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
21. Beschreibung und Eigenschaften
22. Vor- und Nachteile
3. Gleichwarme Tiere
31. Beschreibung und Eigenschaften
32. Winterschlaf
33. Vor- und Nachteile
4. Temperatur-Toleranzkurven
5. Zusammenfassung
6. Weblinks
7. Quellen

Einleitung: Wenn Temperatur die Herzfrequenz bestimmt...

Bei der Hausmaus und der Erdkröte wurden unter Laborbedingungen bei wechselnden Umgebungstemperaturen folgende Herzfrequenzen gemessen:

Die gleichwarme Maus

Die Herzfrequenz der Maus 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.

Die wechselwarme Kröte

Bei der Kröte 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.

Die Maus besitzt nicht nur Aufwärm- sondern auch Abkühlungsprozesse, was bei der Kröte nicht der Fall ist: Dort steigt der Herzschlag immer weiter - selbst bei ungesunden 40 °C.

Fazit

Die gleichwarme Hausmaus ist vom Umweltfaktor Temperatur unabhängiger als die wechselwarme Erdkröte.

Wechselwarme Tiere (poikilotherm)

© Peter A/Pixelio

© Frank Hollenbach/Pixelio

© Karl-Heinz Schack/Pixelio

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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	bei Kälte inaktiv können nur Gebiete besiedeln die günstige Temperaturverhältnisse zeigen leichte Beute bei ungünstigen Temperaturen

nach [3]

Gleichwarme Tiere (homoiotherm)

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© tokamuwi/Pixelio

© Hisildi/Pixelio

© Holger Hans/Pixelio

© Hans Georg Staudt/Pixelio

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© hagir25/Pixelio

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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 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 können auch kalte Regionen besiedeln 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

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

• Wechselwarme Tiere und Gleichwarme Tiere bei Lukopolis Biologie von Lukas Hensel.

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]