Bachelor Basismodul Biologie Praxis II - SS 2005: Tierphysiologie 3. Kurstag 03.05.05 Protokoll zum Praktikum Regulation von Herz und Kreislauf Protokollanten Jörg Mönnich Silke Ammerschubert Anton Friesen - Betreuer & Veranstalter Prof. Dr. Martin Egelhaaf
Zusammenfassung Das folgende Protokoll befasst sich im Wesentlichen mit der A nwendbarkeit der RGT-Regel bei Daphnia magna. Daz u wird die Stoffwechselaktiv ität bei verschiedenen Temperaturen anhand der Herz frequenz untersucht. Es stellt sich heraus, dass die RGT-Regel bei D aphnia nur in einem bestimmten Temperaturbereich anwendbar ist. Einleitung Im Laufe der Evolution wurden ve rschiedene Mechanismen zur Stoffwechselregulation entwickelt. Es lassen sich in der Tierwelt wechselwarme Tiere (Thermokonforme, ektotherm ) und gleichwarme Tiere ( Thermoregulatoren, endotherm) unterscheiden. Diese bei den Begriffe stehen im Zusammenhang mit der Thermoregulation. Unter Thermoregulation versteht man in der Biologie die mehr oder weniger große Unabhängigkeit der Betr iebstemperatur eines Organismus von der Außenwelt. Endot herme Tiere wie Säu getiere und Vögel nutzen Mechanismen wie z.b. S chwitzen, um ihre Körpertemperatur konstant zu halt en. Im Gegensatz dazu unterliegt die Körpertemperatur ekto thermer Tiere wie z.b. den in diesem Experiment untersuchten Wasserflöhen (Daphnia magna) Temperaturschwankungen ihrer Umwelt. Deren Stoffwechselrate steht dazu in dir ekter Abhängigkeit. Bei einem Temperaturanstieg erhöhen sich der S auerstoffverbrauch und damit die Herzfrequenz. Die RGT-Regel (Reak tionsgeschwindigkeit-temperatur-regel) besagt, dass sich die Stoffwechselrate verdoppelt, wenn die Temperatur um 10 K (10 C) erhöht wird. Im nachfolgenden Experiment soll unters ucht werden, ob der Einf luss der Temperatur auf die Herzfrequenz bei Da phnia tats ächlich durch die RGT-Regel beschrieben werden kann. - 1 -
Methoden Ein Wasserfloh wurde mit Vaseline auf ei nen Hohlschliffobjektträger angehaftet und in eine Pet rischale gelegt. Anschließend wurde die Pet rischale mit 24,5 C warmem Wasser gefüllt und die Herz frequenz des Tieres unter dem Binoku lar in zehn Intervallen von je zehn Sek unden ausgezählt. Das Wasser wurde danach stufenweise mittels Eis auf 19 C, 15 C, 10,5 C und 5,5 C abgekühlt und die Herzfrequenz wieder um in zehn Intervall en von 10, 15, 20 und 30 Sekunden ausgezählt. Im letzten Durchgang wurde 29 C warmes Wasser verwendet, dabei betrug die Messzeit 10 Sekunden. Im An schluss wurden die ausgezählten Werte der jeweiligen Temperaturstuf en auf eine Minute hochger echnet und die Mit telwerte bestimmt. Ausgehend von dies en We rten wurden Standardab weichung und Q-10 Werte berechnet (s. Ergebnis). Allgemein gilt für die Q 10 -Berechnung: Rechnerisch: Q 10 v = ( ) v 10 T 2 T2 T1 T1 Graphisch: log v log v log Q10 = 10 T2 T1 T2 T1 Zur Ermittlung des eigentlichen Q 10 -Wertes wird die Stei gung der Geraden durch log v T 2 log m = T2 T1 v T1 errechnet. Dieser Wert wird wiederum in Q 10 =10 10m eingesetzt. Ergebnisse Die Messungen ergaben die in Tabelle 1 aufgeführten Werte. - 2 -
Temperatur (in C) Herzschlag /min. (Mittelwert) Standardabweichung 29 230,4 1,86 24,5 344,4 6,97 19 197 1,22 15 145,2 1,27 10,5 91,9 0,88 5,5 38,3 0,78 Tabelle 1: Herzschlagfrequenz von Daphnia magna bei verschiedenen Wassertemperaturen Es ergaben sich ferner rechnerisch die in Tabelle 2 aufgeführten Q 10 -Werte nach der im Methodenteil genannten Formel: Temperaturbereich ( C) Q 10 -Wert 24,5 19 2,76 19 15 2,14 15 10,5 2,76 10,5 5,5 5,75 Tabelle 2: Q 10 -Werte (rechnerisch ermittelt) Das Auftragen der Herzfrequenz gegen die je weilige Temperatur ergab die i n Diagramm 1 dargestellte Kurve. Diagramm 1: Herzfrequenz in Abhängigkeit zur Temperatur Herzfrequenz 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatur (in C) - 3 -
Nach Logarithmierung der Herzfrequenzen ergab sich die in Diagramm 2 dargestellte Kurve. Diagramm 2: Herzfrequenz in Abhängigkeit zur Temperatur (halblogarithmische Auftragung) 10 log (Herzfrequenz) 1 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatur (in C) Interpretation Auf die in der Einleitung genannte Fragestell ung, ob der Einfluss der Temperatur auf die Herzfrequenz bei Daphnia tatsächlich durch die RGT-Regel beschrieben werden kann, kann nach Auswertung der Ergebni sse keine eindeutige Antwort gegeben werden. Im Temperaturberei ch von 10,5 C 24,5 C ist, wie dem Diagram m 2 z u entnehmen ist, die RGT-Regel anwendbar ; di es wird auch durc h die in T abelle 2 dargestellten Werte bestätigt. Die Herzfrequenz in Abhängigkeit zur Außentemperatur lässt sich in diesem Bereich durch eine Exponent ialfunktion darstellen. Weiterhin liegt der Q 10-Wert hier im für viele phys iologische Prozesse charakteristischen Bereich zwischen 2 und 4. Jedoch weichen die Werte unter 10,5 C u nd über 24,5 C von der zu erwartenden Geraden ab. Der Grund dafür könnte sein, dass diese Temperaturen außerhalb der für Daphnia optimalen Lebensbedingungen liegen. Die system atische Anpassung - 4 -
der Temperatur des Außenmediums wäre eine weit ere Fehler quelle, da für eine Optimierung der Ergebnisse eine zufälli ge Reihenfolge der Te mperaturen vonnöten gewesen wäre. Auf diese Weise könnte ausgeschlossen werden, dass der Stoffwechsel des Tieres durch das l angsame Herabsetzen der Temperatur zum Erliegen k ommt. Diese Vermutung würde dur ch den zuletzt gemessenen Wert von 230,4 bei 29 C bestätigt, da zu erwarten wäre, dass die Herzfrequenz im Bezug auf die vorhergehenden Messungen über dem Wert von 344,4 (24,5 C) liegt. Abschließend kann man sagen, dass die RG T-Regel bei der untersuchten Daphnia nur in einem begrenzten Temperaturbereich anwendbar ist. - 5 -