Duke-Student Peishu Li (19) erinnert sich an das erste Mal, als er die Geburt eines Panda-Babys sah, und zwar in einem Video für eine Vorlesung der Biologieprofessorin Kathleen Smith. „Es sah aus wie ein Gummibärchen, das aus einem Automaten kommt“, sagte Li.
Rosa, blind und hilflos geboren, wiegen Riesenpandas bei der Geburt in der Regel etwa 100 Gramm – so viel wie ein Stück Butter. Ihre Mütter sind 900 Mal so schwer.
Dieser ungewöhnliche Größenunterschied gibt Forschern seit Jahren Rätsel auf. Abgesehen von einigen Ausnahmen bei Tieren wie Schnabeligeln und Kängurus sind Neugeborene von Säugetieren im Vergleich zu ihren Müttern so klein. Niemand weiß, warum das so ist, aber eine neue Studie an Knochen von 10 Bärenarten und anderen Tieren zeigt, dass einige der gängigen Theorien nicht haltbar sind.
Li und Smith veröffentlichten ihre Ergebnisse diesen Monat im Journal of Anatomy.
Skelette von Panda-Babys sind schwer zu bekommen, aber die Forscher konnten die konservierten Überreste von Panda-Babys untersuchen, die im Smithsonian’s National Zoo in Washington, D.C., geboren wurden.
Das erste Panda-Paar des National Zoo, Ling-Ling und Hsing-Hsing, hatte in den 1980er Jahren fünf ausgewachsene Junge, aber keines von ihnen überlebte lange nach der Geburt.
Die Forscher machten Mikro-CT-Scans von zwei dieser Jungen sowie von neugeborenen Grizzlys, Faultieren, Eisbären, Hunden, einem Fuchs und anderen eng verwandten Tieren aus dem Smithsonian National Museum of Natural History und dem North Carolina State College of Veterinary Medicine.
Mit Hilfe der Scans erstellten sie digitale 3-D-Modelle des knöchernen Inneren jedes Babys bei der Geburt.
Wenn ein Tierbaby im Mutterleib wächst und sich entwickelt, verändern sich auch seine Knochen und Zähne. Die Forscher untersuchten den Grad der Verknöcherung, d. h. wie stark sich das Skelett zum Zeitpunkt der Geburt gebildet hat. Sie untersuchten, ob die Zähne zu verkalken oder auszubrechen begannen und wie stark die Knochenplatten, aus denen der Schädel besteht, miteinander verschmolzen waren.
Der Panda mag ein extremes Beispiel sein, aber alle Bären haben unverhältnismäßig kleine Babys, so Li. Das Geburtsgewicht eines neugeborenen Eisbären beträgt weniger als 1:400, also weniger als ein halbes Prozent der Körpermasse der Mutter. Bei der überwiegenden Mehrheit der Säugetierbabys, einschließlich der Menschen, liegt der Durchschnitt eher bei 1:26.
Eine jahrzehntealte Idee bringt das niedrige Geburtsgewicht bei Bären mit der Tatsache in Verbindung, dass sich bei einigen Arten die Schwangerschaft mit dem Winterschlaf überschneidet. Schwangere Bärenweibchen essen und trinken in dieser Zeit nichts und verlassen sich hauptsächlich auf ihre Fettreserven, um zu überleben, bauen aber auch Muskeln ab, um den Fötus mit Proteinen zu versorgen.
Die Überlegung ist, dass die Weibchen es sich aus energetischen Gründen nur eine bestimmte Zeit lang leisten können, ihre Babys auf diese Weise zu ernähren, bevor dieser Gewebeabbau ihre Gesundheit bedroht. Indem sie die Schwangerschaft abkürzen und kleine, unreife Babys zur Welt bringen, würden die Bären einen größeren Teil ihres Wachstums außerhalb der Gebärmutter verlagern, wo die Babys von der fettreichen Milch ihrer Mutter leben können, anstatt ihre Muskeln zu erschöpfen.
