Schwarzbären verbringen im Jahr sechs Monate im Winterschlaf und verlieren dabei keine Knochenmasse. © public domain.
Unsere Knochen werden nach Bedarf ständig auf- und abgebaut. So ist etwa der rechte Unterarm von Tennisspielern deutlich dicker als der linke, da er stärker beansprucht wird. Bewegen wir uns dagegen krankheitsbedingt kaum, so bauen unsere Knochen schnell ab. Das stellt vor allem im Alter oder bei Astronauten ein gravierendes Problem dar. Schwarzbären dagegen verbringen im Jahr sechs Monate im Winterschlaf und verlieren dabei keine Knochenmasse. Sie müssen ihren Knochenstoffwechsel optimal an diese ausgedehnten Perioden der körperlichen Inaktivität anpassen. Forscher haben nun herausgefunden, wie die Bären dieses Problem lösen.
Bären verlieren während ihres langen Winterschlafes keine Knochenmasse. Und das obwohl sie sich während dieser sechs Monate nicht bewegen, nichts fressen und auch keinen Urin oder Kot ausscheiden. Dennoch bringen die Weibchen in dieser Zeit ihre Jungen zur Welt und säugen sie. Die Tiere brauchen zwar nach dem Erwachen aus dem Winterschlaf ein paar Wochen, bis ihr Stoffwechsel nach der langen Ruhephase wieder seine volle Leistungskraft erreicht hat. Ihren Knochen scheint der lange Winterschlaf jedoch nichts anhaben zu können. Ganz im Gegenteil nimmt bei Bären die Knochendichte mit dem Alter zu. Doch wie gelingt ihnen dieses Naturwunder?
Vorausgegangene Studien hatten zu widersprüchliche Ergebnisse geführt. Sie hatten nicht berücksichtigt, dass die Konzentration der Blutmarker für den Knochenumbau alleine wegen der verminderten Nierenleistung ansteigt. Genau das ist bei Bären im Winterschlaf der Fall. Daher beschlossen Seth Donahue von der Colorado State University in den USA und sein Team Marker einzusetzen, die sich nicht wegen der eingeschränkten Nierenleistung im Blut ansammeln. Um das Rätsel zu lösen, wie Bären ihre Knochen über den Winterschlaf retten untersuchten sie Enzyme und Hormone die zur Knochenbildung und -resorption beitragen.
Die Forscher fingen im Laufe von vier Jahren 13 Bärinnen ein und nahmen ihnen Blut- und Knochenproben ab. Im darauf folgenden Frühjahr entließen sie die Tier wieder in die Freiheit. Die Blutproben untersuchten sie auf die vorhandene Menge an für den Knochen spezifische alkalische Phosphatase und die Tartrate-resistente alkalische Phosphatase. Beide Enzyme sind Indikatoren für den Umbau der Knochen. Bei den sich im Winterschlaf befindenden Bären waren diese Enzyme stark herabgesetzt. Offenbar unterdrücken die Tiere während dieser Zeit den Umbau ihrer Knochen. Gleiches gilt für die Osteoblasten, Zellen die Knochensubstanz aufbauen. Die Anzahl der auf der Oberfläche der Knochen nachweisbaren Zellen sank von 2% vor dem Winterschlaf auf 0,15% während des Winterschlafs. Dagegen stieg die Menge eines Proteins das den Knochenabbau verhindert: Der Wert des Cocaine und Amphetamine regulierten Transcripts (CART) stieg im gleichen Zeitraum um das 15 fache. Die Bären scheinen also ihren Knochenumbau beim Winterschlaf einfach abzuschalten. Darüber hinaus halten die Tiere ihren Calciumspiegel das ganz Jahr über auf dem gleichen Niveau. Vermutlich verhindern die Bären ihr Knochenremodelling beim Winterschlaf um ihren Calciumspiegel konstant halten zu können. Das ist wichtig, um die Organe gesund zu erhalten und einen ausgewogenen Fett- und Energiestoffwechsel zu gewährleisten.
Laut Donahue und seinem Team sind Bären metabolische Wunder. Sie scheinen gleich gegen zwei beim Menschen weit verbreitete Krankheiten gewappnet zu sein: Übergewicht und Bewegungsmangel. Vielleicht können wir diesbezüglich so manches von ihnen lernen.
The Company of Biologists, Juli 2015
Originalpublikation:
McGee-Lawrence, M., Buckendahl, P., Carpenter, C., Henriksen, K., Vaughan, M. and Donahue, S. (2015). Suppressed bone remodeling in black bears conserves energy and bone mass during hibernation. J. Exp. Biol. 218, 2067-2074. doi:10.1242/jeb.120725