Genetische Adaptation (dauerhafte Anpassung der Widerstandskraft) Genetische Adaptation. Muskelkontraktion
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- Elmar Hofmeister
- vor 7 Jahren
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1 44 Vorlesung Ökophysiologie der Tiere WS, 1h Anton Stabentheiner A) Reaktion von Organismen auf ökologische Einflußfaktoren Quellen physiologischer Variation Adaptive Variation und Akklimatisation (Fische) a) Thermische Adaptation Selektion genetischer Varianten viele Generationen Wärmeangepasst, stenotherm 1) Temperatur und Strahlung, Energetik der Fortbewegung: Beziehungen zwischen Körper- und Umgebungstemperatur Überwinterungsstrategien Morphologie und Entwicklung Körpergröße und Energieumsatz Wärmeaustausch Verhalten und Umweltfaktoren Aktivität und Energieumsatz 2) Soziale Thermoregulation: Bauliche Maßnahmen Soziale Thermoregulation am Beispiel der Soziale Thermoregulation bei homoiothermen Tieren Serrasalmus nattereri Kälteangepasst, stenotherm Labeo bicolor C) Wasser und Osmoregulation Aquatische und terrestrische Lebensräume Wasserhaushalt und seine Regelung Salmo trutta 45 Genetische Adaptation (dauerhafte Anpassung der Widerstandskraft) Genetische Adaptation (dauerhafte Anpassung der Widerstandskraft) Myosinköpfchen mit ATP-ase Temperaturbeständigkeit der ATPase Muskelkontraktion Myosin Actin 46 47
2 48 Temperatur Aktivität (Frösche) a) Genetisch determinierte Aktivitätsbereiche Aktivitäts-Temperaturen Temperatur Aktivität (Ameisen) a) Genetische thermische Adaptation Direkter Temperatureinfluß im Aktivitätsbereich 50 Temperatur Aktivität (Ameisen) a) Genetische thermische Adaptation Direkter Temperatureinfluß im Aktivitätsbereich Geschwindigkeits- und Umsatzfunktionen Eurytherm! Temperaturanstieg beschleunigt Stoffwechselvorgänge Beschreibbar durch Exponentialgleichung der Form: y = a. b x log y = log a + log b. x 51 52
3 53 Geschwindigkeits- und Umsatzfunktionen Geschwindigkeits- und Umsatzfunktionen 54 Temperatur Stoffwechsel-Aktivität (Ameisen) a) Genetische thermische Adaptation Direkter Temperatureinfluß im Aktivitätsbereich Temperatur Stoffwechsel-Aktivität (Skorpion) a) Genetische thermische Adaptation Direkter Temperatureinfluß im Aktivitätsbereich Centruroides sculpturatus 55 56
4 57 Temperatur Stoffwechsel-Aktivität (Millipedia) b) Thermische Adaptation Akklimatisation (verzögerte Reaktion) Tage Wochen Orthoporus ornatus (Crustacea) b) Thermische Adaptation Akklimatisation V O2 Strandfloh Talorchestia megalophthalma KEINE Akklimatisation log V O2 Aktivität Sandkrabbe Emerita talpoida AKKLIMATISATION V O2 log V O2 Aktivität ~4x Beide Arten: Atlantikküste bei Woods Hole (Massachusetts, Ostküste USA) 58 Strandfloh Talorchestia megalophthalma KEINE Akklimatisation keine Kompensation des Stoffwechselumsatzes bei Temp-Änderung Temperatur Enzymaktivität (Fische) b) Thermische Adaptation Akklimatisation Sandkrabbe Emerita talpoida AKKLIMATISATION Kompensation des Stoffwechselumsatzes bei Temp.-Änderung Bei Akklimatisation: Änderung von Umsatzfunktionen a) Translation = Parallelverschiebung b) Rotation c) oft: gemischte Kompensations-Strategie (Translation+Rotation) Oncorhynchus mykiss 59 60
