Was tun Lebewesen gegen das Einfrieren ihrer Zellflüssigkeit
Im Winter bekommen manche Lebewesen keine kalten Füße. Grund dafür sind bestimmte biologische Mechanismen. Im Laufe der Evolution haben sich unterschiedliche Strategien gezeigt.
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Wie verhindern Lebewesen das Einfrieren ihrer Zellflüssigkeit?
Um den winterlichen Temperaturen zu entgehen, sparen einige Lebewesen Energie, indem sie ihre Körpertemperatur absenken. Diese Absenkung kann sogar zu einem tiefgefrorenen Zustand führen. Zum Beispiel schlägt bei Schildkröten oder Fröschen dann das Herz nicht mehr – so durchgefroren sind sie. Temperaturen bis minus 20 Grad Celsius lassen sich auf diese Weise bewältigen. Bestimmte Eisnucleationsproteine sorgen für diese Art des Überlebens.
Aber nicht alle Artgenossen untereinander ziehen immer denselben Mechanismus vor. Die Natur hat auch Reaktionen entwickelt, die das Einfrieren der Zellflüssigkeit verhindert.
Einige Schildkröten ziehen in der kalten Jahreszeit den Boden von Gewässern vor. Die vorherrschenden Temperaturen liegen dort bei ungefähr vier Grad Celsius. Um unter Wasser nicht an Sauerstoffmangel zu sterben, fahren die Tiere ihren Stoffwechsel drastisch herunter. Der Sauerstoff im Wasser reicht dann zum Überleben aus.
Fische hingegen senken zwar ihre Temperatur ab, aber sie lassen sich nicht komplett einfrieren. Das Innere verbleibt in einer unterkühlten Flüssigkeit. Diesen Zustand verursachen spezielle Frostschutz-Proteine. Sobald Eiskeime entstehen, kommen sie zum Einsatz. Die Proteine belagern die Eiskeime, die dann nicht mehr wachsen können. Wachsen sie nicht weiter, kann der Fisch nicht vollständig einfrieren. Schäden durch Einfrieren und Auftauen können damit vermieden werden.
Das Anti-Gefrier-Protein enthält auch die Feuerkäfer-Larve, indem es die Eisbindungsflächen von Wasser dynamisch macht. Die Larven überleben bei minus 30 Grad Celsius.
Bärtierchen machen es ganz geschickt. Damit Zellflüssigkeiten nicht einfrieren und platzen können, trocknen sie sich fast vollständig aus. Sie stellen den Stoffwechsel ein und schrumpfen.
Wie unterscheiden Lebewesen hinsichtlich ihrer Temperaturanpassung und Frostschutzmechanismen
Das Energiesparmodell der Reptilien funktioniert bei Säugetieren nicht. Reptilien sind nämlich wechselwarm. Das heißt: Ihre Körpertemperatur passt sich der Umgebung an. Die Körpertemperatur bei Säugetieren und Vögeln hingegen bewegt sich in einem konstanten Bereich. Dafür müssen sie ihren Körper an kalten Tagen ständig aufheizen, was viel Energie verbraucht.
Es gibt nur wenige Säugetiere, die eine niedrige Körpertemperatur aushalten können. Dazu zählen beispielsweise Kamele. Weil sie ihr Fett in den Höckern tragen, können sie ihre Körpertemperatur bis auf 33 Grad Celsius absenken und am Tag bis zu 41 Grad Celsius aufheizen. Fett ist die Substanz, die gegen Kälte isoliert. Andere Tiere haben das Fett am ganzen Körper.
Von viel Fett profitieren auch Pinguine. Sie arbeiten mit einer Art Gegenstromanlage, die verhindert das die Füße einfrieren beziehungsweise nicht am Boden festfrieren. Das nach oben fließende kalte Blut wird von dem nach unten fließenden warmen Blut gewärmt. Allerdings kühlt das warme Blut, das nach unten fließt wiederum ab. Aus diesem Grund bleiben die Füße des Pinguins immer kalt.
Der Mensch zieht sich im Winter warm an oder hält sich in warmen Räumen auf, um seine Körpertemperatur konstant zu halten.
Welche Tiere schaffen Kälterekorde?
Der Polarfuchs hält bis zu minus 50 Grad Celsius aus. Unter anderem liegt das auch seinem dicken Fell, das zu 70 Prozent aus Unterwolle besteht. Der Grönland-Bärenspinner (Raupenart), die Weinbergschnecke und die Rotgesichtsmakaken bewegen sich in Außentemperaturen von minus 25 bis minus 50 Grad Celsius.
Fazit
Lebewesen bewegen sich innerhalb verschiedener Umgebungstemperaturen. Einige von ihnen leben sogar in permanenter Kälte. Die evolutionäre biologische Entwicklung hat in jeder Umgebung für optimale Anpassungsmöglichkeiten gesorgt. Dabei funktionieren die Mechanismen sowohl bei Reptilien als auch bei Säugetieren unterschiedlich. Das reicht vom Energieverbrauch für das Aufheizen über das Beibehalten eines unterkühlten Zustandes bis hin zum kompletten Einfrieren oder Austrocknen.
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