Wechselwarme und gleichwarme Tiere im Vergleich

Eine Ausarbeitung von Philipp Hauer. Datum: 10.03.2008. Update: 07.04.2008 ©

Inhalt

  1. Einleitung: Wenn Temperatur die Herzfrequenz bestimmt...
  2. Wechselwarme Tiere
    1. Beschreibung und Eigenschaften
    2. Vor- und Nachteile
  3. Gleichwarme Tiere
    1. Beschreibung und Eigenschaften
    2. Winterschlaf
    3. Vor- und Nachteile
  4. Temperatur-Toleranzkurven
  5. Zusammenfassung
  6. Weblinks
  7. Quellen

Einleitung: Wenn Temperatur die Herzfrequenz bestimmt...

Bei dem Hamster und dem Frosch wurden unter Laborbedingungen bei wechselnden Umgebungstemperaturen folgende Herzfrequenzen gemessen:

Herzfrequenz in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bei der HausmausHerzfrequenz in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bei der Erdkröte

Der gleichwarme Hamster

Die Herzfrequenz des Hamsters ist bei 5°C am höchsten, da hier der Körper Wärme produzieren muss, um nicht zu erfrieren. Der Kreislauf arbeitet schneller und Temperaturregulierungsprozesse setzen ein (Muskelzittern etc.). Nähert sich aber die Umgebungstemperatur der Körpertemperatur (~ 36°C) an, so sind diese Regulationsprozesse nicht mehr von Nöten und das Herz schlägt langsamer. In der Zusammenschau bleibt die Herzfrequenz jedoch in einem konstanten Bereich von 600 - 650 Herzschläge pro Minute.

Der wechselwarme Frosch

Bei dem Frosch steigt die Herzfrequenz mit der Umgebungstemperatur exponentiell. Der Grund dafür ist, dass - wie bei wechselwarmen Tieren üblich - die Außentemperatur die physiologischen Abläufe maßgeblich bestimmt. Es besteht eine Abhängigkeit, da keine eigenen Regulationsprozesse vorhanden sind.

Dabei läuft der Zusammenhang Herzschlag-Temperatur nach der RGT-Regel ab: je kälter, umso träger; je wärmer umso agiler. Dabei gilt: steigt die Temperatur um 10 °C, so wird das Tier zwei- bis dreimal agiler. Daher entsteht eine Kurve und keine Gerade.

Der Hamster besitzt nicht nur Aufwärm- sondern auch Abkühlungsprozesse, was bei dem Frosch nicht der Fall ist: Dort steigt der Herzschlag immer weiter - selbst bei ungesunden 40 °C.

Fazit

Der gleichwarme Hamster ist vom Umweltfaktor Temperatur unabhängiger als der wechselwarme Frosch.

Wechselwarme Tiere (poikilotherm)

Wechselwarm/poikilotherm: Reptilien (© Peter A/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Peter A/Pixelio
Wechselwarm/poikilotherm: Insekten (Schmetterling) (© Frank Hollenbach/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Frank Hollenbach/Pixelio
Wechselwarm/poikilotherm: Reptilien (© Karl-Heinz Schack/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Karl-Heinz Schack/Pixelio
Wechselwarm/poikilotherm: Fische (© Ferdinand Lacour/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Ferdinand Lacour/Pixelio

Wechselwarm/poikilotherm: Amphibien (Frosch) (© Sandy Mohn/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Sandy Mohn/Pixelio
Wechselwarm/poikilotherm: Insekten (Spinne) (© stormfire/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© stormfire/Pixelio
Wechselwarm/poikilotherm: Schlangen (© Nadja/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Nadja/Pixelio

Wechselwarm sind alle Tiere, die keine konstante und regulierte Körpertemperatur aufweisen, sondern eine, die sich mit der Umgebungstemperatur ändert und dieser nahezu entspricht. Steigt die Umgebungstemperatur so steigt die Körpertemperatur und damit auch die Bluttemperatur und physiologischen Aktivitäten des Körpers: Das Tier wird agiler. Sinkt die Temperatur, wird das Tier zusehens träger. Dabei gilt die RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel): Innerhalb eines Toleranzbereiches beobachtet man, dass bei einer Temperatursteigerung um 10 °C sich die Lebensprozesse um das zwei- bis dreifache beschleunigen. Schlägt die Temperatur ins Extreme aus, d. h. wird der Temperatur-Toleranzbereich zu einer Seite überschritten, so kann das zum Kältetod bzw. Hitzetod führen.

