Feedback-Mechanismen und Thermoregulation bei Tieren

Feedback-Mechanismen in biologischen Systemen

1. Negative Rückkopplung

Die negative Rückkopplung ist einer der häufigsten Mechanismen der chemischen Regulation. Hierbei hemmt das Endprodukt einer chemischen Reaktion die Reaktion, aus der es ursprünglich hervorgegangen ist.

2. Positive Rückkopplung

Bei der positiven Rückkopplung führt die allosterische Wirkung der Interaktion des Metaboliten mit der primären Reaktion nicht immer zu einer Hemmung. Eine Änderung der Konfiguration kann die Reaktion auch verstärken; somit beschleunigt die Anreicherung des Endproduktes die Reaktion, die es erzeugt.

Homöotherme Tiere und ihre Wärmeregulation

Homöotherme Tiere besitzen eine sehr konstante und in der Regel hohe innere Körpertemperatur. Die primäre Wärmequelle entsteht in den Körperzellen durch die Oxidation von Glukose und anderen energiereichen Molekülen. Der Stoffwechsel homöothermer Tiere ist wesentlich intensiver als der von poikilothermen (wechselwarmen) Tieren, da sie einen großen Teil ihrer Energie für die Wärmeerzeugung aufwenden.

A. Regulation bei steigender Körpertemperatur

Sobald die Körpertemperatur eines Säugetiers über den im Hypothalamus festgelegten Sollwert steigt, weiten sich die Blutgefäße nahe der Hautoberfläche (Vasodilatation), wodurch die Durchblutung der Haut zunimmt. Wenn die Umgebungsluft kühler als die Körperoberfläche ist, wird die Wärme direkt an die Luft abgegeben.

C. Effektoren der Kälte

Wenn die Temperatur eines Lebewesens sinkt, treten folgende Reaktionen auf:

• Die Intensität der physiologischen Prozesse nimmt ab.
• Der Sauerstoffverbrauch sinkt.
• Die Bewegungen werden langsamer.
• Das Tier verfällt in einen Zustand der Ruhe oder Erstarrung.

D. Gewöhnung an hohe und niedrige Temperaturen

Es gibt extreme Temperaturen, an die sich Tiere bis zu einer gewissen Grenze gewöhnen können. Unterhalb dieser Grenze wird ein Temperaturabfall nicht mehr toleriert.

E. Auswirkungen von Hitze und letale Temperaturen

Jede Tierart besitzt einen spezifischen Index der thermischen Toleranz: Vögel, Reptilien, Säugetiere und Insekten weisen oft eine tödliche Grenze von etwa 45 °C auf. Wassertiere haben im Vergleich zu Landtieren eine geringe thermische Toleranz; viele sterben bereits bei Temperaturen zwischen 30 und 35 °C. Einige arktische Tiere, die bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt leben, sterben bereits, wenn die Temperatur um 10 °C ansteigt.

B. Regulation bei niedriger Körpertemperatur

Wenn die Temperatur des zirkulierenden Blutes unter den im Hypothalamus eingestellten Wert fällt, verengen sich die Blutgefäße nahe der Hautoberfläche (Vasokonstriktion). Dies begrenzt den Wärmeverlust über die Haut, während gleichzeitig die Stoffwechselprozesse intensiviert werden.