Eidechsen auf dem Etikett in der Brutzeit werden warmblütig • Yuliya Kondratenko • Science News zu den "Elementen" • Zoologie, Evolution

Während der Brutzeit werden Tageidechsen warmblütig

Abb. 1. Argentinisches Schwarz-Weiß-Tag (Salvator Merianae). Fotos von en.wikipedia.org

Wie durch Beobachtungen des Metabolismus von Eidechsen gezeigt wird, kann die Wärme von Blut saisonal sein. Während der Brutzeit wird die Körpertemperatur dieser Reptilien um bis zu zehn Grad über der Umgebungstemperatur gehalten, was früher für Kaltblüter als unmöglich galt. Diese Entdeckung legt nahe, dass Warmblütigkeit bei den Vorfahren von Vögeln und Säugetieren als Anpassung an hohe Energiekosten während der Brutsaison auftreten könnte.

Kaltblütige (oder poikilothermische) Tiere können die Körpertemperatur nicht signifikant über der Umgebungstemperatur halten. Sie bleiben normalerweise nur ein oder zwei Grad wärmer als die Luft oder das Wasser, in dem sie leben. Im Gegensatz zu warmblütigen (homoiothermnyh), müssen Kaltblüter nicht viel Energie für den aktiven Stoffwechsel, sowie "erfinden" Wärmeisolierung, die verhindern würde, dass sie die produzierte Wärme schnell verlieren. Aber der kaltblütige Lebensstil hat Nachteile, weil das Tier sehr abhängig von Umweltbedingungen ist, und wegen zu niedriger Temperatur kann es sehr verlangsamen oder sogar in Anabolismus fallen.

Es gibt Situationen, in denen eine solche Zwangsbremsung besonders fehl am Platz ist. Zum Beispiel, Jagd, wenn es notwendig ist, entweder die Beute zu jagen (oder, im Gegenteil, vor einem Raubtier zu entkommen), oder die Fortpflanzung, die immer eine Menge Kosten vom Organismus erfordert. Beispiele für lokale Warmblütigkeit bei einigen Kaltblütern sind mit diesen Arten von Aktivität verbunden, wenn die Temperatur nur bestimmter Körperteile hoch gehalten wird. Zum Beispiel werden bei einigen Fischen die Muskeln, die der Bewegung des Schwanzes dienen (durch die die Fische schwimmen), aufgewärmt, und die Muskeln der Pythons, die die Eier ausbrüten, erhitzen sich so sehr, dass ihre Körpertemperatur derjenigen warmblütiger Tiere der gleichen Größe nahekommt.

Bruteier sind nicht die einzige Stufe des Zuchtprozesses, die viel Energie benötigt. Tiere müssen nach einem Paar suchen und sich darauf vorbereiten, für das Territorium zu kämpfen, Schutzhütten und Nester zu bauen. Weibchen investieren natürlich eine Menge Ressourcen in die Eientwicklung, aber für Männchen von zumindest einigen Arten ist die Produktion von Keimzellen teuer (siehe zum Beispiel M. Olsson et al., 1997). Ist Sperma wirklich so billig? Vermehrung in männlichen Addern, Vipera berus). Zum Beispiel müssen verschiedene Arten von Eidechsen in der Fortpflanzungszeit 23-57% mehr Energie als der Rest der Zeit ausgeben (siehe: T. H. Kunz, K. S. Orrell, 2004. Energiekosten der Fortpflanzung).

Wenn also ein Kaltblüter nicht weiß, wie er die Körpertemperatur aktiv erhöhen kann, um den Stoffwechsel zu steigern und mehr Energie zu bekommen, kann der gesamte Reproduktionsprozess durch eine unerwartete Abkühlung oder andere Veränderungen der Umweltbedingungen gefährdet sein. Dies könnte nach einer Hypothese zur Entstehung saisonaler Warmblütigkeit im Verlauf der Evolution führen, um den Erfolg während der Brutsaison zu gewährleisten. Und dann stellte sich heraus, dass ein konstant hoher Stoffwechsel auch von Vorteil sein kann, was zum Auftreten von Warmblütern führte.

Neulich in einer Zeitschrift Wissenschaft Fortschritte Ein Artikel wurde veröffentlicht, der ein interessantes Beispiel beschreibt, das für diese Hypothese spricht: das südamerikanische Eidechsen-Etikett Salvator Merianae (Reptilien aus der Teiidenfamilie) halten die Körpertemperatur während der Brutzeit konstant hoch.