Im Winter verfallen die wechselwarmen Tiere in die reversible Kältestarre. Das passiert wenn die Körpertemperatur unter einen kritischen Wert fällt. Das Tier sucht dann zum überwintern einen möglichst frostsicheren Ort (Schlamm, Erde) auf. Steigt die Temperatur, erwachen sie wieder.

Temperaturregulierung ist nur durch Verhalten möglich, da spezielle physiologische Mechanismen dazu fehlen:

  • Reptilien nutzen gezielt sonnige (Körpertemperatursteigerung) und schattige (Körpertemperatursenkung) Plätze (z. B.: Steine oder Erdlöcher).
  • Bestimmte Schlangenarten verdichten sich zu Knäulen und wärmen sich so gegenseitig.
  • Staatenbildene Insekten nutzen im Bau zur Wärmeerzeugung kollektives Muskelzittern oder nur Kühlung das Schlagen mit den Flügeln.

Es zeigt sich, dass wechselwarme Tiere stark von Klima ihres Ökosystems abhängig sind. Besonders optimal sind die Bedingungen in den Tropen, da dort ganzjährig ähnliche Verhältnisse sind, was sich in dem hohen Vorkommen und Vielfalt der Insekten und Reptilien und dem großen Wuchs der Tiere dort (Krokodile, Riesenkäfer, Riesenschlangen) äußert. In gemäßigten Breiten hingegen sind poikolotherme Tiere den großen tags- und jährlichen Schwankungen unterworfen und damit in ihrem aktiven Leben limitiert. In Polargebieten kommen sie hingegen gar nicht vor.

Wechselwarm: Vor- und Nachteile

Vorteile Nachteile
  • weniger Energieaufnahme, da geringer Energieverbrauch
    • -> Tiere nur bei idealen Temperaturen aktiv
  • keine Nahrungssuche im Winter
  • keine Reserven nötig
  • inaktiv bei Kälte
  • nur Gebiete mit günstigen Temperaturverhältnisse bewohnbar
  • leichte Beute bei ungünstigen Temperaturen
nach [3]

Gleichwarme Tiere (homoiotherm)

Gleichwarm/homoiotherm: Säugetiere (Igel) (© juergensauer/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© juergensauer/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Vögel (© tokamuwi/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© tokamuwi/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Säugetiere, Primaten (Gorilla) (© Hisildi/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Hisildi/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Säugetiere, Primaten (Affe) (© Holger Hans/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Holger Hans/Pixelio

Gleichwarm/homoiotherm: Meeressäuger (Delphin) (© Hans Georg Staudt/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Hans Georg Staudt/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Meeressäuger (Robbe) (© Campione/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© Campione/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Säuger (Nagetiere) (© hagir25/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© hagir25/Pixelio
Gleichwarm/homoiotherm: Säugetiere (Schaf) (© independend-c/<a href="http://www.pixelio.de/" target="_blank">Pixelio</a>)
© independend-c/Pixelio

Auf der anderen Seite können alle gleichwarme Tiere ihre Körpertemperatur selbst regulieren, was sie in ihren Aktivitäten weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur macht. Ihre Körpertemperatur wird durch Temperaturregulierungsprozesse und -vorkehrungen (besonders Stoffwechselprozesse) konstant zwischen 36 °C und 41 °C gehalten.

Mechanismen zur Regulierung des Temperatur sind beispielsweise:

  • Erhöhung der Transpiration zur Abkühlung des Körpers (Schwitzen des Menschen, Hecheln des Hundes).
  • Wärmeisolierung: Federn und Daunen bei Vögeln, Fell bei Säugetieren, Fettschicht bei Walen und Robben.
  • Wärmeproduktion durch Erhöhung der Muskelspannung und Muskelzittern, sowie durch Steigerung der biologischen Oxidation in den Zellen der inneren Organe.
  • Wärmesparung bzw. -abfuhrt durch Kontraktion bzw. Relaxation der Blutgefäße.

Dies führt allerdings zu einem hohen Energie- und damit Nahrungsbedarf. Daher ist ein ausreichendes Nahrungsvorkommen Voraussetzung für die Aktivitäten des Tieres besonders in den kalten Jahreszeiten.

