• Deutschlandfunk bei Facebook
  • Deutschlandfunk bei Twitter
  • Deutschlandfunk bei Instagram

 
 
Seit 20:10 Uhr Hörspiel
StartseiteWissenschaft im BrennpunktIch bin dann mal weg14.04.2017

Tiere und Astronauten im EnergiesparmodusIch bin dann mal weg

Igel, Siebenschläfer oder Bär - dass viele Tierarten die kalte Jahreszeit im wiederkehrenden Standby-Modus verbringen, ist bekannt. Studien zeigen allerdings: Ähnliche Tricks nutzen sogar Primaten, um heiße und trockene Phasen zu überdauern. Jetzt rätseln Forscher, ob sich das Prinzip nicht auch für die lange, dunkle Reise zum Mars nutzen ließe.

Von Lennart Pyritz

Hören Sie unsere Beiträge in der Dlf Audiothek
Der Graubraune Mausmaki (Microcebus griseorufus) lebt im besonders trockenen Südwesten Madagaskars. Freilanduntersuchungen haben gezeigt, dass Weibchen und Männchen der Art während der kühlen Trockenzeit mehrere Monate Winterschlaf halten können (Kathrin Dausmann)
Der Graubraune Mausmaki (Microcebus griseorufus) lebt im besonders trockenen Südwesten Madagaskars. Freilanduntersuchungen haben gezeigt, dass Weibchen und Männchen der Art während der kühlen Trockenzeit mehrere Monate Winterschlaf halten können (Kathrin Dausmann)

Kathrin Dausmann: "Winterschlaf ist eine geniale Methode, eine geniale Strategie kleiner Säugetiere in erster Linie, um ungünstige Jahreszeiten – wie zum Beispiel den Winter, daher der Name – zu überstehen."

Gerhard Heldmaier: "Wenn Sie mit knapp über dem Gefrierpunkt diesen Siebenschläfer in die Hand nehmen, denken Sie: Das ist ja schrecklich, wie ein Eisklotz. Sie können den ganz vorsichtig auf den Tisch legen. Sie sehen keine Atmung, sie spüren keinen Herzschlag. Sie sehen gar nichts. Der ist wie tot."

Thomas Ruf: "Was natürlich für uns Menschen geeignet wäre, wenn man den Gedanken mal weiter spielt, wäre so ein Winterschlaf, wie ihn die Lemuren halten. Und das wäre natürlich dann auch interessant für NASA oder ESA, die ja gerne Astronauten in Winterschlaf versetzen würden."

Thomas Ruf: "So, hier gehen wir jetzt in unser Winterschlaf-Labor. Und zwar halten wir darin Gartenschläfer."

Ein schmaler Flur im Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Veterinärmedizinischen Universität Wien. Thomas Ruf steht vor einer Tür, die Hand auf der Klinke.

"Und Sie werden lachen: Die sind in Kühlschränken drin. Damit simulieren wir den Winterschlaf-Bau. Wenn wir jetzt aber hineingehen, sollten wir ein bisschen leise sein, damit wir die Tiere nicht aufwecken."

Im gedimmten Licht zwei mannshohe Kühlschränke. Auf einem davon ein Farbfoto der Insassen: Hamsterähnliche Nagetiere mit schwarzer Gesichtszeichnung von den Schnurrhaaren bis zu den Ohren.

"Wenn wir die Tiere versorgen müssen, machen wir das in kompletter Dunkelheit, damit wir die Tiere nicht stören. Damit es nicht sozusagen einen Lichtblitz gibt, der ihre innere Uhr durcheinander bringt."

Gartenschläfer könnten minus ein Grad Körpertemperatur erreichen

In freier Natur könnten Gartenschläfer in ihren unterirdischen Bauten minus ein Grad Körpertemperatur erreichen, sagt Thomas Ruf. Und das ohne körpereigenes Gefrierschutzmittel.

"Die sind einfach unterkühlt. Das nennt man Supercooling. Das geht so lange, wie sich kein Eiskristall bildet. Das heißt, man darf die Tiere nicht schütteln, sonst frieren sie durch."

