Vergleichende Tierphysiologie: Gerhard Heldmaier Vegetative Physiologie

ISBN-13: 9783642623745 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 506 str.

Gerhard Heldmaier; Gerhard Neuweiler

Spis treści

1 Bioenergetik.- 1.1 Energiegewinnung für Lebensvorgänge.- 1.2 Freie Energie.- 1.3 Aktivierungsenergie.- Box 1.1 Freie Energie und Gleichgewicht einer Reaktion.- Box 1.2 Kinetik enzymatischer Reaktionen.- 1.4 Energiegewinnung durch den oxidativen Abbau von Nährstoffen.- 1.5 Energiereiche Phosphate.- 1.6 Abbau von Kohlenhydraten.- 1.7 Glykolyse.- 1.7.1 Bereitstellung von Glucose.- 1.7.2 Reaktionsverlauf der Glykolyse.- 1.7.3 Gluconeogenese.- 1.7.4 Kontrolle der Glykolyse.- 1.7.5 Abbau von Fructose und Galactose durch die Glykolyse.- 1.7.6 ATP-Gewinn durch Glykolyse.- 1.8 Citrat-Zyklus.- 1.8.1 Reaktionsverlauf des Citrat-Zyklus.- 1.8.2 Energieausbeute des Citrat-Zyklus.- 1.9 Oxidative Phosphorylierung.- 1.9.1 Elektronenübertragung und Protonentransport durch die Atmungskette.- 1.9.2 Synthese von ATP.- 1.9.3 Regulation der oxidativen Phosphorylierung.- 1.9.4 ATP-Bilanz der oxidativen Phosphorylierung.- 1.9.5 ATP-Ausbeute beim oxidativen Abbau von Glucose.- 1.10 Bausteine aus dem Citrat-Zyklus.- 1.11 Lipide als Energiequelle für den aeroben Stoffwechsel.- 1.11.1 ?-Oxidation.- 1.11.2 Biologische Bedeutung von Lipiden als Energiespeicher.- 1.11.3 Lipide werden in der Flamme der Kohlenhydrate verbrannt.- 1.12 Stoffwechsel von Aminosäuren.- 1.13 ATP-Gewinnung im Flugmuskel von Insekten.- 1.14 Leben ohne Sauerstoff — Anaerobe Energiegewinnung.- 1.14.1 Anaerobiose beim Tauchen von Robben.- 1.14.2 Anaerobiose beim Tauchen von Schildkröten.- 1.14.3 Genregulation bei Sauerstoffmangel.- 1.14.4 Anaerobiose bei Fischen.- 1.14.5 Anaerobiose bei Evertebraten.- 1.14.6 Energie-Ausbeute der Anaerobiose.- 1.15 Nutzung von ATP für Lebensfunktionen — Der Transport von Na+ und K+ über die Zellmembran.- 2 Energiehaushalt von Tieren.- 2.1 Die umgesetzte Energie wird als Wärme abgegeben.- 2.1.1 Direkte Kalorimetrie.- 2.1.2 Indirekte Kalorimetrie.- 2.2 Nahrungsenergie und Energiebudget.- 2.2.1 Nahrungsaufnahme und assimilierte Energie.- 2.2.2 Metabolisierbare Energie.- 2.2.3 Nutzbare Energie und spezifisch dynamische Wirkung.- 2.3 Energiebilanz.- 2.4 Aerobe Stoffwechselrate.- 2.4.1 Grundumsatz und Standardstoffwechsel.- 2.4.2 Körpergröße und Energieumsatz.- 2.4.3 Endotherm versus Ektotherm.- 2.4.4 Ruhe- und Aktivitätsumsatz.- 2.5 Energetik der Fortbewegung.- 2.5.1 Gehen, Laufen und Springen.- 2.5.2 Fliegen.- 2.5.3 Wirkungsgrad der lokomotorischen Arbeit.- 2.5.4 Transportkosten der Fortbewegung — Vergleich von Schwimmen, Laufen und Fliegen.- 2.6 Produktion.- 2.6.1 Kosten der Biosynthese.- 2.6.2 Wachstum und Sekundärproduktion.- 2.6.3 Wachstum während der Embryonalentwicklung.- 2.6.4 Effizienz von Wachstum und Produktion.- 2.6.5 Vergleich des Wachstums verschiedener Tierarten.- Box 2.1 Methoden der direkten Kalorimetrie.- Box 2.2 Methoden der indirekten Kalorimetrie.- Box 2.3 Verbrennungskalorimeter (Bombenkalorimeter).- Box 2.4 Wärmeäquivalente des oxidativen Abbaus von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen.- Box 2.5 Messung des Wirkungsgrads der Arbeit eines Pferdes.- Literatur.- 3 Temperaturwirkungen und Thermoregulation.- 3.1 Temperaturabhängigkeit von Lebensvorgängen.- 3.2 Thermische Grenzen des Lebens.- 3.2.1 Minimum in Kälte.- Box 3.1 Wirkung der Temperatur auf Stoffwechselraten.