Da aber gerade im Winter weniger Nahrung zu finden ist, sind sie gezwungen, in wärmere Gebiete zu fliegen (Vögel) oder in den Winterschlaf bzw. die Winterruhe zu verfallen. Beim Winterschlaf fällt die Körpertemperatur auf 5 °C und die Lebensfunktionen (Herzschlag, Atmung, Blutkreislauf, Blutzuckergehalt) fahren sich auf ein Minimum herunter. Es wird Energie gespart. Fällt die Körpertemperatur auf einen kritischen Wert (ca. 0 °C), so wird der Stoffwechsel kurz aktiviert und die Körpertemperatur steigt kurzfristig auf den Normalwert an. Winterschläfer sind beispielsweise Murmeltiere, Hamster, Fledermäuse und Igel.

Auf der anderen Seite bleibt die Körpertemperatur bei der Winterruhe konstant, lediglich die Lebensfunktionen stehen bei diesem besonders langen und tiefen Schlaf auf Sparflamme. Die Winterruher wachen in bestimmten Abständen wieder auf, um von ihren Vorräte zu zerren. Beispiele für Winterruhe haltende Tiere sind der Bär und der Dachs.

Der Winterschlaf

Beim Winterschlaf sinkt der Energieumsatz auf ca. 10% des normalen Grundumsatzes. Somit wird enorm viel Energie gespart und das Tier kommt mit seinen vorher angefressenen Fettdepot über den Winter.

Winterschläfer Herzschläge
pro Minute
Atemzüge
pro Minute
wach schlafend wach schlafend
Murmeltier 80 5 30 0,2
Igel bis 320 bis 21 bis 50 bis 1
Ziesel bis 378 bis 5 bis 200 bis 4
Erwachen aus dem Winterschlaf (Herzschläge und Atemfrequenz) (aus [2])

Erwachen aus Winterschlaf (Beispiel Hamster (Körpertemperatur und O2-Verbrauch)
Erwachen aus dem Winterschlaf (Beispiel Hamster (Körpertemperatur und O2-Verbrauch)) (nach [2])

Doch wie merkt ein Tier, dass es Zeit für den Winterschlaf wird? Es orientiert sich an der jahreszeitlich bedingten Abnahme der Tageslänge. Daraus resultiert eine hormonelle Umstellung und die Tiere fressen sich durch erhöhte Nahrungsaufnahme eine Fettreserve an. Der Eintritt des konkreten Winterschlafes ist durch die Tageslänge und eine artspezifische kritische Außentemperatur bedingt. Das Erwachen aus selbigen gehen ebenso innere und äußere Faktoren voraus. Es beginnt mit erhöhter Atmung und intensiver Wärmeproduktion. Erreicht die Körpertemperatur den Normalwert setzt die Bewegungsaktivität ein. Das Tier ist erwacht.

Gleichwarm: Vor- und Nachteile

Vorteile Nachteile
  • Aktivität bei kälteren Temperaturen
  • auch kalte Regionen bewohnbar
  • breites Aktivitätsspektrum
  • sehr hoher Energieverbrauch
  • viele überlebensstrategien notwendig um ungünstige Zeiten zu überstehen (Zug der Vögel in warme Gebiete, Winterschlaf, Winterruhe, Wärmeisolierung etc.)
nach [3]

Temperatur-Toleranzkurven

Temperatur-Toleranzkurven/Toleranzbereich bei Gleichwarmen und Wechselwarmen Tieren
nach [1]

  • Die Toleranzbereich ("Lebensbereich") bzw. die ökologische Potenz ("Aktives Leben") ist bei gleichwarmen Tieren wesentlich größer und effektiver nutzbar.
  • Wechselwarme Tiere haben ein nur kurzes Optimum bzw. Präferendum, während gleichwarme ein sehr bereites Präferendum haben. Sie können in einem besonders größeren Bereich uneingeschränkt, unabhängig und effizient leben.
  • Generell sind gleichwarme Tiere leistungsfähiger, da die "Intensität der Lebensvorgänge" im Optimum höher ist als bei wechselwarmen Tieren - sowohl in den Spitzen als auch im Durchschnitt.
  • Wechselwarme Tiere müssen wesentlich früher und länger überwintern: Wärme- und Kältestarre setzten unerbittlich ab einem bestimmtem Punkt ein.
  • Gleichwarme Tiere können besser mit Temperatur-Extremen umgehen und unter ihnen länger überleben.

