Tiere und Temperatur
Facharbeit Biologie / Ökologie Grundkurs 12/II Mai 2001
Schuljahr 2000 / 2001
Thema: Tiere und Temperatur
Anstelle einer zweiten Klausur in 12/II
  • Tiere und Temperatur:
    Tiere stellen wechselnde Ansprüche an biotische und abiotische Faktoren die von Art zu Art verschieden sind. Bestimmte Temperaturbereiche bilden somit bestimmte Lebensbereiche. Tiere die eine eigene Temperaturregulation vollziehen (Säugetiere und Vögel), sind hierbei unabhängiger von abiotischen Faktoren als Tiere ohne eigene Temperaturregulation. Man unterscheidet zwischen gleichwarmen Tieren (homoiothermen Tieren) und wechselwarmen Tieren (poikilothermen Tieren).
    Gleichwarme Tiere benötigen mehr Nahrung, da sie einen höheren Energieverbrauch zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur haben. Sie sind somit vom Vorkommen der Nahrung und ihrer Menge abhängig. Ein großer Teil der Wärme, die beim Stoffwechsel erzeugt wird, wird sofort nach außen abgeführt. Bei Säugetieren und Vögeln jedoch verhindern Fettschichten sowie Haare, Fell oder das Gefieder der Vögel den Wärmeverlust. Die Körpertemperatur ist somit immer höher als die Außentemperatur. Sie wird konstant gehalten. Gleichwarme Tiere leben deshalb meist als sogenannte "Warmblüter“ in kälteren Gebieten oder in kalten Perioden der Eiszeit bzw. sie haben eine kontinuierliche Lebensaktivität zu allen Tages- und Jahreszeiten (sie sind unabhängig von abiotischen Faktoren).
    Wechselwarme Tiere müssen sich an die atmosphärischen Gegebenheiten anpassen. Sie geben ihre Wärme über die Körperoberfläche ab. Die Wärme wird ebenfalls durch den Stoffwechsel gewonnen. Dieser ist vom Körpervolumen abhängig. Im Wachstum nimmt das Volumen dreifach zu, die Oberfläche jedoch nur zweifach (Verhältnis V/O = 3/2). Sie sind von einer günstigen Außentemperatur abhängig. Bei Kälte werden sie träge oder erstarren
    (sog. Kältestarre). Günstige Temperaturverhältnisse sind v.a. in den Tropen vorhanden. Aufgrund dessen existiert dort nicht nur eine große Artenvielfalt, sondern die Zahl der einzelnen Individuen und ihre Größe ist sehr hoch. In unseren Breitengraden ist das Leben somit entweder eingeschränkt oder von Tages- und Jahreszeiten abhängig.

  • Bergmann´sche Regel:
    Größere Tiere geben weniger Wärme ab (mehr Wärme und Energie werden gespeichert), d.h. gleichwarme Tiere sind in Kälte und Eis begünstigt.
    Deshalb sind Tiere gleicher Arten in kälteren Gebieten oder Eiszeitperioden wesentlich größer als in wärmeren (Bsp.: der Pinguin ist vom Äquator bis zur Antarktis hin vertreten. Am Äquator lebt er mit einer Größe von ca. 40 cm, seine Größe nimmt zur Antarktis hin stark zu, dort am 60° Breitengrad südlicher Breite ist er ca. 130 cm groß.) Dieses Phänomen ist benannt durch die Bergmann´sche Regel die aber heute zum Teil in Frage gestellt wird. Diese Regel gilt nur innerhalb eines Verwandtschaftskreises, also in der Art der Pinguine (oder anderer Tierarten) untereinander. Große Tiere kommen aber auch auf Grund des Nahrungsangebotes in den Tropen sehr häufig vor.

  • Allen´sche Regel:
    Abstehende, leicht abkühlende Körperteile, wie z.B. die Ohren beim Eselhasen aus den trockenen Gebieten Amerikas oder der Löffelfuchs aus den südlichen Wüstenregionen, werden in kalten Gebieten weniger groß ausgebildet.
    In den warmen Gebieten dienen sie dazu eine möglichst große Körperoberfläche zu bilden, um so bei geringem Körpervolumen möglichst viel Wärme abzugeben.

