D5 Flugrespirometrie

Thema

Die offene Respirometrie im ornithologischen Windkanal ermöglicht die direkte Messung der Stoffwechselleistung eines Vogels während des Fluges, anstatt sie nur indirekt zu ermitteln. Der Vogel fliegt unter kontrollierten Bedingungen im Windkanal, während die Geräte kontinuierlich seinen Sauerstoffverbrauch und seine Kohlendioxidproduktion in jedem Flugmoment messen.

Aus den während des Fluges gemessenen Werten liefert die offene Respirometrie zwei unterschiedliche Ergebnisse: die gesamte Stoffwechselleistung, die der Vogel für den Flug aufwendet, und das Energiesubstrat, das er in diesem Moment nutzt – Fett, Kohlenhydrate oder Proteine. Letzteres wird durch Berechnung des respiratorischen Quotienten anhand des Verhältnisses von verbrauchtem Sauerstoff zu produziertem Kohlendioxid bestimmt.

Durch den Vergleich der gemessenen Stoffwechselleistungskurve in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit mit der Kurve, die vom theoretischen Modell des Vogels vorhergesagt wird, ermöglicht die offene Respirometrie die Kalibrierung artspezifischer Parameter, die für dieses Modell erforderlich sind. Dazu gehören beispielsweise die mechanische Effizienz, mit der die Muskulatur Stoffwechselenergie in nutzbare Flugleistung umwandelt, oder der Luftwiderstandsbeiwert des Vogelkörpers. Diese Werte variieren von Art zu Art und können ohne eine direkte Messung wie diese nicht im Voraus bestimmt werden.

Derselbe Vergleich ermöglicht die Erkennung von Anomalien beim untersuchten Vogel: Ist die gemessene Stoffwechselleistung höher als die vom theoretischen Modell für diese Fluggeschwindigkeit vorhergesagte, deutet dies darauf hin, dass der Vogel mehr Stoffwechselenergie verbraucht, als für die gleiche nutzbare Flugleistung erforderlich wäre. Dieses Signal ist sowohl mit einer Schädigung der Brustmuskulatur als auch mit einer Ineffizienz des Sehnensystems vereinbar, das die elastische Energie nicht mehr wie eine gesunde Sehne an den Muskel zurückgibt.

Dieselbe offene Respirometrie erfasst eine zweite Anomalie über den respiratorischen Quotienten: Solange der Vogel nur Fett verbrennt, bleibt der respiratorische Quotient nahe an seinem charakteristischen Wert für diese Fettphase. Weicht der respiratorische Quotient jedoch auf Werte zwischen 0,8 und 0,9 ab, deutet dies darauf hin, dass der Vogel auch begonnen hat, Protein zu verbrennen. Dies markiert den Beginn des Proteinkatabolismus und den Übergang in die gemischte Phase seiner Energiereserven.

Neben der Kalibrierung des Simulators und der Erkennung von Anomalien erfüllt die offene Flussrespirometrie im Windkanal eine weitere Funktion: Sie ermöglicht die Kalibrierung der Herztelemetrie als Feldinstrument. Bevor ein Herzfrequenzmesser an einem Vogel in freier Wildbahn angebracht wird, muss im Windkanal und parallel dazu mittels offener Flussrespirometrie, die die tatsächliche Stoffwechselleistung misst, der Zusammenhang zwischen der Herzfrequenz und der Stoffwechselleistung des Vogels ermittelt werden. Erst wenn dieser Zusammenhang im Windkanal hergestellt ist, kann die im Feld gemessene Herzfrequenz als indirekter und nicht-invasiver Indikator für die Stoffwechselleistung verwendet werden, die der Vogel während eines Fluges verbraucht.

ID:4225