In den Kühlschränken ist es "nur" fünf Grad kalt. Jedes Tier hat eine eigene Plexiglasbox, separat steht jede auf einer Messplatte.

"Damit wird die Körpertemperatur der Tiere gemessen, die haben nämlich Mikrosender in der Bauchhöhle implantiert."

Sorgfältig kontrolliert werden auch Frischluftzufuhr und Sauerstoffverbrauch der Gartenschläfer.

"Das ist das Maß für den Energieverbrauch des Tieres."

Auf einer Laborbank in der Mitte des Raumes enden die Schläuche aus den Kühlschränken in einer Reihe von Kästen. Auf einem Display leuchten grüne Zahlen.

"Hier sehen Sie einmal wird gemessen der Massenfluss mit solchen Massenflussmessern. Also der Luftfluss durch die Käfige, den müssen wir ganz genau feststellen.

Ein lebender Winterschläfer verbraucht nur minimal Sauerstoff. Die Messungen müssen deshalb sehr präzise sein.

Die Forscher sind weiteren Geheimnissen auf der Spur

"Und dann sehen Sie hier oben ist so eine Batterie von Magnetventilen. Da wird immer reihum eines von sechs Tieren ausgewählt, das dann gemessen wird. Jede Minute ein anderes Tier. Und wenn die umschalten nach einer Minute klickt es. Und dann haben wir hier einen sehr empfindlichen Sauerstoffanalysator, der vergleicht ständig Frischluft von draußen mit Luft aus dem Käfig. Und dann haben wir hier einen Computer, der uns ständig anzeigt den Sauerstoffverbrauch der Tiere."

Die Auswertungen hätten gezeigt, dass erst die Stoffwechselrate sinkt und als Folge davon die Körpertemperatur. Und die Forscher sind weiteren Geheimnissen auf der Spur.

"Die Winterschläfer erwachen ja regelmäßig, erwärmen sich regelmäßig aus dem Winterschlaf, und es ist bisher ungeklärt, warum die Tiere das eigentlich machen. Aber wir finden einige Zusammenhänge. Es sieht danach aus, als hätten diese Arousals etwas damit zu tun, irgendein Defizit, was sich akkumuliert hat im tiefen Torpor, bei tiefer Temperatur, wieder abzubauen. Aber das sind ganz aktuelle Forschungen. Ich kann noch nicht viel verraten."

Gartenschläfer, Igel oder Bär – wenn es kalt wird, ziehen sie sich zurück in einen Unterschlupf und halten Winterschlaf. Das Motiv: In der unwirtlichen Jahreszeit nicht so viel Energie verbrauchen.

"Manche Tierarten lösen das, indem sie im Winter woanders hin auswandern – unsere Zugvögel beispielsweise – andere versuchen es tatsächlich, einfach dagegen zu heizen."

Kathrin Dausmann, Professorin für funktionelle Ökologie an der Universität Hamburg.

"Aber besonders elegant ist die Methode, dass ich mein Thermostat nach unten drehe, den Stoffwechsel fast auf null drehe, und dann in einem Leben auf Sparflamme diese ungünstige Jahreszeit zu überdauern, bis es dann wieder besser ist."

So auf Sparflamme schalten können nur Lebewesen wie Säugetiere und Vögel, die ihre Körpertemperatur aktiv über innere Stoffwechselwärme regulieren – anders als beispielsweise Reptilien, die Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Da Winterschläfer ihre Körpertemperatur gezielt schwanken lassen, sprechen Forscher auch von Heterothermie. Und das wissenschaftliche Vokabular hält ein weiteres Fremdwort bereit, das nicht nur den Winterschlaf als Form des Energiesparmodus beschreibt: Torpor, lateinisch für Erstarrung.

