Ektotherme und endotherme Tiere

Im Tierreich haben sich im Laufe der Evolution zwei völlig unterschiedliche Mechanismen entwickelt, mit denen Tiere ihre Körpertemperatur regulieren: Ektothermie und Endothermie. Bevor ich auf diese beiden Mechanismen eingehe, möchte ich einen anderen wichtigen Punkt thematisieren. Warum ist es überhaupt notwendig, die Körpertemperatur zu regulieren?

Eine Regulation der Körpertemperatur ist notwendig, weil die meisten Enzyme ein bestimmtes Temperaturoptimum haben. Das liegt einfach am chemischen Aufbau der Enzyme, an der Struktur des aktiven Zentrums und am Schlüssel-Schloss-Prinzip, nach dem das Substrat, welches durch das Enzym umgesetzt werden soll, exakt in das aktive Zentrum passen muss (wie der Schlüssel ins Schloss).

Weicht die Körpertemperatur zu stark von diesem Temperaturoptimum ab, so ändert sich die Struktur des Enzyms und damit auch die Struktur des aktiven Zentrums. Das Enzym arbeitet langsamer, im Extremfall gar nicht mehr.

Liegt die Körpertemperatur unter dem Temperaturoptimum des Enzyms, so verändert sich nicht nur die Struktur des aktiven Zentrums, sondern wegen der RGT-Regel laufen alle chemischen Prozesse grundsätzlich langsamer ab. Liegt die Körpertemperatur dagegen über dem Temperaturoptimum, so beschleunigt das zunächst die Tätigkeit des Enzyms (RGT-Regel). Mit dem Ansteigen der Temperatur beginnen die Enzyme aber zu denaturieren, dadurch wird die Beschleunigung durch die RGT-Regel aufgehoben. Bei zu hohen Temperaturen können die Enzyme gar nicht mehr arbeiten, weil sie vollständig denaturiert sind.

Aus diesen Gründen ergibt sich die Notwendigkeit der Regulation der Körpertemperatur. Nach diesen Vorbemerkungen möchte ich auf die beiden Mechanismen eingehen, mit denen Tiere ihre Körpertemperatur regulieren, die Endothermie und die Ektothermie.

Endothermie

Endotherme Tiere sind die Säugetiere und die Vögel. Meistens bezeichnet man diese Tiere als "gleichwarm" oder "homoiotherm". Endothermie und Homoiothermie sind aber nicht unbedingt identische Begriffe. Mit dem Begriff "Endothermie" oder "endotherm" bezeichnet man die Tatsache, dass solche Tiere die benötigte Wärme mit Hilfe von Stoffwechselprozessen "von innen heraus" produzieren.

Mit dem Begriff "Homoiothermie" oder "gleichwarm" betont man dagegen die Tatsache, dass endotherme Tiere ihre Körpertemperatur unabhängig von der Außentemperatur auf einem konstanten Niveau halten können, der Mensch beispielsweise auf ca. 36 bis 37 ºC.

Endothermie ist also die Ursache für Homoiothermie, ohne körpereigene Produktion von Wärme könnten Säugetiere und Vögel ihre Körpertemperatur nicht unabhängig von der Außentemperatur aufrecht erhalten.

Ektothermie

Ektotherme Tiere sind alle Tiere außer den Säugetieren und den Vögeln. Diese Tiere sind auf die Zufuhr der Wärme von außen angewiesen. Reptilien legen sich morgens beispielsweise gern in die Sonne, um Wärme zu "tanken".

Kosten-Nutzen-Überlegungen

Vorteile der Endothermie

Endotherme Tiere sind weitgehend unabhängig von äußeren Wärmequellen, was es ihnen erlaubt, nachts, in kalten Jahreszeiten oder in kalten Regionen zu überleben. Sie können also ökologische Nischen erschließen, die anderen Tieren verschlossen bleiben.

Nachteile der Endothermie

Damit endotherme Tiere ihre eigene Körperwärme produzieren können, müssen sie sehr viel Nahrung aufnehmen. In kalten Gegenden oder zu kalten Jahreszeiten werden nämlich fast 90% der Nährstoffe für die Produktion von Körperwärme gebraucht, nur die restlichen 10% können in Wachstum, Fortpflanzung etc. investiert werden. Irgend ein Wissenschaftler (leider weiß ich die Quelle nicht mehr) hat mal ausgerechnet, dass ein 300 g schweres endothermes Tier 17 mal mehr Nahrung zum Überleben benötigt als ein gleich schweres ektothermes Tier.

Vorteile der Ektothermie

Ektotherme Tiere kommen mit wesentlich weniger Nahrung aus als endotherme Tiere, entsprechend brauchen sie auch weniger Wasser, das ja zum großen Teil für die Verdauung der Nahrung benötigt wird. Sie können daher Gegenden besiedeln, wo das Nahrungs- und Wasserangebot recht knapp ist.

Da sie nicht so viel fressen müssen wie gleichschwere endotherme Tiere, können sie mehr Zeit und Energie in Wachstum und Fortpflanzung investieren.

Wer nicht ständig auf Nahrungssuche ist, wird auch nicht so leicht von Räubern gefressen; ein weiterer Vorteil der Ektothermie.

Nachteile der Ektothermie

Da ektotherme Tiere auf die Wärmezufuhr von außen angewiesen sind, bleiben ihnen kalte Regionen verschlossen. Eine Vielzahl ökologischer Nischen kann von ihnen nicht besiedelt werden.