  • Gloger´sche Regel:
    Die Farbgebung des Tierfells oder des Gefieders ist in warmen Gebieten stärker als in kalten, es befinden sich mehr Farbstoffe in der Haut.
    In den Tropen kommen aufgrund der starken Sonneneinstrahlung stärker gefärbte Arten vor. Das gleiche Phänomen finden wir beim Menschen. Die aus südlichen Kontinenten stammenden Menschen haben zum UV- Schutz eine dunkle Hautfarbe. Im Gegensatz dazu haben die Menschen aus kälteren Gebieten eine hellere Hautfarbe.

    Besonders Nagetiere in unseren Breiten fallen regelmäßig in den Winterschlaf um die kalte Jahreszeit zu überleben. Hierbei wird die konstante Körpertemperatur aufgegeben und abgesenkt. Wenn die Körpertemperatur unter das noch lebensfähige Temperaturspektrum fällt, erwachen die Tiere. Durch den nun angeregten Stoffwechsel wird Energie gewonnen die nun in Wärme umgesetzt werden kann.
    Würden die Tiere in sehr kalten oder sehr heißen Gebieten durch diese Warnsignale zu oft aufwachen würden sie sterben, denn jede Störung des Schlafes kostet viel Energie deren Reserveverbrauch schließlich zum Tod führt (da keine neuen Reserven produziert werden). Deshalb gibt es keinen Winterschlaf in der Wüste oder bei denen im Eis lebenden Tieren.

  • Anpassung, Leben und Überleben in der großen Hitze und Trockenheit der Wüste:

    Die Bedingungen unter denen sich Wüstentiere entwickeln und überleben müssen, sind sehr hart: Bei einer Temperatur von bis zu 50° C im Schatten und staubtrockenen Boden entsteht ein großer Überlebenskampf. Die Lebewesen in der Wüste sind stark abhängig von abiotischen Faktoren. Es ist ein Rätsel wie die Tiere und Pflanzen in dieser lebensfeindlichen, trockenen Umgebung überleben.

    Die Organismen haben für diese Gegebenheiten einen Anpassungsmechanismus gebildet um mit den Schwierigkeiten der Natur fertig zu werden. Das Problem der Tiere zu überleben besteht darin, genügend Nahrung und Wasser zu finden, um sich vor Überhitzung zu schützen und sich vor den Angriffen der Fressfeinde zu wehren.

  • Die Überhitzung:
    Die Gefahr der Überhitzung besteht darin, dass die Tiere der ständigen Sonne ausgesetzt sind. Sie erwärmen sich rasant und können ihre Körpertemperatur durch Schwitzen, Hecheln, Verstecken in Sandmulden oder eingraben in den sandigen Untergrund herabsenken. Dies birgt jedoch die Gefahr in sich, dass sie ihr Versteck verlassen, ihre Tarnung aufgeben und sich so den Raubtieren ausliefern.

    Die Tiere in der Wüste haben verschiedene Arten sich ihr Wasser zu beschaffen. Die kleineren Tiere (Insekten, Reptilien, Nager etc.) können nicht die weiten Strecken zu den Oasen zurücklegen. Sie sind somit gezwungen ihren Wasservorrat durch die Nahrung aufzunehmen. Sie können also ganz ohne Wasserquellen überleben, sind jedoch Begegnungen mit dem Element Wasser nicht abgeneigt.
    Die Wasserquellen sind Sammelplätze jeglicher Tierarten. Diese Treffpunkte machen sich die Raubtiere zu nutze, daher begeben sich die meisten Tiere erst bei Anbruch der Dunkelheit aus ihrem Versteck um zu den Wasserstellen zu gelangen.
    Eine der wichtigsten Anpassungsformen der Wüstenbewohner ist der kontrollierte Umgang mit dem geringen Wasservorrat.