Winterschlaf-Rekordhalter ist der australische Dickschwanz-Schlafbeutler

"(Unter) Torpor generell verstehen wir eigentlich in der Wissenschaft die Reduktion von allen Stoffwechselvorgängen, also von allem, was der Körper so treibt normalerweise, auf bis zu ein Prozent der Normalwerte. Das machen manche Tiere nur kurz, während ihrer normalen Schlafphase, also weniger als 24 Stunden. Da würden wir von Tagestorpor reden. Und manche Tiere machen das eben über Monate hinweg, wie der Igel bei uns beispielsweise, das ist dann Winterschlaf. Und dann gibt es noch ein paar Tierarten, die machen so was dazwischen, und dann kann man anfangen zu diskutieren in der Winterschlaf-Gemeinschaft: Ob das dann eher verlängerter Torpor oder verkürzter Winterschlaf ist."

Klassische Winterschläfer sind Hamster, Murmeltier oder die zu den Erdhörnchen zählenden Ziesel. Rekordhalter ist der australische Dickschwanz-Schlafbeutler, ein mausähnliches Beuteltier aus Ost-Australien. Im Labor brachte es ein Exemplar auf 367 Tage. Aber auch Primaten in den Subtropen halten Winterschlaf.

"Das sind die Fettschwanzmakis und Mausmakis in Madagaskar. Im dortigen Winter wird es auch kühl, also je nach Habitat bis zu fünf oder zwei Grad sogar, was für ein kleines Säugetier schon ganz schön kalt ist. Aber vor allem ist es dort auch sehr trocken. Eventuell ist es da gar nicht so sehr der Mangel an Energiezufuhr, der da zu dem Zustand führt, sondern eher der Mangel an Wasser."

"Bei den Vögeln gibt es nur eine einzige Art, die amerikanische Winternachtschwalbe, die echten Winterschlaf zeigt."

Professor Thomas Ruf, der Gartenschläfer-Forscher von der Veterinärmedizinischen Universität Wien.

"Alle anderen zeigen daily torpor. Das liegt vermutlich daran, dass die Vögel natürlich wenn es schlechte Bedingungen sind, weg fliegen können.

Wer regelmäßig diesen daily torpor zeigt, sind zum Beispiel Kolibris. Kolibris in Nordamerika zum Beispiel, die ziehen von Alaska bis nach Mexiko, durch die Rocky Mountains, unter sehr harschen Bedingungen, wo es sehr kühl wird in der Nacht. Und während dieser nächtlichen Ruhephasen, wenn sie dann da schlafen, dann sinkt ihre Körpertemperatur auf etwa 15 Grad ab."

Winterschläfer mögen wie tot wirken – sie bekommen aber sehr wohl etwas von ihrer Umwelt mit. Australische Forscher konnten im Labor zeigen, dass Dickschwanz-Schlafbeutler im Torpor Rauch wahrnehmen und bei steigenden Temperaturen sogar beginnen zu klettern – vermutlich um sich vor Buschfeuern in Sicherheit zu bringen.

"Gut, jetzt gehen wir zu unseren Siebenschläfer-Volieren. Die Tiere halten wir das ganze Jahr über draußen, weil sie, wie ich schon gesagt habe, sehr zögerlich sind, im Labor Winterschlaf zu halten." 

Durch eine Kaffeeküche geht es in den Hinterhof des Forschungsinstituts im Westen Wiens. Der Himmel ist bewölkt, am benachbarten Hang wiegen sich die noch unbelaubten Bäume im Wind.

"Die Siebenschläfer sehen sehr ähnlich aus wie die Gartenschläfer, sind auch so ähnlich groß. Sie haben nur nicht diese schwarze Maske über den Augen. Sie haben einen besonders buschigen Schwanz, daran erkennt man sie besonders gut."

Rechter Hand reihen sich drei geräumige Volieren aus engmaschigem Draht, darin Äste und Büsche, am Boden Gras und nackte Erde.

"Aha, die sind im Winterschlaf gestorben."

"Die Tiere können sich ihre eigenen Winterschlafbauten graben, was sie auch sehr gerne mögen. Hier in jeder Voliere etwa acht Siebenschläfer, wobei sich jeder Siebenschläfer sein eigenes Hibernaculum, seine eigene Höhle gräbt. Die sind solitär, diese Tiere. Das sind ganz einfache, primitive, ja, fast runde Höhlen. Und dann gibt es einen einzigen Zugang, der wird verstopft mit einem Erdpfropf."