Um den Stoffwechsel der Eidechsen auf das Etikett zu überwachen, implantierten die Wissenschaftler Tiere mit Sensoren, die ihre Körpertemperatur und ihren Herzfrequenzrhythmus aufzeichneten. Diese Indikatoren wurden in Eidechsen, die in umzäunten Gehegen in der Natur leben, sowie in Laborbedingungen mit vollständig kontrollierten Parametern überwacht.Beobachten die jährlichen Veränderungen in der Temperatur des Körpers der Eidechsen unter natürlichen Bedingungen, Wissenschaftler haben gesehen, dass das ganze Jahr über ist es fast nicht anders als die Umgebungstemperatur. Während der Brutzeit von September bis November war die Körpertemperatur der Eidechsen konstant hoch und lag um 10 ° C über der Umgebungstemperatur (Abb. 2). Die Temperatur blieb hoch, selbst in der tiefen Nacht, wenn die Echsen in die Löcher klettern, und die ganze Hitze, die sie sich tagsüber angesammelt hatten und sich in der Sonne sonnten, sollte sich auflösen.

Abb. 2 Die Körpertemperatur der Eidechsen ist über einige Monate des Jahres markiert (Durchschnittswerte für den Monat). Die Körpertemperatur von vier Echsen wurde unter natürlichen Bedingungen gemessen. Die Körpertemperatur des Tags wird angezeigt. schwarze Flecken (sie verschmelzen zu einer durchgezogenen Linie), die Temperatur in den Löchern – grünund die Temperatur in der Sonne – in orange. Auf der rechten Seite – der durchschnittliche Unterschied zwischen der Temperatur des Etiketts und der Temperatur der Luft im Bohrloch zur kältesten Tageszeit (von 4 bis 6 Stunden). Der Tag überwintert von April bis September (wenn es in der südlichen Hemisphäre Frühling gibt), so messen die Messungen im April und Juni sehr wenig Unterschied zwischen ihrer Körpertemperatur und der Lufttemperatur im Loch.Im Januar ist das Tag aktiv, aber es ist klar, dass sie sich nachts abkühlen. Aber im Oktober (also in der Mitte der Brutzeit) ist das Etikett während des ganzen Tages deutlich wärmer als Luft. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Wissenschaft Fortschritte

Es war notwendig zu verstehen, wo die zusätzliche Hitze von den Eidechsen während der Brutzeit auf das Etikett übertragen wird. Zunächst vermuteten die Wissenschaftler, dass die Wärmequelle wie üblich extern ist (siehe ectotherm, Ectotherm) – das heißt, Tiere wärmen sich in der Sonne, aber aufgrund einiger Umlagerungen im Körper, die während der Brutzeit auftreten, erhalten sie die Fähigkeit, angesammelte Wärme zu speichern. deutlich länger als üblich.

Um zu testen, ob Eidechsen externe Wärmequellen benötigen, um die Temperatur zu erhöhen, führten die Wissenschaftler Kontrollversuche im Labor durch. Die Eidechsen wurden bei einer konstanten Temperatur von 18 ° C gehalten, so dass sie keine besondere warme Tageszeit hatten, in der sie sich wärmen und dann warm halten konnten. Die Beleuchtung einer Gruppe von Echsen imitierte den Wechsel von Tag und Nacht (es war 12 Uhr Licht, 12 – dunkel), die andere – war ständig abwesend (es war 24 Stunden dunkel). Wenn die Temperatur der Umgebung und die Beleuchtung konstant blieben (es war immer dunkel), blieb die Körpertemperatur der Echsen konstant hoch.Und wenn bei konstanter Temperatur Beleuchtungszyklen begonnen wurden, die den Wechsel von Tag und Nacht nachahmen, dann war die Körpertemperatur der Eidechsen periodisch: Sie fiel mit dem Beginn des künstlichen Morgens – wenn sie heller, aber nicht wärmer wurde (weil die Temperatur im Experiment konstant gehalten wurde). Dies ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich die peripheren Gefäße der Eidechsen ausdehnten und sich darauf vorbereiteten, Wärme aufzunehmen, wenn sich das Tier in der Sonne sonnt. Aber da es nicht wärmer wurde, begann die Eidechse am Morgen aufgrund der Ausdehnung der Gefäße mehr Wärme zu verlieren. Gleichzeitig blieb es jedoch wesentlich wärmer als die Umwelt.