5 61 Temperatur Mitochondriale Atmung () b) Thermische Adaptation Akklimatisation c) Direkte physiologische Reaktionen Minuten bis Stunden 500 Akklimatisation bei Ratten: Mitochondriale Atmung 500 Akklimatisation bei Ratten: Mitochondriale Atmung (Zaninovich, Rebagliati, Raíces, Ricci, Hagmüller 2003) (Zaninovich, Rebagliati, Raíces, ng O 2 min -1 mg Protein Muskel Leber Braunes Fett % Erhöhung bei Kälte-Akklimatisation Ricci, Hagmüller 2003) Muskel Leber Braunes Fett +36% +18% +460% Wichtig bei regulierenden Tieren, Vögel 0 Thermoneutral 22 C Akklimatisiert 4 C 0 Akklimatisiert 4 C 62 Ankurbelung des Stoffwechsels Entkoppelte Atmung im Braunen Fett 63 64
6 65 Ankurbelung des Stoffwechsels Entkoppelte Atmung im Braunen Fett Aufstellen von Haaren und Federkleid (langfristig: --Fell, ~Gefieder) Ankurbelung des Stoffwechsels Entkoppelte Atmung im Braunen Fett Aufstellen von Haaren und Federkleid Durchblutungsanpassung der Haut 66 Ankurbelung des Stoffwechsels Entkoppelte Atmung im Braunen Fett Aufstellen von Haaren und Federkleid Durchblutungsanpassung der Haut Gegenstrom Wärmetauscher 67 68
7 69 (langfristig: --Fell, ~Gefieder) 71 Kühl-Verhalten im Flug Proportion extruding fluid Air temperature ( C) 74 75
![76 Verdampfunswärme H 2 O: 2,4 kj/l Kühlleistung P Qv = A. ß(P O -P L ) [J/s = W] A = Verdunstungs-Fläche P O = Dampfdruck an der Oberfläche P L = Dampfdruck der Luft ß = Verdunstungszahl [J.m -2.](/docs-images/56/39723639/images/8-0.jpg "s -1.Pa -1 ] Bedeutung der Schweißproduktion für die Thermoregulation: Mensch > Pferd, Kamel > Rind > Schaf, Ziege >Schwein > Hund, Katze > Vögel Keine Schweißdrüsen: Monotremata, viele Nager (Maus,")
8 76 Verdampfunswärme H 2 O: 2,4 kj/l Kühlleistung P Qv = A. ß(P O -P L ) [J/s = W] A = Verdunstungs-Fläche P O = Dampfdruck an der Oberfläche P L = Dampfdruck der Luft ß = Verdunstungszahl [J.m -2.s -1.Pa -1 ] Bedeutung der Schweißproduktion für die Thermoregulation: Mensch > Pferd, Kamel > Rind > Schaf, Ziege >Schwein > Hund, Katze > Vögel Keine Schweißdrüsen: Monotremata, viele Nager (Maus, Ratte), Kaninchen u.a., Vögel 77 Ventilation (aktive Konvektion) Hund Kombination von aktiver Ventilation und Evaporation Atemfrequenz: bis 400/min Ventiliertes Luftvolumen steigt von 2 auf 75 l/min Ventilation Hund, Vögel Durchblutung der Haut Robben Isolierende Speckschicht 78 79
9 80 Ventilation Hund, Vögel Durchblutung der Haut Robbe Bypass der Isolation d. Speckschicht Ventilation Hund, Vögel Durchblutung der Haut Wärmetauscher Gazellen 81
R CO2 = m age: d age: 5.5 d (capped) R CO2 (µl h -1 ) larval mass (mg) Massenexponent
Vorlesung Ökophysiologie der Tiere WS, h Anton Stabentheiner A) Reaktion von Organismen auf ökologische Einflußfaktoren Quellen physiologischer Variation Adaptive Variation und Akklimatisation ) Temperatur
Soziale Thermoregulation Bauliche Maßnahmen a) Insektenlarven. Soziale Thermoregulation Bauliche Maßnahmen b) Ameisen
2 Vorlesung Ökophysiologie der Tiere WS, 1h Anton Stabentheiner A) Reaktion von Organismen auf ökologische Einflußfaktoren Quellen physiologischer Variation Adaptive Variation und Akklimatisation a) Insektenlarven
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