Warum frieren Insekten in der Arktis nicht fest?

Das Leben in der Arktis ist hart. Die arktischen Temperaturen sind hart und erschweren vielen Tieren das Überleben. Dennoch gedeihen viele Insekten, darunter Mücken, in der gefrorenen Region. Warum frieren sie sich nicht ein?

„Sie können fest gefrieren“, sagt Callaghan, ein Arktisökologe an der Sheffield University. Doch Insekten haben viele erfolgreiche und vielfältige Strategien entwickelt, um dem Kältetod zu entgehen. Diese lassen sich im Wesentlichen in zwei Kategorien einteilen: „Sie vermeiden entweder das Einfrieren oder tolerieren es“, erklärt Callaghan.

Um der Kälte zu entgehen, durchlaufen viele Insekten während der Wintermonate eine Ruhephase – eine Periode der Ruhe und der unterbrochenen Entwicklung, die als Diapause bekannt ist. Dies geschieht normalerweise, wenn die Insekten Eier oder Larven sind, und bietet ihnen einen besseren Schutz vor der kalten Umgebung.

Einige Insekten scheiden ihr Körperwasser als Reaktion auf Kälte aus und verlieren es schließlich fast vollständig. Dies kontrolliert, wo sich Eiskristalle im Körper bilden können, und bewegt sie von lebenswichtigen Organen weg. Diese Insekten tolerieren die Kälte, indem sie im Wesentlichen fest gefrieren, jedoch ohne die schädlichen Auswirkungen. Wenn am Ende des Winters das Eis schmilzt, machen sie sich wieder auf den Weg.

Viele Insekten produzieren auch Verbindungen, wie den natürlichen Alkohol Glycerin, die als Frostschutzmittel wirken. Diese Chemikalien verhindern die Bildung von Eiskristallen und ermöglichen es kältebewohnenden Insekten, „supercool“ zu werden, was bedeutet, dass ihr Körperwasser auf eine Temperatur viel unter Null fallen kann, ohne zu gefrieren.

Es ist bekannt, dass ein Käfer auf Temperaturen unter -50 Grad Celsius unterkühlt. Das Eis im Inneren kann sich schließlich in einen glasähnlichen Zustand verwandeln – frei von schädlichen Eiskristallen – in einem Prozess, der als Vitrifizierung bekannt ist.

Verbundforschung in der Arktis

Callaghan ist Gründer und Wissenschaftskoordinator des EU-finanzierten INTERACT-Projekts, das 1.000 Forschern die Arbeit in der Arktis finanziert hat. Diese riesige Zusammenarbeit verband 89 Forschungsstationen in den gefrorenen Regionen mit Wissenschaftlern, die zusammenarbeiten, um mehr über Umwelt- und ökologische Veränderungen aufzudecken.

Ein aufregender Fund war die Entdeckung einer neuen Art arktischer Hummeln, die von einem von Belgien geleiteten Wissenschaftlerteam gefunden und erstmals in den USA beschrieben wurde Zoologisches Journal der Linnean Society. Die Biene wurde nach dem INTERACT-Projekt Bombus interacti genannt.

Ein wichtiger Aspekt des INTERACT-Projekts war das gegenseitige Lernen mit einem Online-Forum, in dem Wissenschaftler aus dem gesamten Netzwerk Fragen von der Sicherheit der Feldarbeit bis zur Minimierung des ökologischen Fußabdrucks von Forschungsstationen in der Arktis diskutieren konnten. Und vielleicht, wie man die Kälte der arktischen Winter überlebt…

Folgeerscheinungen überwinternder Insekten

Ein Teil der Umweltveränderungen, die weltweit – und ganz besonders in den Polarregionen – zu beobachten sind, spiegeln sich auch in den Überwinterungsstrategien von Insekten wider.

Der Herbstfalter beispielsweise überwintert in der Diapause als Eier auf den Zweigen von Birken. Diese Eier werden normalerweise im Winter getötet, wenn die Temperaturen unter -33 Grad Celsius fallen, was dann die Schäden verringert, die den Birken im Frühjahr und Sommer durch Raupen zugefügt werden.

Doch mit steigenden Wintertemperaturen überleben immer mehr Motteneier und die Raupen schädigen oder töten mehr Birken. Die Motten haben daher Erfolg und breiten sich aus, was zu diesem Zyklus beiträgt. „Das Überleben von Insekten im Winter kann also gut für sie sein, aber nicht unbedingt für andere Teile des Ökosystems“, sagt Callaghan.