Thomas Ruf registriert hier in jedem Jahr, wann die Tiere im Boden verschwinden und wann sie wieder herauskommen.

"Und in einem Jahr haben wir beobachtet, dass eine ganze Reihe von Tieren im Frühjahr nicht mehr herauskam, und wir dachten: Aha, die sind im Winterschlaf gestorben. Dann fingen wir schon an, sie auszugraben, und haben auch eins gefunden – das lebte aber. Und als wir etwas gewartet haben, kamen immer mehr Tiere heraus, und wir haben festgestellt, dass die sehr, sehr lange Winterschlaf gehalten hatten."

Der Biologe deutet vage auf den bewaldeten Bergrücken hinter den Volieren.

"Wir haben dann im Freiland festgestellt, dass es Jahre gibt, in denen die Tiere so Ende Mai, Anfang Juni aus dem Winterschlaf erwachen, an die Oberfläche kommen und dann offenbar feststellen, dass es kein gutes Jahr für die Jungenaufzucht ist. Und zwar können die vorhersagen, ob es Bucheckern geben wird oder nicht – wahrscheinlich einfach, indem sie die Fruchtanlagen inspizieren. Und wenn es keine Bucheckern geben wird, die die Jungen unbedingt brauchen, um schnell fett zu werden, dann pflanzen sie sich in diesem Jahr nicht fort. Und was sie dann machen ist: Sie gehen wieder unter die Erde und halten weiter Winterschlaf – und zwar bis zum nächsten Frühjahr."

Hier mangele es den Siebenschläfern zwar nicht an Futter, sagt Thomas Ruf. Vielleicht hätten die Tiere aber in besagtem Jahr bei einer kurzen oberirdischen Stippvisite besonders viele ihrer ärgsten Fressfeinde rufen hören – Eulen. Auch das könne ein Signal sein, besser in die Erdhöhle zurückzukehren und eine Saison auszusetzen. Allerdings...

"Das können tatsächlich nur jene Tiere, die fett genug sind. Das machen nur fette Tiere. Die anderen müssen wach bleiben und müssen auf Futtersuche gehen."

Buschbabys gehen in Torpor, wenn sie vor dem Verhungern stehen

Zu messen, ob und unter welchen Bedingungen ein Tier den Stoffwechsel herunterfährt, erforderte früher eine raumfüllende Apparatur im Labor. Das hat sich geändert.

"Wir haben jetzt Geräte, die wir in eine Metallkiste packen und überall mit ins Feld nehmen können. Da legen wir dann nur einen kleinen Schlauch in die Baumhöhle rein. Und dann können wir mit unserem Kistchen die Sauerstoffkonzentration in der Höhle messen. Das heißt, das Tier wird überhaupt nicht gestört. Und was auch ganz wichtig ist, dass es eben das Verhalten zeigt, das es tatsächlich im Freiland hat."

1963655177_field work.jpg (Kathrin Dausmann)Dank moderner Technik können Biologen den Energieverbrauch von Arten seit einigen Jahren auch unter den natürlichen Lebensbedingungen der Tiere im Freiland messen (Kathrin Dausmann)

Die Freilandforschung hat Biologen so erst die Augen geöffnet, wie flexibel Tiere auf ungünstige Umweltbedingungen reagieren können – Trockenheit, Unwetter oder Nahrungsmangel. Mit Hilfe winziger Temperaturlogger und Energieumsatz-Messungen konnten Kathrin Dausmann und ihre Kollegen zum Beispiel nachweisen, dass Buschbabys – kleine, nachtaktive Primaten aus Afrika – in Torpor gehen, wenn sie kurz vor dem Verhungern stehen.

"Die waren offensichtlich so am Limit mit ihrem Energievorrat, dass sie wussten "Ich übersteh` den nächsten Tag nicht". Und in meiner Not mache ich dann mal so einen kleinen Tagestorpor und vielleicht werde ich dann wieder von der Sonne aufgeheizt und habe morgen noch mehr Glück."