Zusammenfassung

  wechselwarme/poikilotherme Tiere gleichwarme/homoiotherme Tiere
Merkmale geringe Wärmeproduktion durch eigenen Stoffwechsel;
Körpertemperatur ändert sich mit Außentemperatur (RGT-Regel)
konstante Körpertemperatur unabhängig von Außentemperatur;
benötigen großes Nahrungsangebot für Wärmeproduktion
Temperaturregulation in geringen Maßen möglich durch Verhalten sehr gut möglich durch Temperaturregulierungsmechanismen
begrenzender Umweltfaktor Temperatur Nahrungsangebot
Verhalten im Winter Kältestarre immer aktiv, jedoch manche: Winterschlaf oder Winterruhe
Beispiele Amphibien, Fische, Kriechtiere, Insekten Säugetiere, Vögel

Weblinks

Quellen

  • [1] Wolfgang Miram, Karl-Heinz Scharf (Hrsg.): "Biologie heute SII". Schroedel Verlag GmbH (1997). Hannover
  • [2] Lutz Hafner, Eckhard Philipp (Hrsg.): "Ökologie". Schroedel Schulbuchverlag GmbH (1986), Hannover
  • [3] Dirk Brosske: "Ökologie". URL: http://www.abitur.dirk-brosske.de/biologie_oekosysteme.html#Temperatur [Stand: 12.03.2008]
  • [4] Unbekannter Autor: "Tiere und Temperatur". URL: http://www.schoolwork.de/oekologie/tieretemperatur.php [Stand: 12.03.2008]
  • [5] Wikipedia: "Homoiothermie". URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Homoiotherm [Stand: 12.03.2008]
  • [6] Wikipedia: "Wechselwarmes Tier". URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselwarmes_Tier [Stand: 12.03.2008]
Kommentare
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Mia 2014-10-30 12:29:34
das hat mir schon bisschen geholfen aber trotzdem könnte es mehr nformation sein es ist ein bisschen zu wenig
Chrissi 2014-05-31 12:23:49
Danke,hat mir echt geholfen ! :)
deniz 2014-04-30 16:52:22
Richtig Cool :)
Nacktmull111 2014-04-07 11:29:28
Die Seite ist korrekt und konkret. But first, let me take a #selfie :*
SCHWARZBROT 2014-03-14 13:40:20
Hihi Collins der süße
ein EI Jann 2014-03-14 13:40:08
Ramazan Cool
Collins 2014-03-14 13:39:53
Ich weiß nicht wo ich bin
amelie 2014-03-09 20:24:12
Die Seite ist ja eigentlich super, aber was ist mit dem Vorkommen von wechselwarmen Fischen in Polargebieten? Da steht, dass wechselwarme Tiere in Polargebieten nicht vorkommen... :/
Antoine 2014-03-04 21:05:35
Hammerhart! Lerne grade fürs Abi... Und das hier ist viel besser erklärt als in dem einen oder anderen Biobuch. Also ey... wünscht mir Glück:)
Andy und Svenny 2014-02-25 18:40:51
Die Seite ist super! Unser Bio-Referat kann kommen - wir sind perfekt vorbereitet :)
Nami 2014-01-13 16:30:18
Die Seite ist gut und der Bio Test kann kommen
Nami 2014-01-13 16:30:18
Die Seite ist gut und der Bio Test kann kommen
rosa 2013-06-23 18:18:05
einfach nur geil die Seite !!!
ich habe grad die Toleranzbereich-Seite gelobt und bei
der Suche nach der nächsten Begriffsdefinition lande ich wieder
auf dieser tollen Seite ... ich bin begeistert :D
es sollte mehr solche Seiten geben, das ist sehr gut wenn man Referate halten will !!
Vielen Dank !
Finja 2013-05-22 20:38:28
Um einen Überblick des Themas zu bekommen, ist die Seite gut geeignet. Aber kann es sein, dass sich einmal verschrieben wurde? An der einen Stelle ist nämlich die Rede von \"poikolothermen Tieren\" statt \"poikilothermen Tieren\".
Dennis 2013-05-12 19:22:20
Sehr hilfreich!

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