EKTOTHERMEN: EIGENSCHAFTEN UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Ektothermen sind Tiere, deren Körpertemperatur hauptsächlich von der Umgebungstemperatur abhängt. Dies bedeutet, dass wenig oder gar keine Körpertemperatur auf den Stoffwechsel zurückzuführen ist. Um ihre Temperatur in einem physiologisch angemessenen Bereich zu halten, müssen sie daher Wärme aus der Umgebung gewinnen oder abführen.

Die entgegengesetzte Bedingung, ektotherm zu sein, ist endotherm. Alle Vögel und Säugetiere werden als Endothermen eingestuft. Alle aquatischen Amphibien und Wirbellosen sowie die überwiegende Mehrheit der Reptilien (ausgenommen Vögel) sowie Landfische und Wirbellose werden als Ektothermen eingestuft.

Quelle: Graham Wise aus Brisbane, Australien

Alle Pflanzen könnten auch als Ektothermen betrachtet werden, obwohl diese Qualifikation der Botanik fremd ist. Aus thermischer Sicht werden Pflanzen Makrothermen genannt, wenn sie in warmen Umgebungen leben (> 18 ° C pro Monat), Mesothermen, wenn sie in gemäßigten Umgebungen leben (> 22 ° C, wärmster Monat; 6–18 ° C, kältester Monat) ) oder Mikrothermen, wenn sie in kalten Umgebungen leben.

Definitionen

Endothermen sind Tiere, deren Körpertemperatur intern durch ihren Stoffwechsel und nicht extern durch die Umwelt reguliert wird. Im Allgemeinen sind Endothermen homöotherm, dh sie haben relativ konstante Körpertemperaturen, im Gegensatz zu Poikilothermen, die stark variable Körpertemperaturen aufweisen.

Ektothermen werden auch oft als Poikilothermen bezeichnet (aus dem Griechischen: Poikilos, Wechsel; Thermoskanne, Wärme). In einem Fall wird die Temperaturabhängigkeit des Mediums hervorgehoben. In der anderen die Variabilität der Körpertemperatur. Der erste Term ist vorzuziehen, da Ektothermen Homöothermen sein können, wenn die Temperatur des Mediums konstant ist.

Endothermen und Ektothermen werden auch oft als warm- bzw. kaltblütige Tiere bezeichnet. Diese Verwendung wird nicht empfohlen, da es Ektothermen gibt, deren Körpertemperatur so hoch ist wie die vieler Endothermen. Man kann nicht sagen, dass diese Tiere kaltblütig sind.

Heterothermen sind Ektothermen, die teilweise homöotherm sind. Während Aktivitätsperioden können sie Stoffwechselwärme erzeugen, um die Körpertemperatur von mindestens einem Teil Ihres Körpers konstant zu halten. Während Inaktivitätsperioden senken sie jedoch wie andere Ektothermen ihre Körpertemperatur als Funktion der Umgebung.

Regionale Heterothermen sind Endothermen, deren Körpertemperatur zwischen Körperteilen erheblich variiert.

Eigenschaften

Der endotherme Zustand macht Tiere unabhängig von der Umgebungstemperatur und ermöglicht es ihnen, kalte terrestrische Umgebungen zu besetzen, permanent aktiv zu bleiben, Fütterungs- und Fortpflanzungsmöglichkeiten zu nutzen und Raubtieren zu entkommen.

In den zirkumpolaren Regionen gibt es keine Reptilien, und Amphibien und Insekten sind nicht sehr vielfältig und reichlich vorhanden. In diesen Regionen ist es vorteilhaft und sogar notwendig, endotherm zu sein.

Endothermen tätigen jedoch eine sehr hohe Energieinvestition, um ihre Temperatur zu regulieren. Wenn Sie diese Investition nicht tätigen, haben Ektothermen einen bis zu 17-mal niedrigeren Nahrungsbedarf als Endothermen mit ähnlicher Körpermasse.

Aus diesem Grund können Reptilien (ausgenommen Vögel), Amphibien und Fische ökologische Nischen nutzen, die Organismen mit geringem Energieverbrauch vorbehalten sind und für Vögel und Säugetiere nicht verfügbar sind.

Sobald sie ihren Körper mit externen Wärmequellen ausreichend erwärmen konnten, können Ektothermen so hohe Aktivitätsniveaus entwickeln wie Vögel und Säugetiere.

Das niedrige Energiebudget von Ektothermen ermöglicht es ihnen: 1) sich auf knappe Lebensmittel zu spezialisieren und ihre Vielfalt zu erhöhen; 2) in Umgebungen wie Wüsten erfolgreich sein, in denen für die meisten Endothermen nicht genügend Nahrung vorhanden ist; 3) eine hohe Reproduktionseffizienz in Bezug auf den Lebensmittelkonsum haben.

Wie regulieren sie ihre Temperatur?

Ektothermen erhöhen ihre Körpertemperatur, indem sie direktem Sonnenlicht (Heliothermie) ausgesetzt werden oder mit Substraten (Beispiel: Felsen) in Kontakt kommen, die von der Sonne erwärmt wurden. Sie senken ihre Körpertemperatur, indem sie sich in den Schatten flüchten oder mit relativ kalten Substraten in Kontakt kommen.

