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1. Mai:
Organisationsformen Algen
Korrektur bei siphonocladal
(danke an Peter)

20. Juni
:

Symbiose
Merksatz falsch angewendet
(danke an F. Geven)
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Die Temperatur ist ein sehr wichtiger Ökofaktor, denn sie beeinflusst beinahe alle Lebensvorgänge. Die Wirkung von Enyzmen beispielsweise ist extrem stark von der Umgebungstemperatur abhängig (ein Grund, warum die Waschmaschine im Idealfall auf 40°C läuft).

Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel ( RGT-Regel):

Allgemein kann man sagen:

Je höher die Temperatur, desto höher die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle. Allerdings gilt das nur innerhalb von 0-40°C, weil über 40°C die Proteine (v.a. Enzyme) geschädigt werden (darum ist Fieber so gefährlich) und unter 0°C Wasser gefriert, was wiederum das Zellplasma schädigt/austrocknet.


Oder als Formel:

Temperatur + 10°C = Reaktionsgeschwindigkeit x2-x3



Betrachtet man jetzt Pflanzen, die an verschiedenen Orten wachsen, nimmt jeweils einen Samen dieser und pflanzt diesen unter anderen Temperaturbedingungen an, erhält man ganz unterschiedliche Ergebnisse.

  • Offensichtlich gibt es einen Toleranzbereich innerhalb dessen die Pflanze wachsen und gedeihen kann
  • Es gibt Pflanzen, die nur einen engen Toleranzbereich haben (steno-therm) und Pflanzen mit einem weiten Toleranzbereich (eury-therm)
  • Jede hat Pflanze einen Optimumbereich, der für sie ideal zum Wachstum ist
  • Sie hat auch einen Optimumwert innerhalb des Optimumbereiches, bei dem sie am schnellsten wächst
  • Links und rechts des Optimumsbereichs sinkt die Produktivität der Pflanze stetig
Graphisch dargestellt:
Ökofaktor TemperaturDie drei Punkte - Minimum, Maximum und Optimum - nennt man Kardinalpunkte.
Pflanze Nummer 3 ist eury-therm, weil sie einen hohen Toleranzbereich der Temperatur gegenüber hat. Bei Pflanze Nummer 1 ist das anders, sie verträgt nur geringe Temperaturschwankungen, ist also steno-therm.

Ähnliche Graphen gelten auch für andere Faktoren, dann sagt man zu Pflanzen mit weiter eury-potent bzw. zu Pflanzen mit enger Toleranz steno-potent.

Die Bildung von Blütenknospen, die Dauer der Blüte oder der Laubfall werden hauptsächlich von der Temperatur bestimmt. Die Apfelblüte beginnt, wenn seit Januar die Temperatur an 3000 Stunden höher als 6°C war und kennzeichnet somit den Beginn des Vollfrühlings. Für Bauern sind solche phänotypischen Beobachtungen besonders wichtig (gewesen).

Eine weitere Fomel:
|| Höhe + 100m = Temperatur -0,5°C ||
Die daraus entstehenden Temperaturgefälle in Gebirgen lassen Höhenstufen der Vegetation entstehen. Je eher die Pflanze geringe Temperaturen verträgt, in desto höhere Lagen kann sie vordringen.

Natürlich haben Pflanzen je nach Standort auch diverse Anpassungen, zum Beispiel bei folgenden Situationen:
  1. Die Temperatur fällt auf Gefrierpunkt:
    Daraufhin werden von der Pflanze Stoffe wie Zucker oder Proteine gelöst, die als natürlicher Gefrierschutz dienen.
  2. Die Pflanze droht zu überhitzen:
    Daraufhin lässt sie, wenn möglich, verstärkt Wasser durch geöffnete Spaltöffnungen verdunsten -> Kühlung.
  3. Starke Temperaturschwankungen:
    Daraufhin werfen Pflanzen hitze- oder kälteempfindliche Teile wie Blätter ab und überdauern die Phase mit Überdauerungsorganen wie Stamm, Knollen oder auch nur als Samen. Diese Anpassung findet oft auch bei zu wenig Wasser statt.

Wechselwarme Tiere und Temperaturen

Im oberen Teil bezogen wir uns hauptsächlich auf Pflanzen. Die Graphen dort könnten natürlich auch für Tiere gelten, welche ebenfalls stark von der Temperatur abhängig sind. Bei wechselwarmen Tieren ( Poikilotherme) schwankt die Körpertemperatur wie bei Pflanzen, da sie selbst keine Körperwärme erzeugen.
Durch ihre Beweglichkeit haben sie aber einen entscheidenden Vorteil, denn neben der Möglichkeit zeitweise in Kälte- oder Wärmestarre zu verfallen, was die Lebensvorgänge (und Bedürfnisse) auf ein Minimum beschränkt, können sie ihren Ort wechseln.
Daraus resultieren sogenannte thermoregulatorische Verhaltensweisen. Das heißt, Ameisen statten ihr Nest mit "Türen" aus, Bienen zittern mit ihren Flügeln zur Wärmeerzeugung, Nattern überwintern, indem sie sich ineinander knäueln. Und viele Reptilien suchen gezielt sonnige oder schattige Plätze auf.

Auf den Galapagos Inseln wohnt Meerechse Friedrich. Leider ist Friedrich ein Reptilium, also so wie alle Tiere außer Vögel und Säuger wechselwarm. Um überleben zu können, muss er versuchen, seinen Körper warm zu halten, aber dabei immer aufpassen, nicht zu überhitzen. Das weiß er ganz instinktiv.

