Ektotherme

Ektothermendefinition

Eine Ektotherme ist ein Organismus, der die benötigte Wärme aus der Umgebung ableitet. Dies steht im Gegensatz zu einer Endotherme, die durch interne chemische Reaktionen die benötigte Wärme erzeugt. Ein häufiges Missverständnis ist, dass eine Ektotherme „kaltblütig“ ist. Eine Ektotherme kann ihre Temperatur verhaltensmäßig regulieren, indem sie sich in wärmere Bereiche bewegt oder sich positioniert, um den Wärmeverlust zu verringern. Daher lassen viele Ektothermen ihre Körpertemperaturen während Perioden der Inaktivität sinken Während sie aktiv sind, halten sie normalerweise die Körpertemperatur in ähnlichen Bereichen wie Säugetiere. Eine Ektotherme kann ein Thermoregulator oder ein Thermokonformer sein, je nachdem, ob sie ihre Körpertemperatur aktiv ändert. Es gibt auch eine Reihe von Vor- und Nachteilen, eine Ektotherme zu sein. Diese Themen werden im Folgenden behandelt.

Thermoregulation in einer Ektotherme

Das verbreitete Missverständnis, dass Ektothermen kaltblütig sind, ist ein Missverständnis der Funktionsweise dieser Tiere. Alle Tiere benötigen irgendeine Art von Wärme Energie für die chemischen Reaktionen in ihrem Körper. Endothermen leiten diese Wärme aus dem Abbau energiereicher Gewebe wie Fette und durch schnelle Muskelkontraktionen ab, die als s bekannt sind hivering. Diese Prozesse setzen Wärme frei, die dann über das Kreislaufsystem im Körper verteilt wird. Ebenso verwendet eine Ektotherme das Kreislaufsystem, um die Wärme im ganzen Körper zu verteilen, aber die Wärme kommt von einer anderen Quelle.

Stattdessen Ektothermen verlassen sich fast ausschließlich auf die Energie in ihren Nahrungsmitteln zur Wärmegewinnung und nutzen die von der Umwelt bereitgestellte Strahlungswärme. Diese Wärme kann auf viele Arten gewonnen werden. Sonnenstrahlung ist der häufigste Weg, da viele Ektothermen die Sonnenstrahlen zum Aufwärmen verwenden. Ein anderer Weg ist durch Leitung. Felsen und der Boden nehmen Sonnenenergie auf und strahlen diese Energie im Laufe der Zeit in Form von Infrarotstrahlung aus. Eine Ektotherme kann sich auch in der Nähe oder auf Gegenständen positionieren, die Wärme abstrahlen, um diese Wärme zu absorbieren. Thermoregulierende Ektothermen nutzen dies und bauen ihre Körperwärme vor Aktivitätsperioden auf ein beträchtliches Niveau auf. Dann, normalerweise nachts, lässt eine Ektotherme ihre Körpertemperatur sinken, da sie keine zusätzliche Wärme benötigt. Verdunstung von Wasser und Wärmeleitung vom Organismus weg verursachen Wärmeverlust. Eine thermoregulierende Ektotherme führt auch Verhaltensanpassungen durch, um diese Verluste zu bewältigen, z. B. das Verstecken in einem Bau oder die Minimierung der Verdunstung durch Körperhaltung und Atmung.

Es gibt auch thermokonformierende Ektothermen. Ein Thermokonformer ist ein Tier, das wenig bis gar nichts unternimmt, um seine Körpertemperatur zu ändern. Eine thermokonformierende Ektotherme wird auch als Poikilotherme bezeichnet. Betrachten Sie zum Beispiel die meisten Fische. Wasser hat die Fähigkeit, einem Organismus sehr schnell Wärme zu entziehen. Während Fische atmen, fließt Wasser direkt über ihre Kiemen und kühlt ihr Blut. Infolgedessen haben die meisten Fische die gleiche Temperatur wie das Wasser um sie herum. Sie zittern oder sonnen sich nicht im Sonnenlicht, wenn sie kalt sind, ihre maximale Aktivität nimmt einfach ab. Einige ektotherme Tiere leben sogar in Gefrierumgebungen und verwenden spezielle Ionen und Frostschutzmoleküle, um das Einfrieren ihrer Zellen zu verhindern. Andere, wie viele Wirbellose, frieren einfach ein und warten darauf, aufgetaut zu werden. Am anderen Ende des Spektrums gibt es auch große Fische wie Thunfische und Haie, die ihre Körpertemperatur durch spezielle Zirkulationsmuster und hohe Aktivität höher halten. Einige haben sogar argumentiert, dass diese Fische bis zu einem gewissen Grad endotherm sein könnten.

