Säugetiere – Homöothermie, Thermoregulation & Reproduktion

Homöothermie – Grundideen und Bedeutung

• Säugetiere sind homöotherm (gleichwarm); Körpertemperatur wird unabhängig von der Umgebung konstant gehalten.

  • Wärmebild-Beispiel der Dogge illustriert den deutlichen Temperaturunterschied zur Umwelt.

• Lebenswichtig für:

  • gleichmäßige Entwicklungsbedingungen (Föten, Jungtiere)

  • Aktivität in klimatisch extremen Habitaten (Tag-/Nacht-, Jahreszeiten-Schwankungen)

• Bindeglied zur Energetik: Erhalt der Körpertemperatur erfordert kontinuierlichen Energieumsatz ⟶ enge Kopplung an Nahrungsaufnahme und Stoffwechselrate.

• Rückbezug zur 1. Vorlesung: Ergänzt die dort behandelten Merkmale (Extremitäten, Kiefergelenk, Gehörknöchelchen, Kreislauf, Zwerchfell, Fell, Haut) um physiologische Aspekte.

Energetik, Körpergröße & die „Maus-Elefanten-Beziehung“

• Geometrische Grundregel: Oberfläche steigt ungef. proportional zum Quadrat, Volumen zum Kubus der Länge.

  • Kleinere Tiere: große Oberfläche relativ zum Volumen ⟶ hoher Wärme- & Energieverlust, schnelle Nach­energetisierung nötig.

  • Größere Tiere: kleiner relative Oberfläche ⟶ geringerer Verlust pro Masseeinheit, langsamere Stoffwechselfrequenz.

• Klassische Maus-Elefanten-Gerade: s = a \cdot m^{b}

  • s … Gesamt-Energieumsatz (z. B. \text{ml O}_2/\text{h})

  • m … Körpermasse

  • a … Proportionalitätskonstante

  • b \approx 0{,}72\text{–}0{,}75 (Exponent umstritten, liegt meist in diesem Bereich)

• Absoluter Verbrauch: Maus < Elefant.

  • Massenspezifisch (pro \text{g} Körpergewicht) jedoch umgekehrt: \text{Spitzmaus} \gg \text{Elefant} ⟶ Metabolische Rate nimmt mit Körpermasse ab.

Organanteile, Mitochondriendichte & Stoffwechselkosten

• Hoher Umsatzzuschlag beruht v. a. auf Organen mit intensiver Stoffwechseltätigkeit:

  • Leber, Niere, Gehirn: hoher relativer Anteil bei kleinen, sinkt bei großen Tieren.

  • Lunge: geringer Umsatz, Anteil steigt aber linear mit Masse (Flächenwachstum).

  • Skelett: Masse nimmt stark zu, Stoffwechsel kaum.

• Mitochondrien: Organe großer Tiere besitzen weniger Mitochondrien pro Volumen als die gleicher Organe kleiner Tiere ⟶ reduzierte Grundumsatzdichte.

Wärmehaushalt – Flüsse & Mechanismen

• Interner Wärmestrom: Stoffwechsel‐Produktion ⟶ Transport per Blut (Konvektion) ⟶ Leitung durch Haut/Fell (Konduktion) ⟶ Abgabe via

  • Externe Konvektion (Wind, Luftströmung)

  • Strahlung (Sonne ↔ Körper, Reflexion Boden)

  • Verdunstung (Transpiration)

  • Bodenkontakt (Ableitung durch Extremitäten)

• Schweißdrüsen: bei den meisten felltragenden Säugetieren kaum vorhanden; Verdunstung läuft primär über Respiration (Hecheln). Arten mit Schweißdrüsen (z. B. Primaten, Pferd) können zusätzlich dermal kühlen.

Thermoneutrale Zone (TNZ)

• Temperatur-Intervall, in dem keinerlei zusätzlicher Energieaufwand zur Thermoregulation nötig ist.

  • Untere kritische Temperatur (UCT): Unterschreitung ⟶ aktive Wärmeproduktion (zittern, Thermogenese)

  • Obere kritische Temperatur (OCT): Überschreitung ⟶ aktive Kühlmaßnahmen (Schwitzen, Hecheln etc.)

• Vergleich:

  • Gleichwarme Tiere: flacher Energie-Plateaubereich innerhalb TNZ.

  • Wechselwarme: Energieumsatz folgt direkt Umgebungstemp.; keine echte TNZ.

Strategien gegen Überhitzung

• Morphologisch

  • Isolierendes, helle Fell (Reflexion), Schatten spendender Schwanz (Wüsten-Nager-Beispiel).

  • „Thermische Fenster“: dünn behaarte, gut durchblutete Areale an Extremitätenansatz; Aktiv: Hund streckt Gliedmaßen & legt Bauch auf kühlen Boden/Pfütze.

• Physiologisch

  • Erhöhte Hautdurchblutung

  • Retia mirabilia (Gegenstrom-Wärmetauscher) in Pfoten & Extremitäten bei Caniden, Feliden, Paarhufern.

  • Schwitzen (bei Schweißdrüsen-Trägern), Hecheln.

• Verhalten

  • Schattensuche, Nachtaktivität, graben.

Strategien gegen Unterkühlung

• Kurzfristig

  • Vasokonstriktion / Vasodilatation (schnelle Umschaltung)

  • Kältezittern (shivering)

  • Zitterfreie Thermogenese über braunes Fett

  • Piloerektion (Aufrichten der Haare) ⟶ besseres Luftpolster

• Langfristig

  • Saisonaler Haarwechsel (mehr Unterwolle)

  • Migration in wärmere Zonen

  • Winterschlaf, Winterruhe

  • Physiologische Akklimatisation (breitere TNZ, veränderte Schilddrüsen- & Nebennierenhormonspiegel)

Winterschlaf (Hibernation)

• Arten: Igel, Hufeisennasen- & Glattnasen-Fledermäuse, Siebenschläfer etc.

