Der Anden-Blattörmouse: Einkleiner Säugetier, das sich an Höhenlagen über 6.700 Meter angepasst hat

Originalbeitrag: El ratón de orejas de hoja andino: Pequeño mamífero que evolucionó para sobrevivir a más de 6.700 metros de altura

Auf über 6.000 Metern Höhe in der Puna de Atacama ist die Umgebung wüstenhaft und kalt. Diese weitläufige und trockene Region erstreckt sich über die Andenkette zwischen Chile und Argentinien.

In unserem Land umfasst sie Teile der Regionen Arica und Parinacota, Tarapacá und Antofagasta sowie den Nordosten der Region Atacama. Berühmt sind ihre Salare, hochgelegenen Lagunen, riesigen Vulkane und extremen klimatischen Bedingungen.

Dieser Ort beherbergt einige der höchsten Berge der Kette, wie den Vulkan Llullaillaco (6.739 Meter über dem Meeresspiegel). An den Gipfeln dieser Vulkane sind die Umweltbedingungen extrem; die Atemluft enthält weniger als 50 % des Sauerstoffs, der auf Meereshöhe vorhanden ist, und die Temperaturen liegen fast ständig unter dem Gefrierpunkt.

Es ist daher kaum vorstellbar, dass in solchen Umgebungen Säugetiere ihren Lebensraum finden können, doch tatsächlich gibt es sie: der weltweit auf der höchsten Elevation registrierte ist der Anden-Blattörmouse (Phyllotis vaccarum).

Eine aktuelle Studie eines internationalen Forscherteams, veröffentlicht in der hochkarätigen Zeitschrift Science, hat gezeigt, wie sich dieses kleine Säugetier an solche vermeintlich widrigen Bedingungen angepasst hat.

Dr. Guillermo D’Elía, Akademiker an der Fakultät für Wissenschaften der Universitäts Austral von Chile, ist Teil des Forschungsteams aus Kanada, den USA und Chile, geleitet von Dr. Jay Storz von der Universität Nebraska, das die Studie durchführte.

Die Forschung dauerte fast 5 Jahre und umfasste zahlreiche Expeditionen in die Hochgebirgen, Experimente zur Analyse der Leistungsfähigkeit von Tieren unter simulierten Bedingungen verschiedener Höhenlagen sowie bioinformatische Analysen von Genomen von Proben, die in unterschiedlichen Höhenlagen gesammelt wurden.

Die Studie enthüllt eine unerwartete Entdeckung: Im Gegensatz zu anderen Hochgebirgsarten hat dieser Maus seine Hämoglobinstruktur nicht verändert, um den Sauerstoff besser zu transportieren; statt dessen hat er eine verbesserte aerobe Kapazität entwickelt, vermittelt durch effizientere Mitochondrien, die Energiefabriken der Zellen. Das bedeutet, dass diese Tiere selbst unter hypoxischen Bedingungen mehr Wärme erzeugen, eine metabolische Strategie, die weitaus effektiver zum Überleben in extremen Umgebungen ist.

Es wurde festgestellt, dass im Gegensatz zu anderen Arten wie Lamas, Alpakas, Andengänsen und sogar Menschen aus dem Himalaya, deren Anpassungen an hohe Höhenlagen eine Veränderung des Hämoglobins, dem Protein, das den Sauerstoff im Blut transportiert, erfordern; bei diesen Mäusen erfolgt die Anpassung an diese extremen Bedingungen durch eine Veränderung ihrer Muskulatur.

Es wurde beobachtet, dass sie die Thermogenese durch Zittern erhöhen, das heißt, sie halten die Temperatur durch unwillkürliche Muskelkontraktionen aufrecht.

Der größte bekannte Höhenbereich

Der Anden-Blattörmouse hat den größten bekannten Höhenbereich (Höhenintervall, in dem eine Art verbreitet ist) unter allen Säugetieren: von der Meereshöhe bis über 6.700 Meter, zudem hat er eine weitreichende latitudinale Verbreitung auf beiden Seiten der Kette von Santiago bis San Pedro de Atacama und Umgebung.

Dr. D’Elía erklärt, dass «aufgrund der so umfangreichen Verbreitung zu erwarten war, dass es große genetische Unterschiede zwischen Individuen aus verschiedenen Gebieten gibt, wie man es normalerweise bei Arten mit sogar kleineren Verbreitungen sieht. Aber nach der Analyse der Genome vieler Individuen stellten wir fest, dass die genetische Variation sehr wenig geografische Struktur aufweist, das heißt, dass Tiere aus hohen Gebirgen genetisch sehr ähnlich zu denen in tieferen Lagen sind.»

«Eine Ausnahme bildet eine kleine Gruppe von Genen, die an den Anpassungen beteiligt sind, die das Überleben in extremen Umgebungen ermöglichen. Die natürliche Selektion arbeitet erheblich daran, die Varianten zu erhalten, die es ermöglichen, den extremen lokalen Bedingungen zu begegnen und die auf bestimmte Gebiete in dem Verbreitungsgebiet der Art beschränkt sind, wie etwa in großen Höhenlagen», so der Forscher.

Evolution, die Pflanzenstoffe neutralisiert

In großen Höhen ist die verfügbare Nahrung nicht reichlich; tatsächlich gibt es keine Vegetation, die mit bloßem Auge zu sehen ist, oder zumindest wurde sie von den Forschern nicht gefunden, ebenso keine Insekten oder andere Tiere.

Trotzdem erklärt Dr. D’Elía, dass eines der Gene, das Anzeichen lokaler Anpassung zeigt, «zu einer Familie gehört, die als GSTM bekannt ist, die sowohl an der Beseitigung von toxischen Molekülen, die durch den Sauerstoffmangel entstehen, als auch an der Abbau chemischer Verbindungen in Pflanzen beteiligt ist.»

«Das hatten wir nicht erwartet, aber es ergibt irgendwie Sinn im Lichte der Ergebnisse einer vorherigen Studie, die wir zusammen mit Jay und Kollegen von den Universitäten Antofagasta und Tarapacá veröffentlicht haben, in der wir durch Metagenomik und stabile Isotope zeigten, dass das Tier an der Spitze des Vulkans eine 100 % herbivoren Diät hat», erläuterte der Experte.

So, betont Dr. D’Elía, «hat Phyllotis in großen Höhen nicht nur eine Antwort entwickelt, um mit Kälte und niedrigen Sauerstofflevels umzugehen, sondern auch Strategien, um die Pflanzenstoffe, die es in seiner Ernährung aufnimmt, zu neutralisieren.»

Diese Studie bietet somit einen neuen Blickwinkel darauf, wie Säugetiere auf extreme Umgebungen reagieren können und gibt Hinweise darauf, wie sie den Herausforderungen des Klimawandels oder der Nahrungsverfügbarkeit begegnen könnten.

Grenzwissenschaftliche Forschung von der UACh

Der Vizepräsident für Forschung, Entwicklung und künstlerische Gestaltung, Dr. Luis Miguel Pardo, sagte: «Es ist immer eine Ehre für die Universidad Austral de Chile, Akademiker zu haben, die in führenden Zeitschriften publizieren, insbesondere in den besten der Welt, mit Themen an der Grenze des Wissens, die ohne Zweifel internationale Auswirkungen haben, da sie neue Erkenntnisse und zukünftige Arbeiten erschließen, die diese Entdeckungen anwenden, denn so verläuft der Weg der Wissenschaft: Wissenschaftliche Entdeckungen eröffnen den Weg zur angewandten Wissenschaft.»

«Zum Beispiel kann das Wissen über die physiologischen Fähigkeiten, die diese Mäuse entwickelt haben, um in großen Höhen zu leben, für das Studium von Therapien oder anderen Behandlungen nützlich sein, um den Menschen an extreme Bedingungen anzupassen», betonte Dr. Pardo.