Biologie: Die Spur der Rehe

Die Tage werden kürzer, die Blätter an den Bäumen färben sich bunt und die Fledermäuse sind auch schon verschwunden. Einige von ihnen stecken in Ritzen und Höhlen in der Umgebung und beginnen bald ihren Winterschlaf. Andere fliegen, ähnlich wie etliche Vögel, über viele 100 Kilometer zu ihrem Winterquartier. Wohin aber wandern die Fledermäuse überhaupt, wie ernähren sich die Tiere, wie sieht ihr Leben aus? 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 direkt beobachten. Radiosender verraten zwar zumindest den Aufenthaltsort, sind aber vor allem für kleine Tiere oft zu groß und würden so vielleicht genau das Verhalten verändern, das die Forscher studieren wollen. Allerdings gibt es im Gewebe der Tiere einen groben Lebenslauf, den die Wissenschaftler mit einer „Isotopenanalyse“ lesen können. In den vergangenen Jahren sind diese Untersuchungen für Wildbiologen so wichtig geworden, dass auf der derzeit in Berlin stattfindenden Konferenz über „Verhalten, Physiologie und Genetik von Wildtieren“ die Organisatoren vom IZW einen kompletten Workshop diesem Thema gewidmet haben.

Die meisten Elemente in der Natur bestehen aus Atomen mit verschiedenen Massen. Isotope werden diese Atomsorten auch genannt. Die Unterschiede zwischen den Massen sind zwar gering, lassen sich aber mit modernen Geräten gut messen. Entscheidend für die Biologen ist der Umstand, dass das Mengenverhältnis der Isotope bestimmter Elemente je nach Region und Organismus verschieden ist.

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 ein Atom Sauerstoff enthalten. Eines unter 3000 Wassermolekülen in den Weltmeeren enthält statt zwei H-Atomen ein D- und ein H-Atom und ist so einen Tick schwerer als normales Wasser. Dieses schwerere Wasser verdunstet langsamer, daher gibt es im Niederschlag weniger davon. Obendrein nimmt der Anteil der D-Atome im Niederschlagswasser weiter ab, 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 noch weitere 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 Menge der Kohlenstoffsorten C-12 und C-13 sowie der Stickstoffatome N-14 und N-15 variiert im Organismus je nach Herkunft der Lebewesen.

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. „Indem wir mehrere Isotope in unterschiedlichem Gewebe analysieren, entdecken wir so auch die Regionen, in denen sich Fledermäuse, aber auch Zugvögel oder wandernde Wale in den letzten Tagen, Wochen und Monaten aufgehalten haben“, sagt Ortmann.

Um etwa den Weg der Fledermäuse von Osteuropa zu den Winterquartieren im Westen des Kontinents zu verfolgen, zupfen die IZW-Forscher zum Beispiel den Tieren nur wenige Haare aus. Von anderen Tieren untersucht man ein winziges Stück der Flughaut, das rasch wieder nachwächst oder nimmt eine kleine Blutprobe.

Diese Technik wenden Sylvia Ortmann und Mirjam Becker zum Beispiel auch bei Rehkitzen an, denen sie vorher eine kleine Menge Wasser injiziert haben, das aus schwerem Wasserstoff und O-18 besteht. Da die Kitze in den ersten Lebenswochen nur Muttermilch trinken, verdrängen die normalen Isotopenverhältnisse der Milch mit der Zeit 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“, erläutert Ortmann.

Tiere scheiden diese schweren Isotope aber auch als Wasser im Urin und Schweiß wieder aus. Sauerstoff wird zudem in Form von Kohlendioxid (CO2) ausgeatmet. Da ein Organismus mehr CO2 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. Ortmann: „So können wir am Sauerstoff-Isotopenverhältnis auch die Stoffwechselrate eines Tieres ablesen.“