Einflüsse interner und externer Energiespeicher auf Winterschlafmuster bei Feldhamstern

Winterschläfern stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Energiespeicherung zur Verfügung: entweder in Form von Körperfett oder als extern gelagerte Vorräte, von denen sie während der Wintermonate zehren können. Beide Strategien können - abhängig von der Fettspeicherkapazität, dem Fortpflanzungsaufwand, der Verfügbarkeit von zur Lagerung geeigneter Nahrung so wie der Menge und Qualität der gesammelten Vorräte - auch kombiniert werden. Tierarten, die über Wintervorräte verfügen, können ihre Fortpflanzungsaktivität über eine längere Zeitspanne ausdehnen und dadurch mehr Nachkommen produzieren. Ein Beispiel dafür sind weibliche Feldhamster, die bis zu drei Würfe in einer Saison aufziehen können. Dennoch sind die Anzahl und Größe der Würfe pro Saison individuell sehr unterschiedlich. Die Ursache dafür ist vermutlich ein Zusammenspiel von Körperkondition, gegenwärtigem und früherem Reproduktionserfolg und -aufwand sowie unterschiedlichen Überwinterungsstrategien. Frühere Studien zeigen sowohl in Gefangenschaft als auch unter natürlichen Bedingungen erstaunliche individuelle Variation in Körpertemperaturverläufen während der Wintermonate. Weniger Zeit im energiesparenden Torpor, charakterisiert durch Hypothermie und Hypometabolismus, zu verbringen bedeutet aber höhere energetische Kosten, die durch entsprechende Nahrungsaufnahme im Winterbau kompensiert werden müssen. Da Vorräte in Menge und Qualität variieren können, sollten die Tiere ihre Überwinterungsstrategien an die verfügbaren Energiereserven anpassen. In diesem Forschungsprojekt planen wir Zusammenhänge zwischen Reproduktion, Nahrungszusammensetzung, Körperfettgehalt und Winterschlafmustern bei frei lebenden Feldhamstern zu untersuchen. Die Studie kombiniert Feldforschung mit experimentellen Ansätzen und physiologischen Messungen. Zusätzlich sollen genetische Analysen Aufschluss über mögliche erbliche Komponenten in Überwinterungsstrategien geben. Basierend auf ersten Ergebnissen über Winterschlaf bei dieser Tierart unter natürlichen Bedingungen erwarten wir konstantere Winterschlafmuster bei Männchen, entsprechend ihrem Körperfettanteil, und mehr Variabilität bei weiblichen Tieren, in Abhängigkeit vom vorhergegangenen Reproduktionsaufwand. Weibchen mit hohem Fortpflanzungserfolg müssen vermutlich nach der Entwöhnung des letzten Wurfs vermehrt auf das Anlegen von Nahrungsvorräten für den Winter setzen, da spät in der Saison die Zeit für die Fettanlagerung zu knapp wird. Wir erwarten bei diesen Individuen weniger Torporphasen als bei Weibchen mit höherem Körperfettgehalt. Die Auswirkungen von qualitativ hochwertigem Futterangebot auf individuelle Winterschlafmuster werden mittels Fütterungsexperimenten bei Weibchen mit hohem und geringem Fortpflanzungserfolg untersucht. Anhand von Kotproben kann die Zusammensetzung konsumierter Nahrung bestimmt werden (n-Alkane-Methode). Weiters planen wir den Körperfettgehalt sowie die Menge und Qualität der Vorräte unter konstanten Temperaturbedingungen in Klimakammern zu manipulieren und die Auswirkungen auf den Winterschlaf zu überprüfen. Generell würde das Forschungsprojekt neue Erkenntnisse zur Anpassung von Torpor an verfügbare interne oder externe Energiereserven liefern. Zusätzlich könnten Informationen über Zusammenhänge zwischen Reproduktion und Winterschlaf bei Feldhamstern dazu beitragen, Schutzprogramme für diese in weiten Teilen Europas bedrohte Tierart nachhaltig zu verbessern.

Fakultative Winterschläfer wie beispielsweise Feldhamster, sind dafür bekannt für die Wintermonate sowohl interne Energiereserven in Form von Körperfett, als auch Nahrungsvorräte als externe Reserven anzulegen. Ziel diese Forschungsprojekts war es die Einflüsse von Quantität und Qualität der Vorräte auf Winterschlafmuster zu untersuchen, sowie den Körperfettanteil und die Fettsäurezusammensetzung im weißen Fettgewebe vor und nach dem Winterschlaf zu bestimmen um dadurch die Effizienz von unterschiedlichen Überwinterungsstrategien zu überprüfen. Winterschlaf ist durch Torporphasen gekennzeichnet, in denen die Stoffwechselrate und die Körpertemperatur stark reduziert werden, wodurch der Energieverbrauch enorm verringert wird. Trotz evidenter Vorteile, kann Torpor auch negative Auswirkungen wie verringerte Immunabwehr, oxidativen Stress, reduzierte neuronale Konnektivität zur Folge haben. Die Verfügbarkeit und Qualität von Nahrungsvorräten könnten daher die Winterschlafdauer wesentlich beeinflussen. Unsere Experimente unter kontrollierten Bedingungen zeigten, dass Feldhamster, die täglich Futterrationen erhielten aber keine Vorräte anlegen konnten mehr Zeit im Torpor verbrachten als Tiere mit ausreichenden Nahrungsreserven. Qualitativ hochwertige Nahrung, insbesondere reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren, führte ebenfalls zu einer Verkürzung des Winterschlafs. Bei freilebenden Feldhamstern konnten außergewöhnliche Geschlechtsunterschiede festgestellt werden, da weibliche Tiere, im Gegensatz zu allen anderen Winterschläfern, eine kürzere Hibernationsperiode aufwiesen als Männchen. In einem Feldexperiment wurden im Herbst hochwertige Vorräte angeboten. Diese zusätzlichen Nahrungsreserven führten bei Männchen zu einer drastischen Verkürzung des Winterschlafs, bei Weibchen zeigten sich jedoch keine derartigen Auswirkungen. Alle Tiere mit angereicherten Vorräten konnten allerdings die folgende aktive Phase früher beginnen was aufgrund des Zeitgewinns den Fortpflanzungserfolg entscheidend verbessert. Die Geschlechtsunterschiede in Überwinterungsstrategien spiegelten sich in vielen Aspekten, wie der Nahrungssuche und der Anlagerung von Körperfettreserven wider. Im Rahmen des Projekts konnte eine Methode entwickelt werden den Körperfettanteil auf nicht-invasive Weise zu bestimmen. Durch genetische Untersuchungen konnten Zusammenhänge zwischen Verwandtschaft und Überwinterungsstrategien ausgeschlossen werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass Feldhamster, die Dauer des Winterschlafs und das Ausmaß der Stoffwechselreduktion im Torpor an verfügbare Nahrungsreserven anpassen können und darüber hinaus offenbar über ungewöhnliche Mechanismen der Fettmobilisierung verfügen.