  1. In der Morgendämmerung legt er sich völlig unterkühlt gemeinsam mit seinen Artgenossen so in die Sonne, dass seine breite Flanke von der aufgehenden Sonne gewärmt wird.
  2. Bereits nach einer Stunde ist ihm warm, seine Körpertemperatur beträgt jetzt um die 36°C (ideal für seine Art) und Friedrich dreht sich mit dem Kopf zur Sonne, damit werden nur noch die Rückenkämme von der Sonne gestreift.
  3. Es ist Mittag und Friedrich bekommt Hunger. Dummerweise sind auf den kahlen Lavaflächen hier an der Küste kaum Pflanzen zu finden und Fleisch mag er nicht. Er muss also ins in dieser Gegend (Strom aus der Antarktis) kalte (15-20°C) Wasser, weil es dort viele leckere Grünalgen gibt. Seine Körpertemperatur beträgt jetzt 40°C und Friedrich wagt sich ins kühle Nass.
  4. Seine Blut-Kapillaren ziehen sich nahe der Körperoberfläche zusammen, schnell frisst er soviel er kann, um dann nach 10-30min wieder ziemlich ausgekühlt (max. 25°C) aus dem Wasser zu steigen.
  5. Friedrich ist ziemlich erschöpft, außerdem ist ihm kalt. Also legt er sich auf das dunkle Gestein und streckt alle Beine von sich. Nach einiger Zeit setzt seine Verdauung ein, ihm geht es gut. Zudem es ihm langsam wärmer wird.
  6. Am Abend legen sich Friedrich und seine Artgenossen auf die Felsgraten. Eine kalte Nacht wartet auf sie.


Gleichwarme Tiere und Temperaturen

Säugetiere und Vögel sind gleichwarm ( homoiotherm). Das heißt, sie haben im tieferen Körperinneren je nach Tierart immer Temperaturen um die 35-44°C mit einer Schwakung von nur 1°C. Um diese Temperatur auch bei kühlerer Außentemperatur zu halten, muss das Tier Energie umsetzen, beispielsweise indem es chemische Energie aus der Nahrung in mechanische Energie (Muskelbewegung) umsetzt. Die dabei entstehende Abwärme wird als Körperheizung benutzt. Jeder kennt das, wenn er bei Kälte zittert.

Weitere Voraussetzungen, damit ein Lebewesen gleichwarm sein kann:

  • gut isolierende Körperbedeckung (Haare oder Federn)
  • wärmedämmendes Fettgewebe der Unterhaut
  • leistungsfähiger Blutkreislauf zum Wärmetransport
  • Einrichtung zur Wärmeabgabe und Kühlung (z.B. Schwitzen)
  • präzise arbeitendes Regelungssystem (Rezeptoren etc.)

Vorteil des gleichwarmen Körpers:
-> Die Besiedelung von kälteren und wärmeren Lebensräumen ist möglich, da der Körper einigermaßen unabhängig von der Außentemperatur funktionieren kann.

Nachteil des gleichwarmen Körpers
:
-> Hoher Energieverbrauch. 90% des Energieumsatzes nur für Heizung. Kühlung benötigt ebenfalls Energie. Gleichwarme Tiere brauchen bei gleicher Masse 5x soviel Energie wie wechselwarme.

Im Winter sorgt die Nahrungsarmut bei vielen Tieren zu Schonmaßnahmen. Zwar bleibt die Körpertemperatur weiterhin auf einem eher hohen Niveau, doch sind die Lebensfunktionen (Atmung, Kreislauffunktionen) dermaßen stark herabgesetzt, dass manche Tiere gerade einmal 2% der Energie verbrauchen, die sie im Sommer bräuchten.
Winterschlaf und Winterruhe sind solche Schonmaßnahmen.


Der große Vorteil von gleichwarmen Lebewesen ist wie schon genannt, die Möglichkeit zur Besiedelung auch kalter bzw. sehr heißer Gebiete. Natürlich kann ein pelzbewachsenes Tier aus dem Norden nicht in den Süden wandern und erwarten, dass es mit seinen wärmespeichernden Einrichtungen dort auf kurz oder lang überleben kann. Deshalb haben Tiere, selbst wenn sie miteinander verwandt sind, verschiedene Ausprägungen je nach Lebensraum.
Zwei Regeln verdeutlichen das Prinzip:

Pinguine in SüdamerikaBergmannsche Regel:
Große Tiere haben im Verhältnis zum Volumen eine geringere Oberfläche als kleine Tiere. Dadurch ist bei ihnen der Wärmeverlust über die Oberfläche relativ geringer.
Zunahme der Körpergröße =
Volumen^3 =
Oberfläche^2


Daraus folgt: Bei Gleichwarmen einer Art sind die Individuen in kalten Gebieten größer als ihre Verwandten in wärmeren Gebieten.


Auf dem Bild zur linken Seite sieht man die Wirkung der Bergmannsche beispielhaft an den Pinguinen Südamerikas und der Antarktis.
Je weiter man vom Äquator in Richtung Antarktis kommt, desto größer und schwerer werden die Pinguine. Dies kann man mit der Bergmannschen Regel begründen.
Würde man die Galapagospinguine weiter im Norden aussetzen, täten sie erfrieren oder ihre Enzyme hätten dort kein Temperaturoptimum bzw. die Temperatur fällt aus ihrem Toleranzbereich. Umgekehrt gilt selbiges, abgesehen vom Erfrieren.







Allensche Regel:
Bei Gleichwarmen einer Art sind die Körperanhänge (Ohren, Schwanz, Beine...) in wärmeren Gebieten größer als bei ihren Verwandten in kalten Gebieten.
Große Körperanhänge -> mehr Oberfläche -> mehr Wärmeabgabe
Kleine Körperanhänge -> weniger Oberfläche -> weniger Wärmeabgabe