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Atomare Spione im Tiergewebe

Von Roland Knauer

Wissen
Die Flugrouten von Fledermäusen lassen sich erforschen. Foto: R. Knauer

Tiergewebe beinhaltet einen groben Lebenslauf. | Rückschlüsse auf Aufenthaltsorte und den Stoffwechsel sind möglich. | Berlin. Die Tage werden kürzer, die Blätter an den Bäumen färben sich bunt, und die Fledermäuse sind verschwunden, die im Frühjahr und Sommer in der Abenddämmerung eifrig Insekten gejagt haben. Einige von ihnen stecken in Ritzen und Höhlen in der Umgebung und beginnen bald ihren Winterschlaf. Andere fliegen ähnlich wie etliche Vögel über viele hundert Kilometer zu ihrem Winterquartier. Wohin aber wandern die Fledermäuse überhaupt, wie ernähren sich die Tiere, wie sieht ihr Leben aus?


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Forscher wie Christian Voigt und Sylvia Ortmann vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) in Berlin versuchen solche Fragen auch für ganz andere Arten wie Rehe zu beantworten. Leicht ist das nicht, viele Tiere lassen sich nicht so einfach direkt beobachten. Radiosender verraten zwar zumindest den Aufenthaltsort der Tiere, sind aber vor allem für kleine Tiere oft zu groß und würden so vielleicht genau das Verhalten verändern, das die Forscher beobachten wollen. Allerdings gibt es im Gewebe der Tiere einen zumindest groben Lebenslauf, den die Wissenschaftler mit einer sogenannten "Isotopen-Analyse" lesen können.

Die meisten Elemente in der Natur bestehen aus Atomen mit verschiedenen Massen. Die Unterschiede zwischen den Massen dieser Isotope sind zwar gering, lassen sich aber mit modernen Geräten gut messen. Vor allem aber gibt es in der Natur eine ganze Reihe von Elementen, deren Zusammensetzung der Isotope sich unterscheidet, wenn sie in verschiedenen Regionen vorkommen oder von verschiedenen Organismen verwendet werden.

Wasserstoff gibt Hinweise

Wasserstoff zum Beispiel existiert in einer leichten Variante, die mit "H" abgekürzt wird und in der sehr seltenen schwereren Variante "D". Das von allen Lebewesen benötigte Wasser besteht aus Molekülen, die zwei Atome Wasserstoff und eines Sauerstoff enthalten. Eines unter 3000 Wassermolekülen in den Weltmeeren aber enthält statt zwei H-Atomen ein D- und ein H-Atom und ist schwerer als normales Wasser. Dieses Wasser verdunstet langsamer, daher gibt es im Niederschlag weniger davon. Obendrein sinkt der Anteil der D-Atome im Niederschlagswasser weiter, je näher man den Polen kommt. Da fast alle Organismen laufend Wasser aufnehmen und in ihr Gewebe einbauen, findet sich in tropischen Landlebewesen ein höherer D-Gehalt als in den Tieren und Pflanzen in höheren Breiten.

Analysieren Forscher also den D-Gehalt in den Biomolekülen von Organismen, erhalten sie einen ersten, vagen Hinweis auf die Heimat dieser Lebewesen. "Neben Wasserstoff gibt es aber noch eine Reihe weiterer Elemente, die mit jeweils verschiedenen Isotopen in Organismen eingebaut werden", erklärt IZW-Forscherin Sylvia Ortmann. Sauerstoff gibt es als "O-16" und in der zwölf Prozent schwereren, aber viel selteneren Form "O-18". Auch die Kohlenstoff-Sorten C-12 und C-13, sowie die Stickstoff-Atome N-14 und N-15 unterscheiden sich im Organismus je nach Herkunft der Lebewesen. Untersuchen die Wissenschafter also verschiedene dieser Isotopenverhältnisse, erhalten sie ein genaueres Bild von der Heimat dieser Organismen.

Tests mit Haaren und Haut

Obendrein werden diese Elemente in das jeweilige Gewebe unterschiedlich schnell eingebaut. Wasserstoff taucht im Blut zum Beispiel schneller wieder auf als im Fettgewebe, und in den langsam wachsenden Haaren finden die Forscher oft noch die Isotopenverhältnisse der vergangenen Monate. Untersuchen sie mehrere Isotope in unterschiedlichem Gewebe, entdecken die Forscher so auch die Regionen, in denen sich Fledermäuse, Zugvögel oder wandernde Wale in den letzten Tagen, Wochen und Monaten aufhielten.

Um den Weg der Fledermäuse zu verfolgen, zupfen die IZW-Forscher Christian Voigt und Ana Popa-Lisseanu zum Beispiel den Tieren nur wenige Haare aus. Von anderen Tieren untersucht man ein winziges, rasch nachwachsendes Stück der Flughaut oder nimmt eine kleine Blutprobe. Das machen die IZW-Forscher Mirjam Becker und Sylvia Ortmann zum Beispiel auch mit Rehkitzen, denen sie eine kleine Menge Wasser injiziert haben, das aus schwerem Wasserstoff und O-18 besteht. Da die Kitze anfangs nur Muttermilch trinken, verdrängen mit der Zeit die normalen Isotopenverhältnisse der Milch die erhöhten Anteile der schweren Isotope im Kitz. "Wir können dann sogar ausrechnen, wie viel Milch die Geiß dem Kitz gibt und ob Töchter und Söhne unterschiedliche Milchmengen erhalten", sagt Ortmann.

Tiere scheiden diese schweren Isotope aber auch als Wasser im Urin und Schweiß wieder aus. Sauerstoff wird zusätzlich als Kohlendioxid ausgeatmet. Da ein Organismus mehr Kohlendioxid ausscheidet, wenn er aktiver ist, sinkt der Anteil von O-18 umso schneller, wenn ein Tier weit wandert, oft vor Feinden flieht oder mit Artgenossen umhertollt. "So können wir am Sauerstoff-Isotopenverhältnis auch die Stoffwechselrate eines Tieres ablesen", freut sich Ortmann. Der Lebenslauf der Tiere ist also tatsächlich in ihrem Gewebe gespeichert.