Endothermie und Ektothermie

Die zwei Hauptstrategien zur Regulierung der Körpertemperatur: die eigene Wärmeerzeugung und die Aufrechterhaltung einer konstanten Wärme oder die Regulierung durch Umwelt und Verhalten.

Definition

Endothermie ist die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur hauptsächlich durch intern erzeugte Stoffwechselwärme, während Ektothermie die Abhängigkeit von externen Wärmequellen und Verhalten zur Einstellung der Körpertemperatur beschreibt; die Begriffe beschreiben die Wärmequelle und nicht, ob die Temperatur reguliert wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Physiologie der wichtigsten thermoregulatorischen Strategien: Ektothermie, bei der die Körpertemperatur weitgehend der Umgebung folgt und verhaltensmäßig angepasst wird, und Endothermie, bei der eine hohe metabolische Wärmeproduktion eine stabile, oft hohe Temperatur aufrechterhält. Es werden die Wege des Wärmeaustauschs, die Mechanismen, die Endotherme zur Wärmeerzeugung und -konservierung nutzen, die thermoneutrale Zone, intermediäre und regionale Strategien wie die Heterothermie sowie die Kosten und Vorteile jeder Strategie behandelt. Die Darstellung ist vergleichend und mechanistisch.

Core questions

• Auf welchen Wegen nehmen Tiere Wärme auf und geben sie ab?
• Wie erzeugen und konservieren Endotherme genügend Wärme, um warm zu bleiben?
• Wie regulieren Ektotherme ihre Temperatur ohne hohe Stoffwechselwärme?
• Welche energetischen Kosten und ökologischen Vorteile hat die Endothermie im Vergleich zur Ektothermie?

Key theories

Wärmebilanzgleichung

Die Temperatur eines Tieres ändert sich entsprechend der Nettobilanz aus metabolischer Wärmeproduktion und dem Wärmeaustausch mit der Umgebung durch Konduktion, Konvektion, Strahlung und Evaporation; Thermoregulation ist somit die Steuerung dieser Größen.

Thermoneutrale Zone bei Endothermen

Innerhalb eines Bereichs von Umgebungstemperaturen kann ein Endotherm seine Körpertemperatur konstant halten, indem er die Isolation und den Blutfluss ohne zusätzliche Wärmeproduktion anpasst; nur außerhalb dieser thermoneutralen Zone muss er den Stoffwechsel oder die evaporative Kühlung erhöhen.

Mechanisms

Wärme bewegt sich zwischen einem Tier und seiner Umgebung durch Konduktion, Konvektion, Strahlung und Evaporation, und die Körpertemperatur spiegelt das Gleichgewicht dieser Faktoren mit der Stoffwechselwärme wider. Ektotherme haben einen niedrigen Ruhestoffwechsel und passen die Temperatur verhaltensmäßig an – durch Sonnenbaden, Aufsuchen von Schatten, Ändern der Körperhaltung – und physiologisch durch Veränderung des Blutflusses und der Farbe. Endotherme produzieren reichlich Wärme durch eine hohe Stoffwechselrate, halten diese mit Isolierungen wie Fell, Federn und Fett zurück und regulieren den Verlust durch vasomotorische Kontrolle; bei Kälte erhöhen sie die Wärmeproduktion durch Zittern und, bei einigen, durch zitterfreie Thermogenese im braunen Fett, während sie bei Hitze diese durch Hecheln, Schwitzen oder andere evaporative Mittel ableiten. Innerhalb der thermoneutralen Zone genügen diese Anpassungen ohne zusätzlichen Stoffwechselaufwand. Viele Tiere sind Heterotherme, die Strategien zeitlich oder über Körperregionen hinweg mischen, zum Beispiel nur die Flugmuskeln oder das Gehirn erwärmen.

Clinical relevance

Die vergleichende thermische Physiologie beleuchtet die Reaktionen auf Kälte- und Hitzestress, die Rolle des braunen Fettes bei der Thermogenese und die Folgen von Fieber und Hypothermie. Dieser Eintrag ist ein Lehrmaterial und keine medizinische Anleitung.

History

Scholander und Irvings Studien zur Isolation und zum Wärmeaustausch bei arktischen und tropischen Tieren quantifizierten, wie Endotherme Wärme konservieren, und Bartholomew und andere erforschten die Vielfalt des thermoregulatorischen Verhaltens bei Ektothermen und Heterothermen und etablierten die vergleichende Physiologie der Körpertemperatur.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Per Scholander
• George Bartholomew
• Laurence Irving

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Sind „wechselwarme“ Tiere immer kalt?

Nein. Viele Ektotherme halten ihren Körper durch Sonnenbaden und die Wahl warmer Mikrohabitate recht warm; der Begriff bedeutet lediglich, dass ihre Wärme hauptsächlich aus der Umgebung stammt und nicht aus ihrem eigenen Stoffwechsel.

Warum kostet Endothermie so viel Energie?

Die Aufrechterhaltung einer hohen, stabilen Körpertemperatur erfordert eine kontinuierliche Wärmeproduktion, daher müssen Endotherme viel mehr fressen als Ektotherme ähnlicher Größe, um diese konstante Wärmeproduktion zu gewährleisten.