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Wärmeregulation bei Wirbeltieren 06:13 min

Textversion des Videos

Transkript Wärmeregulation bei Wirbeltieren

Wärmehaushalt von Lebewesen

Hallo! In diesem Video geht es um den Wärmehaushalt von Lebewesen. In kleinen Versuchen wollen wir herausfinden, was Wärmeübertragung ist, wie der Wärmeverlust von der Körpergröße abhängt und was es mit der Körperbedeckung auf sich hat. Denn warum haben fast alle Säugetiere ein Fell oder eine Fettschicht und alle Vögel Federn - wohingegen Fische, Lurche und Reptilien auch ohne Fell oder Federn auskommen? In diesem Video erfährst du die Antworten.

Damit unser Körper nicht auskühlt ziehen wir uns an - je kälter die Jahreszeit, desto wärmere Kleidung tragen wir. Unsere Kleidung verhindert das Auskühlen unseres Körpers.

In einem kleinen Versuch wollen wir nachweisen, dass Wärme übertragen wird. Dieses Reagenzglas mit kochend heißem Wasser ist in dieser Thermoskanne umgeben von kühlem Leitungswasser. Je ein Thermometer misst die Temperatur in Thermoskanne bzw. Reagenzglas. Während die Anfangswerte bei 20 Grad bzw. 80 Grad liegen, zeigt sich schon nach wenigen Minuten, dass die Temperatur im Reagenzglas langsam sinkt, die in der Thermoskanne dafür etwas ansteigt. Wärme wird also an die Umgebung abgegeben.

Die nächste Frage lautet: Hängt das Maß, mit dem Wärme an die Umgebung abgegeben wird, von der Größe des Objekts - zb des Tiers - ab? Zwei Rundkolben an Stativen sollen zwei unterschiedlich große Tiere darstellen. Beide Kolben sind mit heißem Wasser gefüllt, zwei Thermometer zeigen die Temperaturen an - der Anfangswert ist bei beiden gleich und beträgt 40 Grad.

Wenn man nun die Entwicklung der Temperaturen im Laufe der Zeit verfolgt, wird man feststellen, dass das Wasser im größeren Kolben langsamer abkühlt. Große Tiere verlieren also langsamer Wärme. Der Grund dafür ist, dass große Tiere eine kleinere relative Oberfläche haben. D.h. dass ihre Körperoberfläche im Verhältnis zu ihrem Körpervolumen kleiner ist als bei kleineren Tiere.

So wird im Vergleich bei gleicher Zeit weniger Wärme abgegeben. Trotzdem müssen sich alle Tiere vor Wärmeverlusten schützen, z.B. indem sie sich eine dicke Fettschicht zulegen oder ihr Fell im Winter länger und dichter wird. Um kalte Perioden zu überstehen, in denen das Nahrungsangebot für viele einheimische Säugetiere nicht ausreicht halten einige von ihnen Winterschlaf oder Winterruhe, um Energie zu sparen.

Gleichwarme Tiere sind solche, deren Körpertemperatur immer konstant ist. Der Mensch ist gleichwarm, die Körpertemperatur liegt immer bei ca. 36,5 Grad - egal, ob es Winter ist oder Sommer. Alle Säugetiere und Vögel sind gleichwarm. Um ihre Temperatur zu halten, tragen Säugetiere Fell und Vögel ein Federkleid. Wie sehr z.B. Daunen die Wärmeabstrahlung verhindern, zeigt das nächste Experiment.

Der erste Teil des Experiments gleicht der ersten Versuchsanordnung. Das heiße Wasser im Reagenzglas gibt langsam Wärme an das kalte Wasser ab. Wir notieren den Verlauf der Temperaturen über eine halbe Stunde hinweg. Dann wiederholen wir den Versuch.

Diesmal steckt das Reagenzglas aber zusätzlich in einem dünnwandigen Gefäß, das mit Daunen ausgefüllt ist. Der Vergleich der notierten Temperaturwerte zeigt, dass die Daunen das Abkühlen des heißen Reagenzglases verhindern. Und genau diese Funktion hat das Federkleid eines Vogels.

