Problem Körpertemperatur

Es begann damit, dass in meinem LK (Leistungskurs) vor einigen Jahren die Frage aufkam, wie der Mensch seine Körperwärme erzeugt (im Ruhezustand). Nehmen alle Organe daran teil ? Heben sich ein oder mehrere Organe dabei heraus ? Heute könnte man die Schüler damit beauftragen zu versuchen diese Frage mit dem Internet zu klären. Haben Sie Daten dazu?
Warum überhaupt eine Körpertemperatur von 37 0C ?   Warum haben Vögel eine höhere Körpertemperatur als Säuger ? Warum gibt es bei den höheren Säugetieren keine Arten mit Körpertemperaturen zwischen 30 0C bis 37 0C ? (Bei den Beuteltieren kommen Körpertemperaturen zwischen 30 0C bis 35 0C vor).
Je höher die Temperatur desto höher ist der Energieaufwand, sie konstant zu halten, weil der Wärmeverlust mit steigender Temperatur zunimmt, aber desto schneller laufen auch die chemischen Reaktionen ab (oder stimmt das nicht in diesem Fall ?). Aber spielt die Erhöhung der Reaktionstemperatur überhaupt eine wesentliche Rolle ? Enzyme beschleunigen Reaktionen um den Faktor 108 bis 1011, kann da die Temperatur noch wesentlich dazu beitragen, die Reaktionen noch schneller zu machen ? Und überhaupt laufen die Reaktionen bei Fischen im Polarmeer denn wesentlich langsamer ab ? Bewegen sie sich allgemein langsamer ?
Gegen den Wärmeverlust schützen sich Vögel und Säuger mit Hilfe einer Fettschicht unter der Haut und natürlich durch ihr Gefieder bzw. ihr Haarkleid. Aber verhindert beides nicht auch gerade die Wärmeabgabemöglichkeiten bei hohen Leistungen ? Werden diese dadurch gemindert ? Ist die Wärmeisolation also im hohen Leistungsbereich nicht eher hemmend, so dass hier vielleicht Reptilien und Insekten leistungsfähiger sind (die leistungsfähigste Muskulatur besitzen nicht Säugetiere oder Vögel, sondern Libellen !) ? Sind die Reptilien vielleicht auch bei hohen Außentemperaturen oder in der Wüste leistungsfähiger als die Säuger ? Wissen Sie etwas darüber ?
Reptilien benötigen nur etwa ein Sechstel bis ein Zehntel der Nahrungsmenge von der der Säuger pro Gewichtseinheit und Zeit. Ist das nicht ein reichlich verschwenderischer Umgang mit der zur Verfügung stehenden Energie ? Kann die Erhöhung der Körpertemperatur (und damit ihre bessere Konstanthaltungsmöglichkeit) einen solch riesigen Vorteil mit sich bringen, dass man den Nachteil auf sich nimmt 6-mal soviel Nahrung beschaffen zu müssen ? Merkwürdig, dass man zu  dem Thema so wenig in der Literatur findet. Ich vermute, dass darüber Säugetieren ganz andere Lebensstrategien ermöglicht werden als Reptilien sie besitzen. Ein Ansatzpunkt den ich dazu sehe ist der, dass sie z.B. andere Tiere über einen längeren Zeitraum jagen und fangen können. Reptilien dürften in erster Linie Lauerjägerstrategien verfolgen oder Tiere durch ganz kurze Sprints zu fangen, weil sie zu ausdauernden Leistungen nicht fähig sein sollen. Ihre Spitzenleistungen werden nur glycolytisch ermöglicht, wodurch sie nur kurzfristig erbracht werden können. Gibt es andere gravierende Vorteile ?
In den Schulbüchern wird das Thema unter Homoiothermie - Homöothermie - gleichwarm abgehandelt. Man lese das einmal im neuen Linder S. 66 nach. Die anderen Schulbücher sind da wohl nicht wesentlich anders. Nach der Darstellung dort, gibt es gleich- und wechselwarme Tiere. Die gleichwarmen halten ihre Körpertemperatur konstant, bei den Wechselwarmen schwankt die Körpertemperatur mit der Außentemperatur, so wird dort behauptet. Wenn man sich damit einmal etwas beschäftigt, wird man erfahren, dass man schon seit den 70er Jahren weiß, dass das so nicht stimmt. Praktisch alle Reptilien halten ihre Körpertemperatur während ihrer Aktivitätsphase konstant (ebenso viele Insekten, zumindest im Brustraum), wenn die Bedingungen das erlauben und d.h. wenn es warm genug ist, sie sich in die Sonne legen können und an schattige Plätzchen wechseln können. Es stellt sich dann heraus, dass sie in solchen Situationen sogar eine ganz ähnliche Körpertemperatur annehmen wie die gleichwarmen Tiere. Ist das nicht merkwürdig ? Warum reichen dann z.B. 25 0C nicht aus ?
Ebenso gibt es viele Insekten, die eine hohe Körpertemperatur zum Fliegen benötigen. Hummeln müssen ihre Flugmuskulatur auf 30 0C aufheizen und können erst dann abfliegen. Während des Fluges wird die Körpertemperatur ebenfalls relativ konstant gehalten und zwar wiederum auf ca. 38 0C. Also muss diese Zahl doch irgend etwas zu bedeuten haben ? Ist es vielleicht die Temperatur, die am besten konstant gehalten werden kann ?
