Ökologie - Biologie für die Oberstufe

16
2 Abiotische Umweltfaktoren – ihr Einfluss auf das Leben
Grundprinzipien tierischer Form und Funktion
Körpertemperatur (°C)
40
30
20
10
0 10 20 30 40
Umgebungstemperatur (°C)
Ein Tier wird im Hinblick auf einen bestimmten
Umweltparameter als Konformer bezeichnet, wenn es
erlaubt, dass sich sein inneres Milieu an die Verände-
rung des externen Parameters anpasst. Der Forellen-
barsch in Abbildung 40.7 passt sich beispielsweise an
die Temperatur des Wassers in dem See an, in dem er
lebt. Wenn sich das Wasser erwärmt oder abkühlt, er-
wärmen sich auch die Zellen des Barsches oder sie
kühlen ab. Einige Tiere passen sich an konstantere Um-
weltbedingungen an. Beispielsweise adaptieren viele
marine Wirbellose, wie die Seespinne Libinia , die Zu-
sammensetzung ihrer extrazellulären Körperüssig-
keiten an die relativ stabile Salinität ihres ozeanischen
Lebensraums.
Fischotter (endotherm)
Forellenbarsch
(ektotherm)
Abbildung 40.7: Beziehung zwischen Körpertemperatur und
Umgebungstemperatur Abbildung 2.7: Beziehung bei einem wasserlebenden zwischen KörpertempeTemperaturreguliererratur
und und Umgebungstemperatur einem wasserlebenden Temperaturkonformer.
bei einem wasser-
Der Fischotter reguliert seine Körpertemperatur und hält sie über einen
lebenden endothermen Tier und einem wasserleben-
weiten Bereich von Umgebungstemperaturen konstant. Der Forellenbarschden
ektothermen passt hingegen sein Tier. inneres Milieu der Wassertemperatur an.
MErKE!
Gesetzmäßigkeiten
der Thermodynamik
Reine Regulierer oder Konformer sind in der Natur
eher selten anzutreen. Es kann sein, dass ein Tier
einige innere Zustände reguliert, während es anderen
erlaubt, mit den Umweltbedingungen zu schwanken.
Auch wenn sich der Barsch zum Beispiel an die Temperatur
Energie des ihn kann umgebenden zwar übertragen Wassers anpasst, und unterumgescheidetwandelt, sich die nicht Salzkonzentration aber erzeugt in oder seinem vernich- Blut
und tet in seiner werden. interstitiellen Im Verlauf Flüssigkeit jeder deutlich Energieüber- von
der tragung Salzkonzentration geht ein des Teil Süßwassers, der Energie in dem als er Wärme lebt.
Zu diesem verloren Unterschied und ist kommt für Arbeitsprozesse es, weil seine Anato- nicht
mie mehr und Physiologie verfügbar. dem Darüber Fisch ermöglichen, hinaus wird innere Wärme
Veränderungen immer von der einem Salzkonzentration wärmeren Objekt zu regulieren auf ein
(mehr kälteres über die übertragen Mechanismen und dieser niemals Regulation umgekehrt: siehe
Kapitel Das 45). heiße Wasser im Wasserkocher kühlt
sich langsam ab und erwärmt dabei die um-
1164 gebende raumluft, niemals kühlt sich der
raum ab und erwärmt dabei das Wasser im
Wasserkocher …
40.2.2 thermes Homöostase Tier mit weniger als zehn Prozent der Nahrungsenergie auskommen,
die ein endothermes Tier vergleichbarer Größe benötigt –
Die konstante Körpertemperatur des Fisch otters und
ein Vorteil, wenn Nahrungsquellen knapp sind. Ektotherme können
die stabile Zusammensetzung der extrazellulären Kör-
zudem im Allgemeinen starke Schwankungen ihrer Körpertemperatur
perüssigkeiten in einem Süßwasserbarsch sind Beispiele
tolerieren. für Homöostase Insgesamt , ein gesehen Begri, der ist so Ektothermie viel wie in den meisten Lebens-
dynamisches räumen eine Gleichgewicht effiziente („st und eady erfolgreiche state“) bedeutet. Strategie; das zeigt sich auch
Durch in der die Fülle, Homöostase Artenvielfalt halten Tiere und selbst dem dann großen ein Verbreitungsgebiet ektother-
relativ mer konstantes Tiere. Ein inneres populäres Milieu aufrecht, Missverständnis wenn sich in diesem Zusammenhang
die ist, Bedingungen dass Ektotherme in der Außenwelt „kaltblütig“ stark verändern. und Endotherme „warmblütig“ sind.
