Einzigartige Anpassungen ermöglichen es Wildtieren, extreme Temperaturen zu überleben, die einen ungeschützten Menschen schnell töten würden. Beispielsweise können bestimmte Tiere dank der isolierenden Eigenschaften der Hohlhaare, aus denen ihr Fell besteht, bitterkaltes Wetter überstehen.
Über diese Haare ist bisher wenig bekannt, doch nun haben Forscher herausgefunden, dass sich ihre innere Struktur mit den Jahreszeiten verändert. Die Forscher werden präsentieren ihre Ergebnisse heute (17. März) im Frühlingstreffen der American Chemical Society (ACS).
„Bei manchen Tieren sieht das Fell im Sommer und im Winter unterschiedlich aus“, sagt Taylor Millett, der die Forschung durchführt. Ein Schneeschuhhase beispielsweise wird im Winter weiß und im Sommer braun. „Aber bei den Tieren, die wir untersuchen, haben wir herausgefunden, dass sich nicht nur die äußere Haarfarbe verändert. Auch die inneren mikroskopischen Details verändern sich, damit diese Tiere weiterhin in ihrer Umgebung überleben können.“
Millett, ein Bachelor-Student im Maschinenbauprogramm der Utah Tech University, wird von Wendy Schatzberg, einer außerordentlichen Chemieprofessorin, und Samuel Tobler, einem Physikprofessor, betreut. Cristina De La Vieja Medina ist eine weitere Studentin, die an dem Projekt arbeitet.
Schatzberg und Tobler bringen Studenten im Grundstudium bei, ein Rasterelektronenmikroskop (REM) zu verwenden, das eine Probe mit Elektronen bombardiert, um ein Bild zu erzeugen, das mikroskopische Details deutlich sichtbar macht.
„Sobald die Schüler lernen, mit dem REM kleine Partikel zu untersuchen, geben wir ihnen die Freiheit, andere Proben zu untersuchen, die sie interessieren“, sagt Schatzberg. „Taylor hat beschlossen, Tierhaare auszuwählen. Ich habe mich nie besonders für Tierhaare interessiert, bis sie uns darauf aufmerksam gemacht hat, aber es ist faszinierend.“
Millett, die sich selbst als Naturliebhaberin beschreibt, hatte gehört, dass das Haar der Gabelbockantilope hohl ist, aber niemand wusste viel mehr darüber. „Also beschloss ich, es aufzuschneiden und mithilfe des SEM zu sehen, was los war“, erinnert sie sich. Zum Vergleich: Die Haarlänge einer Gabelbockantilope liegt je nach Position am Tier zwischen 5 und 15 Zentimetern (weniger als 6 Zoll). Der durchschnittliche Durchmesser der Antilopenhaare beträgt 440 Mikrometer.
Bildnachweis: American Chemical Society
Anschließend fragte sie ihre Mentoren, ob sie ein zusätzliches Studium absolvieren könne. Sie entschied sich für Großwildtiere, da sich die Forschung an anderen Institutionen zuvor auf domestizierte Tiere wie Schafe oder Lamas konzentriert hatte. „Niemand hat sich für wilde Tiere entschieden, weil es schwieriger ist, an deren Haare zu kommen“, sagt Millett.
Neben Gabelbockantilopen wählte sie Maultierhirsche und Rocky-Mountain-Elche aus – Beutetiere, die in der Nähe des Campus zu finden sind. Sie erhielt Tierhaarproben für Winter und Sommer von einem örtlichen Tierpräparator und von der Utah Division of Wildlife Resources, die von Autos angefahrene Tiere aufsammelt.
Millett und De La Vieja Medina schnitten die Haare auf, vergoldeten sie, um die Auflösung des REM-Bildes zu verbessern, und untersuchten und vermaßen dann die schwammigen Innenstrukturen. Diese Strukturen, die aus einer zufälligen Ansammlung winziger Hohlräume oder Lufteinschlüsse bestehen, ähneln unordentlichen Bienenwaben.
Die Studenten fanden heraus, dass sowohl bei Sommer- als auch bei Winterhaaren die Lufteinschlüsse am Rand der Haare viel kleiner waren als die im Kern. Darüber hinaus hatten Winterhaare bei allen drei Arten größere Lufteinschlüsse als Sommerhaare. Bei Maultierhirschen beispielsweise hatten die Lufteinschlüsse im Winter einen durchschnittlichen Durchmesser von 26 Mikrometern, während die Lufteinschlüsse im Sommer einen durchschnittlichen Durchmesser von 13 Mikrometern aufwiesen.
Der Kern des Sommerhaars war daher viel dichter gepackt als der des Winterhaars. „Das ist sehr faszinierend, denn diese Taschen bilden eine isolierende Barriere, die die Tiere im Winter warm hält“, sagt Millett.
Um festzustellen, ob diese Ergebnisse auf andere Tiere, einschließlich Raubtierarten wie Bären, Berglöwen und Rotluchse, anwendbar sind, kontaktiert Millett Zoos auf der ganzen Welt, um Haarproben zu erhalten. Die Forscher wollen auch beurteilen, wie sich geografische Lage und Klima auf die Ergebnisse auswirken, betont Schatzberg.
„Ist das nur in unserer Gegend so? Und wie groß ist der Temperaturunterschied zwischen den Jahreszeiten dafür? Manchmal haben wir hier oben einen sehr großen Temperaturunterschied zwischen Sommer und Winter“, sagt sie. „Es gibt also alle diese Variablen zu untersuchen.“
Millett überlegt, wie er die Ergebnisse anwenden kann. Eine mögliche Anwendung ist synthetische Isolierung für Häuser und Campingausrüstung.
Mehr Informationen:
Hohlhaar und wie seine Struktur Großwildtieren bei der Thermoregulierung hilft. digitalcommons.usu.edu/spacegrant/2023/all2023/35/