Einer der wichtigsten abiotischen Umweltfaktoren ist die Temperatur. Die Temperatur variiert in unterschiedlichen Lebensräumen stark und beeinflusst direkt die Stoffwechselprozesse in der Zelle.
Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen. Weißt du noch aus der Zellbiologie, wie dieser Zusammenhang ist?
Je höher die Temperatur desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit
Für die Wirkung der Temperatur auf enzymatische Reaktionen sind zwei Faktoren relevant. Zum einen steigt die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen mit der Temperatur. Dies ist die berühmte RGT-Regel und ist als grüne gestrichelte Linie in der Abbildung dargestellt. Des Weiteren destabilisiert sich die Struktur von Enzymen bei hohen Temperaturen, so dass sie denaturieren. Dadurch nimmt die enzymatische Reaktion natürlich ab. Dies ist in der Abbildung als rote gestrichelte Kurve dargestellt. Aus der Wechselwirkung dieser zwei Effekten resultiert eine Optimumskurve für die Stoffwechselreaktionen bei Organismen.
Wie hilft mir das bei Ökologie weiter?
Wenn der Stoffwechsel in Zellen nicht rund läuft, dann sterben die Organismen. Deshalb versuchen Lebewesen i. d. R. ihre Körpertemperatur so zu regulieren, dass ihre Enzyme in den Bereichen um das Temperaturoptimum arbeiten können. Gerade diese Anpassungen sind für Ökologie besonders relevant.
Gibt es weitere Auswirkungen der Temperatur?
Zusätzlich zum besprochenen Einfluss der Temperatur auf den Stoffwechsel, soll noch beachtete werden, dass Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zur Bildung von Eiskristallen in der Zelle führen. Als Folge platzen die betroffenen Zellen, woran sie sterben. Lebewesen die in Umgebungen mit Temperaturen um den Gefrierpunkt leben, müssen also entsprechende Mechanismen entwickeln, um zu verhindern, dass das Wasser in ihren Zellen gefriert.
Die einfachste Möglichkeit für gute (Betriebs-)Temperaturen zu sorgen, ist es, sich in warmen und gemäßigten Klimazonen aufzuhalten. Deshalb leben ja am Äquator viel mehr Arten als in der Antarktis. Eine andere Möglichkeit ist es die Wärme selbst zu produzieren. Das machen die gleichwarmen Tiere. Dann gibt es noch Wärmeisolation mit Fett oder Fell u. v. m.Um für die Klausuren vorbereitet zu sein, sollte man zu allen Umweltfaktoren Antworten zu folgenden Fragen kennen: 1. Welche Auswirkungen hat die Variation des Umweltfaktors (z. B. zu viel oder zu wenig davon) auf den Organismus und 2. Welche Anpassungen helfen den Organismen mit den Veränderungen dieses Umweltfaktors klar zu kommen. Wenn du diese Fragen für alle Umweltfaktoren (abiotische und biotische) beantworten kannst, dann kann dich diesbezüglich keine Klausur mehr schocken.
Tiere haben gegenüber Pflanzen den Vorteil, dass sie sich bewegen können. Dadurch haben sie größere Möglichkeiten mit den Schwankungen der Umweltfaktoren zurecht zu kommen. Die einfachste Lösung wäre vor großer Hitze oder Kälte wegzulaufen. Das können Pflanzen nicht!
Temperaturschwankungen in Lebensräumen
Temperaturschwankungen sind von Biotop zu Biotop unterschiedlich. Einige Lebensräume weisen über das ganze Jahr mehr oder weniger konstante gemäßigte Temperaturen auf (z. B. tropische Regenwälder). Bei anderen schwankt die Temperatur innerhalb eines Tag-Nacht-Zyklus sehr stark (z. B. Wüsten). In vielen Lebensräumen hängen die Temperaturen jedoch stark von den Jahreszeiten ab. Für die Klausur ist es besonders relevant die Temperaturschwankungen, ihre Höhe und Häufigkeit zu erkennen.
Zu hohe Temperaturen führen bei Tieren zur Hitzestarre, die i. d. R. für eine kurze Zeit reversible ist. Dauert dieser Zustand länger, oder steigen die Temperaturen weiter, führt dies zum Hitzetod. Bei zu niedrigen Temperaturen tritt die Kältestarre auf, die ebenfalls reversibel ist. Sinken die Temperaturen weiter, oder dauert die Kältephase zu lange, kann dies ebenfalls zum Kältetod führen.
Tiere, die nur geringe Temperaturschwankungen tolerieren können, bezeichnet man als stenotherm (z. B. Bewohner der tropischen Regenwälder). Im Gegensatz hierzu können eurytherme Tiere große Temperaturschwankungen tolerieren.
Anpassungen gleichwarmer Tiere
Homoiotherme (gleichwarme, endotherme) Tiere sind in der Lage ihre Körpertemperatur konstant zu halten. Dies reduziert den Einfluss der äußeren Temperaturschwankungen auf Stoffwechselvorgänge enorm! Der Nachteil ist allerdings der enorme Energieverbrauch, um die Körpertemperatur konstant zu halten. Diese Tiere haben Mechanismen entwickelt, um gegen niedrige und hohe Temperaturen vorzugehen.
Anpassungen gegen Kälte
Einfachster Weg ist es vor Kälte wegzulaufen. Das nennt sich eine (Tier-)Wanderung. Nächste Möglichkeit ist es den Wärmeverlust zu reduzieren, z. B. durch Fell, Feder und Fett. Überwinterung in Höhlen und unter der Erde helfen auch gegen Kälte. Zum Schluss helfen Winterschlaf und Winterruhe, wobei die Stoffwechselprozesse reduziert werden. So muss sich das Tier wegen Nahrungssuche nicht in die Kälte begeben.
Poikilotherme (wechselwarme, ektotherme) Tiere sind nicht in der Lage ihre Körpertemperatur konstant zu halten. Ihre Körpertemperatur steigt und sinkt entsprechend der Umgebungstemperatur. Dies hat enormen Einfluss auf Stoffwechselvorgänge! Der Vorteil ist allerdings der niedrige Energieverbrauch des Körpers. Diese Tiere haben Mechanismen entwickelt, um gegen niedrige und hohe Temperaturen vorzugehen. Einige Tiere können auch Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aushalten, da sie im Körper (z. B. durch Alkohole) eine Art Frostschutz entwickelt haben.