THERMOREZEPTOREN: BEIM MENSCHEN, BEI TIEREN, BEI PFLANZEN - BIOLOGIE - 2025

Die Thermorezeptoren sind jene Rezeptoren, die viele lebende Organismen besitzen, die Stimulusbegriffe wahrnehmen. Sie sind nicht nur typisch für Tiere, da Pflanzen auch die sie umgebenden Umweltbedingungen registrieren müssen.

Die Erfassung oder Wahrnehmung der Temperatur ist eine der wichtigsten sensorischen Funktionen und häufig für das Überleben von Arten von entscheidender Bedeutung, da sie auf die für die Umgebung, in der sie sich entwickeln, typischen thermischen Veränderungen reagieren können.

Crotalus willardi, mit einer der beiden charakteristischen Schädelgruben (Thermorezeptoren), die zwischen Nase und Auge sichtbar sind. Robert S. Simmons.

Seine Studie umfasst einen wichtigen Teil der sensorischen Physiologie und begann bei Tieren um das Jahr 1882 dank von Experimenten, die thermische Empfindungen mit einer lokalisierten Stimulation empfindlicher Stellen auf der menschlichen Haut in Verbindung bringen konnten.

Beim Menschen gibt es Thermorezeptoren, die in Bezug auf thermische Reize sehr spezifisch sind, aber es gibt auch andere, die sowohl auf „kalte“ als auch auf „heiße“ Reize sowie auf einige Chemikalien wie Capsaicin und Menthol (die ähnliche Reize produzieren) reagieren. zu heißen und kalten Empfindungen).

Bei vielen Tieren reagieren Thermorezeptoren auch auf mechanische Reize, und einige Arten verwenden diese, um ihre Nahrung zu erhalten.

Für Pflanzen ist das Vorhandensein von Proteinen, die als Phytochrome bekannt sind, für die thermische Wahrnehmung und die damit verbundenen Wachstumsreaktionen wesentlich.

Thermorezeptoren beim Menschen

Menschen besitzen wie andere Säugetiere eine Reihe von Rezeptoren, die es ihnen ermöglichen, durch die sogenannten „besonderen Sinne“ eine bessere Beziehung zur Umwelt herzustellen.

Diese "Rezeptoren" sind nichts anderes als die letzten Teile der Dendriten, die dafür verantwortlich sind, die verschiedenen Umweltreize wahrzunehmen und solche sensorischen Informationen an das Zentralnervensystem zu übertragen ("freie" Teile der sensorischen Nerven).

4 Modelle zur Struktur des sensorischen Systems beim Menschen (Quelle: Shigeru23 via Wikimedia Commons)

Diese Rezeptoren werden je nach Reizquelle als Exterozeptoren, Propriozeptoren und Interozeptoren klassifiziert.

Die Exterozeptoren sind näher an der Oberfläche des Körpers und "spüren" die Umgebung. Es gibt verschiedene Arten: solche, die beispielsweise Temperatur, Berührung, Druck, Schmerz, Licht und Ton, Geschmack und Geruch wahrnehmen.

Propriozeptoren sind auf die Übertragung von Stimuli in Bezug auf Raum und Bewegung in Richtung des Zentralnervensystems spezialisiert, während die Interozeptoren für das Senden von sensorischen Signalen verantwortlich sind, die innerhalb der Körperorgane erzeugt werden.

Exterozeptoren

In dieser Gruppe gibt es drei Arten von speziellen Rezeptoren, die als Mechanorezeptoren, Thermorezeptoren und Nozizeptoren bekannt sind und auf Berührung, Temperatur bzw. Schmerz reagieren können.

Beim Menschen können Thermorezeptoren auf Temperaturunterschiede von 2 ° C reagieren und werden in Wärmerezeptoren, Kaltrezeptoren und temperaturempfindliche Nozizeptoren unterteilt.

- Wärmerezeptoren wurden nicht richtig identifiziert, es wird jedoch angenommen, dass sie „nackten“ Nervenfaserenden (nicht myelinisiert) entsprechen, die auf eine erhöhte Temperatur reagieren können.

- Kalte Thermorezeptoren entstehen aus myelinisierten Nervenenden, die sich verzweigen und hauptsächlich in der Epidermis vorkommen.

- Nozizeptoren sind darauf spezialisiert, auf Schmerzen aufgrund mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchung zu reagieren. Dies sind myelinisierte Nervenfaserenden, die in der Epidermis verzweigt sind.

Thermorezeptoren bei Tieren

Sowohl Tiere als auch Menschen sind auf verschiedene Arten von Rezeptoren angewiesen, um die Umgebung um sie herum wahrzunehmen. Der Unterschied zwischen den Thermorezeptoren des Menschen und denen einiger Tiere besteht darin, dass Tiere häufig Rezeptoren haben, die sowohl auf thermische als auch auf mechanische Reize reagieren.

Dies ist der Fall bei einigen Rezeptoren auf der Haut von Fischen und Amphibien, bei einigen Katzen und Affen, die auf mechanische und thermische Stimulation gleichermaßen reagieren können (aufgrund hoher oder niedriger Temperaturen).

Bei wirbellosen Tieren wurde auch experimentell die mögliche Existenz von thermischen Rezeptoren nachgewiesen. Es ist jedoch nicht immer einfach, eine einfache physiologische Reaktion auf einen thermischen Effekt von der von einem bestimmten Rezeptor erzeugten Reaktion zu trennen.