Die neuen Daten verändern auch den Blick auf die Besiedlung fremder Lebensräume im Lauf der Erdgeschichte. Einige Wissenschaftler vermuten, dass die Vorfahren der heute in Madagaskar lebenden Lemuren vom afrikanischen Kontinent auf die Insel drifteten. Wenn etwa ihr Schlafbaum während eines Sturms ins Wasser gestürzt war. Auf dem Meer dürfte es zu unruhig gewesen sein für Torpor. Aber in der Fremde angekommen, könnte er ihnen das Leben gerettet haben.

"Durch die Heterothermie können die Tiere auf ein Prozent vom normalen Energieverbrauch runtergehen. Und damit können sie natürlich viel, viel länger irgendwelche Durststrecken oder stressigen Situationen umgehen – indem sie sich einfach abschalten."

Die wichtigste Erkenntnis der Freilandforschung aber ist, wie viele Arten zum Torpor fähig sind. In Gefangenschaft sind etwa Mausmakis aus Madagaskar das ganze Jahr über aktiv. Niemand kam auf die Idee, die winzigen Lemuren als Winterschläfer einzustufen.

"Die werden ja schon seit Jahrzehnten im Labor gehalten. Die haben aber da nie Torpor gemacht. Weil wenn die gut gefüttert sind und bei einem regelmäßigen Licht-Dunkel-Rhythmus leben, dann machen die keinen Torpor."

In mehr als der Hälfte der Säugetier-Ordnungen wurden inzwischen Arten gefunden, die in den Energiesparmodus schalten können. Gut möglich, dass Freiland-Biologen das Verhalten in Zukunft noch bei viel mehr Spezies entdecken.

"Unser neuestes Projekt sind Fledermäuse in Madagaskar"

"Unser neuestes Projekt ist, dass wir uns die Fledermäuse in Madagaskar vorgenommen haben, weil von denen weiß man ökophysiologisch überhaupt nichts. Und es wäre doch sehr erstaunlich, wenn die in Madagaskar keinen Winterschlaf oder Tagestorpor machen – aber geguckt hat eben noch niemand."

Freilandforschung wirft ein Schlaglicht auf die ökologische und evolutionäre Dimension des Torpors. Auf der anderen Seite ist Forschung im Labor notwendig, um die physiologischen Prozesse dahinter zu verstehen.

Gerhard Heldmaier, Professor für Tierphysiologie an der Universität Marburg hat sein Berufsleben damit verbracht, was der eigentliche Auslöser ist, ist den Winterschlaf-Forschern aber immer noch ein Rätsel.

"Wenn wir das Torporverhalten untersuchen wollen, dann setzen wir die Tiere in die Kammer und müssen warten. Die machen das dann spontan."

Experimente haben inzwischen einiges über die Umgebungsbedingungen verraten, die herrschen müssen, damit Tiere ihren Stoffwechsel herunterfahren. Zwerghamster zeigen das Verhalten zum Beispiel nur saisonal. Die Torpor-Jahreszeit wird den Tieren dabei im Labor über manipulierte Tag-Nacht-Längen vorgegaukelt.

"Wir müssen ihn in kurze Fotoperiode setzen, also lange Nächte. Nach etwa zwei Monaten beginnt er dann mit diesem Verhalten. Aber den eigentlichen Auslöser kennen wir bei ihm auch nicht."

Heldmaier hat Hinweise darauf, dass Tagestorpor an die innere Uhr, also den Schlaf-Wach-Rhythmus, gekoppelt ist. Und Hausmäuse schalten innerhalb weniger Stunden in den Energiesparmodus, wenn die Umgebungstemperatur plötzlich abgesenkt und ihnen gleichzeitig das Futter weggenommen wird.

Lange Zeit dachte man, die Fähigkeit zum Winterschlaf beruhe auf speziellen Sequenzen im Erbgut. Dagegen spricht allerdings, dass das Verhalten bei so vielen Säugetieren und Vögeln auftritt.

