Der Mensch, ein Energiesparmeister

Metabolismus, steht für einen ständigen Auf-, Um- und Abbau von Stoffen – Stoffwechsel. Dazu gehört auch der Aufbau von ATP (Adenosintriphosphat), den Hauptenergiespeicher in unseren Zellen, der als wichtigste Energiequelle für viele Zellprozesse dient. Jeden Tag produzieren wir die Hälfte unseres Körpergewichts an ATP.

Der Löwenanteil der Energie ist unersetzlich verplant. Im Gehirn frisst allein eine Zellpumpe, die Natrium herausbefördert, 50 Prozent. Ohne sie würde die Nervenfunktion kollabieren. Proteine müssen richtig gefaltet sein, in eine dreidimensionale Struktur, um ihre Aufgaben zu erfüllen. Das ständige Protein-Origami verbraucht Unmengen Energie. Kalorien halten das Herz am Pumpen und die Körpertemperatur aufrecht. Das energiehungrige Immunsystem muss fortwährend Krankheitserreger abwehren.

Heute im westlichen Überfluss ist das Bewusstsein fürs Ringen um Bioenergie verloren gegangen, obwohl es unsere Evolution und das menschliche Leben so sehr geprägt hat. Heute sorgen wir uns zwar auch um die Kalorienzufuhr, fürchten aber eher, zu viele als zu wenige zu uns zu nehmen. Denn dann staut sich die Energie im Stoffwechsel. Unsere Weltmeisterschaft im Sparen schlägt nun leicht ins metabolische Syndrom um. Blutzucker und Blutfette sind überhöht, meist auch Blutdruck und Körpergewicht. Bereits in den 1960er Jahren vermutete der Genetiker James Neel, unsere Fähigkeit zum Energiesparen erhöhe nun das Diabetesrisiko. „Ein sparsamer Genotyp, der durch Fortschritt schädlich geworden ist.“ Dabei war die globale Diabetes- und Übergewichtsepidemie noch gar nicht absehbar.

Muskulatur und Verdauungstrakt „light“

Unsere evolutionäre Entwicklung setzt auf Geisteskraft und Werkzeuggebrauch – statt Muskelpower. Beim Menschen überwiegen im Vergleich zum Schimpansen die Slow-Twitch-Fasern. Der Schimpanse ist zwar kurzfristig deutlich kraftvoller, doch die Muskelfasern des Menschen überzeugen bei Ausdauer und Effizienz, sie ermüden langsamer und brauchen weniger Energie.

Der Neandertaler, lange unser Zeitgenosse, war mit weit mehr Muskeln bepackt und kräftiger als wir, doch auch der Homo sapiens der Steinzeit hatte deutlich mehr Muskeln als wir heute. Die evolutionäre Reduzierung von Muskeln machte in Bezug auf den Energieverbrauch des Körpers durchaus Sinn. Muskeln verbrennen viel Energie, auch in Ruhe. Außerdem konkurrieren sie mit dem Gehirn um dessen Lieblingsbrennstoff – die Glucose, den Traubenzucker.

Enorme Einsparungen gelangen auch am Verdauungstrakt. Der Dickdarm mit seiner Fermentationszone ist deutlich kürzer als der Dünndarm. Statt geduldig Darmbakterien beim Fermentieren widerspenstiger Blätterkost zuzuschauen und die dabei freiwerdenden Fettsäuren hungrig einzusammeln, zerlegen wir geschwind mit Verdauungsenzymen die pflanzliche Stärke und gewinnen daraus Glucose fürs Gehirn.

Wobei im Vergleich zu Blätterkost oder Früchten, die Stärke etwa in Maniokwurzel oder Wildgetreide ein Energiekonzentrat darstellt, das der Mensch vermutlich auch schon früh entdeckt hat. Und dank Kochen explodiert die Energieausbeute dabei.

Kohlenhydrate für Fettaufbau

Taucht die Stärke aus Kartoffeln oder Körnern als Glucose im Blut auf, muss die Bauchspeicheldrüse im Verhältnis Insulin ausschütten, um den Blutzuckerspiegel auf ein gesundes Niveau abzusenken. Das Hormon verschiebt die Glucose in die Muskelzellen und fördert die Umwandlung von Glucose in Fett. Zugleich sperrt es die ölige Energie in den Depots ein. Mit reichlich Kohlenhydraten – Stärke zählt als Mehrfachzucker zu den Kohlenhydraten, andere sind Fruchtzucker oder Milchzucker –, die schnell ins Blut schießen, sind die Muskelzellen bald gesättigt, und ein größerer Anteil wird nun, vom vielen Insulin angetrieben, zu Fett. In diesem Modus werden dann auch die doppelt so kalorienreichen Fette aus der Nahrung vorzugsweise eingespeichert statt verbrannt.

Low Carb-Diäten (Carb = Kohlenhydrate) versuchen diesen Fettaufbaumodus zu unterlaufen, agitieren gegen Brot, Nudeln, Reis, Kartoffeln und Zucker. Doch verzehrte Homo sapiens schon vor dem vor etwa 10.000 Jahren beginnenden gezielten Getreideanbau reichlich Kohlenhydrate. Zahlreiche Funde belegen lange vorher den Verzehr von Rhizomen und Knollen, in Südafrika beispielsweise vor 170.000 Jahren.

Diese könnten schon damals (Unter-)Grundnahrungsmittel gewesen sein. Die heute noch in Ostafrika als Jäger und Sammler herumstreifenden Hadza leben in einer Umwelt, die als typisch für die menschliche Evolution gilt. Sie haben zahlreiche Knollenarten in ihrer Kost. Während die Männer manchmal Tage ohne Jagderfolg bleiben, graben Frauen regelmäßig Knollen aus dem Erdreich.

Fructose: Fett statt Energie

Der US-amerikanische Forscher Richard Johnson hat gerade seine „Fructose Survival Hypothesis” vorgestellt, auf Deutsch etwa: Fruchtzucker-Überlebenstheorie. Die Fructose, der Fruchtzucker, sorgt danach zum Fettaufbau als Vorsorge für magere Zeiten. Und zwar so: In größeren Mengen raubt Fructose den Zellen ATP, deren Betriebsenergie. Der ATP-Level stürzt ab und es entsteht viel Harnsäure, die ihren schlechten Ruf schmerzhaften Gichtanfällen verdankt. Harnsäure setzt die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, unter oxidativen Stress. Daraufhin produzieren diese statt ATP nun Fett fürs Depot.

Hunger und reduzierter Ansporn, sich zu bewegen, sei eine Folge von Energienot, so Johnson. Er vermutet, dass krankhaftes Übergewicht, Adipositas „keine Erkrankung aufgrund von Energieüberschuss ist, sondern vielmehr aufgrund einer Energiekrise.“ Wobei die Entwicklung des Mechanismus evolutionär lange zurückliegt.

Die Wirkung der Fructose ist bei uns Menschen ungewöhnlich ausgeprägt, weil wir zwei Gene im Verlauf von weit zurückliegenden Klimakrisen verloren haben, so die Theorie. Wer lernte, statt Energie zu verbrauchen Fett aufzubauen, überlebte.

Vor etwa 65 Millionen Jahren schlug ein gigantischer Meteorit in Yucatán ein. Der aufgewirbelte Staub verdunkelte die Sonne, die Temperatur fiel. Dinosaurier und viele andere Tierarten starben aus. Frühe Primaten verloren die Fähigkeit, Vitamin C selbst zu bilden. Das Antioxidans hemmt die Harnsäurebildung durch Fructose. Nachdem es fehlte, konnte die Harnsäure im Körper steigen – und zum Fettaufbau genutzt werden.

Während einer langen vergangenen Warmzeit ließen es sich Menschenaffen in Europa gut gehen, immergrüne Wälder boten reichlich Früchte. Bis die Bäume mit einer langsamen Abkühlung vor neun Millionen Jahren Grasland wichen. Damit verstummte das Gen für Uricase, die Harnsäure abbaut. Den Verlust mit Energiespar-Effekt nahmen die Menschenaffen schließlich mit zurück nach Afrika. Johnson erläutert: „Dadurch verdoppelte sich die Harnsäurekonzentration in unserem Körper.“ Mehr Fett konnte aufgebaut werden.

Johnson hat viele Beispiele von vorübergehendem Fettaufbau bei Tieren zusammengetragen. Dabei fand er gestörte Insulinwirkung und erhöhte Harnsäurewerte. Der Amerikanische Schwarzbär etwa taucht in Vorbereitung auf den Winterschlaf in Büsche mit überreifen Beeren, verschlingt kaum vorstellbare Mengen davon und legt rund 14 Kilogramm Extrafett an. Auch Zugvögel wechseln, wenn die Reisezeit naht, zu fructosereicher Beerenkost. Das Schöne dabei: Anschließend, nach Winterschlaf oder Transkontinentalflug, sind die Tiere wieder schlank und stoffwechselgesund.

Für Menschen war der fructosereiche Honig lange eine seltene Kostbarkeit. Früchte gab es in unseren Breiten nur im Spätsommer im Überfluss. Das half, nach reicher Ernte ein wenig Winterspeck anzulegen.

Frische, knackige Früchte mit ihrem hohen Vitamin C unterstützen nachweislich beim Abnehmen. Hingegen war das herbstliche Fallobst, geduldig zu Kompott gekocht, um auch noch das restliche Vitamin C zu vertreiben, ein Hilfsmittel, um Energiereserven anzulegen.

Heute verzehren wir ein Vielfaches an Fructose aus der Natur isoliert, als Haushaltszucker, der zur Hälfte daraus besteht. Und der Fructose Surviva-Mechanismus verhilft uns zu ungewolltem Körperfett.

Weitere Risiko-Genvarianten

Es gibt noch andere Gene, die den Fettstoffwechsel beeinflussen und bei Trägern heute das Risiko für Übergewicht und Diabetes erhöhen. Die Energiespar-Allele sind dabei sehr „ungerecht“ unter den Ethnien verteilt. So haben von den erwachsenen US-Amerikanern europäischer Abstammung 12,1 Prozent Diabetes, bei jenen hispanischer Abstammung sind es 22,1 Prozent.

Eine der janusköpfigen Genvarianten ist ein Erbe von den Neandertalern. Die hatten allen Grund, während der vergangenen Eiszeit im oft klirrend kalten Europa, mehr Fett aufzubauen. Wärmebildung kostet viel Energie, eine Speckschicht hingegen isoliert und Fettreserven helfen, karge Monate durchzustehen.

Der einstige Vorteil der Energiespar-Allele wird nun gerade für Menschen aus Lateinamerika zum Problem. Von ihnen sind 30 Prozent Träger einer Spar-Genvariante, bei Europäern sind es unter zwei Prozent. Pro Spar-Allel erhöht sich das Diabetesrisiko um ein Viertel.

Eine weitere Spar-Genvariante findet sich bei amerikanischen Ureinwohnern und deren Nachfahren. Es verändert den Cholesterin-Stoffwechsel, erhöht Fettaufbau und Blutzucker. Auch eine Anpassung: Sie hilft Dengue, Gelbfieber und Malaria zu überleben. Wo diese Krankheiten verbreitet sind, findet sich die Genvariante öfter.

Individuell unterschiedliche Kaloriennutzung

Tim Hollstein, Forscher an der Uni Kiel, konnte in einem Experiment klar große, individuelle Unterschiede beim Umgang mit Kalorien messen. Ein Teil der Menschen wirtschaftet sparsam, ein anderer großzügig. Die Sparsamen legen bei der gleichen Menge an Extrakalorien deutlich mehr Fett an. Während einer sechswöchigen Diät nehmen sie kaum etwas ab. Außerdem ist bei ihnen der Jo-Jo-Effekt ausgeprägt.

Hollstein nennt eine mögliche Erklärung: „Braunes Fett ist vermutlich einer der biologischen Mechanismen, die unseren Stoffwechseltyp festlegen. Wir konnten zeigen, dass sparsame Menschen weniger aktives braunes Fett besitzen und auch weniger in der Lage sind, bei Kälteexposition Wärmeenergie zu erzeugen.“

Braunes Fett kann immerhin bis zu 500 Kalorien am Tag verbrennen. Dabei sind die individuellen Unterschiede in der Aktivität des braunen Fetts nicht unveränderbar. Wird der Körper wiederholt Kälte ausgesetzt, baut er mehr braunes Fett auf und nimmt darüber ab.

Fettaufbau wird gelernt

Unsere metabolische Maschine „merkt“ sich Erfahrungen von Kalorienmangel und spart bei erwarteter Bedarfssteigerung. Wobei Menschen beim Fettaufbau ungewöhnlich großzügig sein können. Ein übergewichtiges Tier wird schnell zur Beute, einer besonders leckeren dazu. Der Mensch hat sich mit dem Schutz durch Feuer, Waffen und fester Behausung sowie seinem Gruppenzusammenhalt davon emanzipiert, körperlich voll fit sein zu müssen, schnell weglaufen oder mit Körperkraft ums Überleben kämpfen zu müssen. Ein paar Extrakilos werden ihm nicht zum Verhängnis – und können in kargen Zeiten sogar zum großen Los werden.

Wer im niederländischen Hungerwinter 1944/45 zur Welt kam, hatte Jahrzehnte später ein deutlich erhöhtes Risiko für Übergewicht. Männer, die während der österreichischen Hungerjahre von 1918–1919, 1938 oder 1946–1947 geboren wurden, haben ein um 78 Prozent erhöhtes Diabetesrisiko, Frauen um 59 Prozent.

Auch schwerer Stress während der Schwangerschaft kann den Nachwuchs auf mehr Fettaufbau programmieren. 1998 ließ der Quebecer Eissturms einige Haushalte wochenlang ohne Strom – im kanadischen Winter!

Litten schwangere Frauen dabei unter hohem Stress, dann hatten die Kinder mit 15 Jahren einen um drei Punkte höheren Body-Mass-Index.

Die Frühanpassung an die herrschenden Lebensverhältnisse kann aber auch den Kalorienverbrauch erhöhen, wie ein Tierexperiment nahelegt. Männliche Mäuse wurden Kälte ausgesetzt, bevor sie zur Paarung durften. Ihr Nachwuchs hatte mehr und aktiveres braunes Fett – und ließ sich kaum übergewichtig mästen.

Zumindest teilweise ist diese Frühprogrammierung epigenetisch, die Gene bleiben gleich, werden aber anders abgelesen.

Es bleibt jedoch ein lebenslang lernendes System. Dies zeigt das Minnesota Starvation Experiment von 1944. Es sollte die Folgen von Hunger untersuchen, der in Europa nach Kriegsende drohte.

32 junge Männer verzehrten 1.570 Kalorien am Tag über 24 Wochen. Als die Beschränkung aufgehoben wurde, verschlangen sie 8.000 Kalorien täglich. Am Ende der „Rehabilitation” hatten sie 50 Prozent mehr Körperfett zugelegt als zu Beginn des Experiments.

Durch Hungern kann die Muskelmasse schrumpfen. Damit sinkt der Grundumsatz, der schon bedeutende Energieverbrauch in Ruhe, an dem auch untätige Muskeln viel Anteil haben. Ihre Schrumpfung ist auch eine Anpassung. Anschließend werden weniger Kalorien gebraucht und Fettreserven sind schneller aufgefüllt – der gefürchtete Jo-Jo-Effekt nach Abnehmdiäten. Die vereinfachte Kalkulation der Kalorienbilanz bei Diäten scheitert an einem lernenden Biosystem, das fest entschlossen ist, sein Fett-Soll zu verteidigen und sogar immer weiter auszubauen, wenn es gereizt wird.

Fettreserven bei Infektionen entscheidend

Bei einer Infektion verbraucht das Immunsystems 500 Kalorien am Tag, im Extremfall 1500. Muss zusätzlich Fieber produziert werden, um die stark antiviral wirkenden Interferone zu vervielfachen, kommt noch diese Muskelleistung dazu. Ansonsten nimmt das Immunsystem seine Konkurrenten um Energie weitgehend vom Netz. Entzündungsstoffe machen das Gehirn lethargisch und die Muskeln unempfindlich für Insulin.

Der Füllstand der Fettreserven entschied früher oft, ob jemand eine schwere Infektion überlebte – vor Antibiotika und Intensivmedizin. Appetit und Verdauungskraft sind heruntergedimmt, alles ist auf Rückzug und Durchstehen mit den Reserven ausgerichtet. Der bereits aufrecht gehende Australopithecus hatte Fettdepots für 19 bis 20 Tage, Homo sapiens legte zu: im Schnitt auf 28. Das brachte Vorteile, denn das Immunsystem braucht oft viele Tage, um wirksame Antikörper zu entwickeln, ausreichend zu produzieren und das Blatt zu wenden.

Doch nun ist die geniale Anpassung so nicht mehr gefragt. Statt Infektionskrankheiten gefährdet heute das metabolische Syndrom Gefäße, Herz und Gehirn. Unmengen Zucker, raffinierte Kohlenhydrate und viel vom Harnsäurebildner Fleisch aktivieren das Sparprogramm im Nahrungsüberfluss. Zugleich bewegen wir uns zu wenig, sitzen bei der Arbeit und anschließend in der Freizeit und halten uns ständig in wohltemperierten Innenräumen auf. Wir brauchen wieder eine natürlichere Lebensweise, den „bewegten“ Aufenthalt in der Natur, aus ihr hervorgegangene Nahrung. Daran haben wir uns über Jahrmillionen Evolution angepasst. Deshalb ist die Natur so gesund für uns. //