    Im Gegensatz zum Menschen und zu den Tieren aus unseren Gegenden besitzen die Wüstentiere die Fähigkeit die Wasserabgabe (in Form von Urin) so gering wie möglich zu halten, indem sie die flüssigen Exkrete aus der Niere wieder zu Wasser umwandeln. Somit wird der Wasserverbrauch in diesem Kreislauf sehr gering gehalten.
    Eine weitere Fähigkeit die sich die Wüstenbewohner angeeignet haben ist, dass sie ihre Eier die zur Fortpflanzung dienen (außer lebendgebärende Tiere) über mehrere Jahre hinweg in den Boden vergraben um auf einen länger anhaltenden Regenfall zu warten. Durch den Regen (benötigte Feuchtigkeit) beginnen die Jungen zu schlüpfen.
    Ähnlich wie die Pflanzen verkriechen sich auch die Tiere im Boden um die Zeiten größter Hitze zu überleben. Dieser Zustand wird als Trocken- oder Wärmestarre bezeichnet. Bei Säugetieren und Vögeln spricht man bei diesem Prozess von Sommerschlaf. Dies ist der Gegensatz zum Winterschlaf der in unseren Breiten lebenden Tiere.
    Zahlreiche Wüstentiere bedienen sich ähnlicher Schutzvorrichtungen wie die Pflanzen, die sich mit einer Art Fell (weiße Härchen) vor der starken Sonneneinstrahlung schützen. Durch die weißen Härchen werden die Sonnenstrahlen reflektiert. Die Tiere sind mit einem weißen Gefieder oder Fell ausgestattet, um sich wie die Pflanze vor der Sonne zu schützen. Farbenreiche Tiere sind in der Wüste selten zu finden.

    Trotz großer Bemühungen der Wüstenbewohner gegen die übermäßige Erwärmung ihres Körpers anzukämpfen, ist es nicht möglich einer Überhitzung zu entgehen. Sie schützen sich indem sie ihre Körperoberfläche vergrößern ohne dabei an Volumen zu zunehmen, dadurch kann mehr Wärme über die Oberfläche abgegeben werden (s. Bergmann´sche Regel). Viele Tiere haben im Laufe der Zeit einen schlanken Rumpf, Hals und schmale Gliedmaßen entwickelt um so bei geringem Volumen eine möglichst große Körperoberfläche zu bilden. Somit ist die Wärmeabgabe des Körpers sehr hoch. Eine weitere Möglichkeit der Überhitzung vorzubeugen ist, ihr meist sehr hell gefärbtes Fell durch das die Sonnenstrahlen reflektiert werden. Diese Arten der Abkühlung nennt man "endotherm“ (von innen erwärmt), die Tiere endotherme Tiere.
    Wo Säugetiere durch Hecheln, Schwitzen und Benetzen ihres Fells ihre Körpertemperatur herabsetzen, können die "ektothermen" Tiere (von außen erwärmt) die Temperatur von innen her nur sehr begrenzt regulieren, da sie aus der Nahrung wenig Wärme beziehen. Deshalb sind diese Tiere stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Sie können, indem sie die Sonnenstrahlen absorbieren oder sich mit warmen Oberflächen in Berührung bringen ihre Körpertemperatur erhöhen. Einige Tiere können auch durch schnelle Bewegungen Hitze erzeugen. Bei Nacht fällt die Körpertemperatur rapide ab, da sie keine Sonnenstrahlen absorbieren können und die Oberflächen abgekühlt sind. Bei diesem Prozess verlieren die Tiere an Aktivität und es kann dazu kommen, dass sie in eine Kältestarre versinken.
    Besonders in heißen Jahreszeiten sind die Tiere der Wüstensonne ausgesetzt, um die Überhitzung des Körpers zu vermeiden verstecken sie sich in Sandmulden oder graben sich in den Boden ein (s. "Überhitzung" Seite 2).

