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Homoiotherme Lebewesen
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Als homoiotherm (gleichwarm) bezeichnet man (Menschen und) Tiere, deren Körpertemperatur innerhalb gewisser Grenzen konstant bleibt. Sie können extreme Temperaturen durch zusätzliche Anpaßungsmöglichkeiten wie Winter- und Sommerfell, schwitzen, Winterruhe und Winterschlaf überleben.
Homoiotherm sind vor allem Säugetiere und Vögel, doch auch bei anderen Tieren sind Ansätze zur Homoiothermie sichtbar.
Poikilotherme (wechselwarm) sind Reptilien, Amphibiien und Fische. Bei ihnen schwankt die Körpertemperatur mit der Außentemperatur. Die stoffwechselvorgänge und damit die Reaktionsgeschwindigkeit der Lebenwesen steht also in unmittelbarer Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur.
Bei Vögeln und Säugetieren wird die konstante Körpertemperatur durch die Stoffwechselaktivität erzeugt. Das zeigt sich insbesondere im Grunfumsatz des Stoffwechsels, Homoiotherme haben einen deutlich höheren Energieverbrauch als Poikilotherme.
Regelungsmechanismen im Körper sorgen für eine konstante Temperatur und dafür, dass z.B. bei erhlhtzer Außentemperatur auch Wärme abgeführt wird. Beim Menschen gechieht dies beispielsweise durch das Schwitzen, oder bei Hunden durch Hecheln.
Homoiotherme Tiere benötigen in der Regel eine besondere Wärmeisolierung. Bei ihnen übernimmt das Fell und das weiße Unterhautgewebe die Isolation. Die Wärmebildung durch Muskelarbeit ist und Menschen auch als \"Zittern\" bekannt.
Bei landlebenden Säugetieren wird die Isolierung vor allem durch den Einschluss einer Luftschicht in Feder- oder Haarkleid erreicht. Besonders gute Isolation wird durch die Wollhaare erreicht, die stärker als Grannenhaare spiralisiert sind und dadurch mehr Luft einschließen können.
Bei Vögeln isoliert das Federkleid. (Besondere Isolationswirkung haben dabei die Daunen, die deshalb auf für Daunenkleidung, Federbetten und Schlafsäcke benutzt werden.) Die Körpertemperatur beim Beispiel Haussperling zeigt keine jahreszeitlichen Schwankungen. Der erhöhte Grundumsatz ist auf Muskelarbeit zurückzuführen, die der Aufwärmung dient. Das Federkleid ist aufgeplustert und isoliert den warmen Körper. Die konstante Körpertemperatur optimiert zwar die enzymatischen Stoffwechselreaktionen, ihre Aufrechterhaltung erfordert aber viel Energie. Wenn eine winterliche Nahrungsvorsorge vor Ort nicht gewährleistet ist, nehmen Zugvögel große Wanderungen in Kauf.
Federn wurden auch bei manchen Dinosaurierarten gefunden. Man nimmt deshalb an, dass auch sie zumindest ansatzweise homoiotherm waren.
Wasserlebende Säugetiere, z.B. Wale und Robben sowie manche Vögel (Pinguine) besitzen eine isolierende Fettschicht, da Federn und Haare im Wasser viel von ihrer isolierenden Wirkung verlieren.
Vor allem manche Säugetiere sind jedoch nicht homoiotherm im strengen Sinn. So sinkt bei Arten, die Winterschlaf halten, die Körpertemperatur in dierer Phase oft un negr als 10 K (10°C) ab. Dadurch sparen dieser Tiere in einer Phase der Inaktivität Energie und können ohne oder mit geringer Nahrungsaufnahme (in Wachphasen) mehrere Monate überdauern. Beispiele: Igel und Siebenschläfer. Der Energiebedarf beträgt dann ein Zehntel des Sommerwertes, Atem- und Herzschlagfrequenz sinken entsprechend. Nur extreme Wärme oder Kälte unterbricht den Winterschlaf.
