Wieso erfrieren Vögeln im Winter nicht die Füße?

Jeder kennt den winterlichen Anblick hungriger Singvögel im heimischen Garten oder benachbarten Park. Wie kleine Federbälle hüpfen Rotkehlchen, Meise und Amsel umher oder sitzen dick aufgeplustert gegen die Kälte auf einem Zweig. Doch beim Anblick ihrer Beine und Füße packt einen zuweilen das blanke Entsetzen: Auf dürren, ungefiederten und fast nur aus Knochen bestehenden Stelzen stakst das Federvieh über die vereiste Unterlage.

Von einer isolierenden Fettschicht kann nicht die Rede sein, aber die Extremitäten bleiben auch bei tiefen Temperaturen beweglich, das heißt sie werden durchblutet. Aber müsste das durch die Füße zirkulierende Blut nicht enorm viel Wärme bei seinem Mäandern durch die knochigen Zehen an die kalte Umgebung abgeben? Und würde es dann nicht als vogelinternes Kältemittel in den kleinen Körper zurückströmen und ihn lebensbedrohlich auskühlen?

Dass Spatz und Co im Winter nicht reihenweise durch eine solche Kühlkette vom Ast kippen, liegt an einer speziellen Struktur der Blutgefäße in ihren Extremitäten. Aus dem Körper in die Beine verlaufende Arterien bilden mit den aus den Füßen aufsteigenden Venen einen Gegenstromwärmeaustauscher. Dafür ist ein enger Kontakt zwischen beiden Blutgefäßen notwendig: Querschnitte durch ein Vogelbein zeigen dementsprechend auch Arterien, die von dünnwandigen, vielfach verzweigten Venen fast vollständig bedeckt sind.

Das Blut in diesem Venengeflecht übernimmt einen großen Teil der Wärme des absteigenden arteriellen Blutes - es wird sozusagen vorgewärmt, bevor es in den empfindlichen Körperkern zurückfließt. Im Gegenzug kühlt sich die Arterie deutlich ab, und ihr Blut erreicht die Füße vorgekühlt. Dementsprechend hat das sauerstoffreiche Blut auch nicht mehr viel Wärme an die kalte Außenluft abzugeben, bevor es nach getaner Versorgungsarbeit in den Venen gen Herz zurückströmt - und durch die Arterie erneut aufgewärmt wird. Das System ist hocheffektiv: Eine Möwe, die man versuchsweise für zwei Stunden in Eiswasser gestellt hatte, verlor nur 1,5 Prozent ihrer metabolischen Wärmeproduktion über die Füße.

Ein ganz ähnliches Prinzip ist übrigens auch in den dünnen, nicht fettisolierten Flossen von Walen und Robben verwirklicht, die durch kalte Meere pflügen und nicht zu viel Wärme an das umgebende Nass verlieren dürfen. Selbst Seekühe haben Wärmeaustauscher in den Extremitäten. Zwar dümpeln die Tiere in warmen, tropischen Gewässern, doch der seekuhinterne Stoffumsatz ist generell so gering, dass schon geringes Auskühlen zu bedrohlichen Kreislaufproblemen führen kann. Sogar in unseren Beinen beeinflusst das Wetter den Blutfluss: Bei hohen Temperaturen fließt das meiste Blut in Venen nahe der Hautoberfläche zurück - Wärmesparen ist unnötig. Bei Kälte hingegen sucht sich der zurückfließende rote Körpersaft seinen Weg durch tief im Bein gelegene Venen und tauscht Wärme mit den Hauptarterien aus.

Allerdings bringt Kälte nicht nur das Problem des Wärmesparens mit sich, sondern auch die Gefahr des Erfrierens allzu abgekühlter Körperanhänge. Und somit hat der Wärmeaustausch - gerade in den dünnen Vogelbeinen - auch seine Grenzen. Sinken die Temperaturen unter den Gefrierpunkt, dürfen die Füße nicht mehr mit stark abgekühltem Blut versorgt werden, sonst könnten Erfrierungen auftreten, die das Gewebe unwiderruflich zerstören.

Problematisch ist zusätzlich, dass sich der Wärmeverlust unter null Grad Celsius proportional zum Temperaturabfall erhöht. Es muss also zusätzlich Wärme produziert werden, um gleichzeitig den Körper auf Betriebstemperatur zu halten und keine Eisfüße zu bekommen. Viele Vögel bewerkstelligen dies über einen Mechanismus, der auch uns von eisigen Erlebnissen her bekannt ist: Sie erhöhen die Stoffwechselaktivität, indem sie zittern - meist mit ihrer kräftigen Brust- beziehungsweise Flugmuskulatur - und halten sich und ihre Füße dadurch warm.