Sebastian Opitz I Marie-Theres Opitz

Winterschlaf: Energiesparen als Überlebensstrategie

Sebastian Opitz I Marie-Theres Opitz

Siebenschläfer reagieren auf die veränderten energetischen Bedingungen des Winters. Sie halten Winterschlaf. Die Reduzierung ihres Energieumsatzes bis an die Schwelle der Überlebensfähigkeit stellt dabei mehr als eine reine Energiesparmaßnahme dar.

K leine Tiere haben im Verhältnis zum Körpervolumen eine überproportional größere Körperoberfläche und geben dadurch viel Wärme an die Umwelt ab. Endotherme Tiere mit gleichbleibender Körpertemperatur setzen 5 –10 mal mehr Energie um als gleichgroße ektotherme Tiere. Entsprechend besitzen speziell kleine Säuger eine sehr hohe Stoffwechselrate. Da ihre Körper weiterhin eine hohe Wärmedurchgangszahl besitzen, können kleine Säuger nur für verhältnismäßig kurze Aktivitätsphasen ohne Nahrungsaufnahme ausreichend energetisch nutzbare Stoffe (hauptsächlich Körperfett) anlegen (Eckert 2002). Im Winter würde die Stoffwechselrate von kleinen Tieren bei gleichbleibender Aktivität fast doppelt so hoch liegen wie im Sommer (Campbell/Reece/Markl 2006). Da gleichzeitig die Nahrung im Winter knapper ist und eine längere, energieaufwändige Suche nötig wird, verschiebt sich die Energiebilanz besonders für kleinere Tiere zum Negativen. Kleine und mittelgroße Säuger (z.B. Siebenschläfer, Ziesel, Igel) nutzen daher häufig die Strategie, den Energieumsatz durch Winterschlaf oder ähnliche Ruhezustände massiv einzugrenzen und zwar teils um mehr als den Faktor 100 (Eckert 2002). Dass gleichzeitig ähnliche Tiere keinen (z.B. Mäuse) oder einen weniger ausgeprägten Winterschlaf halten, kann neben dem entwicklungsgeschichtlichen Hintergrund der Art daran liegen, dass spezielle Angepasstheiten gerade noch Aktivität im Winter erlaubt, während dies bei ähnlichen Arten nicht der Fall ist. Größere Tiere besitzen in Bezug auf ihre Reserven energetisch nutzbarer Stoffe einen deutlich geringeren Basalstoffwechsel und nutzen in gemäßigteren Zonen die kalten Jahreszeiten für die häufig im Verhältnis zu kleineren Tieren deutlich längeren Tragzeiten, was es wiederum ermöglicht, dass die Nachkommen zu Beginn des nächsten Winters größer und resistenter sind.
Während bei normalem Schlaf die Körpertemperatur nur geringfügig absinkt, wird diese im Zustand des Winterschlafs durch spezielle Angepasstheit teils bis knapp unter den Gefrierpunkt abgesenkt (Bachmann/Arndt 2013). Da der Unterschied zur Außentemperatur dann deutlich geringer ist, wird pro Zeit entscheidend weniger Wärme in die Umwelt abgegeben. Der Hypometabolismus, also die Absenkung physiologischer Parameter, ist die eigentliche Leistung des Winterschlafs die energetisch wichtige Verringerung der Wärmeabgabe ist deren Effekt.
Siebenschläfer sind extreme Winterschläfer
Der Siebenschläfer (Glis glis, Familie der Bilche), ein mit Schwanz ca. 30  cm langes und 120g schweres Nagetier, überdauert den Winter in einem meist sieben Monate dauernden Winterschlaf. Die Tiere verdoppeln vor dem Winterschlaf ihr Gewicht, da sie während des Winters keine Nahrung zu sich nehmen und komplett auf angefressene Fettvorräte angewiesen sind (Krystufek 2010).
Nach einer längeren Einschlafphase verringern Siebenschläfer ihren Herzschlag von 200 – 300 auf ca. 8 Schläge pro Minute (Bachmann/Arndt 2013; Krystufek 2010). Der Stoffwechsel wird von Zucker auf Fett umgestellt, die Atmung verlangsamt sich und weist Pausen von bis zu 60 Minuten auf. Die Umstellung des Stoffwechsels auf Fett ist für die Tiere während des Winterschlafes vorteilhaft, da Körperfett im Gegensatz zu den eher kurzfristig genutzten Glykogenspeichern der Leber langfristig gut speicherbar ist. Zusätzlich stellt Fett pro Gramm ca. doppelt so viel Energie bereit wie Kohlenhydrate oder Proteine.
Im Winterschlaf kann die Körpertemperatur auf bis zu 0,7  °C sinken, womit wahrscheinlich die untere Grenze der Überlebensfähigkeit erreicht ist (Bachmann/Arndt 2013). Wie bei anderen Winterschläfern unterbricht auch der Siebenschläfer den Winterschlaf...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 411 / 2016

Energie in der Biologie

Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 8-9