Einfluss der Temperatur auf Lebensvorgänge
Eine der wichtigsten abiotischen Umweltfaktoren ist die Temperatur. Die Temperatur eines Lebewesens spiegelt seinen Wärme- oder Energiezustand wider. Sie ist entscheidend für die Molekularbewegung und die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen. Das Verhältnis zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur ist ein zentrales Element der folgenden Ausführungen und fasst sich in der RGT-Regel zusammen:
RGT-Regel
- Die RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel oder Van't-Hoff-Regel) ist eine Abschätzung aus der Biochemie. Sie besagt, dass sich bei einer Temperaturerhöhung von 10 Kelvin oder 10 °C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt.
Hinweis
Vorsicht! Diese Regel ist in vielen Bereichen gültig, jedoch ist zu beachten, dass biologische Materialien bzw. Lebewesen eine maximale Temperaturobergrenze haben: alle biologische Prozesse beruhen aus enzymatischen Reaktionen - wird diese überschritten, denaturiert das Protein und ist somit funktionsunfähig.
Poikilotherme oder wechselwarme Tiere
- Hier ist die Körpertemperatur = Umgebungstemperatur
- Beispiele sind Insekten, Schnecken, Spinnen ...
Homoiotherme oder gleichwarme Tiere
- Körpertemperatur wird reguliert und ist höher als Umgebungstemperatur, hoher Energiebedarf
- Beispiel: Fell
- Dabei sind Strategien wie Winterschlaf bei homoiothermen Tieren bekannt: Absenken der Körpertemperatur und des Energieverbrauchs, Temperatur kann bis 0 °C absinken
Hinweis
Die Wärmeabgabe ist von der Oberfläche eines Lebewesens abhängig, die Erzeugung der Energie vom zur Verfügung stehenden Volumen:
Oberfläche = Kantenlänge x Kantenlänge (Würfel: 6 x Kantenlänge2)
Volumen = Kantenlänge x Kantenlänge x Kantenlänge (Würfel: Kantenlänge3)
Das heißt: wird die Kantenlänge verdoppelt (x2), so wird die Oberfläche vervierfacht (22 = 4). Das Volumen ist sogar 8-mal größer (23 = 8).
Bergmannsche Regel (oder die Kartoffelregel)
Der Anatom und Physiologe Bergmann beobachtete, dass bei gleichwarmen Tieren die Individuen in kälteren Gebieten größer sind als in wärmeren.
Eine wichtige Voraussetzung ist eine gleiche Körperform. Als Beispiel werden verschiedene Pinguinarten gewählt. Der am Südpol lebende Kaiserpinguin ist ca. 125 cm groß, während der auf Höhe des Äquators lebende Galapagos-Pinguin nur ca. 50 cm groß ist. Der Kaiserpinguin gibt aufgrund seines besseren Verhältnisses von Volumen zu Oberfläche relativ weniger Wärme ab als der kleinere Galapagos-Pinguin.
Man kann die Bergmannsche Regel sehr einfach mit gekochten Kartoffeln nachvollziehen. Kochen Sie Kartoffeln in einem Topf und entnehmen Sie zur gleichen Zeit eine kleine und eine große gekochte Kartoffel.
Allensche Regel
Die Allensche Regel beschreibt, dass bei gleichwarmen Tieren die relative Größe abstehender Körperteile (Extremitäten, Schwänze, Ohren) in kalten Klimazonen geringer ist als bei verwandten Tieren in wärmeren Gebieten.
Ein gutes Beispiel stellt die Gattung Fuchs dar. So zeigt der Polarfuchs fast keine sichtbar abstehenden Ohren, wohingegen der Wüstenfuchs Fennek sehr große Ohren zeigt. Der europäische Rotfuchs bildet – was die Form und Größe seiner Ohren angeht – eine Mittelstellung. Der Fennek nutzt die große Ohrenoberfläche zur Kühlung.
Der Fennek-Wüstenfuchs: Die große Oberfläche der Ohren wird dazu genutzt Wärme abzugeben. (Universität Göttingen ©)
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