Wechselwarme Tiere - wie Lurche, Reptilien und Fische - passen ihre Körpertemperatur der Umgebung an. Wenn es draußen kalt wird, sinkt beispielsweise die Körpertemperatur eines Frosches. Der Frosch spart Energie, weil er seinen Körper nicht auf eine hohe Temperatur bringen muss. Dafür aber wird er immer langsamer und unbeweglicher, je kühler sein Körper ist. Irgendwann fällt er dann in die Kältestarre, seine Körperfunktionen sind auf das notwendigste reduziert. Er erwacht erst wieder, wenn die Umgebungstemperatur steigt.

Oft verbringen Frösche die Winterstarre auf dem Grund eines Teichs. Warum gerade dort? Das liegt daran, dass das Wasser auf dem Grund eines Teichs immer 4°C hat. Bei ca. 4°C ist Wasser am schwersten, man sagt: es hat seine größte Dichte. Also sinkt 4Grad kaltes Wasser immer zu Boden. Dort sind Frösche, aber auch Fische vor dem Erfrieren geschützt!

In Versuchen haben wir gesehen, wie Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Größere Objekte - also solche mit einer größeren Oberfläche - verlieren langsamer an Wärme als kleine Objekte. Säugetiere und Vögel dämmen ihren Körper mit Federn bzw. Fell, wechselwarme Tiere passen ihre Körpertemperatur einfach der Umgebungstemperatur an. Tschüss!

3 Kommentare
  1. Sehr gut und sehr hilfreich erklärt 😀!!!

    Von U. & J. F., vor 10 Monaten
  2. Toll

    Von Henryk b., vor etwa einem Jahr
  3. Toll

    Von Sanjana V., vor fast 3 Jahren

Wärmeregulation bei Wirbeltieren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wärmeregulation bei Wirbeltieren kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne den Grund für die Verwendung von Daunendecken.

    Tipps

    Es gibt viele Menschen, die gegen die Haare verschiedener Säugetiere allergisch sind. Warum sollte das nicht auch für Vogelfedern gelten?

    Federn sind tatsächlich sehr leicht, allerdings wären das künstlich hergestellte Materialien auch und die sind deutlich günstiger.

    Lösung

    Daunenfedern sind sehr kleine Federn, die sehr eng am Körper des Vogel anliegen. Sie sind weich und auch leicht, aber ihre besondere Eigenschaft ist ihre Fähigkeit Wärme zu speichern.

    Diese Eigenschaft haben wir Menschen uns zu Nutze gemacht und füllen viele unserer Bettdecken, aber auch Jacken und andere Kleidungsstücke mit Daunenfedern. Denn sie halten uns genauso gut warm, wie sie es bei den Vögeln tun.

  • Nenne wechselwarme und gleichwarme Tiere.

    Tipps

    Lurche sind wechselwarme Tiere.

    Alle Tiere mit einer vor Kälte schützenden Körperbedeckung sind gleichwarm.

    Lösung

    Säugetiere und Vögel sind gleichwarme Tiere. Das erkennt man gut an ihrer Körperbedeckung. Sie dient dem Schutz gegen die Kälte. Gleichwarme Tiere haben nämlich eine konstante Körpertemperatur. Diese aufrecht zu erhalten kostet viel Energie. Daher ist es wichtig, nicht viel Wärme an die Umgebung abzugeben.

    Reptilien, Lurche und Fische sind dagegen wechselwarme Tiere. Ihre Körpertemperatur gleicht immer der Umgebung. Daher brauchen sie sich nicht vor dem Auskühlen zu schützen. Diese Art des Wärmehaushaltes ist sehr energiesparend, dafür sind viele Körperfunktionen von der Außentemperatur abhängig.

  • Gib das Ergebnis des Versuches zur Wärmeabgabe wieder.

    Tipps

    Wärme ist eine Form der Energie, die dazu neigt sich zu verteilen.

    Lösung

    Wärme ist eine Form von Energie und kann übertragen werden. Kälte ist dagegen das Fehlen von Wärme, also Energie. Daher verteilt sich die Wärme.

    Für dieses Experiment bedeutet das, dass die Wärme im Reagenzglas an die kältere Umgebung übertragen wird. Das führt dazu, dass das Wasser im Reagenzglas kälter und das Wasser in der Thermoskanne wärmer wird. Die Temperaturen gleichen sich an.

  • Interpretiere die Temperaturtoleranzkurve eines wechselwarmen Tieres.

    Tipps

    Die höchste Aktivität zeigen wechselwarme Tiere in ihrem Temperaturoptimum.

    Werden die Temperaturen zu niedrig oder zu hoch, fallen wechselwarme Tiere in eine Starre.

