Deutschland von unten (1/2): Land

Thomas Matthalm ist Forscher bei der Arbeitsgemeinschaft Höhlenforschung Bad Cannstatt

Sie gehören zu den wenigen Forschern, die Zugang zur größten Höhle Deutschlands, der Riesending-Schachthöhle haben. Was fasziniert Sie an ihr?

Zum einen natürlich die Tatsache, dass man auch in seiner Heimat noch vollkommenes Neuland betreten kann. Vor allem aber, wie man im Lauf der Jahre den Untersberg besser verstehen lernt. Und immer wenn man sich sicher ist, etwas durchschaut zu haben, überrascht einen die Höhle aufs Neue und man beginnt von vorne.

Wie konnte ein Höhlensystem dieses Ausmaßes entstehen?

Alpine Schachthöhlen entstehen durch die Kombination mehrerer Faktoren. Dabei spielt die Kalklösung durch Wasser, Regen oder Schneeschmelzwasser und der Niveauunterschied zwischen der Bergoberfläche und dem tiefsten Quellaustritt die entscheidende Rolle. In Karstmassiven wie dem Untersberg verschwindet jeder Wassertropfen sofort im Untergrund. Hier versickert er in feinsten Spalten und Klüften. Durch seine chemischen Eigenschaften löst das Wasser langsam aber stetig den Kalkstein auf. So entstehen im Lauf der Zeit entlang der tektonischen Schwachstellen Schächte und Gangsysteme.

Gleichzeitig verändert sich auch die den Berg umgebende Landschaft: So legen beispielsweise Gletscher oder Bäche die Täler tiefer. In der Folge sinkt auch der Karstwasserspiegel im Berg, da die Quellaustritte mit dem Talboden in die Tiefe wandern. Bislang wassergefüllte Horizontalgänge fallen trocken und das Wasser sucht sich erneut den schnellsten Weg in die Tiefe. So entstehen dann erneut Schachtzonen. In der Riesending-Schachthöhle lassen sich drei ausgedehnte Horizontalniveaus aufzeigen. Insgesamt haben wir in den letzten 13 Jahren über 19 Kilometer labyrinthische Höhlengänge entdeckt und vermessen. Die tiefsten Teile der Höhle reichen bis zum Grundwasserspiegel in 1.148 Metern Tiefe unter dem Eingang hinab.

Bis zu sieben Tagen verbringen Sie bei einer Expedition in den verzweigten Gängen des Riesendings. Wie orientieren Sie sich und wie planen Sie Übernachtungen und Rückwege? 

Bei der Erforschung der Höhle vermessen wir sofort alle neu entdeckten Gänge. Dadurch haben wir auch immer gleich einen Plan der uns noch nicht so geläufigen Gänge parat. Viele Höhlenteile sind aber ohnehin mit Seilen zur Absicherung der Fortbewegung ausgebaut. Da kann man sich nicht verlaufen. Die Planung unserer Touren ist für den Erfolg und die Sicherheit der Forschungswoche sehr wichtig. Ausgehend von fest installierten Biwaks - aktuell acht an der Zahl - unternehmen wir Vorstöße in neue Höhlenteile. Im Biwak essen, schlafen und erholen wir uns. Hier sind auch Lebensmittel und Material für Notfälle deponiert.

Ihre Arbeit ist wahrlich nicht ungefährlich. Wie gehen Sie mit der Angst um?

Wir machen uns sehr viele Gedanken zum Thema Sicherheit und versuchen, potenziell kritische Situationen bereits im Vorfeld auszuschließen. Dies beginnt bereits mit der Entscheidung, ob man in die Höhle einsteigt, oder nicht. Wenn zum Beispiel das Regenrisiko zu hoch ist, bleiben wir einfach daheim. In der Tat gibt es einige Faktoren, die man ganz gut kontrollieren kann. So reduzieren wir das Steinschlagrisiko durch das sorgfältige Bereinigen von Abstiegen, Seile werden immer weitab von möglichen Wasserfällen eingebaut. Ermüdung und Unkonzentriertheit lassen sich mit ausreichenden Pausen, guter Verpflegung und einem sinnvollen Tagespensum im Zaum halten. Und dennoch haben wir alle einen gehörigen Respekt vor jeder Tour. Wir sind deshalb äußerst achtsam - nicht ängstlich. Für Haudrauftypen ist aber bei uns kein Platz. Wir sind eher langsam und bedächtig unterwegs. Ängstlich wird man dann, wenn man die Situation nicht mehr im Griff hat. Dies versuchen wir durch unsere behutsame Herangehensweise zu vermeiden.

Wie fühlt man sich, wenn man wieder ans Tageslicht kommt?

Glücklich. Wahrscheinlich gibt es nur wenige Menschen, die die Sonne so sehr lieben, wie wir Höhlenforscher. Und klar: Das echte Leben findet draußen statt. Zum Beispiel bei unseren Familien. Die vermissen wir in der Höhle ganz unglaublich.

Die Fragen stellte Friederike Haedecke

Walter Arnolf ist Professor für Wildtierbiologie an der Veterinärmedizinischen Universität Wien.

"Schlafen wie ein Murmeltier" – diese Redewendung kennen wir alle. Wie sieht der Winterschlaf der Murmeltiere denn konkret aus?

Murmeltiere halten sechs bis sieben Monate im Jahr Winterschlaf. Während dieser Phase leben sie ausschließlich von den Fettreserven, die sie in den Sommermonaten angesammelt haben. Dies ist nur durch eine extreme Reduktion des Energieverbrauches möglich, die über eine entsprechende Verringerung der inneren Wärmebildung erzielt wird. Die daraus resultierende, extrem niedrige Körpertemperatur überstehen die Tiere unter anderem, indem sie vorher schon ihre Zellmembranen umbauen. Durch Einlagerung mehrfach ungesättigter Fettsäuren aus dem Depotfett in Phospholipide der Zellmembran im Herbst wird diese und vor allem die Aktivität membrangebundener Enzyme kältetolerant. Dies ist zum Beispiel für die Aufrechterhaltung der Herzfunktion bei tiefen Körpertemperaturen essentiell. Murmeltiere müssen während des Winterschlafes auch nicht trinken. Durch die Verstoffwechslung von Fett entsteht ausreichend Wasser.

Diese physiologischen Vorgänge werden durch soziales Verhalten ergänzt. Besonders wichtig ist für Murmeltiere der gemeinsame Winterschlaf. Nur ganz vereinzelt kommt es vor, dass ein Murmeltier alleine überwintert. Durch enges „Kuscheln“ der bis zu 20 Mitglieder einer Winterschlafgruppe werden die Wärmeverluste an die kalte Umgebung vermindert. Dieses Verhalten ist von besonderer Bedeutung während der Aufwachphasen, weshalb die regelmäßigen Unterbrechungen des Winterschlafes (circa alle zwölf Tage für circa eineinhalb Tage) innerhalb einer Gruppe praktisch zeitgleich erfolgen.

Jungtiere werden während des gesamten Winterschlafes von älteren Tieren, vor allem von Vätern und erwachsenen Brüdern, gewärmt. Diese Tiere halten bei Anwesenheit von Jungtieren im tiefen Winterschlaf ihre Körpertemperatur stets einige Zehntel Grad über der der Jungtiere. Durch das Temperaturgefälle und den engen Körperkontakt kommt es zum Wärmetransfer. Hinzu kommt, dass die älteren Tiere bei den Unterbrechungen des Winterschlafes in der Regel vor den Jungtieren mit dem Aufwärmen beginnen. Dadurch werden die Jungen passiv erwärmt, bevor der eigene Aufwachvorgang beginnt und verbrauchen dafür dann weniger Energie.

Was geschieht im Körper der Tiere während der "Schlafphase“?

Durch die extreme Herabsetzung der Stoffwechselrate (nur noch circa ein Hundertstel des Sommerniveaus) kühlt der Körper kontinuierlich auf bis zu zwei Grad Celcius aus. Ein weiteres Absinken wird durch eine in Schüben erfolgende, kurzzeitige Erhöhung der inneren Wärmeproduktion verhindert, das heißt auch im tiefen Winterschlaf wird die Körpertemperatur präzise reguliert. Die Tiere haben aber ihre Bewegungsfähigkeit verloren, weshalb man von "Torpor", das heißt Kältestarre spricht. Das Herz schlägt nur noch vier bis sechs Mal in der Minute (im Sommer 80 bis 140 Mal), mit Unregelmäßigkeiten. Die Atmung ist auf durchschnittlich einen halben bis ganzen Atemzug pro Minute reduziert, wobei auf oft sehr lange Atmungspausen mehrere tiefe Atemzüge folgen.

Warum wachen die Tiere während des Winterschlafes immer mal wieder auf?

Diese Frage ist bis heute ungeklärt. Der Vorgang muss unverzichtbar sein, sonst würden die Tiere die hohen Energiekosten nicht in Kauf nehmen. Etwa 90 Prozent des gesamten Energieverbrauches während des Winterschlafes ist auf die Aufwachphasen zurückzuführen.

Schon im 19. Jahrhundert wurde vermutet, die Unterbrechungen wären erforderlich, damit giftige Stoffwechselprodukte entsorgt werden können, das heißt im einfachsten Fall durch Entleeren der Blase. Keine derartige Überlegung konnte je empirisch bestätigt werden. Heute werden als wahrscheinliche Erklärungen diskutiert:

Das Immunsystem arbeitet unterhalb einer Körpertemperatur von 15 Grad Celcius nicht mehr, im Körper befindliche Keime vermehren sich aber weiter, wenngleich auch aufgrund der Kälte langsamer. Die regelmäßigen Unterbrechungen könnten erforderlich sein, um durch die Reaktivierung des Immunsystems ein Überhandnehmen gefährlicher Keime zu verhindern.

Winterschlaf hat mit Schlaf wenig zu tun. Die für Schlaf typischen Muster im Elektroencephalogramm sind im Winterschlaf nicht mehr vorhanden. Möglicherweise baut sich also im Torpor ein Schlafdefizit auf und die Tiere unterbrechen den Winterschlaf um zu schlafen. In der Tat tun sie in den Unterbrechungsphasen fast nichts anderes und schlafen umso tiefer und intensiver, je länger die vorausgegangene Torporphase dauerte.

Wie kommen Sie zu Ihren Forschungsergebnissen?

Unsere Forschungsergebnisse zum Winterschlafverhalten von Murmeltieren werden in erster Linie durch telemetrische Messungen des Körpertemperaturverlaufes erzielt. Freilebenden Murmeltieren werden Miniatursender in die Bauchhöhle implantiert, die die Körpertemperatur kontinuierlich über einen Zeitraum von bis zu drei Jahren erfassten und die Messwerte über Funk an computergesteuerte Empfangsstationen übermitteln, die sich in der Nähe von Winterschlafhöhlen befinden. Die Murmeltiere vertragen diese Sender problemlos, denn ein Sender von circa 40-Gramm-Gewicht fällt in einer Bauchhöhle, die mit circa 1,5 Kilogramm Fett gefüllt ist, nicht weiter auf.

Die Tiere werden regelmäßig mit Lebendfallen gefangen und individuell markiert, um Informationen über die Gewichtsentwicklung, das heißt den Energieverbrauch während des Winterschlafes und die Wintersterblichkeit zu erhalten.

Untersuchungen an Murmeltieren im Labor, das heißt an Tieren, die in Kältekammern überwintern ergänzen physiologische Werte, etwa den Sauerstoffverbrauch als direktes Maß der Stoffwechselaktivität. Videoüberwachung zeigt das enge "Kuscheln“ der Mitglieder einer Überwinterungsgruppe und ihr Verhalten während der Winterschlafunterbrechungen. Letzteres beschränkt sich auf gelegentliches Verlassen des Nestes zum Absetzen von Kot und Urin und auf Nestbau.

Wie beeinflusst der Klimawandel das Schlafverhalten der Murmeltiere?

Indirekt über Veränderungen der Winterhärte. Von amerikanischen Gelbbauch-Murmeltieren ist bekannt, dass sie durch die kürzeren und milderen Winter in besserem Zustand aus dem Winterschlaf kommen und mehr Nachkommen produzieren.

Beim Alpenmurmeltier wurden dagegen nachteilige Auswirkungen festgestellt. Der Winter in den Alpen hat sich so verändert, dass die Schneedecke immer dünner wird. Wegen der dadurch schlechteren Isolation kühlt der Boden schneller aus und die Temperatur im Winterbau sinkt früher in den Bereich, der Murmeltieren nicht mehr das absolute Minimum an Stoffwechselleistung erlaubt. In der Tat beendeten die Tiere in der untersuchten Population in Frankreich den Winterschlaf seit einigen Jahren in immer schlechterem Zustand und das geringere Aufwachgewicht der Weibchen führte zu geringerer Wurfgröße.

Die Fragen stellte Friederike Haedecke

Erstausstrahlung: Samstag, 17. Mai 2014, 16.30 Uhr (ZDFneo)/18. Mai 2014, 19.30 Uhr (ZDF):

Film von Petra Höfer und Freddie Röckenhaus

Redaktion TV: Friederike Haedecke, Katharina Rau

Redaktion Online: Michael Büsselberg, Dany Stief

Weitere Folge: Deutschland von unten (2/2): Stadt