"Das ist nicht so, dass da eine Tiergruppe irgendein Verhalten evolviert hat im Lauf der letzten zehn, 20-, 30-tausend Jahre. Das scheint ein uraltes Verhalten zu sein, das überall präsent ist, und abgerufen werden kann oder nicht abgerufen werden kann. Und bei der Suche nach den Genen hat sich gezeigt: Die haben keine speziellen Gene, die Winterschlaf machen. Und es gibt auch keine besonders auffälligen Gene, deren Expression aktiviert wird bei Eintritt in den Winterschlaf."

Energiesparmodus kann über Enzym-Inventar angeschaltet werden

Offenbar kann der Energiesparmodus über das ganz normale Enzym-Inventar angeschaltet werden.

"Das Interessante ist: Was sind die Schalter. Und da gibt es gerade bei der Tagesschlaflethargie, dieser Mini-Form des Winterschlafs, einige Hinweise darauf, dass der Glucose-Stoffwechsel heruntergefahren wird. Da gibt es zwei Enzyme, die so als Schaltstellen betrachtet werden. Eines, mit dem wir uns intensiv beschäftigt haben, ist die Pyruvatdehydrogenase, die den Zucker in den Cytratzyklus füttert. Und dieses Enzym wird durch Phosphorylierung inaktiviert."

Den Phosphatrest, der das Enzym arbeitsunfähig macht und damit den Zuckerstoffwechsel hemmt, übertragen wiederum vier andere Enzyme, sogenannte Kinasen.

"Gut soweit sind wir. Nun muss aber jemand diesen Kinasen sagen, was sie tun müssen. Wir wissen nicht genau, wie es weiter geht. Wo geht’s dann zu den Hormonen oder zu den neuronalen Signalen. Also da klafft ein Riesenloch. Wir können die Biochemie einigermaßen vernünftig beschreiben, was da runter gefahren wird im Winterschlaf. Aber wer nun wirklich die Signale gibt, wissen wir nicht. Und das ist die Eine-Million-Dollar-Frage."

Über den Außen-Volieren im Hinterhof des Wiener Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie hat sich der Himmel inzwischen aufgehellt. Manchmal fallen Sonnenstrahlen auf die leblos wirkenden Gehege, in deren Boden sich die Siebenschläfer eingegraben haben.

"Eine Frage, die uns interessieren würde, ist – da wir eine Kolonie von Winterschläfern auch im Wiener Wald untersuchen, im Freiland – ist, welchen Einfluss diese sogenannten Harvester haben, diese Erntemaschinen für Bäume, die ja doch sehr vibrieren und den Boden verdichten und so weiter. Da würde ich mal vermuten, dass das die Tiere stört."

Im Freiland werden die Tiere mit Datenloggern ausgestattet, die später von den Forschern ausgelesen werden. Thomas Ruf weist auf das gelbe Fachwerkhaus hinter sich.

"Wir bauen selber hier, haben eine Elektronikabteilung. Wir bauen sehr kleine Logger, die sehr viele Temperaturen aufzeichnen können. Und so haben wir zum Beispiel festgestellt, dass die Tiere im Freiland bis zu elfeinhalb Monate Winterschlaf halten können."

1963655180_Microcebus lehi.JPG (Kathrin Dausmann)In Gefangenschaft wurde nie beobachtet, dass Mausmakis in Torpor gehen können. Im Freiland zeigen Arten wie der Goodman-Mausmaki (Microcebus lehilahytsara) aus dem östlichen Madagaskar dieses Verhalten sehr wohl (Kathrin Dausmann)

Die Siebenschläfer im Freiland und in den Volieren liefern auch Daten für molekularbiologische Studien.

"Ich hatte ja schon erzählt: Eines, was Winterschläfer auszeichnet, ist diese lange Lebensdauer. Und da stellt man sich natürlich die Frage: Wie machen sie das eigentlich, wie verlängern sie ihr Leben? Und ein biochemischer Marker des Alterns sind die sogenannten   Telomere, die Endkappen der Chromosomen, die sich beim Menschen zum Beispiel immer mehr verkürzen, je älter man wird. Und so ist das auch bei fast allen Tieren, die man untersucht hat."

"Das hat man bisher noch bei gar keiner Tierart festgestellt"

Mit Wattestäbchen nahmen Thomas Ruf und seine Kollegen Proben von der Mundschleimhaut von Siebenschläfern im Wald und in den Volieren, isolierten daraus DNA und bestimmten die Länge der Telomere.

