in der Bedeckung der Gobi-Ebene. Die hohe Mobilität lokaler Hirten und der überragende Einfluss von Niederschlägen auf die Weidedynamik tragen zu einer nachhaltigen Vegetationsaufnahme durch Nutztiere in den nicht im Gleichgewicht befindlichen Weidegebieten der Dzungarischen Gobi bei.

Der Artikel "Moving Toward the Greener Side: Environmental Aspects Guiding Pastoral Mobility and Impacting Vegetation in the Dzungarian Gobi, Mongolia" von Lena M. Michler, Petra Kaczensky, Jane F. Ploechl, Daginnas Batsukh, Sabine A. Baumgartner, Bayarmaa Battogtokh und Anna C. Treydte ist in der Zeitschrift Rangeland Ecology & Management erschienen.

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2022-08-23

Können Stadtratten ein Indikator für neu auftretende Viren sein?

Städtische Umgebungen stellen einzigartige Ökosysteme dar, in denen dichte menschliche Populationen mit Wildtierarten in Kontakt kommen können, von denen einige etablierte oder potenzielle Reservoire für Zoonoseerreger sind, die menschliche Krankheiten verursachen. Es ist wichtig, praktische Wege zu finden, um das Vorhandensein und/oder die Häufigkeit von Zoonoseerregern zu überwachen, um das Risiko eines Übergreifens auf den Menschen in Städten abzuschätzen.

Da Wanderratten (Rattus norvegicus) in städtischen Lebensräumen allgegenwärtig sind und Wirte mehrerer zoonotischer Viren sind, hat ein internationales Team von Wissenschafter:innen unter der Leitung von Chris Walzer in Wien, als Beispiel eines großen Bevölkerungszentrums in Mitteleuropa, Längsschnittproben von Wanderratten durchgeführt. Dabei untersuchten sie Rattengewebe auf das Vorhandensein mehrerer zoonotischer Viren, darunter Flaviviren, Hantaviren, Coronaviren, Pockenviren, Hepatitis-E-Virus, Enzephalomyokarditis-Virus und Influenza-A-Virus.

Obwohl bei 96 Ratten, die zwischen 2016 und 2018 gefangen wurden, keine Hinweise auf aktive Infektionen gefunden wurden (alle waren negativ für virale Nukleinsäuren), unterstützt diese Studie die Ergebnisse anderer, was darauf hindeutet, dass die Überwachung von Stadtratten ein effizienter Weg sein könnte, um die Aktivität von Zoonoseviren in städtischen Umgebungen abzuschätzen.

Der Artikel „Monitoring Urban Zoonotic Virus Activity: Are City Rats a Promising Surveillance Tool for Emerging Viruses?“ von Jeremy V. Camp, Amélie Desvars-Larrive, Norbert Nowotny und Chris Walzer wurde in der Zeitschrift "Viruses" veröffentlicht.

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2022-08-22

Neues Modell erklärt Winterschlaf nach mathematischen Regeln

Säugetiere halten Winterschlaf um widrigen Umweltbedingugen zeitweise zu entkommen. Um auf diesem Erklärungsansatz basierende Untersuchungsergebnisse besser vergleichbar zu machen, wurde nun unter Leitung des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni ein Modell entwickelt, welches die gängige Winterschlaf-Hypothese erstmals nach mathematischen Regeln darstellt.

Säugetiere, die Winterschlaf (Torpor) halten, senken ihre Stoffwechselrate (metabolic rate; MR) und Körpertemperatur (body temperature; Tb) teils für mehrere Wochen drastisch, erwärmen ihren Körper jedoch regelmäßig und bleiben dabei für kurze Zeit in einer Phase der Normaltemperatur. Die gängige wissenschaftliche Erklärung dieses Phänomens lautet, dass durch das kurzfristige Verlassen des Winterschlafs angehäufte oder sich erschöpfende Stoffwechselprodukte wieder ins Gleichgewicht gebracht oder entstandene Zellschäden repariert werden. Jüngste Daten, die einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Dauer von Winterschlafphasen und der Stoffwechselrate während des Winterschlafs nachweisen, unterstützen diese Hypothese nachdrücklich.