Das langgestreckte Abdomen der Libellen dient gerade der raschen Abgabemöglichkeit von Wärme. Sie leiten das sehr warme "Blut" (Hämolymphe) aus der Flugmuskulatur ventral bis zum Körperende und es fließt dann dorsal zurück (ventrales und dorsales Abdomen sind durch ein Ligament getrennt, nur am distalen Ende kann das Blut hindurchfließen). Dabei kann es nach dem Gegenstromprinzip abgekühlt werden. Das Abdomen ist sozusagen wechselwarm und dient der Abkühlungsmöglichkeit und die Brust ist gleichwarm, seine Temperatur wird konstant gehalten und dient dazu eine hohe Flugleistung erbringen zu können.
Selbst Thunfische haben Muskeln, in denen die Temperatur höher ist als im übrigen Körper. Warum ? Wird dadurch wirklich eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit erreicht ? Wird eine Steigerung der Kontraktionskraft erreicht ? Oder kann diese Temperatur vielleicht besser konstant gehalten werden als eine niedrigere Temperatur ? (s. Gedankenexperiment zur Körpertemperatur) Vielleicht liegt da der Knackpunkt ? Bewegt sich ein Tier, so steigt die Aktivität seiner Muskulatur, die Temperatur steigt, die Enzyme kommen aus dem Temperaturoptimum heraus und die Bedingungen verschlechtern sich. Also lieber gleich von vornherein ein höher liegendes Temperaturoptimum in das die Enzyme bei Bewegung automatisch hineinkommen.
Halten Tiere und der Mensch ihre Körpertemperatur in jeder Situation konstant ? Was ist, wenn man anfängt zu laufen ? Dann steigt die Körpertemperatur beim Menschen (20% maximale Leistung) auf 38,5 0C. Das Aufwärmen im Sport dient dazu, dass diese Temperatur in der Muskulatur erreicht wird. Es ist nicht leicht wirklich genaue Informationen darüber zu erhalten.
Kann es sein, dass zu schnelles Laufen zu einer gefährlichen Überhitzung führt ? Was ist mit den Enzymen ? Geraten sie dann nicht außerhalb ihres Temperaturoptimums ?
Dass es Probleme mit der Wärmeabfuhr geben kann, zeigen z.B. Tiere, die sog. thermische Fenster dafür benötigen. Dazu zwei Beispiele: Der Eisbär erhöht seinen Energieumsatz erst bei unter -44 0C. D.h. erst bei dieser Temperatur könnte er frieren. Das bedeutet, dass seine Isolation so gut ist, dass er normalerweise sehr wenig Wärme verliert. Wenn nun mehr Wärme abgeführt werden muss, benutzt er seine Fußsohlen dazu, die dann besonders stark durchblutet werden und auf dem Schnee die Wärme dann gut abführen können. Robben sind ebenfalls stark isoliert durch eine dicke Fettschicht unter der Haut. Sie haben dafür auf dem Rücken eine Stelle, die stark durchblutet werden kann. Da Wasser die Wärme recht gut leitet kann dann über dieses Fenster, wenn es notwendig ist, sehr rasch sehr viel Wärme abgeführt werden.
Zu einer Überhitzung (man sagt, der Sollwert wird erhöht) des Körpers kommt es z.B. beim Fieber. Alle Wirbeltiere können Fieber hervorrufen, die anderen Tierstämme nicht. Wird man denn durch Fieber schneller gesund ? Welche Funktion hat das Fieber ? So viel ich weiß, ist das leider nicht geklärt, aber es steht zum Beispiel fest, dass selbst Eidechsen bei einer höheren Umgebungstemperatur schneller und eher genesen. Warum ? Wehrt man sich vielleicht gegen die Krankheitserreger, indem man eine Körpertemperatur erzeugt, die über dem Temperaturoptimum ihrer Enzyme liegt ? Dann würde das Fieber allerdings gegen Viren nichts nützen. Oder haben die Enzyme, die für die Körperabwehr zuständig sind vielleicht ein höheres Temperaturoptimum, so dass die Reaktionen für den übrigen Stoffwechsel und für die Fortpflanzung der Krankheitserreger verlangsamt werden und die für die Abwehr beschleunigt ?
Je kleiner ein Organismus ist, desto mehr Wärme verliert er, manche Mäuse und auch Kolibris sind so klein, dass sie fortlaufend Nahrung aufnehmen müssen. So könnten sie also gar nicht mehr zum Schlafen kommen. Dafür haben sie den nächtlichen Torpor entwickelt, das ist eine Starre, in die sie verfallen, bei der die Körpertemperatur drastisch gesenkt wird, wodurch sie Energie einsparen. Warum tun das größere Tiere nicht ? Es gibt einige Tiere wie die Amsel bei der die Körpertemperatur über nacht um ca. 4 0C fällt. Warum kann die Amsel sparen und hat es der Mensch und andere Säuger nicht nötig ? Ein Kolibri, der nicht über Nacht in Torpor verfällt, würde bei Aufrechterhaltung seiner üblichen Körpertemperatur verhungern. Warum wird dann nicht die Körpertemperatur auch am Tage gesenkt ? Das spricht doch dafür, dass es auss irgendeinem Grunde unmöglich sein muss.
Wissen Sie auf manches eine Antwort ?

Kontakt:: Kontakt: Mario.Hupfeld@uni-konstanz.de
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