"Und wir haben etwas ganz Verrücktes gefunden: In den ersten Lebensjahren nehmen die Telomere auch in ihrer Länge ab, wie bei allen anderen Tieren. Und so ab dem fünften Lebensjahr nehmen die Telomerlängen zu, die werden immer länger. Das hat man bisher noch bei gar keiner Tierart festgestellt."

Torpor scheint ein uraltes Verhalten zu sein. Mit den Lemuren zeigen es sogar Vertreter der Primaten – zu denen auch der Mensch zählt. Sollte es möglich sein, dass die Fähigkeit auch in uns schlummert? Im Jahr 1900, erzählt Gerhard Heldmaier, berichtete das British Medical Journal über "winterschlafende" Menschen im Nordwesten Russlands.

"1860 oder so hat ein Forschungsreisender dort Beobachtungen gesammelt, dass Bauern in diesem Gebiet, in dem es sehr kalte, lang andauernde Winter gibt, sich in ihre Kate zurückziehen, das Feuer am Kokeln halten, sitzen um den Tisch und tun nichts mehr – und fallen in so eine Art Trancezustand."

Noch deutlichere Hinweise, dass auch der Mensch in Extremlagen in Torpor fallen kann, liefern Geschichten von Unfallopfern.

"Eines der am besten dokumentierten Beispiele ist eine norwegische Ärztin, die mit anderen Kollegen zusammen auf einem Winterausflug war und dann ins Eis eingebrochen ist. Und die haben gesehen, wie die unter dem Eis weggetrieben ist. Und es hat dann etwa eine halbe Stunde gedauert, bis sie sie wieder raus ziehen konnten. Sie ist dann wiederbe-lebt worden und ins Krankenhaus gekommen und ist komplett wieder hergestellt worden."

Einen ähnlichen Fall gab es vor einigen Jahren bei einem Lawinenabgang in Österreich, den ein Verschütteter überlebte.

"Da muss der Stoffwechsel abgeschaltet werden, so dass die keinen Sauerstoff mehr brauchen. Meine Vermutung ist, dass die eben in diesen Torpor-Zustand gefallen sind. Und dann können sie auch auskühlen, das begünstigt dann noch diese Verlangsamung der Stoffwechselprozesse. Aber das sind nur so wenige Einzelbeobachtungen. Man kann das auch schlecht experimentell machen."

Können auch Menschen in Torpor gehen?

Die Idee, dass Menschen in Torpor gehen können, bewegt den Marburger Physiologen seit langem. Vor drei Jahren gründete er schließlich gemeinsam mit anderen Biologen und Medizinern eine Arbeitsgruppe bei der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Das Ziel: Grundlagenforschung bündeln, um den Torpor-Zustand besser zu verstehen – um irgendwann einmal Unfallopfer oder Raumfahrer gezielt auf Sparflamme zu schalten.

"Wenn ein Astronaut Torpor macht, dann kann ich die Körpertemperatur relativ hoch halten, und der spart dann einfach nur Energie ein. Es ist ja nicht nur, dass der Transport für den vielleicht gemütlicher wird, weil er den so im Dämmerzustand gar nicht richtig wahrnimmt, sondern auch die Energieersparnis ist ein großer Faktor. Also wenn man`s vom Bären überträgt: Der spart etwa 75 Prozent Energie ein im Winterschlaf."

Bei einem zukünftigen, monatelangen Flug zum Mars müssten die Raumfahrtagenturen dann viel weniger Sauerstoff, Wasser und Nahrungsmittel einplanen. Außerdem haben Messungen gezeigt, dass winterschlafende Tiere radioaktive Strahlung tolerieren, die sie im normalen Zustand innerhalb weniger Tage tötet. Ein Hinweis, dass Astronauten im Torpor auch die hohe Strahlungsintensität im Weltall besser verkraften könnten.