Die Befürworter dieser Theorie räumen ein, dass nicht alle Bären – einschließlich der Pandas – im Winterschlaf sind. Aber die Idee ist, dass ein geringes Geburtsgewicht im Stammbaum der Bären verankert ist und verhindert, dass sich bei nicht überwinternden Verwandten auch größere Babys entwickeln.
„Das ist sicherlich eine verlockende Hypothese“, sagte Smith.
Aber die Forschung des Duke-Teams zeigt, dass dieses Szenario unwahrscheinlich ist. Die Forscher fanden keine signifikanten Unterschiede im Knochenwachstum zwischen Bären, die Winterschlaf halten, und ihren Artgenossen, die das ganze Jahr über aktiv sind und während der Schwangerschaft nicht fasten.
Trotz ihrer geringen Größe fanden die Forscher heraus, dass die meisten Bärenskelette bei der Geburt genauso reif sind wie die ihrer nahen Verwandten.
Der Pandabär ist die einzige Ausnahme von dieser Regel, wie die Ergebnisse zeigen. Selbst bei einem ausgewachsenen Panda-Baby sehen die Knochen ähnlich aus wie bei einem Beagle-Welpen, der einige Wochen zu früh geboren wurde.
„Das wäre wie bei einem 28-wöchigen menschlichen Fötus“ zu Beginn des dritten Trimesters, sagte Smith.
Andere Faktoren könnten die Panda-Babys im Laufe der Zeit zu kleineren Größen getrieben haben – einige Forscher machen dafür ihre ausschließlich auf Bambus basierende Ernährung verantwortlich – aber es gibt nur wenige Daten, sagte Li. Die Forscher sagen, dass das embryonale Aussehen des Pandabären wahrscheinlich mit einer Eigenart der Panda-Schwangerschaft zu tun hat.
Alle Bären erleben eine sogenannte „verzögerte Einnistung“. Nach der Befruchtung der Eizelle befindet sich der künftige Fötus mehrere Monate lang in einem Schwebezustand, bevor er sich in die Gebärmutterwand einnistet, um seine Entwicklung fortzusetzen und sich auf die Geburt vorzubereiten.
Doch während andere Bären nach der Einnistung zwei Monate lang trächtig sind, dauert es bei den Großen Pandas nur einen Monat.
„Sie sind im Grunde genommen unterentwickelt“, sagt Li, der jetzt an der Universität von Chicago promoviert.
Die Forscher sagen, dass sie in dieser Studie nur die Skelette untersucht haben, und es könnte sein, dass andere Organe wie das Gehirn eine andere Geschichte erzählen. Die neue Studie deutet jedoch darauf hin, dass Panda-Babys denselben Weg einschlagen wie andere Säugetierverwandte – ihre Knochen reifen in der gleichen Reihenfolge und mit ähnlicher Geschwindigkeit – aber mit einem verkürzten Zeitplan.
„Die Entwicklung ist einfach verkürzt“, sagte Smith.
Wissenschaftler sind immer noch auf der Suche nach einer vollständigen Erklärung dafür, warum und wie sich das besondere Größenunterschied des Pandas im Laufe der geologischen Zeit entwickelt hat.
„Wir brauchen wirklich mehr Informationen über ihre Ökologie und ihre Fortpflanzung in freier Wildbahn“, sagte Smith, und angesichts des Risikos, dass sie aussterben, haben wir vielleicht nicht mehr viel Zeit. Aber diese Studie bringt sie der Antwort einen Schritt näher.
Diese Forschung wurde von einem Shared Material Instrumentation Facility Undergraduate User Program Stipendium, dem Duke Department of Biology und dem Undergraduate Research Office in Duke unterstützt.
ZITAT: „Comparative Skeletal Anatomy of Neonatal Ursids and the Extreme Altriciality of the Giant Panda“, Peishu Li und Kathleen K. Smith. Journal of Anatomy, Dec. 2, 2019. DOI: 10.1111/joa.13127
