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Universität

Hoch hinaus: Im Winterschlaf ins Weltall

Astronaut:innen in einen künstlichen Winterschlaf versetzen zu können, wäre ein Game Changer für die bemannte Raumfahrt. Stress und Anstrengung bei der Crew könnte genauso wie das Gewicht des Raumschiffs stark reduziert werden. Doch können wir die Phänomene der Tierwelt so einfach kopieren?

Visionär: Die „schlafende“ Besatzung könnte in strahlengeschützten Kabinen fremde Planeten bereisen – ein Raum für Interaktionen während der Wachphasen bliebe bestehen, das Raumschiff und die Vitalparameter der Astronaut:innen würden aber mit Hilfe Künstlicher Intelligenz überwacht und gesteuert werden.
Grafik: ESA, aus „European space agency's hibernation (torpor) strategy for deep space missions: Linking biology to engineering”

Mit ernstem Ausdruck betont Thomas Ruf: „Menschen in eine Badewanne zu legen und mit Eis zu überschütten, verursacht keinen Winterschlaf.“ Er muss es wissen, denn er beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Winterschlaf bei Tieren und auch damit, wie diese Erkenntnisse auf den Menschen übertragen werden könnten. Aber nicht nur an der Vetmeduni, auch international wird ehrgeizig nach Lösungen gesucht, denn Winterschlafwissen könnte sogar für die Raumfahrt von Nutzen sein.

Fit zum Mars

Richten wir unseren Blick auf die Europäische Weltraumorganisation (engl. European Space Agency, kurz ESA). Stellen wir uns vor, Astronaut:innen könnten den „tierischen Winterschlaf“ imitieren, ferne Planeten bereisen und einen Großteil der Reise in einem Zustand verbringen, in dem ihre Körper geschont und der Stoffwechsel auf ein Minimum heruntergefahren werden würden. Das könnte den psychischen und physischen Stress der Crew-Mitglieder deutlich reduzieren. Und nicht nur das: Das Sinken der Stoffwechselrate bedeutet erhebliche Gewichts- und dadurch Kosteneinsparungen – weniger Lebensmittel, weniger Wasser, weniger Sauerstoffverbrauch, weniger Abfall. „Hier reden wir über ein Einsparungspotenzial von bis zu 95 Prozent“, unterstreicht Ruf.

Herausforderungen der bemannten Raumfahrt

  • Die Tage gleichen einander monoton über mehrere Monate, wenn nicht sogar Jahre. Die Reise zum Mars etwa dauert anderthalb Jahre: sieben Monate Hinreise, drei bis vier Monate Aufenthalt vor Ort, sieben Monate Rückreise.

  • Astronaut:innen verbringen die Zeit an Bord auf sehr begrenztem Raum und ohne Kontakt zu anderen Personen als ihren Kolleg:innen. Das bedeutet fehlende Privatsphäre, soziale Abschottung und Isolation von der Heimat.

  • Die latente Lebensgefahr, die mit jeder Weltraumfahrt einhergeht, ist im Bewusstsein der Astronaut:innen verankert.

  • Eine der drastischsten Gefahren für die Gesundheit ist die kosmische Strahlung. Studien lassen vermuten, dass sich diese Gefahr durch einen künstlichen Winterschlaf reduzieren ließe.

  • Die fehlende Erdanziehungskraft im Weltraum verursacht einen Zustand von Schwerelosigkeit, was dem Körper einiges abverlangt.

  • Der Besatzung werden bei Weltraummissionen teilweise einige Lebensjahre „gestohlen“, während der sie körperlich schneller altern. Ein winterschlafähnlicher Zustand könnte den Alterungsprozess verlangsamen.

Wissenschaft in die richtige Umlaufbahn bringen

Aus diesem Grund ruft die ESA regelmäßig sogenannte „Topical Teams“, bestehend aus international anerkannten Fachexpert:innen aus den Bereichen Biologie und Medizin, zusammen: „Wir versuchen dann, die relevanten Erkenntnisse auf die wichtigsten Bereiche einzugrenzen und diskutieren diese gemeinsam mit Expert:innen der ESA“, erklärt Ruf, der selbst seit rund fünf Jahren Teil dieses Gremiums ist. Die Zusammenkünfte bieten den Wissenschafter:innen auch die Möglichkeit, Forschungsanträge zu stellen, „insbesondere der Eintritt in den Winterschlaf – was passiert dabei, wie funktioniert der Wechsel vom Wachzustand in einen winterschlafähnlichen Zustand – muss dringend weiter erforscht werden.“