In einer nun veröffentlichten Studie präsentiert ein Forschungsteam der Vetmeduni unter Beteiligung der University of New England (Armidale, New South Wales, Australien) ein neues mathematisches Modell, das solche Winterschlafmuster simuliert. Das Modell umfasst einen sogenannten Sanduhr-Prozess H (hibernation; Überwinterung), der die Akkumulation bzw. die Erschöpfung eines entscheidenden Enzyms/Metaboliten darstellt, und einen Schwellenprozess Hthr (hibernation threshold process). Das Erwachen aus dem Winterschlaf erfolgt demnach, sobald der exponentiell abnehmende Prozess H den Schwellenwert von Hthr erreicht.

Den Nutzen des neuen Modells erklärt Studien-Erstautor Thomas Ruf vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna folgendermaßen: „Mit dem von uns entwickelten Modell lassen sich mehrere bei überwinternden Säugetieren zu beobachtende Phänomene vorhersagen, etwa die lineare Beziehung zwischen der Dauer der herabgesetzten Stoffwechselrate (TMR) und der Dauer der reduzierten Temperatur (duration of torpor bouts; TBD). Zudem ist das neue Modell in der Lage, die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Dauer der reduzierten Temperatur sowie die Modulation der Erstarrungstiefe innerhalb der Winterschlafzeit abbilden.“

Zusammenfassend ist damit laut den Wissenschaftern das Zwei-Prozess-Modell der Torpor-Erwärmunszyklen – in das auch zirkadiane Rhythmen (Schlaf-Wach-Rhythmus) integriert werden können – mit einer Reihe von Phänomenen kompatibel, die bei überwinternden Säugetieren beobachtet wurden. Die bedeutendste nächste Aufgabe sehen die Forscher nun darin, die Ursachen des Sanduhr-Prozesses H zu identifizieren. Neben der Analyse von phänotypischen Unterschieden identifiziert Ruf hier vor allem die Suche nach den genetischen Grundlagen als wichtiges neues Forschungsziel.

Der Artikel „Hypothesis and Theory: A Two-Process Model of Torpor-Arousal Regulation in Hibernators“ von Thomas Ruf, Sylvain Giroud und Fritz Geiser wurde in „Frontiers in Physiology“ veröffentlicht.

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2022-07-18

Die perfekte Welle – wie Waldrappe beim Fliegen Energie sparen

Viele Vögel nützen zur Fortbewegung den Wellenflug. Phasen mit schnellen Flügelschlägen, bei denen die Vögel an Höhe gewinnen, wechseln sich mit Gleitphasen ab. Ein von der Vetmeduni (Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna sowie Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensorschung) geleitetes Forschungsteam – in Zusammenarbeit mit dem österreichischen Waldrappteam in Mutters (Tirol), der ETH Zürich, der Universität Wien und der Vetsuisse in Bern – wies nun anhand von Daten aus GPS-Sendern erstmalig nach, dass Waldrappe mit dieser Flugtechnik ihren Energiebedarf deutlich senken.

Vögel haben während ihres Fluges einen außergewöhnlich hohen Energiebedarf. Ein sichtbares Flug-Merkmal mancher Arten ist der Wechsel zwischen Flattern und Gleiten, wodurch sie Energie sparen sollen. Empirische Belege für einen energetischen Nutzen gab es bisher jedoch nicht. Um das zu ändern, statteten die Forscher:innen vom Menschen aufgezogene Waldrappe (Geronticus eremita) für ihre Wanderungsbewegung mit GPS-Datenloggern aus. Die Wissenschafter:innen überwachten damit die Position der Vögel, die Flügelschläge, die dynamische Gesamtkörperbeschleunigung und die Herzfrequenz als Maßgröße für den Energieverbrauch.

Der Waldrapp ist ein etwa gänsegroßer Ibis und war einst in Europa ein häufig verbreiteter Vogel. Durch intensive Bejagung starb er jedoch in Mitteleuropa im 17. Jahrhundert aus. Im Rahmen des Europäischen LIFE+EU-Projektes, das unter anderem vom WWF unterstützt wird, soll der Waldrapp wieder als echter Zugvogel in Mitteleuropa, Spanien und Italien angesiedelt werden.

Der Artikel „Empirical Evidence for Energy Efficiency Using Intermittent Gliding Flight in Northern Bald Ibises“ von Ortal Mizrahy-Rewald, Elisa Perinot, Johannes Fritz, Alexei L. Vyssotski, Leonida Fusani, Bernhard Voelkl und Thomas Ruf wurde in „Frontiers in Ecology and Evolution“ veröffentlicht.

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2022-07-07