Bären, Dachse und Eichhörnchen überdauernd den Winter bei verminderter Stoffwechselaktivität, aber unverminderter Körpertemperatur. Bei Winterschläfern und Embryonen gibt es zusätzlich ein auf Wärmebildung spezialisiertes mitochondrienreiches Gewebe, das braune Fettgewebe.
In dieser Winterruhe leben sie vom Fettpolster, das sie sich im Sommer angefressen, oder von Vorräten, die sie versteckt haben.
Auch manche Inaben Ansätze zur Homoiotherme entwickelt. So sind Bienen in der Lage, die Temperatur ihres Bienenstockes durch Muskelzittern eines Teils der Arbeiterinnen annähernd konstant zu halten, selbst bei kühlen Außentemperaturen. In diesem Fall bezieht sich die Homoiotherme allerdings weniger auf das einzelne Insekt als vielmehr auf den gesamten Staat.
Beispiel Pinguin (Bergmann'sche und Allen'sche Regel)
Es lässt sich beobachten, dass die Größe der Pinguine vom Äquator an zur Antarktis hin zunimmt. Der Galapagospinguin zum Beispiel besitzt eine Körpergröße von etwa 53cm, dagegen ist der Kaiserpinguin 114cm groß.
Galapagospinguin
Gewicht: ca. 2,5 kg
Alter: ca. 10 Jahre
Verbreitungsgebiet:
Galápagosinseln
Kaiserpinguin
Gewicht: ca. 30 - 50kg
Alter: bis zu 20 Jahre
Verbreitungsgebiet:
Packeisgürtel um den Antarktischen Kontinent
In welchem Zusammenhang steht dann die Körpergröße mit der Umwelt?
Eine Rolle spielt das Klima: In Äquatornähe ist es sehr heiß, dagegen in der Antarktis sehr kalt.
Der Energieverlust von homoiothermen Tieren hängt neben der Dichte des Gefieders bzw. des Felles und der Fettschicht auch von der Körperoberfläche und dem Körpervolumen ab.
Im folgenden Versuch, bei dem Rundkolben verschiedener Größe mit erwärmten Wasser gefüllt wurden, soll bewiesen werden, dass der Energieverlust vom Körpervolumen abhängig ist:
100ml
250ml
1000ml
Temperatur nach 0 Minuten:
73°C
76°C
77°C
Nach 5 Minuten:
70°C
73°C
75°C
Nach 10 Minuten:
67°C
69°C
73°C
Nach 15 Minuten:
57°C
66°C
71°C
Nach 20 Minuten:
54°C
64°C
68°C
Nach 25 Minuten:
51°C
61°C
67°C
Man kann erkennen, dass bei einem kleinen Körpervolumen der Energieverlust am größten ist. Das erklärt sich dadurch, da mit wachsendem Radius das Verhältnis von der Oberfläche zum Volumen kleiner wird und daher weniger Energie abgegeben wird und auch mehr Wärme länger gespeichert wird.
Daher ist die Körpergröße der Pinguine in der Antarktis auch größer im Bezug zu den Pinguinen, die in Äquatornähe leben, da aufgrunf des größeren Körpervolumens mehr Wärme gespeichert werden kann.
Die Bergmann'sche Regel:
Daraus lässt sich die Bergmann'sche Regel herleiten:
Gleichwarme Tiere einer Art und verwandte Arten haben in kälteren Klimazonen eine durchschnittlich höhere Körpergröße als in wärmeren Gebieten.
Die Allen'sche Regel:
Die Größe der Ohren beim Polarfuchs, beim Rotfuchs ubnd beim Wüstenfuchs unterscheiden sich sehr. Der Polarfuchs, der im kältesten Klima beheimatet ist, hat die kleinsten Ohren. Dagegen der Wüstenfuchs, der im heißensten Klima lebt, hat die Größten.
Draus leitet sich die Allens'sche Regel her:
Bei gleichwarmen Tieren einer Art und verwandten Arten ist die relative Länge der Körperanhänge (Extremitäten, Ohren, schwänze) in kälteren Regionen geringer als in wärmeren Gebieten.
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