Unvorhersehbare Nebenwirkungen

Ein künstlicher Zustand der Stoffwechseleinschränkung, ähnlich dem Winterschlaf, wäre für Menschen aber keineswegs mit der gewohnten, erholsamen Nachtruhe zu vergleichen, bei der der Körper auf „Betriebstemperatur“ bleibt und regenerative Prozesse stattfinden. Bei Tieren sind Herzschlag, Atemfrequenz, Körpertemperatur und Stoffwechsel während des Winterschlafs auf ein Minimum heruntergesetzt. Sie erwachen teilweise mit einem ordentlichen Schlafmangel, da die Phasen tiefer Körpertemperatur alles andere als erholsam sind. Wie lange eine Erholungsphase von einem derartigen Zustand beim Menschen dauern würde – und vor allem, ob und welche Folgen er mit sich ziehen würde –, ist nach aktuellem Stand der Forschung noch unklar.

Gedächtnisverlust im All?

Bei einem Ziesel schlägt das Herz während des Winterschlafs nur vier bis sieben Mal pro Minute, im Normalzustand hingegen bis zu 300 Mal. Ein Igel macht im tiefen Winterschlaf bis zu 150 Minuten keinen einzigen Atemzug. Was macht ein derartiger Zustand mit einem menschlichen Organismus?
Eine Studie von Eva Millesi (Universität Wien) mit Zieseln beispielsweise lässt annehmen, dass der Winterschlaf sich negativ auf die Gedächtnisleistung der Tiere auswirkt. Sollte das bei Astronaut:innen auf einer Weltraummission passieren, wären die Konsequenzen fatal.

Derartige Aspekte sind zurzeit noch nicht einmal ansatzweise geklärt oder belegt, auch wenn die Forschung dazu bereits seit den 1950er-Jahren läuft. „Es gäbe natürlich auch andere, pragmatische Herangehensweisen, bei denen niemand in einen künstlichen Winterschlaf versetzt werden müsste. Beispielsweise könnte bis zu 75 Prozent an Energie gespart werden, wenn die Besatzung nicht mehr wie bisher hauptsächlich aus breit gebauten Männern, sondern aus zierlichen Frauen bestünde“, gibt Ruf zu bedenken, der mit diesem Ansatz jedoch noch nicht auf Gehör gestoßen ist.

Winterschlafmechanismen in der Humanmedizin

Auch abseits der Raumfahrt gibt es viele Ansätze, wie das Wissen über den Winterschlaf aus der Biologie in die Humanmedizin transferiert werden könnte. Denn: Wieso können Tiere „Verschaltungen“ im Hirn reparieren und Menschen nicht, beispielsweise Alzheimer-Patient:innen? Wie kann der kleine Siebenschläfer seine Zellen nach dem zehrenden Winterschlaf wieder reparieren? Wieso vergiftet sich der Bär nicht selbst, wenn er monatelang keinen Harn absetzt? Wieso können sich Tiere so fett fressen, ohne Diabetes oder Bluthochdruck zu bekommen?
Letzten Endes kommt Thomas Ruf aber genauso wie alle bisherigen Studien zur gleichen Conclusio: „Noch gibt es sehr viele Annahmen, aber praktisch keine Anwendungen. Es ist noch jede Menge Forschungsarbeit nötig und wir sind hier lange nicht am Ziel. Die Tierwelt zu verstehen – und nachzuahmen – ist alles andere als einfach.“

Im Gespräch: Thomas Ruf, Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie

Gehen wir zu weit, indem wir die Wunder der Tierwelt imitieren wollen, um fremde Planeten bereisen zu können?

Thomas Ruf: Ich würde insgesamt dafür plädieren, dass wir mehr daransetzen, uns die Erde zu erhalten. Denn: Eigentlich sind wir nicht geeignet für das Leben außerhalb der Erde. Wenn ein Planet nicht genau in 24 Stunden die Sonne umkreist, ist er für uns ungeeignet. Das gilt für so gut wie alle Planeten. Wir würden ständig unter Schlafentzug leiden.

Welche Bedeutung hat die Erforschung der Tierwelt in Ihren Augen?

Ruf: Ich sehe es als eine Kulturaufgabe. Wir leisten uns Forscher:innen, so wie wir uns Musiker:innen oder Bildhauer:innen leisten. Forschung sollte geschehen, auch wenn es keine Anwendung auf den Menschen gibt. Es ist faszinierend zu erfahren, wie Vögel fliegen oder wie der Winterschlaf funktioniert. Ich bin sehr dankbar, dass es Gelder gibt, die mir ermöglichen, diese Arbeit machen zu können.

Text: Alexandra Eder

Dieser Artikel erschien in VETMED Magazin 04/2021