EBio 45 1.Arbeitsblatt zum abiotischen Umweltfaktor Temperatur

Biologie EBio 11
Ökologie
EBio 45
1.Arbeitsblatt zum abiotischen Umweltfaktor Temperatur bearbeiten
2.Buch (Markl Biologie Oberstufe) S. 321-322 lesen
-> Allen´sche und Bergmannsche Regel -> erarbeiten und im Hefter verschriftlichen
-> Berechnen Sie das Verhältnis aus Oberfläche und Volumen für einen Würfel von 2cm
Kantenlänge und einem Würfel von 4 cm Kantenlänge
-> Begründen Sie, weshalb die Bergmannsche Regel nicht auf Poikilotherme zutreffen
kann! (schriftlich)
-> Aufgabe 22.7 auf der Seite 322 (schriftlich)
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Ökologie
Abiotischer Umweltfaktor Temperatur
Die Temperatur auf der Erde weist enorme Schwankungen auf. So können Temperaturen von
+50°C in Wüstengebieten und bis zu -80°C in Nordsibirien und der Antarktis gemessen werden.
Dies hat teilweise enorme Auswirkungen auf die Lebensweise der Organismen.
1. RGT-Regel
Innerhalb ihres Toleranzbereiches können Lebewesen existieren, allerdings unterschiedlich gut. Die
folgende Grafik zeigt die unterschiedlichen Messungen von Entwicklungsgeschwindigkeit und der
Entwicklungsdauer der Puppen der bekannten Fruchtfliege Drosophila bei verschiedenen Temperaturen.
Es ergibt sich folgende Beziehung: Je höher die Temperatur ist, desto größer ist die
Entwicklungsgeschwindigkeit. Diese Beziehung entspricht den Verhältnissen, die für chemische
Reaktionen gelten.
Drosophila melanogaster
Die Reaktions-Geschwindigkeitsregel (RGT-Regel) erläutert also den folgenden Zusammenhang:
Bei einer Temperaturerhöhung um 10°C steigt die Geschwindigkeit einer Reaktion um das Zwei-bis
Dreifache.
Diese gilt auch weitgehend für die physiologisch-chemischen Abläufen in den Körpern der Organismen.
Eine Einschränkung besteht darin, dass die biochemischen Abläufe von Enzymen katalysiert werden und
diese aufgrund ihrer Proteinnatur sehr temperaturempfindlich sind.
Aufgabe 1:
Eine Eidechse lässt sich in den Morgenstunden leicht mit der Hand einfangen. Nachmittags bewegt sie sich
allerdings so flink, dass sie kaum in die Finger zu bekommen ist. Finden Sie eine Erklärung für dieses Phänomen.
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2. Wechselwarme / Gleichwarme Tiere
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Auf einer Reise rund um die Welt wird man in allen Teilen der Erde – ob im kalten Norden oder im warmen Süden freilebende Säugetiere und auch Vögel beobachten können. Reptilien und Amphibien wird man allerdings im kühlen
Skandinavien vergeblich suchen, denn für Kriechtiere und Lurche ist es dort zu kalt, da sich ihre Körpertemperatur
mit der Umgebungstemperatur ändert. Im Gegensatz dazu haben Vögel und Säuger eine relativ konstante
Körpertemperatur, die für die Stoffwechselvorgänge im optimalen Bereich von ca. 37/38°C liegt.
Gleichwarme (homoiotherme) Tiere – dazu gehören nur Säugetiere und Vögel – können ihre
Körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur innerhalb des physiologisch optimalen
Bereichs von ca. 36-40°C relativ konstant halten, in dem sie ihren Energiehaushalt und damit die
Wärmebildung steigern oder ihre Wärmeabgabe an die Umgebung kontrollieren. Durch Erhöhung der
Stoffwechselrate können sie schnell chemisch gebundene Energie in Wärmeenergie umwandeln.
Isolationsstrukturen, wie Fell, Federn oder Unterhautfettgewebe verringern die Wärmeabgabe an die
Umgebung. Eine spezielle Anordnung der Blutgefäße im äußeren Gewebe ermöglicht es, die Durchblutung
und damit die Wärmeabgabe an die Umgebung zu steuern.
Wechselwarme (poikilotherme) Tiere – das sind alle anderen – können ihre Körpertemperatur
hingegen nicht selbst über die Stoffwechselrate und Isoliermechanismen regulieren; sie können ihre
Körpertemperatur also nicht unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant halten. Sie schwankt
vielmehr mit der Umgebungstemperatur. Die Stoffwechselrate eines ruhenden Poikilothermen beträgt
höchstens ein Fünftel der eines Homoithermen. Der Energiebedarf und damit die Nahrungsmenge ist
dementsprechend geringer. Die Poikilothermen besitzen hitzestabile Enzyme, die schon bei niedrigen
Temperaturen ihr Optimum erreichen, wie bei Fischen im Eismeer. Diese Enzyme ermöglichen es den
Tieren, ohne den hohen Energieaufwand der Homoiothermen in kalten Regionen zu überleben. Eine
Eisbildung im Blut und in der Gewebsflüssigkeit verhindern Poikilotherme durch Glykoproteine, die als
Frostschutzmittel die Temperatur erniedrigen, bei der Eiskristalle wachsen.
Aufgabe 2:
Betrachten Sie die Abbildung und ordnen Sie Maus und Eidechse die Begriffe gleichwarm (homoiotherm)
und wechselwarm (poikilotherm) zu.
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Aufgabe 3:
Beurteilen Sie anhand der Abbildung und der RGT-Regel die Vor- und Nachteile gleichwarmer und
wechselwarmer Tiere unter verschiedenen Bedingungen.
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Wie reguliert der Mensch seine Körpertemperatur?
http://www.uni-duesseldorf.de/MathNat/Biologie/Didaktik/Thomas/seiten/thermo/bilder/koertemp.gif
Das Temperaturregulationszentrum des Menschen befindet sich im Gehirn, genauer
gesagt im Hypothalamus. Hier wird der Sollwert von 37°C vorgegeben. Wärme- und
Kälterezeptoren in der Haut und im Nervensystem registrieren die Innen- und
Außentemperatur des Körpers. Die gemessenen Istwerte werden dem Hypothalamus
übermittelt, der wiederum bestimmte Stellglieder aktiviert, die Körpertemperatur auf
den gewünschten Sollwert zu regulieren. Ist der Körper zu kühl, so kann über Zittern
Wärme produziert werden. Der Stoffwechsel wird angekurbelt und die äußeren
Blutgefäße ziehen sich zusammen, damit nicht noch zusätzliche Wärmeverluste
entstehen. Ist die Körpertemperatur zu hoch, werden die Schweißdrüsen aktiviert und
die Blutgefäße weitgestellt, so dass mehr Blut die Körperoberfläche erreicht (äußerlich
durch die Rotfärbung der Haut sichtbar) und dort abkühlen kann.