    Da in den Wüstenregionen wenig Regen fällt, mussten sich die Tiere eine Lösung schaffen um die langen Trockenphasen zu überleben. Anhand eines Beispiels lässt sich dies erklären: Verschiedene Nager und Wüstenmäuse sammeln ihre Nahrung (Samenkörner etc.) in den starken Regenphasen und vergraben diese als Vorrat für die Trockenphasen in ihren Höhlen.
    Wenn die Tiere keine Vorräte sammeln, müssen sie beweglich sein um sich in die Niederschlags- oder wasserreichen Gebiete begeben um zu überleben. Sie leben somit ähnlich wie die menschlichen Wandervölker der Nomaden.


    Die Fortpflanzung der Wüstenbewohner findet meist in den Regenperioden statt, da die elterlichen Tiere in den Trockenperioden (Nahrungsmangel) ihre Energiereserven ausschöpfen würden und somit weniger Überlebenschancen haben als die nichtträchtigen Tiere. Die höchste Vermehrungsrate ist somit in der regenreichen Zeit.

    Bei Angriffen von Fressfeienden nutzen die meisten Wüstentiere nicht die Pflanzen oder Felsen als Versteck, sondern sie besitzen den Instinkt die Flucht zu ergreifen. Ist ein Tier jedoch nicht in der Lage zu fliehen, so bedient es sich seines tarnenden Fells und versucht sich so vor dem Angreifer zu verbergen ( helles, reflektierendes Fell), indem es völlig regungslos am Boden verweilt bis die Gefahr vorüber ist.

  • Anpassung, Leben und Überleben im tropischen Regenwald:

  • Der Regenwald:
    Die Regenwälder unserer Erde sind Paradiese mit einer unglaublichen Vielfalt an Pflanzen und Tieren. Einst umgaben sie die gesamte Erdoberfläche, heute jedoch bilden sie nur noch einen schmalen Gürtel entlang des Äquators. Wer in diesem stark besiedelten Gebiet überleben will, muss sich sehr gut Anpassen können. Kennzeichnend für den Regenwald ist sein besonderer Artenreichtum in der Pflanzen- und Tierwelt. Wissenschaftler schätzen das von allen Tierarten die es auf der Welt gibt, ca. 50 - 90 % im tropischen Regenwald leben, denn bisher ist nur ca. 1 % des Waldes erforscht. Erstaunlich sind auch die ca. 3000 Baumarten, ca. 450.000 verschiedenen Pflanzenarten und ca. 2-3 Mio. verschiedene Tierarten. Charakterisierend für den tropischen Regenwald sind die vielen Lebensbereiche in den verschiedenen "Stockwerken“. Diese reichen vom teilweise teichartigen Boden bis hin in die bis zu 80 Meter hohen Baumkronen. In der niederschlagreichen Zeit kommt es vor, dass kaum Wasser den Boden erreicht, sondern von den oberen Schichten aufgefangen wird und somit neue Lebensbereiche für zahlreiche Tier- und Pflanzenarten bietet. Die Feuchtigkeit und eine konstant warme Temperatur von ca. 27° C begünstigen das starke Pflanzenwachstum. Hinzu kommt, dass seit dem Kreidezeitalter sich das Klima des Regenwaldes nie verändert hat.

  • Das Leben im tropischen Regenwald:
    Bedingt durch die Stockwerkteilung haben sich alle Tiere ihre ökologische Nische gesucht. Teilweise leben sie in Symbiose und wechselseitiger Abhängigkeit von einander. Ein Beispiel dafür ist der Flughund, der die Früchte der Feigenpflanze frisst, diese aber fast unverdaut durch eine Art Abführmittel in der Frucht bald wieder ausscheidet und seine Exkrete auf dem Boden verstreut. Somit trägt er zu der Vermehrung der Feige bei (Symbiose).
    Die Tarnung der Tiere (Mimese) ist in jedem Stockwerk verschieden, da sich die Tiere an jeweiligen optischen Gegebenheiten anpassen.
    Das üppige Futterangebot des Tropenwaldes lässt die reichhaltige Artenvielfalt zu. Die obere Schicht hält 99 % des Sonnenlichtes ab, somit erhalten die in der mittleren Schicht und am Boden lebenden Pflanzen kaum Licht. Aus diesem Grunde haben sie besonders große Blätter entwickelt um noch möglichst viel des Restlichts aufzufangen und zu speichern. Aus diesem Grund haben sie sehr geringe Lichtansprüche. Da am Boden durch fehlendes Sonnenlicht kaum Photosynthese betrieben werden kann ist dieser nur sehr gering bewachsen. 90 % der Photosynthese des Regenwaldes erfolgt im Obergeschoss, gleichzeitig schützen die Baumkronen den Boden in trockenen Zeiten vor Erosion.


