Variable Hirngröße im Jahresverlauf Warum der Maulwurf im Winter einen Schrumpfkopf hat

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Um Energie zu sparen und so den Winter zu überleben, hat der Europäische Maulwurf eine ungewöhnliche Strategie: er lässt sein Gehirn schrumpfen – zumindest zeitweise, bis es wieder wärmer wird. Dieses von anderen Säugetiergruppen schon bekanntes Phänomen haben Max-Planck-Forscher erstmals bei dem Maulwurf nachgewiesen und bringt neue Einblicke in diese besondere Fähigkeit.

Konstanz – Der Europäische Maulwurf hat es nicht leicht. Sein Stoffwechsel ist einer der Höchsten unter den Säugetieren. Das bedeutet, der kleine Buddel-Profi benötigt ständig große Mengen an Futter. In den kalten Wintermonaten ist dieser hohe Nahrungsbedarf nicht mehr zu decken. Andere Tiere lösen das Problem, indem sie Winterschlaf halten oder einfach in wärmere Gebiete wegziehen. Beides ist für den Maulwurf keine Option. Um den Winter trotzdem zu überleben, löst er sein Problem auf äußerst ungewöhnliche Art: er schrumpft sein Hirn. Dadurch senkt er seinen Energieverbrauch und schafft es bis zum Frühjahr, wo er Schädel und Gehirn allmählich wieder größer werden lässt.

Waldspitzmäuse

Spitzmäuse schrumpfen im Winter – ihr Gehirn sogar um bis zu 20 Prozent

Variable Körpergröße sichert das Überleben

Tatsächlich ist das jahreszeitliche Ändern der Körpergröße ein in der Biologie schon lange bekanntes Phänomen, benannt nach dem polnischen Zoologen August Gustaw Dehnel. Er beschrieb diesen Dehnel-Effekt erstmals in den 1950er Jahren an den Schädeln von Rotzahnspitzmäusen, die im Winter kleiner und im Sommer größer waren. Im Jahr 2018 lieferten Forscher des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie den ersten Beweis dafür, dass diese ungewöhnlichen Veränderungen im Schädel im Laufe des Lebens von jedem Spitzmausindividuum auftreten.

Seitdem haben die MPI-Wissenschaftler gezeigt, dass das Dehnel-Phänomen auch bei Hermelinen und Wieseln auftritt. Was diese Säugetiere gemeinsam haben, ist eine Lebensweise, die sie energetisch auf Messers Schneide stellt. „Sie haben einen extrem hohen Stoffwechsel und sind das ganze Jahr über in kalten Klimazonen aktiv. Ihre winzigen Körper sind wie turbogeladene Porsche-Motoren, die ihre Energiespeicher in wenigen Stunden aufbrauchen“, sagt Dr. Dina Dechmann, die die Studien zum Dehnel-Effekt geleitet hat.

Schrumpfen und Wachsen im Jahresrhythmus

Den Wissenschaftlern war klar, dass die Tiere durch das Schrumpfen von energieaufwändigem Gewebe wie dem Gehirn ihren Energiebedarf senken können. „Wir wussten, dass das Dehnel-Phänomen diesen Tieren hilft, in schwierigen Zeiten zu überleben“, sagt Dechmann. „Aber wir verstanden immer noch nicht, was die wirklichen Druckpunkte waren, die genauen Umweltauslöser, die diesen Prozess antreiben.“

Jetzt hat das Team diese Frage beantwortet, indem es ein weiteres Säugetier mit extremem Stoffwechsel untersucht hat. Durch das Vermessen von Schädeln in Museumssammlungen dokumentierten die Forscher, ob und wie sich zwei Maulwurfsarten – der Europäische Maulwurf und der Iberische Maulwurf – im Laufe der Jahreszeiten veränderten. Sie fanden heraus, dass die Schädel des Europäischen Maulwurfs im November um elf Prozent schrumpften und im Frühjahr wieder um vier Prozent wuchsen, während sich die Schädel des Iberischen Maulwurfs im Jahresverlauf nicht veränderten.

In der aktuellen Studie können die Forscher noch keine Aussage machen, wie sich die Gehirngröße über einen mehrjährigen Zeitraum entwickelt, da die Probengröße dazu nicht ausreichte. Dechmann nimmt aber an, dass sich die Veränderungen langfristig bei Plusminus vier Prozent der Gehirngröße einpendeln werden, der Maulwurf also nicht Jahr für Jahr einen immer kleineren Kopf bekommt.

Forschung könnte auch gegen Alzheimer oder Osteoporose helfen

Da die beiden Arten in sehr unterschiedlichen Klimazonen leben, folgerten die Forscher, dass auch das Wetter und nicht nur die Verfügbarkeit von Nahrung für die Veränderung des Gehirns verantwortlich ist. „Wenn es nur eine Frage der Nahrung wäre, dann müsste der Europäische Maulwurf im Winter schrumpfen, wenn die Nahrung knapp ist, und der Iberische Maulwurf im Sommer, wenn die große Hitze und Trockenheit die Nahrung knapp machen“, erklärt Dechmann.

Die Bedeutung der aktuellen Studie geht aber über die Beantwortung von Evolutionsfragen hinaus und bieten Forschungsansatzpunkte dafür, wie sich auch der menschliche Körper nach schweren Schäden regenerieren könnte. „Dass drei Taxa von Säugetieren – Spitzmäuse, Wiesel und Maulwürfe – Knochen- und Hirngewebe schrumpfen und wieder wachsen lassen können, hat enormes Potenzial für die Erforschung von Krankheiten wie Alzheimer und Osteoporose“, sagt Dechmann. „Je mehr Säugetiere wir mit Dehnels entdecken, desto relevanter werden die biologischen Erkenntnisse für andere Säugetiere und vielleicht sogar für uns.“

Originalpublikation: Lucie Nováková, Javier Lázaro, Marion Muturi, Christian Dullin and, Dina K. N. Dechmann: Winter conditions, not resource availability alone, may drive reversible seasonal skull size changes in moles, Royal Society Open Science, September 2022, Volume 9, Issue 9; DOI: 10.1098/rsos.220652

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