Angepasstheit an KälteÜberwintern durch Schrumpfen

Spitzmäuse sind extrem kleine Säugetiere, die ununterbrochen Fressen müssen, um ihre Wärmeverluste zu kompensieren. Da sie keinen Winterschlaf halten, hat sich bei ihnen eine ungewöhnliche Strategie entwickelt, den Nahrungsmangel der kalten Jahreszeit zu überleben: Sie schrumpfen im Winter und wachsen wieder im Sommer.

Überwintern ohne Winterschlaf. Das Unterrichtsmaterial über Säugetiere zeigt, wie es geht.

Die Spitzmaus hält keinen Winterschlaf. Die Anpassung der Körpergröße ermöglicht, dass diese kleinen Säugetiere die kalte Jahreszeit überstehen. Foto: Ralph Häusler; pixabay.com, C00 Creative Commens

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Spitzmäuse sind entgegen ihres Namens und trotz der Ähnlichkeit mit Mäusen keine Nager, sondern zählen zu den Insektenfressern, wie Maulwürfe und Igel. Mit durchschnittlich 10 cm Länge und etwa 10 Gramm Körpergewicht gehören sie zur Gruppe der kleinsten Säugetiere. Wegen ihrer hohen Stoffwechselrate müssen sie ununterbrochen hochwertiges Futter zu sich nehmen. Manche Arten verzehren täglich Nahrung in der Größenordnung ihres eigenen Körpergewichts. Da sie praktisch keine Fettreserven anlegen, würden sie ohne Nahrung innerhalb von fünf Stunden verhungern.

Je höher im Norden, desto kleiner die Individuen

Die Lebenserwartung von Spitzmäusen beträgt maximal zwei Jahre. Die Tiere leben als territoriale Einzelgänger, die sich nur zur Paarung zusammenfinden. Sie pflanzen sich erst im zweiten Sommer fort und verenden danach. Trotzdem sind sie weltweit verbreitet – und zwar umso häufiger, je nördlicher der Breitengrad. Nach Norden müssten die Tiere nach der Bergmann’schen Regel eigentlich größer werden, um ein günstigeres Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche zu erreichen, aber das Gegenteil ist der Fall.

Je kälter die Jahreszeit, desto kleiner die Individuen

In den Wintermonaten tritt ein Phänomen auf, das bereits Mitte des 20. Jahrhunderts von August Dehnel in Polen entdeckt worden war und seitdem als „Dehnel’s Phänomen“ bekannt ist: Im Winter sind Spitzmäuse noch kleiner als sie ohnehin sind. Im Winter gefangene Tiere besitzen eine bis zu 20% geringere Schädelhöhe als Tiere, die im Sommer davor oder danach gefangen wurden. Ähnliche Unterschiede betreffen das Körpergewicht und viele Organe wie das Herz und vor allem das Gehirn. Im Sommer legen die Tiere die verlorene Körpersubstanz wieder zu.


 

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Wissenschaftliche Untersuchungen belegen "Dehnel´s Phänomen"

Bisher war das Phänomen nur durch Röntgenaufnahmen von Tierskeletten dokumentiert. 2017 nahm sich ein Doktorand am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell der Sache an und untersuchte eingefangene frei lebende Wildmäuse, die er mit Hilfe von implantierten Mini-Sendern eindeutig zuordnen konnte. Dadurch war es möglich, etwa ein Drittel der Tiere einmal oder mehrmals wieder einzufangen und erneut zu untersuchen. Alle eingefangenen Tiere waren im Winter geschrumpft und im Sommer wieder gewachsen.

Neben dem Schädelskelett wurde auch das Gehirn genauer untersucht, das ebenfalls im Winter um 20% an Masse verliert. Davon sind nicht alle Gehirnregionen gleichmäßig betroffen. Vor allem wachsen nicht alle Gehirnregionen im Sommer wieder zu ihrer unsprünglichen Masse. Das gilt vor allem für den Neokortex. Auf der zellulären Ebene kommt es zu einem Rückgang des Volumens einzelner Nervenzellen und zu einer Reduktion der Zahl der Dendriten. Alles zusammen führt im Winter auch zu einer Beeinträchtigung der kognitiven Funktionen der Tiere: Im Experiment suchen sie länger nach Nahrung als im Sommer.

Der Selektionsvorteil dieses Phänomens ist offensichtlich

Das Schrumpfen der Tiere im Winter ermöglicht einen geringeren Energieverbrauch und das Einsparen von Ressourcen. Und die Spitzmäuse sind nicht allein. Bei Wieseln, einer phylogenetisch weit entfernten Gattung, die aber den Spitzmäusen im Jahreszyklus und im Stoffwechsel sehr ähnlich ist, zeigten sich die gleichen Veränderungen. Das Muster ist auch bei Nerz, Iltis und Maulwurf zu beobachten – alles Tiere, die keinen Winterschlaf halten und hochwertige Nahrung verzehren. Die Schrumpfung ist der Kompromiss, wenn Winterschlaf oder Wanderung in wärmere Regionen nicht möglich sind.

Die Regulation des Phänomens ist noch unklar

Die Mechanismen, die dem reversiblen Schrumpfen und Wachsen zugrunde liegen, sind noch völlig unklar. Sicher ist bisher nur, dass Dehnel’s Phänomen nicht reaktiv, sondern antizipatorisch zustande kommt. Das spricht für eine genetische Steuerung durch eine circannuale Uhr.

Unterrichtsmaterial zum Thema "Säugetiere im Winter"

Viele verschiedene Ausgaben von Unterricht Biologie haben sich dem Thema "Angepasstheiten an Kälte" gewidmet. Hier finden Sie eine Auswahl von Unterrichtsmaterial für Säugetiere:

Wie halten sich Tiere im Winter warm?

Tierische Strategien gegen Kälte: Die 7 besten Modellexperimente

Welchen Einfluss hat der Winterschlaf des Siebenschläfers auf die Gesundheit des Menschen?

Schützt den Siebenschläfer

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Missverständnis mit Schulbuchtradition

 

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