Ihren Körpern fehlt eine Wärmeisolierung (Beispiel: Federn, Fell), was den Wärmeaustausch mit der Umwelt erleichtert.

Zu den Strategien, mit denen sie die durch Sonnenlicht erzeugte Erwärmung regulieren können, gehören: 1) Richten Sie die Ausrichtung (senkrecht, parallel, schräg) des Körpers in Bezug auf die Sonnenstrahlen aus. 2) Verdunkeln oder Aufhellen der Hautfarbe durch die Einwirkung von Chromatophoren. Beide Strategien sind besonders häufig bei Reptilien.

Ektotherme Fische können sich nicht sonnen, um sich zu erwärmen, aber sie können ihre Körpertemperatur regulieren, indem sie Massen oder Wasserschichten wählen, die eine bestimmte Temperatur haben. Dies ermöglicht es ihnen oft, über lange Zeiträume eine konstante Körpertemperatur (Homöothermie) aufrechtzuerhalten.

Ektothermen können ihre Temperatur auch durch Gefäßanpassungen regulieren (Veränderung der peripheren Zirkulation), indem sie die innere Oberfläche des Mundes der Luft aussetzen oder Wasser durch Verdunstung verlieren (etwas Dehydration tolerieren). Die Zirbeldrüsenorgane der Ektotherme scheinen als Lichtdosimeter für die Thermoregulation zu wirken.

Kältebeständigkeit

Zirkumpolare und alpine Ektothermen sind im Winter oder nachts Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt ausgesetzt.

Um extreme Kälte zu überleben, wenden diese Tiere zwei Strategien an: 1) Vermeiden Sie das Einfrieren ihrer extrazellulären Körperflüssigkeiten, indem Sie diese Flüssigkeiten bei Temperaturen bis zu -58 ° C (was als Unterkühlung bekannt ist) in einem flüssigen Zustand halten; 2) Einfrieren (bis zu -3 ° C) dieser Flüssigkeiten tolerieren.

Bei der ersten Strategie, die bei Fischen und Insekten beobachtet wird, gefriert das Blutplasma nicht, da es gelöste Frostschutzmittel enthält (Zucker wie Fructose; Derivate von Zuckern wie Glycerin; Glycoproteine).

Bei der zweiten Strategie, die bei Amphibien beobachtet wird, wird das Blutplasma eingefroren, aber der Tod der Zellen tritt nicht auf, weil sie gelöste Frostschutzmittel (niedermolekulare Verbindungen, Glycerin) enthalten. Obwohl extrazelluläre Flüssigkeiten eingefroren werden, werden intrazelluläre Flüssigkeiten nicht eingefroren. Wenn ja, sterben sie.

Ektotherme Meeresräuber (Haie und andere Fische) sind in hohen Breiten selten, wo sie durch endotherme Meeresräuber (Meeressäuger, Pinguine, Auks) ersetzt werden. In kalten Gewässern können ektotherme Raubtiere nicht mit den Aktivitätsniveaus endothermer Raubtiere mithalten.

Heterothermen

Es gibt hauptsächlich ektotherme Tiere, die heterotherm sind, dh sie zeigen ein gewisses Maß an Endotherme, ob vorübergehend oder regional.

Einige arktische Insekten sind am Boden strenge Ektothermen. Um jedoch fliegen zu können, müssen diese Insekten zuvor die Muskeln erwärmen, die ihre Flügel bewegen, was sie durch wiederholtes Bewegen erreichen. Während des Fluges sind diese Insekten effektiv Endothermen. Sie müssen sogar Wärme abführen, damit sie nicht überhitzen.

Wenn sie sich um ihre Eier kräuseln und sie inkubieren, erhöhen weibliche indische Pythonschlangen ihre Körpertemperatur durch Zittern. Auf diese Weise erhitzen sie die Eier, fördern die Entwicklung von Embryonen und beschleunigen das Schlüpfen.

Haie der Familie Lamnidae, Schwertfische oder Thunfische sind regionale Heterothermen. Die Wärmeübertragung, die von der Muskulatur durch Gegenstrommechanismen des Blutes erzeugt wird, ermöglicht es ihnen, die Temperatur des Gehirns, der Eingeweide und anderer Muskeln zu erhöhen. Dies verbessert ihre aeroben Schwimmfähigkeiten und macht sie zu effektiveren Raubtieren.

Beispiele für ektotherme Tiere

Wirbeltiere

Krokodile wie Crocodylus porosus sind die größten terrestrischen Ektothermen. Die optimale Körpertemperatur liegt bei 30-33 ºC, die sich wie andere Reptilien zwischen sonnigen und schattigen Orten bewegen. Eine besondere Strategie für Krokodile, um ihre Körpertemperatur zu senken, besteht darin, den Mund stundenlang weit offen zu halten.

Die europäische Viper Viper berus ist eine Giftschlange, deren Verbreitung den Polarkreis erreicht. Um die Inkubation von Eiern bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen, ist diese Schlange vivipar. Während des Sommers setzen sich diese Schlangen so weit wie möglich dem Sonnenlicht aus, um ausreichende Körpertemperaturen für Raub und Fortpflanzung aufrechtzuerhalten.

