am Puls Biologie 5, Schulbuch

96 Energie und Nährstoffbedarf Wer kennt nicht Filme mit gewaltigen Riesenwe- sen wie King Kong? Kann es solche Tiere geben? Intuitiv würde man meinen, dass ein doppelt so großes Tier auch doppelt so viel fressen müsste, da es doppelt so viel Energie (in Form von Wär- me) an die Umgebung verlieren sollte. Doch das ist falsch! Um das zu verstehen, muss man den Energiehaushalt von Tieren betrachten. Und dazu ist folgende Überlegung nützlich: Wie man leicht anhand zweier Würfel sehen kann ( k Abb. 1), hat ein Würfel mit doppelter Seitenlänge die vierfache Oberfläche, aber das achtfache Volumen. Anders gesagt: Das Volumen steigt schneller als die Oberfläche. Was hat diese geometrische Überlegung mit King Kong zu tun? Mit dem Volumen steigt der Grundumsatz von Tieren ( k Abb. 2). Das ist der Energiebedarf eines Tieres in Ruhe, also der Zell- stoffwechsel, der abläuft, wenn Zellen „auf Standby“ arbeiten. Gemäß den Gesetzen der Phy- sik wird die hier umgesetzte Energie zu Wärme. Jede Zelle unseres Körpers produziert Wärme, die Anzahl der Zellen steigt mit dem Volumen. Gleichzeitig verliert jedes Tier Wärme an die Um- welt, sofern es nicht in einem Gebiet lebt, das wärmer als die Körpertemperatur ist. Dieser Wärmeverlust ist proportional zur Ober- fläche des Tieres, denn nur über die Körperober- fläche kann Wärme abgegeben werden. Zurück zu unseren Würfeln: Denken wir uns ein Tier doppelt so groß, steigt zwar der Wärmever- lust aufs Vierfache, die Wärmeproduktion aber aufs Achtfache! D. h., sehr große Tiere würden nicht genug Wärme abführen können, sie wür- den überhitzen. Der Grundumsatz eines Tieres ent- spricht dem Körper- volumen Der Wärmeverlust eines Tieres hängt von der Körper- oberfläche ab Körpermasse (kg) 1 0,1 0,01 10 0 1 10 100 1000 Grundumsatz (relative Einheiten) Oberfläche = 6 cm 2 Volumen = 1 cm 3 Oberfläche/Volumen = 6/1 = 6 1 cm 2 cm Abb.1: Verhältnis von Oberfläche und Volumen. Das Volumen eines Körpers steigt stärker als die Oberfläche. Körpermasse (kg) 1 0,1 0,01 10 100 0 1 10 100 1000 1000 Grundumsatz (relative Einheiten) Oberfläche = 6 cm 2 Volumen = 1 cm 3 Oberfläche/Volumen = 6/1 = 6 Oberfläche = 24 cm 2 Volumen = 8 cm 3 Oberfläche/Volumen = 24/8= 3 1 cm 2 cm Abb. 2: Der Grundumsatz der Tiere. Mit zunehmender Masse steigt auch der Grundumsatz von Tieren (rote Linie). Dieser Zusammenhang entspricht in guter Näherung dem theoretischen Wert (grüne Linie). Diese Überlegungen gelten nur für gleichwarme Tiere, also Säugetiere und Vögel. Wechselwarme Tiere haben andere Grundumsätze, außerdem verlangsamt sich ihr Stoffwechsel mit sinkender Temperatur. Körpermasse (kg) 1 0,1 0,01 10 100 0 1 10 100 1000 1000 Grundumsatz (relative Einheiten) Oberfläche = 6 cm 2 Volumen = 1 cm 3 Oberfläche/Volumen = 6/1 = 6 Oberfläche = 24 cm 2 Volumen = 8 cm 3 Oberfläche/Volumen = 24/8= 3 1 cm 2 cm Kleinsäuger müssen relativ (viel) mehr Nahrung aufneh- men als große Säuger. theoretische Gerade, die bei exakter Kugel- form zuträfe experimentell ermittelte Gerade Für große Säuger ist es schwieriger, die bei körper- licher Belastung erzeugte Wärme wieder abzugeben. Aufgabe W 1 Säugetiere in Ameisengröße? Im Text wird erklärt, warum es keine sehr großen eigenwarme Tiere („King Kong“) geben kann. Überlege, warum es keine sehr kleinen eigen- warme Tiere geben kann. Recherchiere, wie klein die kleinsten eigenwarmen Tiere sind, und um welche es sich handelt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv