Hummelköniginnen verbringen einen großen Teil des Winters verborgen im Boden. In dieser Zeit fallen sie in eine Art Winterschlaf, die sogenannte Diapause. Doch unter der Erde droht eine Gefahr: Schmelzwasser oder starke Regenfälle können ihre Verstecke überfluten. Lange war unklar, wie die Tiere solche Situationen überstehen.
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Eine neue Studie zeigt nun: Einige Hummelköniginnen können tatsächlich mehrere Tage vollständig unter Wasser überleben – und sogar weiter atmen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences veröffentlicht.
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Winterruhe im Kühlschrank simuliert
Untersucht wurde die Gemeine Östliche Hummel, eine in Nordamerika verbreitete Art. In ihrem Lebenszyklus übersteht nur die begattete Königin den Winter. Nach der Paarung gräbt sie sich wenige Zentimeter tief in den Boden ein und verharrt dort bis zum Frühjahr, während alle übrigen Mitglieder des Volks sterben.
Um diese Phase im Labor nachzustellen, versetzten Forscher der Universität Ottawa Hummelköniginnen künstlich in Diapause: Die Tiere wurden in dunklen Kühlschränken bei niedrigen Temperaturen gehalten. Anschließend setzten die Wissenschaftler die ruhenden Königinnen in luftdichte Kammern, die sie mit Wasser füllten. Einige Tiere blieben nur wenige Stunden unter Wasser, andere bis zu acht Tage.
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Mit speziellen Messgeräten verfolgte das Team, welche Gase die Hummeln vor, während und nach dem Untertauchen abgaben. Gleichzeitig prüften sie, ob sich in den Körpern der Tiere Laktat ansammelt, eine Substanz, die entsteht, wenn Zellen Energie ohne Sauerstoff erzeugen.
Weiteres Atmen unter Wasser
Die Messungen zeigten: Selbst unter Wasser produzierten die Hummelköniginnen weiterhin Kohlendioxid. Zwar deutlich weniger als zuvor, aber in klar nachweisbaren Mengen. Das deutet darauf hin, dass sie weiterhin Sauerstoff aus ihrer Umgebung aufnehmen können, also auch unter Wasser eine Form der Atmung aufrechterhalten.
Ganz ausreichen scheint diese Versorgung allerdings nicht. Während der Unterwasserphase sammelte sich im Körper der Tiere Laktat an. Das ist ein Hinweis darauf, dass die Hummeln zusätzlich ein Energiesystem nutzen, das ohne Sauerstoff funktioniert.
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Sobald die Tiere wieder Luft bekamen, änderte sich ihr Stoffwechsel deutlich: Die Kohlendioxidproduktion stieg zunächst stark an. Dieser Anstieg gilt als Zeichen dafür, dass der Körper den zuvor entstandenen „Sauerstoffschuld“-Effekt ausgleicht und angesammelte Stoffwechselprodukte abbaut.
Ein extrem sparsamer Stoffwechsel
Eine entscheidende Rolle spielt offenbar der ohnehin stark gedrosselte Stoffwechsel während der Winterruhe. In der Diapause sinkt der Energieverbrauch der Hummelköniginnen drastisch, auf einen Bruchteil des normalen Niveaus. Dadurch benötigen die Tiere nur sehr wenig Sauerstoff und können längere Zeit mit minimaler Versorgung auskommen.
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Zusammen mit der Fähigkeit zur Unterwasseratmung und der kurzfristigen Energiegewinnung ohne Sauerstoff entsteht so eine Art Notfallstrategie, die den Tieren das Überleben in überfluteten Nestern ermöglicht.
Ein Zufall führte zur Entdeckung
Dass Hummeln diese erstaunliche Fähigkeit besitzen, wurde ursprünglich durch einen Laborunfall entdeckt. Forscher in Kanada hatten Röhrchen mit überwinternden Hummelköniginnen versehentlich mit Wasser geflutet. Sie gingen davon aus, dass die Tiere gestorben waren. Doch nachdem sie wieder aufgewärmt wurden, erwachten viele von ihnen scheinbar unversehrt.
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In einem späteren kontrollierten Experiment mit mehr als hundert Königinnen bestätigte sich dieser Eindruck: Selbst nach bis zu sieben Tagen unter Wasser überlebten rund 80 bis 90 Prozent der Tiere.