Insbesondere deuten die "Beweise" darauf hin, dass viele Insekten und einige Krebstiere thermische Schwankungen in ihrer Umgebung wahrnehmen. Blutegel haben auch spezielle Mechanismen, um das Vorhandensein von warmblütigen Wirten nachzuweisen, und sind die einzigen Wirbellosen, die keine Arthropoden sind, bei denen dies nachgewiesen wurde.

Ebenso weisen mehrere Autoren auf die Möglichkeit hin, dass einige Ektoparasiten warmblütiger Tiere die Anwesenheit ihrer Wirte in der Nähe nachweisen können, obwohl dies nicht viel untersucht wurde.

Bei Wirbeltieren wie einigen Schlangenarten und bestimmten blutsaugenden Fledermäusen (die sich von Blut ernähren) gibt es Infrarotrezeptoren, die auf die von ihrer warmblütigen Beute abgegebenen „infraroten“ Wärmestimuli reagieren können.

Foto einer blutsaugenden Fledermaus ("Vampir") (Quelle: Ltshears via Wikimedia Commons)

Die "Vampir" -Fledermäuse haben sie im Gesicht und helfen ihnen, das Vorhandensein der Huftiere zu bestimmen, die als Nahrung dienen, während die "primitiven" Boas und einige Arten von giftigem Crotalin sie auf ihrer Haut haben und dies sind freie Nervenenden, die sie verzweigen sich.

Wie arbeiten Sie?

Thermorezeptoren arbeiten bei allen Tieren mehr oder weniger gleich und sie tun dies im Wesentlichen, um dem Organismus, zu dem sie gehören, die Umgebungstemperatur mitzuteilen.

Wie bereits erwähnt, sind diese Rezeptoren tatsächlich Nerventerminals (die Enden von Neuronen, die mit dem Nervensystem verbunden sind). Die in diesen erzeugten elektrischen Signale dauern nur wenige Millisekunden und ihre Frequenz hängt stark von der Umgebungstemperatur und der Exposition gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen ab.

Unter konstanten Temperaturbedingungen sind die Thermorezeptoren der Haut ständig aktiv und senden Signale an das Gehirn, um die notwendigen physiologischen Reaktionen zu erzeugen. Wenn ein neuer Reiz empfangen wird, wird ein neues Signal erzeugt, das abhängig von seiner Dauer dauern kann oder nicht.

Wärmeempfindliche Ionenkanäle

Die thermische Wahrnehmung beginnt mit der Aktivierung von Thermorezeptoren an den Nervenenden peripherer Nerven in der Haut von Säugetieren. Der thermische Stimulus aktiviert temperaturabhängige Ionenkanäle in den Axonterminals, was für die Wahrnehmung und Übertragung des Stimulus wesentlich ist.

Diese Ionenkanäle sind Proteine, die zu einer Familie von Kanälen gehören, die als "wärmeempfindliche Ionenkanäle" bekannt sind, und ihre Entdeckung hat es ermöglicht, den Mechanismus der thermischen Wahrnehmung eingehender aufzuklären.

Molekulare Identität von Nerven, die abhängig von der Expression wärmeempfindlicher Ionenkanäle auf Kälte oder Hitze reagieren (Quelle: David D. McKemy über Wikimedia Commons)

Seine Aufgabe ist es, den Fluss von Ionen wie Kalzium, Natrium und Kalium zu und von thermischen Rezeptoren zu regulieren, was zur Bildung eines Aktionspotentials führt, das zu einem Nervenimpuls zum Gehirn führt.

Thermorezeptoren in Pflanzen

Für Pflanzen ist es auch wichtig, in der Lage zu sein, thermische Veränderungen in der Umwelt zu erkennen und eine Antwort zu geben.

Einige Untersuchungen zur thermischen Wahrnehmung in Pflanzen haben gezeigt, dass sie häufig von Proteinen abhängen, die als Phytochrome bezeichnet werden und auch an der Kontrolle mehrerer physiologischer Prozesse in höheren Pflanzen beteiligt sind, darunter Keimung und Entwicklung von Sämlingen. Blüte usw.

Phytochrome spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Art der Strahlung, der Pflanzen ausgesetzt sind und als molekulare „Schalter“ fungieren können, die sich unter direktem Licht (mit einem hohen Anteil an rotem und blauem Licht) einschalten oder ausschalten im Schatten (hoher Anteil an „fernroter“ Strahlung).

Schematische Darstellung eines aktiven (Pr) und eines inaktiven (Pfr) Phytochroms (Quelle: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de über Wikimedia Commons)

Die Aktivierung einiger Phytochrome fördert das „kompakte“ Wachstum und hemmt die Verlängerung, indem sie als Transkriptionsfaktoren für die an diesen Prozessen beteiligten Gene fungieren.

Es wurde jedoch nachgewiesen, dass in einigen Fällen die Aktivierung oder Inaktivierung von Phytochromen unabhängig von der Strahlung (rotes oder fernes rotes Licht) sein kann, die als "dunkle Umkehrreaktion" bekannt ist, deren Geschwindigkeit offensichtlich davon abhängt Temperatur.

Hohe Temperaturen fördern die schnelle Inaktivierung einiger Phytochrome, wodurch sie nicht mehr als Transkriptionsfaktoren wirken und das Wachstum durch Verlängerung fördern.

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