    Durch die gleichbleibend feucht - warme Temperatur ist die Gefahr der Schimmelbildung und Vermoderung des Waldbodens sehr hoch, deshalb hat die Natur ein selbstreinigendes System entwickelt. Am Boden zersetzen die Kleintiere sofort jede Art von Kadavern und die sich bildenden Pilzkulturen zersetzen das organische Material wie Holz und Pflanzen.
    Der Waldboden ist besiedelt von heterotrophen Pflanzen, wirbellosen Tieren wie Destruenten und Termiten. Der schnelle Abbau der Faulstoffe trägt zum raschen Stoffkreislauf des Regenwaldes bei. Der Wald kann bei stärkeren und lang andauernden Regenfällen das Wasser sofort bis zu einer bestimmten Menge absorbieren, überschreitet die Niederschlagsmenge jedoch diese Marke, so ist der Boden übersättigt und das überschüssige Wasser wird an die Flüsse abgegeben.
    Wichtige Lebensbereiche für die im Tropenwald lebenden Tiere sind die Wasserstellen und Lichtungen, sowie die Minitümpel in den Bäumen. Bsp.: die Epiphytische Bromelie bildet mit ihren kelchartigen Blättern, in denen sich das Regenwasser sammelt, Aquarien hoch oben in den Bäumen. Die Lichtungen und Wasserstellen sind für die größeren Bewohner des Regenwaldes wie z.B. den Waldelefanten von großer Wichtigkeit, da der Regenwald weitgehend undurchdringlich ist.
    Viele Tiere kommen erst bei Einbruch der Abenddämmerung aus ihren Verstecken hervor um dann auf Nahrungssuche zu gehen, da sie sonst den Fressfeineden ausgeliefert sind. Jedes Tier hat seinen bestimmten Waldabschnitt, Nahrungsspektrum und aktive Tages- bzw. Nachtzeit. Je nach Körpergröße des Tieres ist auch seine Nahrung im Volumen an die eigene Körpergröße angepasst. Dieses System haben die Tiere entwickelt um nicht untereinander in Konkurrenz zu geraten (s. Linder S. 74, Konkurrenzausschlussprinzip). Bsp.: auf 3 km2 leben 74 verschiedene Frosch- und Krötenarten, die jedoch wiederum 10 verschiedene Arten des Laichens entwickelt haben um untereinander nicht in Konkurrenz zu geraten. Auch im Nahrungsspektrum (Stockwerkprinzip) unterscheiden sich die Tiere nicht nur in Frucht- und Insektenfresser, sondern auch in der Auswahl der Beute (Schnelligkeit).
    Von Mai bis Juli herrscht im Regenwald Fruchtknappheit (der Regenwald produziert im Jahr 2 Tonnen Früchte pro Hektar Wald), in dieser Zeit müssen sich die fruchtfressenden Tiere auf neue Nahrung einstellen oder das fruchtknappe Gebiet verlassen. Bsp.: der Kapuzineraffe stellt seine Nahrung von Früchten auf Palmnüsse und Blätter um.

