Wieso leben große Säugetiere länger als kleine?

Warum leben große Säugetiere länger als kleine - Wirkungsschema

 

Der Stoffwechsel

Die Stoffwechselrate (Energieumsatz / Tag) nimmt mit der Körpermasse zu. Allerdings nicht linear sondern um ¾. Die Stoffwechselrate nimmt langsamer zu als die Masse. So haben kleine Lebewesen eine höhere relative Stoffwechselrate (relativ zum Gewicht). 

Gründe und Folgen des erhöhten Stoffwechsels

Nahrungsaufnahme

Der Quotient aus Nahrungsaufnahme und Gewicht (Nahrung in kJ pro Gramm Gewicht) sinkt mit der Größe. Dies bedeutet, dass die relative Nahrungsaufnahme bei der Maus größer als bei größeren Säugern ist. Dies zeugt von einem relativ höheren Stoffwechsel kleinerer Tiere.

Sauerstoffverbrauch

Der Sauerstoffverbrauch unterstützt die These einer relativ höheren Stoffwechselaktivität bei kleineren Säugern. Aufgrund der relativ höheren Stoffwechselaktivität muss relativ mehr Sauerstoff aufgenommen werden.

Herzfrequenz

Zeichen des erhöhten Stoffwechsels und somit der erhöhten Versorgung der Organe ist auch die Herzfrequenz, welche mit zunehmendem Gewicht abnimmt.

Oberfläche und Volumen

Die Oberfläche nimmt mit der zweiten, das Volumen mit der dritten Potenz zu. So hat die Maus relativ zum Volumen eine größere Oberfläche, verliert mehr Wärme und muss durch einen erhöhten Stoffwechsel mehr Wärme produzieren. Allerdings muss auch in Betracht gezogen werden, dass der relative Anteil des Skeletts steigt, welches keinen Stoffwechsel betreibt. Der Stoffwechsels relativ zum Volumen steigt auch hierdurch langsamer.

Kapillare und warum ¾?

Die Kapillaren (Kapillarnetz aus diesen kleinsten Gefäßen versorgt das Gewebe mit Nährstoffen) sind bei allen Lebewesen in etwa gleich groß. Aufgrund dieser Übereinstimmung ist aufgrund der ähnlichen Versorgung des Gewebes kein linearer Zusammenhang zu beobachten. Durch die in Relation zum Herzen größere Versorgung hat die Maus einen schnelleren Herzschlag als der Elefant. Alle Säugetiere erreichen den natürlichen Tod nach einer recht konstanten Anzahl an Herzschlägen (1-2 Milliarden), die Maus stirbt schneller.

Warum führt der erhöhte Stoffwechsel zum früheren Tod?

Theorie der freien Radikale

Radikale sind Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron auf der Außenschale, welche äußerst reaktiv sind und für Schäden an Zellen und Organen sorgen. Sie entstehen durch Hitze, Uv- und Röntgenstrahlen aber auch durch die natürliche Zellatmung in den Mitochondrien. In der Atmungskette kommt es dazu, dass Elektronen auf molekularen Sauerstoff übertragen werden (Beispiel: Hydroxyl-Radikal), sodass bei einem Prozent des verbrauchten Sauerstoffs nicht Wasser sondern Radikale entstehen. Aufgrund der geringen Lebensdauer der Radikale sind von den Schäden besonders Lipide, Proteine und das genetische Material der Mitochondrien selbst betroffen. Die Energiezufuhr wird hierdurch verschlechtert. Einige Enzyme und mit der Nahrung aufgenommene Stoffe wie Vitamin C können die Radikale inaktivieren, dennoch häufen sich zu Organversagen und dem Tod im Alter führende Schäden. Der relativ höhere Stoffwechsel führt bei kleineren Tieren aufgrund der höheren Schäden durch Radikale zum früheren Tod.

Freie Radikale entstehen auch, wenn Elektronen aus der Atmungskette entweichen und von Sauerstoff aufgenommen werden, Superoxidanionen bilden sich. Für die Theorie der freien Radikale spricht, dass Ausnahmen des Zusammenhangs zwischen Größe und Lebensdauer häufig geringere Entweichungen an Elektronen aufweisen.

Hayflick-Konzept

Bindegewebszellen sind in der Lage sich 60 Mal zu teilen. Bei jeder Teilung werden die Telomere kürzer. Nach dem 60 Mal sterben die Zellen ab. Im Fall, dass der höhere Stoffwechsel auch die Rate der Zellteilungen beeinflusst, könnte dies ein weiterer Grund für den früheren Tod sein.

Ausnahmen und Einschränkungen

Nicht immer geht eine kleine Größe mit einem frühen Tod einher. So leben Nacktmulle bis zu 28 Jahre, weil ihr Anti-Krebs-System besonders ausgebildet ist, wobei sowohl die Bildung von Krebszellen durch Unterbindung bestimmter Signale, als auch die Erkennung von diesen Teil des Schutzsystems sind.

Eine weitere Ausnahme bilden wechselwarme Tiere, wie Reptilien, Amphibien, Insekten und Fische. Bei kleinen Tieren sorgt die verhältnismäßig große Oberfläche nicht für einen hohen Wärmeverlust, welcher ausgeglichen werden müsste, sondern für mehr Energieaufnahme durch das Sonnenlicht. Insgesamt ist bei diesen Tieren oft eine geringere Aktivität zu beobachten. Das höhere Lebensalter hängt auch mit den hier oft stattfindenden Winterstarren zusammen, in welchen der Stoffwechsel auf ein Minimum reduziert ist und es zur Regeneration kommt.

Fische, Frösche, Eidechsen, Schildkröten, Schlangen und Insekten (wechselwarme Tiere) fallen im Winter bei entsprechender Kälte in eine Winterstarre, der Stoffwechsel erliegt wie auch das Altern fast.

Igel, Fledermäuse Siebenschläfer & co fallen in einen Winterschlaf mit stark gesenkter das Altern verlangsamender Aktivität.

Dachse, Eichhörnchen und Bären halten Winterruhe mit gesenkter Aktivität aber keinem dauerhaften Schlaf (gelegentlich suchen diese nach Nahrung). Auch dies hat eine Einwirkung auf das Altern.

Abschließend scheinen manche Organismen das Altern gänzlich besiegt zu haben (Stieleiche).