Es stellt sich heraus, dass die erhöhte Körpertemperatur des Etiketts während der Brutzeit nicht mit der Erhaltung der Wärme aus einer externen Quelle zusammenhängt. Der Hinweis könnte eine weitere Beobachtung von Wissenschaftlern geben. Sie bemerkten, dass, obwohl die Herzfrequenz der Eidechsen fast immer von der Temperatur abhängt, diese während der Brutzeit sehr früh am Morgen anstieg, noch bevor das Tier das Loch verlässt und sich zu erwärmen beginnt. Da die Herzfrequenz eng mit der Stoffwechselrate verbunden ist, hat sich herausgestelltdass während der Fortpflanzung der Stoffwechsel der Tiere zunimmt und ohne externe Energiequellen. Interessanterweise nahm die Wärmeleitfähigkeit von Echsen während der Brutzeit ebenfalls leicht ab. Dies wurde durch die Unterschiede in den Lesungen der Sensoren, die die Temperatur im Inneren des Eidechsenkörpers und die Temperatur ihrer Haut maßen, belegt: Der Unterschied in ihren Ablesungen war viel bedeutender als im Rest des Jahres. Dies bedeutet, dass während der Brutzeit die Körperwärme nicht so frei auf die Haut übertragen wird, was das Auftreten von Wärmeschutz-Unterhautschichten oder anderen Mechanismen, die die gleiche Funktion erfüllen, anzeigt. Welche physiologischen Veränderungen die Eidechsen vorübergehend zu Warmblütern werden lassen, bleibt abzuwarten. Vermutlich werden Veränderungen im Stoffwechsel, die zu einer erhöhten Körpertemperatur und Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit des Eidechsenkörpers während der Fortpflanzungsdauer führen, durch Hormone ausgelöst.

Mit der Kenntnis der Herzfrequenz haben Wissenschaftler die Intensität des Metabolismus von Eidechsenmarkern berechnet. Es stellte sich heraus, dass das Etikett die durch den erhöhten Stoffwechsel freigesetzte Energie überraschend effektiv nutzt und dies trotz ihrer geringen Größe.Argentinisches Schwarz-Weiß-Tagu – relativ kleine Tiere mit einem Gewicht von ca. 2 kg. In kleinen Tieren pro Volumeneinheit des Körpers entfallen bungefährGrößere Oberfläche als große. Aus diesem Grund ist es für kleine Tiere schwieriger, eine hohe Körpertemperatur auch bei einem hohen Stoffwechsel aufrechtzuerhalten, da sie einen großen Teil der Wärme von der Körperoberfläche verlieren. Bei anderen Reptilien derselben Größe erhöht eine 4- bis 10-fache Erhöhung der Stoffwechselrate die Körpertemperatur um nur 0,5-1,5 ° C. Im Reproduktionszeitraum erhöht sich die Stoffwechselrate um etwa das 5-fache gegenüber normalen Werten und die Körpertemperatur steigt um 10 ° C.

Abb. 3 Eidechsen markieren in ihrem Bau während der Brutsaison. Thermal Shot in den frühen Morgenstunden genommen. Obwohl sich Eidechsen lange Zeit nicht in der Sonne sonnten, sind sie immer noch viel wärmer als die Umwelt. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Wissenschaft Fortschritte

Bisher wurde angenommen, dass kaltblütige Tiere die Körpertemperatur nur dann signifikant (um 10 ° C oder mehr) über der Umgebungstemperatur halten können, wenn sie eine ausreichend große Größe erreichen (das Körpergewicht muss mindestens 100 kg betragen).Eine solche Warmblütigkeit wird Trägheit (oder Trägheit) genannt. Nach Ansicht einiger Forscher war diese Art von passiver Warmblütigkeit charakteristisch für Dinosaurier (siehe: H. Pontzer et al., 2009. Biomechanik des Laufens zeigt Endothermie bei zweibeinigen Dinosauriern an). Aber die Entdeckung von saisonaler Warmblütigkeit oder Endothermie (siehe Endotherm) bei kleinen Echsen legt nahe, dass ein großer Körper nicht die einzige Möglichkeit für Reptilien ist, Fieber zu halten.

Die neuen Daten sind besonders interessant, weil die Vorfahren der Säugetiere nach modernen Daten kleine Tiere waren. Interessanterweise sind primitive Säugetiere – Ameisenigel und Tenrecs – auch durch einen Anstieg der Körpertemperatur während der Fortpflanzungszeit gekennzeichnet. Diese Tiere, wie die Eidechsen, verbringen viel Zeit in Höhlen. All dies deutet darauf hin, dass in den alten kaltblütigen Tieren kleiner Größe saisonale Warmblütigkeit entstanden sein könnte, um die Aktivität während der Brutsaison zu garantieren. Das Leben in den Löchern könnte zu diesem Übergang beitragen, da das Tier unter dem Boden vor dem Wind geschützt ist und weniger Wärme verliert.

Quelle: Glenn J. Tattersall, Cleo A. C. Leite, Colin E. Sanders, Viviana Cadena, Denis V. Andrade, Augusto S. Abe, William K. Milsom. Saisonale reproduktive Endothermie bei Tegu-Eidechsen // Wissenschaft Fortschritte. 2016. DOI: 10.1126 / sciadv.1500951.

Julia Kondratenko


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