Nahrung und saisonale Anpassungen bei Rothirschen

Pflanzenfresser der nördlichen und gemäßigten Breiten, wie der Rothirsch (Cervus elaphus), sind erheblichen jahreszeitlichen Veränderung der abiotischen Umweltbedingungen und der Nahrungsverfügbarkeit ausgesetzt. Um mit diesen Bedingungen zurecht zu kommen, haben Huftiere dieser Lebensräume eine Reihe von Anpassungen entwickelt, wie etwa Saisonalität der Fortpflanzung, des Wachstums und der Fettspeicherung, oder ein gut isolierendes Winterfell. Es ist bekannt, dass diese Reaktionen von der Tageslänge kontrolliert werden, doch mehren sich die Hinweise, dass zusätzliche Signale, wie die Verfügbarkeit und Qualität der Nahrung für zeitliche Feinabstimmung und Flexibilität sorgen. Das Wissen über die Bedeutung verschiedener Umweltsignale und ihre integrierte Verarbeitung ist aber begrenzt. Hinzu kommt, dass nach wie vor kontrovers diskutiert wird, warum Huftiere nördlicher Breiten im Winter erheblich geringere Stoffwechselraten haben. Wir fanden in einer Vorstudie dass Rothirsche in der Lage sind ihre Stoffwechselrate substantiell durch Episoden nächtlicher peripherer Hypothermie in einem bisher unbekanntem Ausmaß zu senken. Unsere Ergebnisse legten aber auch nahe, dass die jährlichen Unterschiede in der Stoffwechselrate überwiegend durch saisonale Veränderungen der Qualität natürlicher Nahrung bedingt sind. Wir wollen daher experimentell untersuchen in welchem Ausmaß Protein- und Energiegehalt der Nahrung (1) als Zeitgeber für saisonale Anpassungen wirken, (2) sie saisonale Veränderungen der Stoffwechselrate beeinflussen und (3) sich auf das Auftreten von Episoden peripherer Hypo-thermie auswirken. Wir schlagen dazu eine dreijährige Studie an Rothirschen vor, die unter semi-natürlichen Bedingungen in einem großen Gatter gehalten werden. Zwei räumlich nicht getrennte Rothirschgruppen sollen über eine computergesteuerte Fütterungsstation zwei Sorten von pelletiertem Zusatzfutter ad lib. erhalten, dessen Protein- und Energiegehalt das saisonale Maximum und Minimum in der natürlicher Nahrung widerspiegelt. Die Hirsche werden mit speziell konstruierten Telemetriesendern für eine kontinuierliche und automatische Erfassung der Herzfrequenz als Maß der Stoffwechselaktivität, der Unterhauttemperatur und der Aktivität ausgestattet. Des Weiteren werden die Aufnahme natürlicher Pflanzen, Verdaulichkeit, Energieaufnahme und klimatische Bedingungen gemessen. Die Ergebnisse dieser Studie werden grundlegende Einsichten in die Mechanismen saisonaler Veränderungen von Stoffwechselraten erbringen und welche Signale in ihrer Regulation involviert sind. Darüber hinaus sind sie für das Wildtiermanagement von Relevanz, da frei lebende Rothirsche während des Winters üblicherweise gefüttert werden. Mögliche Störungen der Reduktion des Energiebedarfes im Winter durch ungeeignetes Zusatzfutter könnte erheblich dazu beitragen, dass Schäden an der Waldvegetation durch Rothirsche entstehen.

Pflanzenfresser der nördlichen und gemäßigten Breiten sind erheblichen jahreszeitlichen Veränderungen von Temperatur und Nahrungsverfügbarkeit ausgesetzt. Wir fanden in einer Vorstudie, dass Rothirsche im Winter eine deutlich geringere Stoffwechselrate haben und dass Episoden nächtlicher peripherer Hypothermie in einem bisher unbekanntem Ausmaß zu diesem geringeren Energieverbrauch beitragen. Es war bekannt, dass saisonale Anpassungen dieser Art von der Tageslänge kontrolliert werden, doch mehrten sich die Hinweise, dass zusätzliche Signale, wie die Verfügbarkeit und Qualität der Nahrung für zeitliche Feinabstimmung und Flexibilität sorgen. Wir untersuchten daher in einem Fütterungsexperiment, in welchem Ausmaß Verfügbarkeit und Proteingehalt der Nahrung saisonale Veränderungen der Stoffwechselrate beeinflussen und sich auf das Auftreten von Episoden peripherer Hypothermie und anderer saisonaler Anpassungen auswirken. Die untersuchten 16 erwachsenen weiblichen Rothirsche zeigten trotz der unbegrenzten Verfügbarkeit von Futter ausgeprägte jahreszeitliche Veränderungen der Herzfrequenz, der Unterhauttemperatur, der Nahrungsaufnahme, des Körpergewichtes und der Aktivität, was auf eine weitgehend nahrungsunabhängige Kontrolle dieser Reaktionen durch die natürliche Photoperiode hinweist. Ein Vergleich mit Daten aus einer Vorstudie, in der die Tiere nur begrenzt Futter erhielten, zeigte, dass die nächtlichen Absenkungen der Körpertemperatur jedoch deutlich weniger ausgeprägt waren. Dieses Ergebnis unterstützt unsere Auffassung, dass Säugetiere und Vögel in der Lage sind, ihren Energiebedarf durch Einsparungen bei der endogenen Wärmeproduktion zu senken, dies aber nur in Notsituationen tun. Die nur noch halb so starke Erhöhung der Ausscheidung von Cortisol im Winter, gemessen in diesem Projekt durch Bestimmung von Cortisolabbauprodukten im Kot, weist in die gleiche Richtung. Die Mobilisierung von Fettreserven, bei der Cortisol wahrscheinlich eine maßgebliche Rolle spielt, ist bei unbegrenzter Futterverfügbarkeit deutlich weniger ausgeprägt. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Studie ist der Nachweis, dass entgegen früherer Auffassung, die saisonale Veränderung der aufgenommenen Nahrungsmenge und deren Eiweißgehalt für die Erklärung der saisonalen Veränderung der Stoffwechselrate nur eine untergeordnete Rolle spielt. Ob, wie vermutet, ein höherer Proteingehalt der Winternahrung alleine schon zu geringeren saisonalen Anpassungen führt, konnte aber nur ansatzweise beantwortet werden. Derartige Unterschiede in der Nahrungsqualität wirken vermutlich erst dann, wenn Nahrung insgesamt knapp ist. Die Ergebnisse dieser Studie sind nicht nur für ein besseres Verständnis der Funktion und der beteiligten Mechanismen saisonaler Anpassung bedeutend, sondern auch für die in Europa weitverbreitete und zur Wildschadensvermeidung oft erforderliche Winterfütterung. Zu diesen praktischen Nutzen der Ergebnisse kommen methodische Fortschritte, die ihm Rahmen dieses Projektes erzielt wurden - die Entwicklung eines völlig neuartigen Telemetriesenders und wichtige Weiterentwicklungen der n-Alkanmethode, einer neuen Technik zur Bestimmung der Menge und Zusammensetzung der aufgenommen Nahrung bei Pflanzenfressern.