Wie wärmen sich Eisbären? Alles eine Frage der Gene
Den Winter verbringen Braun- und Schwarzbären generell in einer Winterruhe, um Energie zu sparen und sich warm zu halten. Dem gegenüber stehen jedoch ihre arktischen Verwandten, die Eisbären. Denn bei dieser Art sind es nur die schwangeren Weibchen, die sich während der kalten Monate in eine Höhle zurückziehen. Doch wie überleben die übrigen Tiere die extremen arktischen Winter?
Neue Forschungsergebnisse geben Hinweise auf eine potentielle Antwort: genetische Anpassungen, die mit der Produktion von Stickstoffmonoxid (NO) in Zusammenhang stehen, einer chemischen Verbindung, die Zellen zur Umwandlung von Nährstoffen in Energie und Wärme nutzen. In einer Studie unter der Leitung der Universität von Buffalo beschreiben Wissenschaftler, dass Gene, welche die NO-Produktion steuern, bei Eisbären Unterschiede zu denjenigen von Braun- und Schwarzbären aufweisen. «Mit all den Veränderungen des weltweiten Klimas, wird es relevanter, sich anzuschauen, welche Arten von Anpassungen in Arten, die in so extremen Lebensräumen existieren, vorkommen», erklärt die Leiterin Charlotte Lindqvist, Professorin für Biologie an der Universität Buffalo. «Diese Studie bietet einen kleinen Blick auf solche Anpassungen», meint sie weiter. «Genfunktionen, die mit der Stickstoffmonoxidproduktion zu tun haben, waren in Eisbären stärker vertreten als in Braunbären oder in Schwarzbären. Es gab mehr einzigartige Varianten in den Eisbärgenen als bei anderen Arten».
Die genetischen Anpassungen, die von den Forschern gefunden wurden, sind sehr wichtig wegen der entscheidenden Rolle, die Stickstoffmonoxid in der Energiegewinnung spielt. Normalerweise wandeln Zellen Nährstoffe in Energie um. Es gibt jedoch ein Phänomen namens adaptive oder nicht-zitternde Thermogenese (Wärmebildung), bei der Zellen Wärme statt Energie produzieren als Antwort auf eine spezifische Ernährung oder auf Umweltbedingungen. Die Mengen an Stickstoffmonoxid könnten dabei ein Schlüsselschalter dafür sein, wieviel Wärme oder Energie produziert wird, wenn Zellen Nährstoffe umwandeln. Oder sie bestimmen, wieviel der Nährstoff als Fett gespeichert wird, erklärt Lindqvist. „Bei grossen Mengen könnte Stickstoffmonoxid die Energieproduktion stoppen», erklärt Andreanna Welch, Wissenschaftlerin von der Durham Universität und Hauptautorin der Studie. «Bei niedrigeren Werten, dagegen, könnte es mehr ein Sowohl-als-auch sein, wo Stickstoffoxid mitbestimmt, ob und wann Energie oder Wärme produziert wird».
Die Forschungsarbeit ist Teil eines grösseren Programms, in welchem man besser verstehen möchte, wie sich Eisbären an die harschen arktischen Bedingungen angepasst haben, sagt Lindqvist. Vor zwei Jahren hatte sie bereits mit Kollegen die Sequenzierung von Braunbären, Schwarzbären und Eisbären vermelden lassen. In einer Arbeit, die in der renommierten Fachzeitschrift «Proceedings of the National Academy of Sciences» veröffentlicht wurde, präsentierte das Team eine vergleichende Studie des Erbmaterials der drei Arten und fand einige spezifische Eisbärenmerkmale. Zum Beispiel fanden sie genetische Unterschiede, welche die Funktion von Proteinen, die mit dem Fettstoffwechsel zu tun haben, einem Prozess der äusserst wichtig für die Isolation ist. In der neuen Studie betrachteten die Wissenschaftler die mitochrondriale (also mütterliche) und die Zellkerngenome von 23 Eisbären, 3 Braunbären und einem Schwarzbären.
Die Arbeit mit dem Titel «Eisbären zeigen Genom-weite Zeichen für bioenergetische Anpassungen an ein Leben in der arktischen Umwelt» erschien am 6. Februar 2014 in der Fachzeitschrift «Genome Biology and Evolution». Koautoren der Arbeit sind Forscher der Universität Buffalo, Penn State Universität, des US Geological Survey Alaska Science Center, Durham Universität und der Universität von Kalifornien Santa Cruz.
Quelle: Charlotte Hsu, Universität Buffalo, www.buffalo.edu