Um die medizinische Seite kümmert sich im ESA-Projekt Alexander Choukèr, Anästhesist an der Universität München. Er forscht unter anderem zur Präkonditionierung von Organen. Dabei wird zum Beispiel die Leber vor einer Operation für zehn Minuten vom Blutkreislauf abgeklemmt. Der Versorgungsmangel aktiviert im Körper des Patienten Prozesse, durch die das Organ seinen Energieumsatz drosselt. Eine Anpassung ganz ähnlich wie bei den hungerleidenden Buschbabys.

"Da gibt es interessante Parallelen eigentlich, die uns sehr motivieren, zwischen dem klassischen Winterschläfer und den Organen des Menschen, die auf eine gewisse Weise noch ähnliche Mechanismen in ihrem Zellstoffwechsel innehaben, und eben so reguliert werden können, dass man das Organ damit in seiner Lebensdauer verlängern kann. Weil man weniger Stoffwechsel hat und somit mit Engpässen in der Sauerstoffversorgung viel besser zu Recht kommt."

Choukers Blick auf gedrosselte Stoffwechselvorgänge in einem Organ liefert neue Einsichten zum Torpor bei winterschlafenden Tieren – und umgekehrt. Darüber hinaus aber sollen die medizinischen Experimente klären, wie sich der Energiesparmodus künstlich auslösen lässt.

Astronauten im Winterschlaf auf die Reise schicken

"Da zu testen, in welcher Phase braucht eigentlich der Organismus – der eigentlich nicht in den Winterschlaf gehen kann – braucht er was, um vielleicht diesen Zustand des Torpors zu erreichen. Und wahrscheinlich kommt es nicht auf eine Substanz, auf ein Gen an. Sondern es ist eine Komposition von Substanzen in verschiedener Höhe, die dann als Ganzes in der Lage sind, diese Stoffwechselprozesse eben in diesen verschiedenen Phasen zu regulieren."

Astronauten im Winterschlaf auf die Reise schicken. Organe für Transplantationen länger haltbar machen. Schwerverletzte in den Energiesparmodus legen, bis die Notaufnahme erreicht ist. Die Hoffnungen sind gewaltig.

"Kontrolle über den Stoffwechsel ist eigentlich Kontrolle über das Leben der Zelle und dann des gesamten Organismus."

Wie genau der Weg dorthin aussieht steht allerdings noch in den Sternen. Die NASA hat schon einmal viel Geld in die Erforschung von Kühlkammern für Astronauten investiert. Auch die US Army förderte Projekte dazu, wie verwundete Soldaten heruntergekühlt von der Front ins Krankenhaus transportiert werden könnten. Das aber sei der falsche Weg, meint der Physiologe Gerhard Heldmaier.

"Weil bei Körpertemperaturen unterhalb 30 Grad Celsius tritt Kammerflimmern auf. Es gibt Ödeme, weil der Ionentransport beeinträchtigt ist. Also das ist eine sehr kritische Geschichte beim Menschen."

So bestechend die Idee sich auch anhört, noch ist sie Utopie. Außerdem: Selbst wenn Winterschlaf irgendwann Astronauten den Weg zum Mars erleichtern würde, wären da noch die Nebenwirkungen, kommentiert der Wiener Biologe Thomas Ruf. Denn vielleicht erginge es den Raumfahrern in den Tiefen des Alls wie den Zieseln im Labor einer Kollegin. Die hatte die Erdhörnchen trainiert, sich in einem Labyrinth zu Recht zu finden. Anschließend durfte ein Teil der Tiere wie gewohnt Winterschlaf halten, der andere nicht.  

"Und die, die Winterschlaf gehalten haben, hatten das alles vergessen im Frühjahr. Und die, die nicht Winterschlaf halten konnten, die haben weiterhin ihren Weg durchs Labyrinth gefunden. Übertragen auf Astronauten hieße das natürlich: Man läuft Gefahr, wenn man Astronauten in Winterschlaf versetzt, dass sie zwar am Mars ankommen mit wenig Sauerstoffverbrauch, aber nicht mehr wissen, was sie da sollten."



Es sprachen:
Ton und Technik:
Regie: Anna Panknin
Redaktion: Christiane Knoll
Eine Produktion des Deutschlandfunks 2017

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk