Torpor: die tierische Auszeit

Täglicher Torpor und Winterschlaf

Hinter dem „Winterschlaf“ steckt der Zustand einer gesenkten Stoffwechselrate, Torpor (lateinisch: Erstarrung, Betäubung) genannt. Es ist ein ausgeprägter, inaktiver Starrezustand, den vor allem kleinere Säugetiere und Vögel nutzen, um bei Kälte oder Nahrungsmangel Energie zu sparen. Dabei kann Torpor nicht nur im Winter, sondern jederzeit bei schlechten Umweltbedingungen als Energiesparmodus angewendet werden. Der Stoffwechsel wird auf ein Minimum gesenkt und die Körpertemperatur deutlich heruntergefahren.

In einer Anfang 2025 vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt veröffentlichten Studie unterscheiden die Forschenden zwei Arten von Torpor: den täglichen Torpor, der von einigen Stunden bis zu einem Tag anhalten kann, und den Winterschlaf (Hibernation), der länger als einen Tag dauert und saisonal – vor allem bei niedrigen Temperaturen im Winter – auftritt.

Im Vergleich zu den Winterschläfern können Tiere aus dem täglichen Torpor in wesentlich kürzerer Zeit wieder aufwachen und zu ihrer normalen Aktivität übergehen. Täglicher Torpor ist bei mehreren Vögeln nachgewiesen, auch bei einigen heimischen Arten. Mauersegler (Apus apus) etwa verbringen den Großteil ihres Lebens in der Luft. Schlechtes Wetter können sie normalerweise leicht umfliegen – nur nicht in der Brutzeit. Die Jungvögel sind auf Fütterungen der Eltern angewiesen. Bleiben die wegen schlechtem Wetter und damit verbundenem Nahrungsmangel aus, gehen die Jungtiere in einen energiesparenden Torpor über. Auch von erwachsenen Mauerseglern ist durch Studien belegt, dass sie am Nistplatz in kalten Nächten die Körpertemperatur um bis zu acht Grad absenken und in den Energiesparmodus schalten.

Einige heimische Singvogelarten machen das ebenfalls, wenn auch etwas weniger ausgeprägt: Blau- und Kohlmeisen können nachts ihre Körpertemperatur um circa fünf Grad absenken. Auslöser dafür sind ebenfalls Nahrungsknappheit und kalte Nächte. Auch für Weidenmeisen und Goldhähnchen sowie für Haus- und Ringeltauben ist Torpor nachgewiesen.

Am ausgeprägtesten findet sich diese Fähigkeit bei einer Artengruppe, die eng mit Mauerseglern und (etwas weniger eng) auch mit den Nachtschwalben verwandt ist: Kolibris sind zu einem sehr tiefen Torpor fähig. Den Rekord hält das Schwarzbauch-Glanzschwänzchen, das in den Hochlagen der Anden lebt. Nacht für Nacht senkt der Vogel seine Körpertemperatur bis auf etwa 3,5 Grad ab. Aber auch in tropischen Gebieten, in denen die Temperaturen konstant über 25 Grad liegen, gehen Kolibris regelmäßig in den Torpor. Von allen Vögeln und Säugetieren haben sie die höchste Stoffwechselrate. Das heißt, selbst im Ruhezustand verbrauchen sie etwa dreimal so viel Energie wie etwa Meisen. Der Torpor als Energiesparmethode ist für sie besonders wichtig.

Doch nicht nur Vögel, beispielsweise auch einige Mausarten können kurzzeitigen Torpor praktizieren, teilweise ergänzend zu ihrem Winterschlaf.

Mehrfach entstanden

Wegen der komplexen Vorgänge, die beim Torpor und dem längeren Winterschlaf ablaufen, hat man lange geglaubt, dass die Fähigkeit von der Evolution einmalig bei einem gemeinsamen Vorfahren der Säugetiere und einem gemeinsamen Vorfahren der Vögel entwickelt worden ist. In ihrer Studie kommen die Forscher aber zu einem anderen Schluss: „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Winterschlaf mehrfach unabhängig voneinander bei verschiedenen Abstammungslinien entstanden ist“, sagt Michael Hiller, Mitautor der Studie.

Hiller und seine Kollegen haben für ihre Studie Informationen zu 737 Säugetier- und 601 Vogelarten ausgewertet, von denen 415 bekanntermaßen zu Torpor/Winterschlaf fähig sind. Sie wandten die phylogenetische Methode der Ahnensequenzrekonstruktion (ASR) an, um anhand von Merkmalen heutiger Arten auf die Merkmale ihrer gemeinsamen Vorfahren zu schließen. Die Wissenschaftler untersuchten dabei, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass verschiedene Vorfahren in einem Stammbaum einen der drei Zustände „kein Torpor“, „Torpor“ oder „Winterschlaf“ gehabt haben könnten.

„Wir konnten feststellen, dass der kurzfristige tägliche Torpor und der ausgedehnte Winterschlaf sich entwicklungsgeschichtlich nicht klar voneinander abgrenzen lassen – evolutionäre Übergänge zwischen beiden kommen häufig vor“, berichtet Hiller. „In der Evolutionsgeschichte hat sich die Fähigkeit des kurzzeitigen Torpors wiederholt zu einem längeren Winterschlaf entwickelt und andersherum – oft innerhalb von nur wenigen Millionen Jahren.“

Vermutlich ausgeschlossen ist allerdings der direkte Sprung zum Winterschlaf, ohne vorherige kurzzeitige Torpor-Fähigkeit.

Die Studie zeigt auch, wie sich die Torpor-/Winterschlaf-Fähigkeit auf verschiedene Tiergruppen verteilt. Sie findet sich unter anderem bei Nagetieren, Fledertieren, Insektenfresserartigen, Raubtieren, Primaten, bei Seglervögeln, Sperlingsvögeln und Tauben.

Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Körpergröße einer Art und der Wahrscheinlichkeit zur Torpor-/Winterschlaf-Fähigkeit: Eine geringe Körpergröße lässt diese Wahrscheinlichkeit steigen. Viele typische Winterschläfer, etwa Eichhörnchen, Feldhamster, Igel oder Siebenschläfer wiegen weniger als ein Kilo. Das erscheint logisch: Für kleine Körper ist es deutlich energieaufwendiger, bei Kälte eine konstante Temperatur zu halten, als für große. Ihr Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis ist deutlich ungünstiger und sie verlieren schneller Wärme an die Umgebung.

Umgekehrt ist es deutlich einfacher, einen kleinen Organismus nach dem Winter wieder hochzufahren als einen großen. So kann die Körpertemperatur der Haselmaus (Muscardinus avellanarius) im Winterschlaf auf bis zu ein Grad Celsius abfallen, und im Frühjahr schafft es der Bilch, den Körper wieder zu erwärmen.

Temperatur und Nahrungsangebot ausschlaggebend

Nachtaktive Tiere halten häufiger Torpor/Winterschlaf als tagaktive, Fleischfresser häufiger als Pflanzenfresser. Gerade bei insektenfressenden Tieren leuchtet das ein. „In Regionen mit starken saisonalen Temperaturunterschieden schwankt auch die Verfügbarkeit von Insekten deutlich. Einige Fledermäuse beispielsweise halten ihren Winterschlaf während der Periode mit dem niedrigsten Insektenvorkommen“, erklärt Hiller.

Eine Umgebung mit ausgeprägten Jahreszeiten, also kälteren, trockeneren und nährstoffärmeren Episoden, begünstigt Torpor und Winterschlaf. Gleichbleibend warme Temperaturen und ein kontinuierliches Nahrungsangebot lassen die Wahrscheinlichkeit für Torpor und Winterschlaf dagegen sinken.

Doch die Studienautoren betonen, dass die heutige Verteilung von Torpor nicht ausschließlich durch Ökologie und Umwelteinflüsse erklärt werden kann, sondern eben auch durch die mehrfache, unabhängige Evolution von Torpor und Winterschlaf in verschiedenen Artengruppen. „Bei jedem dieser beobachteten Muster haben wir gleichzeitig zahlreiche Ausnahmen gefunden“, sagt Hiller, „was ein Hinweis darauf ist, dass der Torpor mehrfach in verschiedenen Artengruppen und unter unterschiedlichen Bedingungen unabhängig voneinander entstanden ist.“ Eine solche mehrfache Entwicklung sei auch keine Besonderheit, bei vielen anderen komplexen Merkmalen wie dem Sehen oder Fliegen sei es genauso.

Ungewöhnliche Schläfer

Zu den Arten, die dem typischen Muster nicht entsprechen, gehören Schwarz- und Braunbären. Sie leben zwar größtenteils in Gebieten mit starken saisonalen Temperaturunterschieden und schwankendem Nahrungsangebot – eine passende Voraussetzung für Torpor/Winterschlaf –, allerdings sprengen sie mit ihrem Gewicht von meist über 100 Kilogramm die Größenordnung der übrigen Winterschläfer. Trotzdem halten die Bären Winterschlaf. Das Problem der komplizierten, energieaufwendigen Wiederaufwärmphase umgehen sie, indem sie ihre Körpertemperatur im Herbst nur um wenige Grad absenken. Das Verbreitungsgebiet der Schwarzbären reicht von Alaska bis Mexiko. In Gebieten, in denen es keine kalten Winter gibt, verzichten die Tiere auf Winterschlaf. Winterschlaf ist kein Programm, das immer automatisch abläuft. Wenn die Umstände es zulassen, wird die Fähigkeit nicht aktiviert. „Wahrscheinlich gibt es noch eine ganze Reihe von Arten, die die Fähigkeit zu Torpor oder Winterschlaf haben, diese Fähigkeit aber nicht aktivieren, weil das in ihrem Ökosystem nicht nötig ist“, sagt Hiller.

Es gibt noch weitere ungewöhnliche Winterschläfer, Arten zum Beispiel, die trotz gleichbleibend warmer Umgebungstemperatur mehrere Monate am Stück schlafen: Die auf Madagaskar heimischen Fettschwanzmakis sind obligate Winterschläfer. Sie ernähren sich hauptsächlich von Blüten und Früchten und fressen sich in der Zeit von November bis März einen Fettvorrat an, der vor allem im Schwanz gespeichert wird – daher der Gattungsname. Die Trockenzeit, die etwa von April bis Oktober anhält, verschlafen die Makis dann in Baumhöhlen. Ihre Körpertemperatur gleicht sich dabei der Umgebungstemperatur an. Auch Ameisenigel, die im Süden und Osten Australiens sowie auf Tasmanien leben, gehören zu den Winterschläfern. Weil Ameisen und Termiten – die Hauptnahrung der Tiere – in den australischen Wintermonaten Mai bis August kaum aktiv sind, macht die Ruhephase Sinn. Ähnlich wie bei Schwarzbären ist der Winterschlaf in den kalten Lebensräumen obligat. In wärmeren Regionen verzichten die Ameisenigel aber darauf und nutzen zum Energiesparen stattdessen kürzere Torpor-Phasen. Auch ein Beleg dafür, dass Winterschlaf und Torpor keine getrennten Fähigkeiten sind, sondern ein Kontinuum bilden.

Das ist auch bei den heimischen Fledermausarten so: In der kalten Jahreszeit halten sie alle einen mehrmonatigen Winterschlaf. Darüber hinaus nutzen viele Arten auch Torpor für kurzfristige Energieersparnis – zum Beispiel in den Ruhephasen am Tag, aber auch wenn schlechte Witterung die Nahrungssuche bei Nacht unmöglich macht. Siebenschläfer, Gartenschläfer und Haselmaus nutzen Torpor ebenfalls regelmäßig zusätzlich zum Winterschlaf. Andere Arten wie Hausmaus, Rötelmaus, Gelbhalsmaus oder die auf Madagaskar heimischen Mausmakis nutzen nur Torpor.

Nur ein Winterschläfer unter den Vögeln

Den langen Winterschlaf nutzen fast nur Säugetiere. Vögel sind keine Winterschläfer. Um ihre Flugfähigkeit zu erhalten, können sie in der Regel kein großes Fettpolster anlegen, das sie für die längere Ruhephase bräuchten. Ihnen fehlt auch das braune Fett, das für die Erwärmung am Ende des Winterschlafs wichtig ist. Außerdem liegen ihre Schlafplätze häufig exponiert auf Ästen, was eine längere Ruhephase gefährlich macht. Eine Ausnahme gibt es trotzdem: die Winternachtschwalbe. Sie lebt im Westen Nordamerikas und jagt nachts nach Insekten. Wenn es kalt wird und wenn weniger Insekten unterwegs sind, suchen sich die Vögel Felsnischen, in denen sie mehrere Tage bis hin zu mehreren Monaten Winterschlaf halten. In der insektenreichen Zeit zuvor haben sie einen kleinen Fettvorrat anlegen können. Und für das Problem mit dem fehlenden braunen Fett hat die Winternachtschwalbe eine elegante Lösung gefunden: Die Felsnischen, in denen sie schläft, haben meist eine südliche Ausrichtung. Bei gutem Wetter erwärmt die Sonne die Steine und den darin ruhenden Vogel gleich mit.

Trotz Inaktivität ein fitter Körper

Die Studie von Hiller und seinen Kollegen ist eine klassische Grundlagenarbeit. Auf längere Sicht kann es aber auch für den Menschen praktischen Nutzen haben, die Evolution des Winterschlafs und seine Verortung im Erbgut besser zu verstehen: „Trotz wochenlanger Inaktivität verlieren die meisten Winterschläfer kaum Muskelmasse und auch die Knochendichte nimmt kaum ab. Für die Medizin ist das höchst interessant“, sagt Michael Hiller. Eine Arznei, die wesentliche Bestandteile des Winterschlafs für den Menschen erschließt, die Muskeln und Knochen auch bei monatelanger Bettlägerigkeit erhält, würde den Klinikalltag revolutionieren. //