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Wissen & Umwelt

Von schlafenden Bären lernen

Bären sind auch noch nach monatelangem Winterschlaf topfit. Das gelingt ihnen durch ein raffiniertes Recycling im Stoffwechselprozess. Hat der Bär den Schlüssel zur Lösung vieler menschlicher Krankheiten?

Ein Braunbär (Foto: picture alliance)

Im Sommer fressen sich Bären ein dickes Polster an

Schneematsch, Regen, Kälte, Dreck und Dunkelheit – da fühlt sich keiner wirklich wohl. Mancher Mensch würde den Winter wohl am liebsten verschlafen, wie die Bären. Die können nämlich bis zu sieben Monate in einem Dämmerschlaf verbringen. In dieser Zeit fahren sie ihren Kreislauf und Puls herunter, rollen sich zusammen, leben von ihren im Sommer und Herbst angefressenen Fettreserven und geben in der ganzen Zeit auch keinen Urin oder Kot ab.

Würde ein Mensch so lange schlafen, wären seine Muskeln am Ende völlig erschlafft und zurückgebildet. So ergeht es zum Beispiel Patienten, denen nach einem schweren Knochenbruch der Gips abgenommen wird. Er würde aber auch unter Dekubitus leiden – Druckgeschwüren, die bei bettlägerigen Patienten häufig auftreten.

Eine Bärenfamilie (Foto: wildtaiga.com)

Knochen und Muskeln wachsen auch im Schlaf

Und der Mensch hätte sich innerlich vergiftet, weil der Körper bei der Verdauung von Proteinen Ammoniak und Bikarbonate erzeugt, die normalerweise durch die Leber in Harnstoff umgewandelt und dann über die Niere ausgeschieden werden. Wenn sie aber nicht über den Urin ausgeschieden werden können, müssten sie sich im Blut anreichern und vor allem der Ammoniak würde dann zur Vergiftung führen. Zudem würde der Mensch dehydrieren, wenn er so lange nichts trinkt.

Erstaunlicherweise sind Bären aber, wenn sie im Frühjahr aus dem Winterschlaf erwachen, topfit – sie sind weder vergiftet noch dehydriert und sie haben 90 Prozent ihrer Muskelmasse. Nur das im Sommer und Herbst angefressene Fett haben sie verloren.

Harnstoff-Recycling

Das gelingt ihnen, indem sie ihren Stoffwechsel auf ein höchst effizientes Recycling-System umstellen: Bei Bären wird der Ammoniak während des Winterschlafes nämlich nicht mit dem Urin ausgeschieden. Den gebildeten Harnstoff gibt die Leber gar nicht erst an die Niere ab sondern führt ihn direkt ins Blut. Dort wandert er in den Speichel, den der schlafende Bär wieder verschluckt. Im Magen zersetzen Bakterien diesen wieder zurück in Ammoniak und Bikarbonat.

Ein Braunbär (Foto: Michael Schneeberger)

Beim Aufwachen zittern sich Bären warm

Einer Dehydrierung beugt der Bär einerseits dadurch vor, dass die Niere ihre Urinproduktion einstellt, andererseits aber auch dadurch, dass er sich zu einem Ball zusammenrollt und in sein Fell atmet. Dabei bleibt ein Großteil der Feuchtigkeit aus dem Atem im Fell zurück, durch das er sie selbst wieder einatmet. Was er dann noch an Wasser braucht, holt er sich aus seinen Fettreserven.

Hormonelle Steuerung

Den Impuls für den Winterschlaf gibt den Bären ein bestimmtes Hormon, das sich Hibernation Induction Trigger (HIT) nennt. HIT führt dazu, dass der Puls des Bären etwa auf die Hälfte des Wertes sinkt, den er während der Sommermonate hat.

Zudem stillt das Hormon den Appetit und senkt die Körpertemperatur. Durch die Verlangsamung der Atmung verändert sich der Säuregehalt im Blut. Weil der Bär flacher atmet, kann er nicht mehr so viel Kohlendioxid abatmen. Dadurch wird der pH-Wert des Blutes saurer. Das führt dazu, dass Braunes Fettgewebe, welches die Aufgabe hat, durch die Oxidation von Fettsäuren Wärme zu produzieren, seine Aktivität herunterfährt.

Zudem beeinflusst der pH-Wert die Funktion sogenannter Phosphofructokinasen (PFK). Das sind Enzyme, die den Abbau bestimmter Kohlenhydrate im Blut steuern. Wenn der pH-Wert beim Einsetzen des Winterschlafes sinkt, zersetzen sich die PFKs, die auch das Zittern steuern. Wenn der Bär aus dem Winterschlaf erwacht, steigt seine Atmung an. Er atmet mehr Kohlendioxid ab, dadurch steigt der pH-Wert des Blutes und die PFKs nehmen wieder zu. Dann fängt er an zu zittern, was wiederum zur Erwärmung des Körpers führt. Bis der Bär wieder auf Betriebstemperatur ist, kann so gut eine Stunde vergehen.

Nutzen für den Menschen?

Eine Bärenmutter mit ihrem Jungen im Schnee (picture alliance/dpa)

Hat der Bär die Lösung für medizinische Fragen?

Die Besonderheiten des Stoffwechsels von Bären sind auch für Mediziner von großem Interesse. Insbesondere interessieren sich Forscher für die Frage, welche Mechanismen im Blut der winterschlafenden Bären verhindern, dass sich Eiweiße, und damit Muskelzellen zersetzen.

Auch gegen Osteoporose, also Knochenabbau scheinen Bären eine Resistenz zu haben. Während des Winterschlafs bauen sie nämlich Knochensubstanz auf. Die Entdeckung des HIT–Hormons hat Mediziner zudem auf die Idee gebracht, es auch in der Medizin nutzbringend einzusetzen. So hoffen Wissenschaftler, dass Transplantationsorgane, die vor dem Transport mit dem Winterschlaf-Auslöser behandelt wurden, viele Stunden länger haltbar sein könnten.

In der Intensivmedizin könnten die Menschen ohnehin von Bären einiges lernen. So wäre es denkbar, Schwerverletzte für den Krankentransport in einen künstlichen Winterschlaf zu versetzen, um den Kreislauf herabzusetzen.

Zudem gibt es Überlegungen bei den europäischen und US-Raumfahrtagenturen ESA und NASA, Raumfahrern für Reisen zu fernen Planeten, wie dem Mars, in eine Art Winterschlaf zu versetzen. Bislang sind solche Überlegungen aber noch nicht in der Praxis erprobt worden.

Autor: Fabian Schmidt
Redaktion: Tobias Oelmaier

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