  • Evolution Regenwald:
    Da der tropische Regenwald keine Klimaveränderungen sowie jahreszeitliche Schwankungen aufweist, bietet er den Bewohnern konstante Lebensbedingungen. In diesem einmaligen Ökosystem sucht sich jedes Tier seine ökologische Nische. Ist eine dieser Nischen doppelt besetzt, stagniert dort die Evolution.
    In den Tropen sind die auch bei uns bekannten Säugetiere am primitivsten ausgeprägt. Da in den außertropischen Zonen durch Eiszeiten und jahreszeitlichen Schwankungen die Evolution viel weiter fortgeschritten ist, geht man davon aus, dass die Tiere im Regenwald die Ausgangsarten darstellen. Aus diesem Grunde bezeichnet man den Regenwald auch als riesiges Genreservoir.

    Zur Zeit wird der Regenwald maßgeblich durch Rodung überbeansprucht. Um dieses weltweit einmalige Ökosystem zu erhalten, muss auch in Zukunft der Schutz des tropischen Regenwaldes garantiert sein.

  • © D.M. / T.K. 2001

  • Literaturnachweis

    • Bücher:

      1. Tierleben in der Wüste - Heinz Stilmann

      2. Linder Biologie

      3. Paradies Regenwald - Dalton / Bernard

      4. Tropische Regenwälder - T. C. Whitmore

      5. Lebendige Wildnis - Tiere der tropischen Wälder

      6. Die letzten Regenwälder - RV Verlag

    • Filme:

      1. 16 mm Film Tropischer Regenwald - Ein Ökosystem in zentral Afrika; Bildstelle OF

      2. Geheimnisvolle Welt - Dschungel Tropenholz - ein wertvoller Rohstoff;

    • Bildstelle OF

      1. Tropenholz - Wege zur nachhaltigen Nutzung; Bildstelle OF

      2. National Geographic Video - der Regenwald

    • Allgemeine Medien:

      1. Encarta Enzyklopädie

      2. www.euronet.nl

  • Appendix:

    • Trotz des Versuchs informative Literatur über den tropischen Regenwald zu erhalten, ist es uns nicht gelungen aufschlussreiche Literatur über Tiere und ihre Abhängigkeit von Temperatur im Regenwald zu bekommen.

    • Verschiedene Waldformen im Vergleich

      tropischer Regenwald:

      mitteleuropäischer Mischwald:

      nordischer Nadelwald:

      Verbreitung:

      Tropen zwischen den Wendekreisen

      Mitteleuropa

      Kanada - Nordasien

      Jahresdurchschnittstemperatur:

      25 - 27°C

      7°C

      -1°C

      Temperaturschwankungen:

      gering

      mittel

      stark

      Niederschläge:

      über 1800 mm

      800 - 1000 mm

      300 - 400 mm

      Luftfeuchtigkeit:

      sehr hoch

      hoch

      gering

      Alter der Ökosysteme:

      viele Mil. Jahre

      seit ca. 10 000 Jahren

      seit ca. 6000 - 8000 Jahren

      Zustand:

      meist Naturwald

      Kulturwald

      nur teilweise Kulturwald

      Jahreszeitliches Erscheinungsbild:

      schwach ausgeprägt individuelle Zuwachsringe

      stark ausgeprägt; jährliche Zuwachsringe

      schwach ausgeprägt; schwache jährliche Zuwachsringe

      Artenzahl:

      3000 - 10 000 Baumarten, Laubbäume

      ca. 14 Baumarten Laub- und Nadelbäume

      Ca. 8 Baumarten Nadel- und Laubbäume

      Besonderheiten der Ökosysteme:

      rasches Wachstum; rascher Abbau; rascher Stoffkreislauf; starke Wachstumskonkurrenz im Streben zum Licht (Spezialisten)

      langsames Wachstum; langsamer Abbau; langsamer Stoffkreislauf; trockenangepasste, frostharte Nadeln

      sehr langsames Wachstum; sehr langsamer Abbau; sehr langsamer Stoffkreislauf; sehr kurze Vegetationszeit; extreme Fröste

      Böden:

      salz- und sauerstoffarme, wasserdurchtränkte Böden

      mineralreiche, durchlüftete Böden

      Dauerfrostböden; teilweise zunehmende Versumpfung



 Umfrage
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