Das Geheimnis von Seeottern, warm zu bleiben, liegt nicht in dicken Speckvorräten. Es steckt in ihren Muskeln.
Lecks in den energieerzeugenden Teilen der Muskelzellen helfen Ottern, einen Ruhestoffwechsel dreimal so schnell aufrechtzuerhalten, wie es für eine Kreatur ihrer Größe vorhergesagt wurde, berichten Forscher im Juli Wissenschaft. Der Fund zeigt, wie Otter die Herausforderung meistern, im Meer warm zu bleiben – und könnte auch für andere Meeressäuger gelten.
„Dies könnte die Entwicklung aller Meeressäuger, nicht nur der Seeotter, grundlegend verändern“, sagt Terrie Williams, Ökophysiologin an der University of California in Santa Cruz, die nicht an der Studie beteiligt war. Um in kalten Ozeanen leben zu können, müssen Säugetiere Möglichkeiten entwickelt haben, ihre Körpertemperatur inmitten der Kälte zu regulieren. “Für mich ist dies wahrscheinlich einer der klarsten Beweise dafür, dass sie es so gemacht haben”, sagt Williams.
Andere Meeressäuger haben auch einen hohen Stoffwechsel, um mit kaltem Wasser fertig zu werden, sind aber auch oft auf große Körper und Speck angewiesen, um warm zu bleiben (SN: 14.12.18). Seeotter sind schlank und kompakt, die kleinsten Säugetiere im Ozean, die wie pelzige Fässer auf den Wellen schaukeln. Und die isolierenden Eigenschaften des Fells von Seeottern – dem dichtesten auf dem Planeten – können sie nicht vollständig davor schützen, zu viel Wärme zu verlieren. Wasser überträgt Wärme 23-mal so effizient wie Luft, und kleine Körper mit geringerer Oberfläche verlieren schneller Wärme, selbst wenn sie mit Flusen bedeckt sind.
„In kalten Gewässern ein Meeressäuger mit kleinem Körper zu sein, stellt eine echte thermische Herausforderung dar“, sagt Traver Wright, vergleichender Physiologe an der Texas A&M University in College Station. Wissenschaftler wussten bereits, dass Seeotter auf einen extremen Stoffwechsel angewiesen sind, um eine durchschnittliche Körpertemperatur von 37° Celsius aufrechtzuerhalten und jeden Tag 25 Prozent ihrer Körpermasse mit Nahrung zu sich nehmen (SN: 13.6.14). Aber die Forscher verstanden nicht die zellulären Ursprünge „dieses beschleunigten Stoffwechsels zur Wärmeerzeugung“, sagt Wright.
Wright und Kollegen suchten nach der Wärmequelle in den Muskeln von Ottern. Die Skelettmuskulatur macht 40 bis 50 Prozent der Körpermasse der meisten Säugetiere aus und beeinflusst somit den Stoffwechsel des gesamten Körpers. Das Team sammelte Gewebe von 21 gefangenen und wilden Seeottern, von Babys bis zu Erwachsenen. Dann maßen die Forscher mit einem als Respirometer bezeichneten Gerät die Atemkapazität der Ottermuskelzellen in verschiedenen Zuständen des Sauerstoffflusses im Vergleich zu anderen Tieren – einschließlich Menschen, Iditarod-Schlittenhunden und See-Elefanten. Die Geschwindigkeit des Sauerstoffflusses bietet eine indirekte Messung der Wärmeproduktion der Zellen.
Lecks in Mitochondrien – dem energieerzeugenden Teil der Zellen – erzeugen zusätzliche Wärme und verursachen einen extremen Stoffwechsel der Seeotter, fanden die Forscher heraus. Der Stoffwechsel beschreibt, wie Nahrung in Zellen in Energie umgewandelt wird. Mitochondrien pumpen Protonen durch ihre innere Membran, um Energie zu speichern, die zur Energieversorgung der Zelle verwendet werden kann. Wenn diese Protonen jedoch über die Membran zurückfließen, bevor sie für die Arbeit verwendet werden, geht diese Energie als Wärme verloren. Da diese Protonenlecks die Menge an Energie erhöhen, die als Wärme verloren geht, müssen Otter mehr Nahrung zu sich nehmen, um diese verlorene Energie auszugleichen, was ihren Stoffwechsel ankurbelt.
Auch andere Säugetiere – darunter extrem kleine Mäuse mit hohem Stoffwechsel – können auf diese Weise Wärme erzeugen. Aber Seeotter sind viel besser darin: Diese Protonenlecks machen etwa 40 Prozent der gesamten Atemkapazität der Muskelzellen von Ottern aus, mehr als jedes bekannte Säugetier. Die Wärmeerzeugung auf diese Weise hilft den Tieren, sich in den 0 °C warmen Pazifikgewässern wohl zu fühlen. „Diese Botschaft ist laut und klar und einfach brillant“, sagt Williams.
Die hohe Leckkapazität von Seeottern „ist nicht unbedingt das, was sie ständig laufen lassen“, sagt Wright, kann aber wahrscheinlich aktiviert werden, wenn Otter mehr Wärme erzeugen müssen. Wissenschaftler wissen noch nicht, wie Otterzellen diesen Prozess ein- und ausschalten.
Babyotter haben noch nicht die Muskelmasse, um durch diese Lecks warm zu bleiben, aber ihre Muskelzellen erzeugen Wärme bei Erwachsenen, fanden die Forscher heraus, was zeigt, dass das Protonenleck früh beginnt. Das Auffinden ähnlicher Leckkapazitäten bei wildlebenden und in Gefangenschaft gehaltenen Ottern unterschiedlichen Alters deutet darauf hin, dass diese Lecks die „treibende Kraft“ hinter dem Stoffwechsel von Ottern sind, sagt Wright.
Es ist noch nicht klar, ob Otter diese Eigenschaft erben oder sie entwickeln, wenn sie kaltem Wasser ausgesetzt sind. „Wir wissen nicht, ob dies inhärent ist“, sagt Wright, „oder ob dies schnell nach der Geburt geschieht, um Wärme nach Bedarf zu erzeugen.“
Die Suche nach der zellulären Quelle des aufgemotzten Stoffwechsels von Seeottern könnte Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie andere Meeressäuger mit kaltem Wasser umgehen. Und es könnte zu neuen Erkenntnissen darüber führen, wie sich die Vorfahren dieser Kreaturen entwickelt haben, um in den Meeren zu leben und zu gedeihen.