In Alaska überlebt die Amphibie Rana sylvatica Temperaturen bis zu -16 ° C. Dies ist auf hohe Konzentrationen an Frostschutzmitteln zurückzuführen, die im Winter in Ihrem Blut vorhanden sind. Diese Substanzen umfassen Glukose und Harnstoff. Um die Vereisung zu reduzieren, dehydriert dieser Frosch auch im Winter.

Arktische Fische der Gadidae-Familie und antarktische Fische der Nototheniidae haben unabhängig voneinander im Wesentlichen identische kryoprotektive Substanzen (Glykoproteine) entwickelt. Dies ist ein bemerkenswerter Fall adaptiver Konvergenz unter ähnlichen klimatischen Bedingungen.

Wirbellosen

Die Honigbiene (Apis mellifera) und andere soziale Insekten werden in ihren Nestern homöotherm gehalten. Zu diesem Zweck: 1) werden sie an thermisch günstigen Orten platziert und so strukturiert, dass passives Heizen und Kühlen begünstigt wird; 2) Sie schlagen koordiniert mit den Flügeln, um sie durch Muskelthermogenese zu erwärmen oder durch Luftzirkulation und Verdunstung abzukühlen.

Mücken (Aedes, Anopheles) sind Ektothermen, die an heißes Klima angepasst sind. Sie sind tödlich, weil sie Krankheiten wie Malaria, Gelbfieber, Chikungunya, Dengue-Fieber und Zika übertragen. Aufgrund des Klimawandels werden sie bis 2050 ihre Verbreitung in gemäßigten Zonen ausgeweitet haben und 50% der Menschen diesen Krankheiten aussetzen.

In Alaska widersteht der Käfer Cucujus clavipes dank der Frostschutzmittel seiner Hämolymphe Wintertemperaturen von -58 ° C. Im Labor wurde festgestellt, dass dieser Käfer Temperaturen unter -150 ºC standhalten kann, die auf der Erde nicht existieren.

Bei diesen Temperaturen erreichen die Körperflüssigkeiten dieses Insekts den Verglasungszustand.

Bandwürmer wie Taenia solium (Rinderbandwurm) und Taeniarhynchus saginatus (Schweinebandwurm) sind in ihrer erwachsenen Form Darmparasiten, deren Verdauungssystem ohne Verdauungssystem vollständig vom menschlichen Wirt abhängig ist.

Im Darm behalten diese Bandwürmer ihre konstante Temperatur (37 ºC) bei, für die sie Homöothermen sind.

Verweise

1. Andersson, S. 2003. Winterschlaf, Lebensraum und saisonale Aktivität im Addierer Vipera berus nördlich des Polarkreises in Schweden. Amphibia-Reptilia, 24, 449–457.
2. Barrows, EM 2000. Referenz zum Animal Behaviour Desk: Ein Wörterbuch zum Verhalten, zur Ökologie und zur Evolution von Tieren. CRC Press, Boca Raton.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Allometrie der Tauchkapazitäten: Ektothermie vs. Endothermie. Journal of Evolutionary Biology, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Vermeidung und Toleranz des Einfrierens bei ektothermen Wirbeltieren. Journal of Experimental Biology, 216, 1961–1967.
5. David K. Cairns, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. Endothermie, Ektothermie und die globale Struktur mariner Wirbeltiergemeinschaften. Marine Ecology Progress Series, 356, 239–250.
6. Dickson, KA, Graham, JB 2004. Entwicklung und Folgen der Endothermie bei Fischen. Physiological and Biochemical Zoology, 77, 998 & ndash; 1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Synthese und Recycling von Frostschutzglykoproteinen in Polarfischen. Antarctic Science, 24, 259 & ndash; 268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Tierphysiologie. Sinauer, Sunderland.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Nestthermoregulation bei sozialen Insekten. Fortschritte in der Insektenphysiologie, 33, 153–191.
10. Kay, I. 1998. Einführung in die Tierphysiologie. Bios, Oxford.
11. Kearney, M. 2002. Heiße Gesteine ​​und viel zu heiße Gesteine: saisonale Muster der Auswahl von Rückzugsorten durch eine nächtliche Ektotherme. Journal of Thermal Biology, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Prinzipien der Tierphysiologie. Pearson, Essex.
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Wirbeltierleben. Pearson, Boston.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Die Rolle des Zirbeldrüsenkörpers bei der ektothermen Thermoregulation. American Zoologist, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. Aspekte der natürlichen Kältetoleranz bei ektothermen Tieren. Menschliche Fortpflanzung, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Tierphysiologie: Mechanismen und Anpassungen. McGraw-Hill, Madrid.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Tiefe Unterkühlung, Verglasung und begrenztes Überleben auf -100 ° C im alaskischen Käfer Cucujus Clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae) Larven. Journal of Experimental Biology, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Tierphysiologie: Von Genen zu Organismen. Brooks / Cole, Belmont.
19. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Umweltphysiologie von Tieren. Blackwell, Malden.