Wie eine Ektotherme thermoregulieren kann, ist daher sehr unterschiedlich. Innerhalb der Kategorie der Ektotherme gibt es ein ganzes Spektrum, das alle diese Methoden zur Temperaturregulierung umfasst. Davon abgesehen haben nur sehr wenige Ektothermen tatsächlich „kaltes“ Blut. Im Vergleich zu Menschen und anderen Endothermen lassen sie einfach zu, dass ihre Körpertemperaturen viel stärker schwanken. Während es so aussieht, als wären Endothermen irgendwie „weiterentwickelt“ oder komplexer, ist dies der Fall einfach nicht der Fall. Da sich alle heute lebenden Organismen für die gleiche Zeit entwickelt haben, bedeutet die Tatsache, dass es sowohl Endothermen als auch Ektothermen gibt, dass beide Systeme ihre Vor- und Nachteile haben. Tatsächlich überwiegen die Ektothermen nach Anzahl der Arten und Gesamtbiomasse bei weitem die Endothermen. Dies liegt daran, dass eine Ektotherme eine Reihe von Vor- und nur wenigen Nachteilen hat.

Vor- und Nachteile einer Ektotherme

Vorteile

Ektothermen haben beim Energieverbrauch einen deutlichen Vorteil gegenüber Endothermen. Säugetiere verbrauchen normalerweise etwa 98% ihrer Energie, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, dass sie fast immer ein hohes Aktivitätsniveau aufrechterhalten können, aber es bedeutet auch, dass sie nur etwa 2% der Energie in ihrer Nahrung für Wachstum und Fortpflanzung verwenden können. Eine Ektotherme hat dieses Problem nicht.Die meisten Ektothermen verbrauchen über 50% der Energie in ihrer Nahrung für Wachstum und Fortpflanzung. Dies bedeutet, dass Ektothermen mit viel weniger Nahrung überleben können als Endothermen ähnlicher Größe. Eine Ektotherme kann ihren Körper einfach nachts abkühlen lassen und so die Menge an Nahrung reduzieren, die zum Überleben benötigt wird. Die folgende Grafik zeigt die Fähigkeit einer Ektotherme, über eine größere Vielfalt von Innentemperaturen zu überleben.

Die Fähigkeit, den Körper zuzulassen Die zu schwankende Temperatur bietet eine Reihe weiterer deutlicher Vorteile. Eine verringerte Körpertemperatur bedeutet, dass zelluläre Prozesse langsamer ablaufen und den Gesamtstoffwechsel verringern. Dies ist wichtig für Fische und andere Kreaturen, die über den Winter in eiskalten Gewässern leben. Insgesamt wurde festgestellt, dass eine Ektotherme ungefähr ein Zehntel der Energie verbraucht, die eine Endotherme verbraucht. Diese Energieeinsparungen führen direkt zu schnellerem Wachstum und mehr Reproduktion. Wo ein Vogel mehrere Eier legen kann, legt ein ähnlich großes Reptil Hunderte. Ektothermen sind jedoch auch mit deutlichen Einschränkungen verbunden.

Nachteile

Säugetiere und andere Endothermen entwickelten sich aus einem Grund: Es musste eine Nische gefüllt werden, in der ektotherme Tiere nicht konkurrieren konnten. Weil Ektothermen dazu neigen Um ihre Aktivität regelmäßig zu senken, sind sie anfällig für Raubtiere. Unabhängig davon, ob Sie sich in der Sonne sonnen oder einschlafen, weil Ihre Körpertemperatur sinkt, sind viele ektotherme Verhaltensweisen riskant. Endothermen haben nicht jeden Tag diesen Energieverlust und sind daher eher bereit, auf Gefahren zu reagieren. Beachten Sie in der obigen Grafik, dass dies auch bedeutet, dass Ektothermen ein niedrigeres Gesamtaktivitätsniveau aufweisen. Dies ist zwar ein schwerwiegender Fehler, hat jedoch Millionen von Ektothermen nicht gestoppt.

Das zweite Hauptproblem, das Ektothermen aus bestimmten Umgebungen ausschließt, ist die Temperatur. Viele Säugetiere und Vögel können dort leben, wo Ektothermen es nicht können. Diese Tiere verwenden Anpassungen wie Haare und Federn, um sich vor extremen Temperaturen zu schützen. Andere Ektothermen, wie die in der Wüste, haben Schwierigkeiten, ihren Wasserhaushalt aufrechtzuerhalten, da er direkt mit ihrem Heiz- und Kühlmechanismus zusammenhängt. Wie in den folgenden Beispielen zu sehen ist, weisen viele Ektothermen seltsame Verhaltensanpassungen auf, die es ihnen ermöglichen, diese Probleme zu kompensieren.

Beispiele für Ektothermen

Galapagos-Leguane

Der Galapagos-Leguan (Amblyrhynchus cristatus), auch Marine-Leguan genannt, ist ein perfektes Beispiel für eine thermoregulierende Ektotherme. Am Morgen taucht der Leguan aus seinem Bau auf und stellt sich auf einen schwarzen Lavastein. Die Temperatur des Leguans ist sehr niedrig, da der Leguan ihn über Nacht fallen lässt. Wenn die Sonne auf den Leguan und die Felsen um ihn herum trifft, absorbiert der Leguan die Sonnen- und Infrarotstrahlung, die auf seinen Körper trifft. Es wird sogar die größte Oberfläche seines Körpers in Richtung Sonne drehen, ähnlich wie ein Solarpanel, um die maximale Wärmemenge zu absorbieren. Schließlich ist der Leguan heiß und bereit, aktiv zu sein, wie im Bild unten zu sehen. Meeresleguane sind insofern besonders, als sie unter Wasser nach Algen suchen.

