Baby-Mäuse „schalten ab“, um extreme Kälte auf den höchsten Berggipfeln zu überleben

Es ist Anfang 2019, und der Biologe Jay Storz ringt nach Atem. Er hat es gerade auf den Gipfel des Llullaillaco geschafft, eines chilenischen Vulkans, der etwa drei Viertel so hoch ist wie der Mount Everest, um einem Gerücht nachzugehen.

In dieser Höhe ist die Luft dünn, so dass es kaum Sauerstoff gibt und jeder Schritt eine Anstrengung ist. Storz‘ Kollege, Mario Perez Mamani, entdeckt eine Bewegung zwischen den Felsen und Storz springt in Aktion. Er greift erfolgreich zu und lehnt sich lächelnd zurück. In seiner Faust befindet sich das höchstgelegene Tier der Welt: Eine Gelbbürzel-Blattohrmaus (Phyllotis xanthopygus rupestris).

Ich bin ein kanadischer Biologe, der zu einem internationalen Team von Wissenschaftlern gehört, zu dem auch Storz gehört; wir untersuchen Bergmäuse, um zu lernen, wie sich Tiere an extreme Umgebungen anpassen. Wenn es darum geht, ein Leben in der Höhe zu führen, sind kleine Nagetiere und Hasentiere (Verwandte der Kaninchen) die unangefochtenen Höhenweltmeister von den Anden bis zum Himalaya. Unsere Studienart, die nordamerikanische Hirschmaus (Peromyscus maniculatus), kommt vom Meeresspiegel bis zu den Gipfeln der höchsten Rocky Mountains vor und hat damit den größten Höhenbereich aller Säugetiere des Kontinents.

Als Jungtier extreme Umgebungen überleben

Berggipfel gehören zu den extremsten Umgebungen der Erde, und auf vielen Gipfeln ist es das ganze Jahr über eiskalt. Für kleine Mäuse kann das ein großes Problem sein. Ihre Oberfläche ist im Verhältnis zu ihrer Masse sehr groß, so dass sie schnell Wärme verlieren.

Die meisten warmblütigen Tiere wie Vögel und Säugetiere – Endothermen – verwenden Energie aus der Nahrung, um ihre eigene Wärme zu erzeugen und zu verhindern, dass ihre Körpertemperatur zu sehr absinkt. Säugetiere verwenden Muskeln, um zu zittern, oder eine besondere Art von Fett, das braune Fettgewebe, das Wärme erzeugt, ohne zu zittern. Sowohl der Zittermuskel als auch das braune Fett benötigen Energie und Sauerstoff, um Wärme zu erzeugen.

Sauerstoff ist auf einem Berggipfel Mangelware, aber Mäuse in großen Höhen haben einen Weg gefunden, dieses Problem zu umgehen. Hochlandpopulationen der nordamerikanischen Hirschmaus, die in den Rocky Mountains und den Weißen Bergen beheimatet sind, haben sich so entwickelt, dass sie die Wärmeproduktion maximieren. Ihr braunes Fett und ihre Skelettmuskulatur sind Fettverbrennungsmaschinen, und ihr spezialisiertes Herz-Kreislauf- und Atmungssystem liefert den gesamten benötigten Sauerstoff und Brennstoff. Durch die Maximierung der Wärmeproduktion ist es für eine erwachsene Maus wahrscheinlicher, auf dem kalten Berggipfel zu überleben.

Wärmeerzeugung zum Überleben

Einige Säugetiere werden mit voll funktionsfähigen Wärmeerzeugungsmechanismen geboren. Bei vielen Arten reifen diese Systeme jedoch erst nach der Geburt. Bei diesen Tieren – einschließlich Menschen und Mäusen – reift das braune Fett zuerst und übernimmt die frühe Wärmeproduktion.

Auf Meereshöhe braucht das braune Fett eines Mäusebabys etwa acht Tage, um sich zu entwickeln. Zu diesem Zeitpunkt haben die Mäusebabys ihre Größe verdreifacht und beginnen, sich ein Fell wachsen zu lassen. In zwei weiteren Wochen werden sie alt genug sein, um ihr Zuhause zu verlassen, aber diese ersten Wochen sind tückisch. Aufgrund des hohen Raubtierrisikos und der energetischen Kosten des Wachstums schaffen es weniger als die Hälfte der in freier Wildbahn geborenen Mäusebabys, erwachsen zu werden.

Hochgebirgsmäuse haben jedoch eine überraschende Strategie entwickelt, um diese frühe Lebensphase zu überleben: Sie lassen sich auskühlen. Unsere Forschungen ergaben, dass die wärmeproduzierenden Systeme von Hochgebirgshirschmäusewelpen im Vergleich zu Mäusen aus tieferen Lagen langsamer reifen. Als wir die Gene untersuchten, die für diese Eigenschaften verantwortlich sind, fanden wir heraus, dass sowohl im braunen Fett als auch im Skelettmuskel die Stoffwechselwege, die mit der Wärmeproduktion in Verbindung stehen, bei hochgelegenen Welpen ausgeschaltet waren, die sich auf ihre Mütter verlassen mussten, um Wärme zu erhalten.

Nagetiermütter sitzen auf ihren Jungen, während sie sie säugen, und halten sie so schön warm. Wenn die Jungtiere keine eigene Wärme produzieren können, sinkt ihre Körpertemperatur langsam, wenn die Mutter nicht da ist.

Kältetoleranz

Wir Menschen bekommen Unterkühlung, wenn unsere Körpertemperatur um 2 °C sinkt. Aber Babymäuse sind bemerkenswert kältetolerant. Ihre Körpertemperatur kann stundenlang fast auf den Gefrierpunkt sinken und sich wieder erwärmen, wenn die Mutter zurückkehrt.

Unsere Forschungen lassen vermuten, dass Mäuse in großen Höhen ihre Energie für das Wachstum aufsparen, anstatt sich warm zu halten. Die Kombination aus Kälte und geringem Sauerstoffgehalt bedeutet, dass die meisten Säugetierbabys (vom Menschen bis zur Ratte) in großer Höhe nicht richtig wachsen können.

Die Hirschmaus kann in großen Höhen bis zum Erwachsenenalter überleben, weil sie in der Lage ist, ihre Stoffwechselaktivität zu verlangsamen und Energie zu sparen. Da dies genau die gegenteilige Strategie ist, die von erwachsenen Hirschmäusen angewandt wird, zeigt unsere Arbeit, wie wichtig es ist, junge Tiere zu untersuchen, wenn wir verstehen wollen, wie sich eine Art entwickelt hat.