Erinnerung und Kognition bei Winterschläfern

Der Winterschlaf ist eine extreme Anpassung mancher Säugetiere, um den kalten und nahrungsarmen Winter oder andere ungünstige Umweltbedingungen zu überstehen. In den sogenannten Torporphasen des Winterschlafs wird der Stoffwechsel extrem abgesenkt, dadurch fällt die Körpertemperatur bis auf Umgebungstemperatur ab und kann sogar den Nullpunkt erreichen. Herzfrequenz und Atmung sind im Torpor extrem reduziert. Auch das Gehirn zeigt in diesen Phasen praktisch keine Aktivität und ist nur gering durchblutet. Torporphasen dauern mehrere Tage bis Wochen und werden von kurzen, nur wenige Stunden dauernden Aufwärmphasen, sog. Arousals unterbrochen. Wir wollen untersuchen welche Auswirkungen der Zustand des Winterschlafs auf das Erinnerungsvermögen und die Wahrnehmung der Tiere hat. Müssen Winterschläfer jedes Jahr ihre Umgebung neu erkunden und erlernen? Erkennen sie ihre Verwandten und Gruppenmitglieder wieder? Vorangegangene Studien geben hier kein klares Bild, zeigen aber Hinweise auf negative Effekte des Winterschlafs. Bis heute ist noch nicht geklärt warum Winterschläfer die Phasen des Torpors immer wieder mit Arousals unterbrechen. Könnten die Arousals wichtig sein, um z.B. die räumliche Orientierung und die Wahrnehmung aufrecht zu erhalten? In mehreren Experimenten wollen wir genau untersuchen welchen Einfluss verschiedene Faktoren des Winterschlafs, also Häufigkeit der Arousals, minimale Körpertemperaturen und die Dauer des Winterschlafs, auf das Erinnerungsvermögen und die Wahrnehmung von Winterschläfern haben. Für unsere Studie haben wir als Untersuchungsart den Siebenschläfer (Glis glis) ausgewählt. Diese Tierart ist in diesem Zusammenhang besonders spannend. Mit einem Winterschlaf von, im Extremfall, 11 Monaten, sind Siebenschläfer Weltrekordhalter in der natürlich vorkommenden Winterschlafdauer. Wenn also der Winterschlaf schlecht für das Erinnerungsvermögen ist, sollten Siebschläfer besonders darunter leiden. Andererseits benötigt ihr baumbewohnender und nachtaktiver Lebensstil eine sehr gute räumliche Orientierung und Wahrnehmung der Umwelt. Für die Untersuchung dieser Zusammenhänge wollen wir innovative Technik einsetzen. Dazu werden den Tieren kleine Datenlogger implantiert, die über 2 Jahre die saisonale Aktivität und Köpertemperatur aufzeichnen können. So können wir genau verfolgen, wann die Tiere welche Temperatur haben und wie aktiv sie sind. Die Siebenschläfer werden trainiert aus einem Irrgarten ihren Weg ins Freie zu finden. Zusätzlich sollen sie lernen Symbole zu erkennen und durch den Sprung auf das richtige Symbol den Ausgang zu finden. Den Erfolg in diesen Tests wollen wir dann nach dem Winterschlaf überprüfen. Auch sollen einige unserer Tiere in Gruppen in großen Volieren gehalten werden. Hier haben sie die Möglichkeit mit Artgenossen ihre Schlafplätze in Nistkästen zu teilen. Durch soziale Netzwerkanalysen wollen wir herausfinden, ob diese Gruppenbildung durch den Winterschlaf beeinflusst wird.

Diese Studie beschäftigte sich mit der Untersuchung von Effekten des Winterschlafs auf das Erinnerungsvermögen von Winterschläfern, hier speziell dem Siebenschläfer. Siebenschläfer halten im Mittel 8 Monate Winterschlaf, im Extremfall bis zu 11 Monaten, und waren daher besonders geeignet für diese Studie. Im tiefen Torpor kühlen die Tiere bis auf die Umgebungstemperatur ab, der Herzschlag und auch die Atmung sind in diesem Zustand extrem reduziert. Das hat Auswirkungen auf die gesamte Blutzirkulation, auch im Gehirn ist diese in Phasen des Torpors sehr stark eingeschränkt. Unterbrochen wird der Torpor von kurzen Aufwachphasen, in denen der Stoffwechsel aktiviert wird und die Körpertemperatur auf normale Werte ansteigt. Wie wirkt sich dieser extreme Wechsel und Phasen mit geringer Sauerstoffzufuhr im Gehirn auf das Gedächtnis aus? Dazu wurden Winterschläfer mit der Hand aufgezogen, in komplexen Test zur räumlichen Orientierung (vertikales Labyrinth) und zur Kognition (Erkennung von Mustern) trainiert und vor und nach dem Winterschlaf getestet. Zusätzlich würden Bio-logger implantiert, um die Körpertemperatur genau zu erfassen. Zunächst sicherten wir durch Zwischenauswertungen ab, dass die Implantationen und die damit verbundene Narkose unsere Ergebnisse nicht manipulierte. Ebenso wurde überprüft, dass verschiedene Haltungsbedingungen während des Winters bei Untergruppe von Tieren die Zellalterung (spez. Telomerelängen) nicht negativ beeinflusste. Die finale Auswertung zeigt, dass die Tiere über den Winterschlaf etwas vergessen. Allerdings fanden wir keinen Hinweis darauf, dass Tiere, die im Winter künstlich wachgehalten wurden (Innenraumhaltung mit langen Tageslichtphasen), sich besser oder schlechter erinnerten als die winterschlafenden Tiere. Die etwas schlechtere Perfomance in beiden Tests nach dem Winterschlaf scheint also eher ein Zeiteffekt als durch den Winterschlaf verursacht. Tiere deren Umfeld während des Winterschlafs manipuliert wurde, zeigten, dass ein vermehrtes Auftreten von Aufwachphasen zu einem schlechteren Ergebnis in den Test nach dem Winterschlaf führte. Wir schlussfolgern, dass zukünftig mildere Winter mit höheren Umgebungstemperaturen diese negativen Effekte in der freien Natur auslösen könnten, da höhere Umgebungstemperaturen eine Erhöhung der Aufwachphasen während des Winterschlafs verursachen. Somit weist unsere Forschung auf ein mögliches Problem von Winterschläfern in Zeiten des Klimawandels hin. Mögliche Auswirkungen auf die Ökologie und das Überleben in freier Wildbahn muss in weiterführenden Studien untersucht werden.