Brasilianische Rinder als Modelle für Hitzetoleranz im Dienste der Wissenschaft

Südamerikanische und Mecklenburger Biologen und Veterinärmediziner untersuchen gemeinsam die Auswirkungen von Hitzestress bei Rindern.

Nicht nur die internationale Sportwelt trifft sich zu den Olympischen Spielen in Brasilien. Auch Wissenschaftler schwitzen und forschen dort für Ergebnisse und Höchstleistungen in der Nutztierbiologie. Seit 2015 arbeiten Dummerstorfer Biologen unter Leitung von Dr. Ralf Pöhland vom Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) an einem großen Hitzestressprojekt mit Brasilien.

Aktuell werden die Messungen eines längeren Aufenthaltes in Brasilien zusammen mit einer brasilianischen Doktorandin im FBN-Institut für Fortpflanzungsbiologie ausgewertet. Das Forschungsvorhaben läuft noch bis 2018. Es werden nachhaltige Strategien gesucht, um die Haltungsbedingungen und Leistungsparameter von Rindern im Zuge des Klimawandels zu verbessern.

Der Titel des Projektes lautet Studies on the effect of increased environmental temperatures (heat stress) on reproductive physiological parameters of female cattle, was so viel wie Untersuchungen über die Auswirkungen von erhöhten Umgebungstemperaturen (Hitzestress) auf die fortpflanzungsphysiologischen Parameter des weiblichen Rindes bedeutet. Das Projekt wird in Brasilien federführend von Professorin Fabiana de Andrade Melo Sterza von der Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS) und in Deutschland von Dr. Ralf Pöhland vom FBN Dummerstorf bearbeitet. Über die Brasilianische Forschungsgesellschaft CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), vergleichbar mit der Deutschen Forschungsgemeinsaft DFG, wird das Projekt mit einer Laufzeit von drei Jahren finanziert.

Extreme klimatische Verhältnisse in Brasilien
Tiere leiden wie Menschen unter Hitze. Ähnlich wie Menschen atmen und schwitzen Kühe stärker und nehmen mehr Wasser auf als bei ihrer Wohlfühltemperatur. Diese liegt bei deutschen Milchrindern bei etwa 4 bis 15 Grad Celsius. Bereits ab ca. 20 Grad müssen die Tiere zusätzliche Energie aufwenden, um ihre Körpertemperatur zu regulieren. Schon seit einigen Jahren forschen Wissenschaftler in Dummerstorf an den Folgen zunehmender Hitzeperioden auf den Stoffwechsel und die Fruchtbarkeit von Milchkühen.

Tropische Rassen sind durch die langjährige Zucht eher an höhere Temperaturen angepasst, dennoch verzeichnen die Landwirte in wärmeren Regionen ähnliche Probleme wie im kühleren Europa. Der Hitzestress wirkt sich beispielsweise auf die Leistung milchgebender Kühe aus, durch weniger Milchinhaltsstoffe und eine verringerte Milchabgabe. Bei hohen Temperaturen nehmen Kühe auch weniger Futter auf, um eine weiteres Aufheizen ihrer ohnehin gestiegenen Körpertemperatur zu verhindern.

Im Vergleich zu Studien in Europa sind die standortangepassten Tiere von Vorteil, die uns in unterschiedlichen Rassen und Nutzungsarten unter extremen klimatischen Verhältnissen zur Verfügung stehen, so Dr. Ralf Pöhland. Wir untersuchen in Brasilien bei drei Rassen unter unterschiedlichen Haltungsbedingungen, wie sich die südamerikanische Hitze auf das Wohlbefinden und die Leistung der Rinder auswirkt, erläuterte der Biologe.

Das weiße Fleischrind Nelore, das ursprünglich vom indischen Zebu abstammt, ist unser Hauptmodell, das recht gut an das heiße Klima angepasst ist. Des Weiteren spielen die Girolandos eine Rolle, die als Michrinder hauptsächlich im klimatisch angenehmeren Südbrasilien gehalten werden und im wärmeren Pantanal sicher mehr Probleme haben. Die dritte Rasse sind die vom Aussterben bedrohten fast wilden Pantaneiros, die auch, anders als Nelore gemolken werden können, und auch hohe Temperaturen und Luftfeuchte gewohnt sind.