Der Leguan läuft von den Klippen und stürzt in die Kälte Meereswasser. Das Wasser zieht schnell die Wärme aus dem Körper des Leguans. Es muss sich beeilen, um zu füttern, bevor es zu kalt ist, um seine Muskeln zu bewegen. Während die Leguane über 30 Minuten lang den Atem anhalten können, müssen sie kurz danach zum Ufer zurückkehren, um wieder Wärme zu gewinnen. Der Leguan kehrt nach dem Füttern an die Oberfläche zurück und schwimmt an Land. Es muss jetzt wieder die Klippen hinaufklettern und anfangen, Hitze wieder aufzunehmen. Auf diese Weise reguliert der Leguan aktiv seine Temperatur, um sich mit genügend Wärme zu versorgen, um effizient zu füttern. Nachts kehrt der Leguan in seine Höhle zurück und nimmt eine viel niedrigere Körpertemperatur an, die der der Luft nahe kommt.

Laubfrösche

Laubfrösche sind eine Ektotherme, die eine andere haben Reihe von Problemen. Der Regenwald ist auch nachts ein sehr warmer Ort. Die meisten Laubfrösche müssen nachts nicht unbedingt ihre Aktivität senken. Ihr Temperaturzyklus basiert normalerweise auf einem anderen Phänomen: dem der Verdunstung. Tagsüber nehmen Bäume Wasser aus dem Boden auf und übertragen es in die Luft über dem Baldachin. Am Nachmittag ist die Luft gesättigt und es beginnt zu regnen. Dieser konstante Wasserkreislauf betrifft auch die Laubfrösche. Während die Luft im heißesten Teil des Tages austrocknet, beginnt das Wasser des Frosches zu verdampfen. Dies trocknet nicht nur den Frosch aus, sondern senkt auch die Körpertemperatur des Frosches.

Aber Laubfrösche sind nicht ohne ihre Tricks. Einige Frösche springen an diesem Teil des Tages in Gewässer, da stehendes Wasser normalerweise ziemlich warm ist und sie kein Wasser durch Verdunstung verlieren. Andere Frösche haben seltsame Posen angepasst, die ihre empfindlichsten Bereiche vor Wasserverlust schützen. Wenn dann der Nachmittagsregen zu fallen beginnt, können die Frösche mit der Jagd beginnen und sich von Insekten ernähren.Diesmal perfekt mit dem Einsetzen der Nacht, wenn viele Insekten auftauchen.

Einfrieren von Fischen

Das letzte Beispiel ist eine nicht regulierende Ektotherme. In so kalten Gewässern gibt es mehrere Fischarten, dass normale Fische gefrieren würden. Damit Wasser zu Eis wird, müssen einige Faktoren vorhanden sein. Erstens muss es kalt genug sein. Zweitens muss es eine Art Molekül geben, das als „Keim“ für Eiskristalle dient. Schließlich darf das Wasser keine Moleküle enthalten, die die Eisbildung verhindern. Fische, die unter diesen Bedingungen existieren, sind Poikilothermen oder Ektothermen, die dies nicht tun Diese Tiere benötigen zwar nicht viel Wärme, um ihre Aktivität aufrechtzuerhalten, verhindern jedoch das Einfrieren.

Diese Tiere filtern beide aktiv Verunreinigungen aus ihrem Blut und bilden spezielle Proteine, die die Bildung von Eis verhindern ermöglicht es den Tieren, bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt zu existieren, wobei sie sich selbst einfrieren. Salzwasser gefriert aufgrund der gelösten Salze erst bei viel niedrigeren Temperaturen, aber das Wasser in den Tierzellen ist viel weniger salzig und sollte vor dem Salzwasser gefrieren. Ein normaler Wert Fische würden in diesen Gewässern fast augenblicklich aus den Kiemen gefrieren. Diese Fische verhindern dies und können in einer Nische gedeihen, die andere nicht erreichen können.

Quiz

1. Welche der fol Lowing ist eine Ektotherme?
A. Zebra
B. Strauß
C. Schlange

2. Was ist ein Vorteil einer Ektotherme?
A. Sie sind die ganze Zeit warm
B. Sie verbrauchen erheblich weniger Energie, um Ihre Temperatur zu regulieren. Sie können Lebensmittel bei jeder Temperatur sammeln.

3. Du hast ein neues Tier gefunden. Sie überwachen es den ganzen Tag über und stellen fest, dass die Temperatur stark schwankt. Sie sehen auch, dass es sich aktiv in verschiedene Positionen bewegt, wenn seine Temperatur bestimmte Extreme erreicht. Dieses Tier ist ein:
A. Poikilotherm
B. Endotherme
C. Ektotherme