Ektotherme Wie viele Tiere besitzen haben auch nicht wir Menschen unbedingt Mechaeine
niedrige Körpertemperatur.
nismen der Homöostase, die eine ganze Reihe physika-
Tatsächlich weisen viele Eidechsen, wenn sie in der Sonne baden, eine
lischer und chemischer Parameter regulieren. So hält
höhere Körpertemperatur als Säuger auf. Auch bei Pferden bezeichnen
der menschliche Körper beispielsweise eine recht kon-
diese Begriffe lediglich den „Charakter“ bestimmter Pferderassen (synstante
Kerntemperatur von rund 37 °C aufrecht, und
die onym Schwankungsbreite mit temperamentvoll des pH-Wertes von und 7,4 genügsam) im Blut und ausdrücklich nicht die
und Körpertemperatur in der interstitiellen Flüssigkeit dieser endothermen beträgt nur 0,1 Tiere. Daher sind die Bezeich-
pH-Einheiten. nungen kaltblütig Der Körper reguliert und warmblütig auch die Glucose- irreführend und werden in der Biokonzentrationlogie
nicht im mehr Blut, so verwendet.
dass sie nicht für eine län-
gere Zeit von rund 5 mmol/l abweicht.
Mechanismen 2.1.2 Wärmeabgabe der Homöostase und Wärmeaufnahme –
Bevor wir uns zwei näher mit faktoren der Homöostase im bei Tieren gleichgewicht
-
beschäftigen, wollen wir uns ein Beispiel aus der Tech-
nik Nach ansehen: den die Gesetzen Regulierung der der Thermodynamik Raumtemperatur gilt auch in der Biologie, dass
( Wärme Abbildung stets 40.8). von Angenommen, einem wärmeren wir wollten auf ein ein kälteres Objekt übertragen
Zimmer wird. bei Voraussetzung einer Temperatur für von Thermoregulation 20 °C halten, einer ist daher die Fähigkeit des
angenehmen Tieres, den Temperatur Wärmeaustausch für normale Aktivitäten. mit der Wir Umgebung zu kontrollieren. Der
stellen Schlüssel ein Messgerät zur Thermoregulation – den Thermostat – auf 20 liegt somit °C ein darin, Wärmeabgabe und
und Wärmeaufnahme überwachen die Raumtemperatur im Gleichgewicht mit einem Ther- zu halten. Tiere tun dies mittels
mometer im Thermostat. Wenn die Raumtemperatur
Mechanismen, die entweder den Wärmeaustausch insgesamt verrin-
unter 20 °C sinkt, reagiert der Thermostat, indem er die
gern oder den Wärmeaustausch in eine bestimmte Richtung begüns-
Heizung anstellt. Die Heizung produziert so lange Wärme,tigen.
bis die Raumtemperatur 20 °C erreicht, woraufhin
der Thermostat Vor allem die endotherme Heizung abschaltet. Lebewesen Sobald die sind auf Mechanismen angewie-
Temperatur sen, die den im Raum Wärmeaustausch erneut unter 20 °C mit fällt, der setzt Umgebung der regulieren, da sie eine
Thermostat bestimmte einen Körpertemperatur weiteren Heizzyklus in Gang. aufrechterhalten müssen. Im Folgenden
werden Wie ein Heizungssystem einige Strategien für ein Haus, vorgestellt, erreicht eindie
alle dem Zweck dienen, Wär-
Tier meaufnahme Homöostase, indem und es Wärmeabgabe eine Variable wie Körper- im Gleichgewicht zu halten.
temperatur oder die Zusammensetzung der extrazellu-
Wärmeisolierung Eine wichtige thermoregulatorische Anpassung
lären Körperüssigkeiten auf oder nahe bei einem be-
bei Säugern und Vögeln ist die Wärmeisolierung. Diese verringert den
stimmten Wert hält, dem Sollwert . Abweichungen der
Wärmeaustausch zwischen einem Tier und seiner Umwelt. Das Funk-
Variablen vom Sollwert, sei es nach oben oder nach unten,tionsprinzip
dienen als Reiz entspricht . Ein Rezeptor dem oder einer Sensor Thermoskanne nimmt oder eines Wärme-
den dämmsystems Reiz wahr und löst an eine einem Reaktion Gebäude aus, eine – eine physi- schlecht wärmeleitende Subologischestanz,
wie Aktivität, zum die Beispiel dazu beiträgt, Styropor, die Variable verhindert zum die Wärmeabgabe an die
Sollwert Umwelt zurückzuführen. und isoliert Im auf Beispiel diese mit Weise dem Hei- das warme Innenleben gegenüber
zungssystem der kalten wirkt Umgebung. ein Absinken Gute der Raumtemperatur „biologische“ Wärmeisolatoren sind Haare,
unter den Sollwert als Reiz, das Thermometer fungiert
Federn und Fettschichten.
als Messfühler (Sensor), und die Heizung als ausführen-
Landlebende Säuger und Vögel reagieren auf Kälte, indem sie ihr
des Organ liefert die gewünschte Reaktion.
Fell beziehungsweise ihr Gefieder sträuben. Dadurch können sie ein
dickeres Luftpolster festhalten und, da Luft ein schlechter Wärmeleiter
ist, somit die isolierende Wirkung ihres Fells oder ihres Gefieders verstärken.
Wasser hingegen verringert die Fähigkeit von Fell und Federn
zur Wärmeisolierung. Daher produzieren einige Tierarten fetthaltige,