• Merkmale

  • Dauer: Tage (Kurzschläfer) bis Monate (Siebenschläfer ≈ 7 Monate).

  • Körpertemperatur: 0{,}2\,^{\circ}\text{C} \text{–} 5\,^{\circ}\text{C} (nahe Umgebung).

  • Atemfrequenz: Igel ≈ 1 Atemzug ∕ h.

  • Herzfrequenz: Igel ≈ 2 Schläge ∕ min.

  • Individuum in Starre, völlige Bewegungsreduktion.

Winterruhe

• Z. B. Bären, Dachs, Murmeltiere (Nagetiere & Raubtiere).

• Unterschiede zum Winterschlaf

  • Körpertemperatur kaum gesenkt.

  • Energieumsatz leicht reduziert; Tier weckt sich öfter.

  • Herzfrequenz moderat erniedrigt.

  • Möglich: Geburt & Säugen von Jungtieren während Winterruhe (Bärin).

  • Größere Energiespeicher nötig (Fett, Nahrungsvorräte à la Feldhamster).

Akklimatisation

• Anpassung über Wochen–Monate:

  • Fell-/Unterwolfdicke ↔ Umgebungsklima.

  • Schilddrüsenhormon gesteuerte Grundumsatzmodulation.

• TNZ-Breite

  • Arktische Säuger: sehr breit.

  • Tropische: schmal.

Viviparie (Lebendgebären) & Reproduktion

• Charakteristisch für fast alle Säuger, Ausnahme: Monotremata (Eierlegende).

• Kein Säuger-Alleinstellungsmerkmal – auch einige Fische, Reptilien etc. sind vivipar.

• Vorteil: Embryo entwickelt sich geschützt bei konstanter Temperatur, kommt in hohem Entwicklungsstadium zur Welt.

Weibliche & männliche Reproduktionsorgane

• Männchen: Hoden → Nebenhoden → Samenleiter → Harn-Samenröhre.

• Weibchen (paarig): Ovar → Eileitertrichter → Eileiter → Uterus → Vagina.

• Lage der Harnblase & Enddarm-/Urogenitaltrennung

  • Prototheria (Monotremata): Kloake, Blase zwischen Uteri.

  • Metatheria (Beuteltiere) & Eutheria (Plazentatiere): Trennung von Darm & Sinus urogenitalis; Blase am Rand des Sinus.

Plazenta – Aufbau & Aufgaben

• Metatheria: wenig spezialisiert.

• Eutheria: hoch spezialisiert.

• Funktionen

  • Stoffaustausch O2/CO2, Nährstoffe, Abfallstoffe.

  • „Hilfsleber“: Filtration & Hormonproduktion.

  • Bluttrennung Mutter ↔ Fötus.

Tragzeit & Entwicklungszustände

• Abhängig von Körpergröße & Reifegrad bei Geburt.

  • Monotremata: legen Eier → sehr geringer Entwicklungsstand.

  • Metatheria: geringe Reife; Jungtier mit entwickelten Vorderextremitäten & Geruchssinn, krabbelt in Beutel und dockt an Zitze.

  • Eutheria: hohes Entwicklungsniveau; Unterteilung:

  • Lagerjunge (z. B. Katzen, Kaninchen) – liegen wenige Tage im Nest.

  • Laufjunge (Giraffe) – können kurz nach Geburt laufen.

  • Tragjunge (Primaten) – werden getragen.

Verzögerungen im Reproduktionszyklus

• Zeitpunkt der Kopulation beeinflusst effektive Tragzeit.

• Spermien-Speicherung (delayed fertilisation)

  • Fledermäuse gemäßigter Breiten: Paarung vor Winterschlaf; Spermien ruhen in Uteruswand; Ovulation + Befruchtung erst nach Erwachen.

• Keimruhe (delayed implantation)

  • Viele heimische Wildsäuger: Ovulation & Befruchtung sofort, Entwicklung pausiert als Blastozyste über nahrungsarme Zeit.

• Embryonalwachstum kann bei akutem Nahrungsmangel verzögert, bei Extremmangel abgebrochen werden.

• Infanticide (Löwe, Meerkatzen): Tötung von Jungtieren setzt Weibchen erneut rasch in Östrus, verkürzt Reproduktionsintervall.

Laktation & Milchdrüsen

• Milchdrüsen = modifizierte Hautdrüsen, exokrin; 3 Sekretionstypen

  • Merokrin/ekkrin: Exozytose → Proteine, Laktose.

  • Apokrin: Abschnürung apikal → Fetttröpfchen.

  • Holokrin: ganze Zelle zerfällt → Mineralien & zusätzliche Substanzen.

• Bildliche Darstellung (im Video): Exozytose-Vesikel, apokrines Fettkügelchen, holokrine Zellauflösung.

Milch – Zusammensetzung

• Wasser ≈ 80 % (variabel)

• Proteine: Kaseine, Molkenproteine (Wachstum)

• Fette: Energielieferant, Wasserquelle, Isolationsschicht-Bildung

• Kohlenhydrate (v. a. Laktose)

• Mineralien + Spurenelemente + Immunfaktoren (Antikörper)

Funktionelle Bedeutung

• Vollständige Ernährung des Neugeborenen in der frühen Phase.

• Immunschutz & Aufbau der Darmflora.

• Extrem hoher Protein- & Fettgehalt beschleunigt Wachstum:

  • Robben­beispiel: Jungtierzunahme bis 2\,\text{kg} ∕ 24 h.

Ende der zweiten Vorlesung – Ausblick: dritte Vorlesung folgt.