    Bei noch höheren oder niedrigeren Temperaturen, also beim Maximum oder Minimum, kann es zum Hitze- oder Kältetod kommen.

    Lösung

    Diese Temperaturtoleranzkurve zeigt die Aktivität eines wechselwarmen Tieres in Abhängigkeit von der Temperatur.

    Jedes wechselwarme Tier besitzt eine spezifische Temperatur, bei der die Aktivität am höchsten ist. Diesen Punkt auf der Kurve nennt man Optimum.

    Die Ränder der Kurve, also Minimum und Maximum, markieren die Punkte, bis zu denen das Tier lebensfähig ist. Bei Temperaturen darunter oder darüber kommt es zum Tod.

    Bei sehr niedrigen oder sehr hohen Temperaturen fallen wechselwarme Tiere in eine Starre. Dies ist ein Schutzmechanismus und ermöglicht es den Tieren bei extremen Temperaturen bis zu einem gewissen Grad zu überleben.

  • Erkläre die unterschiedlichen Körpergrößen der Pinguine.

    Tipps

    Hier siehst du eine Karte von Südamerika. Auch die Verbreitungsgebiete zweier Pinguinarten sind dort zu sehen.

    Das Klima ist weltweit unterschiedlich. Man kann davon ausgehen, dass es wärmer wird, je näher man dem Äquator kommt.

    Demnach ist es am Südpol natürlich kälter als in Südamerika.

    Denke nochmal an den Zusammenhang zwischen der Körpergröße eines Tieres und der Wärmeabgabe.

    Lösung

    Die Kaiserpinguine sind die südlichsten Pinguine, sie leben also in der kältesten Region, dem Südpol. Aber nicht nur das, sie sind mit 1 -1,3 m auch die größten Pinguine überhaupt. Diese Tatsache ist der Grund für ihren Namen.

    Die Adeliepinguine leben an den Küsten der Antarktis, dort ist es schon etwas wärmer. Das spiegelt sich in ihrer Körpergröße wieder. Sie sind ca. 70 cm groß.

    Die Magellan-Pinguine leben an den südlichsten Küsten von Südamerika. Dort ist es natürlich nochmal etwas wärmer und daher sind sie ein wenig kleiner. Benannt sind sie übrigens nach Ferdinand Magellan, einem bekannten Entdecker. Er forschte viel im Lebensraum der Pinguine.

    Schließlich die kleinsten der hier genannten Pinguine: Sie werden ca. 50 cm groß. Weil sie nach der Inselgruppe benannt sind, auf der sie leben, wurde ihr Name noch nicht erwähnt. Es handelt sich um die Galapagos-Pinguine.

    Den Zusammenhang zwischen der Körpergröße und der Temperatur des Lebensraums kann man bei vielen Tieren beobachten und wird übrigens auch, nach ihrem Entdecker, als Bergmannsche Regel bezeichnet. Der Grund dafür ist das Verhältnis zwischen dem Volumen des Körpers und der Oberfläche. Bei einem großen Tier ist die Oberfläche im Verhältnis zum Körpervolumen kleiner. Über die Oberfläche wird die Wärme an die Umgebung abgegeben. In kälteren Regionen ist es von Vorteil, weniger Wärme abzugeben. Daher sind Tiere in kälteren Regionen größer.

    Zum Schluss ein Rätsel: Warum fressen Eisbären eigentlich keine Pinguine?

  • Erkläre die Regulation der Körpertemperatur bei Robben.

    Tipps

    Reptilien, Amphibien, Fische und Kieferlose sind wechselwarm. Säugetiere und Vögel sind dagegen, was?

    Auch wir Menschen sammeln überschüssige Energie unter der Haut an. In einer Fettschicht.

    Lösung

    Viele Tiere der polaren Regionen machen sich die Eigenschaften von Fett zu Nutze, um sich vor der Kälte zu schützen.

    Fett hat eine besonders schlechte Wärmeleitfähigkeit und isoliert daher vor der Kälte.

    Die Fettschicht hat sogar noch andere praktische Vorteile. Sie dient als Speicher für Nährstoffe. Wird die Nahrung knapp, kann die Energie, die im Fett gespeichert ist, als Reserve genutzt werden. Des Weiteren hast du sicher schon mal gehört, dass Fett im Wasser immer oben schwimmt. Fett hat nämlich eine geringere Dichte als Wasser und ist somit leichter. Auch das ist nützlich für die Robben.