Endotherme und ektotherme 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?

Notwendigkeit der Regulation:

Eine Regulation der Körpertemperatur ist notwendig, weil die meisten Enzyme ein bestimmtes Temperaturoptimum haben. Einzelheiten dazu habe ich auf der Seite "Umweltfaktor Temperatur" erklärt sowie auf meinen Cytologie-Seiten "Beeinflussung der Tertiärstruktur von Proteinen".

Nach diesen Vorbemerkungen möchte ich auf die beiden Mechanismen eingehen, mit denen Tiere ihre Körpertemperatur regulieren, die Endothermie und die Ektothermie.

Endothermie / Homoiothermie

Homoiotherme Tiere können ihre Körpertemperatur relativ unabhängig von der Luft- oder Wassertemperatur weitgehend konstant halten, zum Beispiel auf 36 bis 37 ºC beim Menschen. Ist die Umgebungstemperatur zu niedrig, wird die Körpertemperatur durch die Produktion von Wärme aufrecht erhalten, ist die Außentemperatur zu hoch, werden Mechanismen zur Abkühlung angewandt, zum Beispiel Schwitzen beim Menschen oder Hecheln bei vielen Tieren, die nicht schwitzen können.

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.

• Endotherme Tiere produzieren die benötigte Körperwärme mit Hilfe von Stoffwechselprozessen, sozusagen "von innen heraus" (endo = innen).
• Homoiotherme Tiere sind in der Lage, ihre Körpertemperatur unabhängig von der Außentemperatur auf einem konstanten Niveau halten können, der Mensch beispielsweise auf ca. 36 bis 37 ºC.

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

Ektothermie / Poikilothermie

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".

Ob das jetzt für alle Reptilien gilt, ist noch nicht ganz klar. Es gibt die Meinung, dass zumindest einige Dinosaurier, die ja auch zu den Reptilien gehören, endotherm bzw. homoitherm waren. Die Vögel, die systematisch eigentlich auch zu den Dinosauriern gehören, sind jedenfalls endotherm.

Der Begriff Poikilothermie bedeutet, dass ein Tiere wechselwarm ist, also dass seine Körpertemperatur von der jeweiligen Luft-, Wasser- oder Bodentemperatur abhängt.

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 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.

Aktuelles

In dem Spektrum-Artikel "Der Beginn der Warmblütigkeit" aus dem Februar 2023 wird auf die Entstehung der Endothermie bei den Säugetieren eingegangen. Eine wichtige Rolle bei den Untersuchungen spielte dabei die Flüssigkeit in den Bogengängen des Innenohrs, die sogenannte Endolymphe.

Die Bogengänge sind für den Gleichgewichtssinn wichtig. Bei einer höheren Körpertemperatur wird die Endolymphe flüssiger. Damit der Gleichgewichtssinn dann noch richtig funktioniert, muss der Durchmesser der Bogengänge kleiner werden, um die größere Dünnflüssigkeit der Lymphe wieder auszugleichen.

Die Wissenschaftler untersuchten nun Fossilien ausgestorbener Säugetiere und vermaßen die Bogengänge, sofern sie überhaupt noch erhalten waren. Sie fanden heraus, dass vor 230 Millionen Jahren deren Durchmesser schlagartig kleiner wurden. Man nimmt daher an, dass zu diesem Zeitpunkt, in der sogenannten Obertrias, die Warmblütigkeit der Säugetiere entstanden ist.

Allerdings sind die Ergebnisse dieser Forscher umstritten. Die Zusammensetzung der Endolymphe hat auch einen entscheidenden Einfluss auf deren Viskosität, und dieser Faktor kann an den Fossilien nicht untersucht werden. Außerdem wird den Forschern vorgeworfen, zu wenige fossile Arten untersucht zu haben. Auch bei den heute lebenden Säugetier-Arten gibt es erhebliche Variationen in Bezug auf das Verhältnis zwischen Körpertemperatur und Durchmesser der Bogengänge. Es ist also nicht gesagt, dass die untersuchten Fossilien typisch für die damaligen Arten waren.