Die Einflüsse von Standortbedingungen, wie beispielsweise die Haltung auf einer offenen Weide im Pantanal oder im Schatten zwischen Baumreihen, fließen ebenfalls in die Untersuchungen ein. Die Tiere werden im tropischen Sommer, der Regenzeit mit höchster Luftfeuchtigkeit und Temperatur, jeweils über fünf Monate beobachtet und beprobt. Die Regenzeit in Brasilien geht von November bis Ende März. Aufgrund der verschiedenen genetischen Voraussetzungen und Haltungsbedingungen könnten auch die Anpassungsstrategien an die klimatischen Bedingungen variieren, die es zu erforschen gilt.

Unser Ziel ist es, durch die Analyse der Anpassungsstrategien der Rinder in Brasilien und Deutschland sogenannte Marker, also konkrete leicht messbare Merkmale zu identifizieren, um in der zunehmenden Klimabelastung entsprechende Lösungsansätze in der Zucht umzusetzen, sagte Pöhland. Das ist zum einen für unsere hochleistenden Milchkühe, die im deutschen Sommer oft unter Hitzestress leiden, und zum anderen für die Verbesserung der Nutztierhaltung in südlichen Ländern auch unter dem Aspekt des Klimawandels von Bedeutung.

Unterstützung aus Brasilien
Die erste Versuchsperiode in Brasilien ist gerade abgeschlossen. Zusammen mit der brasilianischen Doktorandin Mirela Brochado Souza Cáceres, die aktuell für ein Jahr am FBN Dummerstorf weilt, sollen die zellphysiologischen und molekularbiologischen Proben ausgewertet werden. Erste Ergebnisse zeigen bereits, dass es einen deutlichen positiven Einfluss bezüglich des Wachstums und der Fortpflanzung durch das Mikroklima einer waldnahen Haltung in Brasilien mit weitaus niedrigerem THI-Faktor gibt, zog der Dummerstorfer Wissenschaftler ein erstes Fazit. Für das Klima ist die Luftfeuchtigkeit entscheidend, deshalb ist vor allem der Temperature-Humidity index (THI) von Relevanz, der die Temperaturwerte und die Luftfeuchtigkeit verbindet.

In der nächsten Regenzeit Anfang kommenden Jahres werden wir die bisher nur mit Nelore durchgeführten Experimente zusätzlich mit Girolando- und Pantaneiro-Kühen durchführen, um einen Vergleich der drei brasilianischen Rinderrassen zu bekommen. Im Jahr 2018 sollen die Untersuchungen abgeschlossen und die Ergebnisse veröffentlicht werden.

Die Leibniz-Gemeinschaft verbindet 88 selbständige Forschungseinrichtungen. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 18.100 Personen, darunter 9.200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,6 Milliarden Euro.

Das Forschungsgebiet Aquidauana liegt etwa 150 km von der Hauptstadt des Bundesstaates Mato Grosso do Sul, Campo Grande, in Richtung Westen im Dreiländereck Brasilien, Bolivien, Paraguay. In der heißen südwestlichen Region werden naturbedingt vor allem Fleischrinder gehalten. Hier leben aber auch die letzten Pantaneiro-Rinder. Die Wissenschaftler bemühen sich, diese seltene Rasse zu erhalten und ihre spezielle Anpassung an das Pantanal zu erforschen.

Gemeinsam mit Doktorandin Mirela Brochado Souza Cáceres aus Brasilien wertet Projektleiter Dr. Ralf Pöhland jetzt in Dummerstorf die Proben aus der ersten großen Untersuchungsserie an Nelore-Rindern aus. Hier weist der Biologe die Doktorandin aus Brasilien in die komplexe Arbeitsweise des Laserscanningmikroskops ein.

Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN)
Wilhelm-Stahl-Allee 2, 18196 Dummerstorf
Institut für Fortpflanzungsbiologie
Projektleiter Dr. Ralf Pöhland
T +49 38208-68 761
E poehland@fbn-dummerstorf.de

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Quelle: FBN