Vögel und Säugetiere produzieren ihre Körperwärme selbst und sind “warmblütig”; die meisten anderen Tiere dagegen beziehen ihre Wärme aus der Umgebung und sind “Kaltblüter”. Aber wie funktioniert das? Wie erzeugen Warmblüter eigentlich die ganze Energie? Und wie und warum hat sich die Warmblütigkeit evolutionär entwickelt?
Bevor wir uns das im Detail ansehen, müssen wir die Begriffe “warm-” und “kaltblütig” näher beleuchten – die sind nämlich bei den Biologen in Ungnade gefallen, weil eine “kaltblütige” Eidechse eine deutlich höhere Körpertemperatur haben kann als ein “warmblütiges” Säugetier.
Biologen verwenden deshalb die Begriffe “ectotherm” für ein Tier, das seine Wärme im wesentlichen aus der Umgebung bezieht, und “endotherm” für ein Tier, das den Großteil seiner Wärme selbst erzeugt.
Natürlich hat es viele Vorteile, endotherm zu sein: Säugetiere können auch im Winter unterwegs sein, wenn Reptilien in Kältestarre verfallen, sie können auch in unwirtlichen Gegenden überleben und können in unseren Breiten nachtaktiv sein, wenn es für Reptilien zu kalt ist. Endothermie hat aber auch ihren Preis: ein Säugetier muss etwa die zehnfache Menge an Nahrung zu sich nehmen wie ein gleichschweres wechselwarmes Tier. In den Tropen, wo es selten kalt ist, haben ectotherme Tiere deshalb auch gute Karten. Wie meist in der Biologie ist eine Eigenschaft nicht einfach “gut” oder “schlecht”, sondern muss immer im Zusammenhang mit der jeweiligen ökologischen Nische gesehen werden.
Wie so oft ist die Trennung zwischen endo- und ectotherm auch nicht ganz so streng, wie wir das gern der Übersichtlichkeit halber hätten – Pythons beispielsweise können ihre Körpertemperatur erhöhen, wenn sie ihre Eier bebrüten, auch Thunfische sind dafür bekannt, dass ihre Körpertemperatur höher ist als die des umgebenden Wassers. In beiden Fällen sind es Muskelkontraktionen, die Wärme erzeugen – bei Thunfisch sorgt ein raffinierter Wärmetauscher dafür, dass die erzeugte Wärme im Körper bleibt. Diesen Mechanismus zur Wärmeproduktion gibt es auch bei Säugetieren, wenn wir vor Kälte zittern oder wenn uns beim Sport warm wird.
Da wir aber nicht den ganzen Tag zittern oder Sport treiben, sind es normalerweise offensichtlich nicht Muskelkontraktionen, mit denen wir Wärme erzeugen. Wie also dann?
ATP – Die Körperbatterie
Um den Mechanismus der Wärmeproduktion zu verstehen, brauchen wir ein bisschen Biochemie. (Keine Angst, es wird nicht zu viel, weil ich davon selbst nicht so viel verstehe…)
Energie gewinnt unser Körper vor allem durch die Verbrennung von Zucker. Dies geschieht in unseren Zellen in speziellen “Kraftwerken”, den Mitochondrien.
Aufbau eines Mitochondriums (von Wikipedia). Für uns wichtig sind die Matrix und der Membranzwischenraum
Von Tirkfl, original by LadyofHats – German version of Animal mitochondrion diagram en.svg., Gemeinfrei, Link
Da die Mitochondrien die Energie aber nicht selbst verbrauchen (das tun andere chemische Prozesse, beispielsweise bei der Muskelkontraktion), muss die Energie dorthin transportiert werden, wo sie gebraucht wird. Dazu dient ein spezielles Molekül, das Adenosintriphosphat (ATP). Dieses Molekül dient als “Energiespeicher” und ist sozusagen die “Batterie” des Körpers.
ATP hat drei aneinander hängende Phosphatgruppen; die dritte davon kann in einer chemischen Reaktion abgelöst werden und dabei Energie freisetzen. Daber bleibt eine Phosphatgruppe übrig, sowie die “entladene” Batterie, die dann Adenosindiphosphat heißt (Das ist Chemikermathematik: “tri” minus Eins gleich “di”).
Die ATP-Erzeugung selbst ist ein ziemlich komplizierter Prozess (zum Beispiel hier ausführlich dargestellt.) Für uns hier ist der letzte Schritt in diesem Prozess wichtig: Dabei werden Protonen (Wasserstoffionen) durch eine Membran der Mitochondrien aus dem Innern der sogenannten Mitochondrienmatrix nach Außen gepumpt (im Bild oben rechts). Wenn sie wieder ins Matrixinnere zurückkehren (oben links), sorgen sie für die Herstellung von ATP aus ADP und Phosphat – die Batterie wird wieder aufgeladen.
Die Protonenpumpe.
By Fvasconcellos 22:35, 9 September 2007 (UTC) – Vector version of w:Image:Etc4.png by TimVickers, content unchanged., Public Domain, Link
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