- 3.2.2 Thermisches Maximum und Hitzetod.- 3.3 Biochemische und physiologische Grundlagen der Temperaturtoleranz.- 3.3.1 Thermisches Optimum.- 3.4 Strategien der Thermoregulation.- 3.4.1 Thermoregulation bei aquatischen Ektothermen.- 3.4.2 Temperaturanpassung und Kompensation.- 3.4.3 Thermoregulatorisches Verhalten.- 3.4.4 Regionale Endothermie bei Fischen.- 3.5 Leben mit Eis.- 3.5.1 Unterkühlung oder Gefrierschutz bei marinen Organismen.- 3.5.2 Gefrierschutz-Proteine.- 3.5.3 Gefrierschutz bei Insekten.- 3.5.4 Können Tiere das Einfrieren ihrer Körperflüssigkeiten ertragen?.- 3.6 Thermoregulation von terrestrischen Ektothermen.- 3.6.1 Thermoregulatorisches Verhalten.- 3.6.2 Warum regulieren Ektotherme ihre Körpertemperatur?.- 3.6.3 Vasomotorische Temperaturregelung.- 3.6.4 Temporäre Endothermie bei Ektothermen.- 3.7 Thermoregulation der endothermen Säugetiere und Vögel.- 3.7.1 Körpertemperatur.- 3.7.2 Wärmeisolierung der Körperoberfläche.- 3.7.3 Grundumsatz und Thermoneutralzone.- 3.7.4 Thermoregulation in Kälte.- Box 3.2 Physikalische Voraussetzungen für die Wärmeregulation in Kälte.- 3.7.5 Thermoregulatorische Wärmebildung.- Box 3.3 Regeln für die Klimaanpassung bei Endothermen.- 3.7.6 Thermoregulation bei Hitze.- Box 3.4 Wege des Wärmetauschs zwischen einem Tier und seiner Umgebung.- 3.7.7 Thermorezeptoren und Regelung.- 3.8 Torpor und Winterschlaf.- 3.8.1 Jahreszeitliche Probleme der Energieversorgung.- 3.8.2 Winterschlaf-Saison und Winterschlaf-Episoden.- 3.8.3 Energieumsatz im Winterschlaf.- 3.8.4 Winterruhe, Estivation und Kältestarre.- 3.8.5 Tageschlaflethargie.- Literatur.- 4 Atmung.- 4.1 Abhängigkeit vom Sauerstoff.- 4.1.1 Sauerstoff und Kohlendioxid in der Luft.- Box 4.1 Zusammensetzung trockener Luft.- Box 4.2 Korrektur von Gasvelumina auf Standartbedingungen (STPD).- 4.1.2 Wie kommen die Atemgase ins Wasser.- Box 4.3 Löslichkeit von Gasen in Wasser.- 4.1.3 Gasaustausch durch Diffusion.- Box 4.4 Diffusion.- 4.1.4 Vergleich der Atmung in Luft mit der Atmung in Wasser.- 4.2 Atmung ohne Atemorgane.- 4.2.1 Hautatmung.- 4.2.2 Gasaustausch von Vogeleiern.- 4.3 Aufbau und Funktion von Atemorganen.- 4.4 Atmung im Wasser mit Kiemen.- 4.4.1 Mollusken.- 4.4.2 Crustaceen.- 4.4.3 Insekten.- 4.4.4 Kiemenatmung bei Fischen.- 4.5 Luftatmung mit Lungen.- 4.5.1 Evertebraten atmen mit Diffusionslungen.- 4.5.2 Wirbeltiere atmen mit Ventilationslungen.- 4.5.3 Luftatmung bei Fischen.- 4.5.4 Amphibien- und Reptilienlungen.- 4.5.5 Säugetierlunge.- Box 4.5 Compliance.- Box 4.6 Alveolares Gasgemisch und Effizienz der Sauerstoffextraktion.- 4.5.6 Vogellunge.- 4.5.7 Regulation der Lungenatmung.- 4.6 Tracheen — ein alternativer Weg der Luftatmung.- 4.6.1 Intermittierende Atmung.- 4.6.2 Physikalische Kieme.- 4.6.3 Plastronatmung.- Literatur.- 5 Blut.- 5.1 Was ist Blut?.- 5.2 Plasmaproteine als universelle Transportvehikel und Speicher.- Box 5.1 Proteintrennung durch Elektrophorese.- 5.2.1 Funktionen einzelner Plasmaproteine.- 5.2.2 Plasmaproteine als Eiweißspeicher.- 5.2.3 Kolloidosmotischer Druck und Wasserhaushalt.- 5.3 Blutzellen.- 5.4 Transport von Atemgasen.- 5.5 Respiratorische Proteine.- 5.5.1 Hämoglobin.- Box 5.2 Sauerstoffbindungskurven.- 5.5.2 Chlorocruorin.- 5.5.3 Hämerythrin.- 5.5.4 Hämocyanin.- 5.6 Physiologische Rolle der respiratorischen Proteine beim Sauerstofftransport.- 5.7 Modulatoren der Sauerstoffbindung.- 5.7.1 Bohr-Effekt.- 5.7.2 Root-Effekt.- 5.7.3 Organische Phosphate.- 5.7.4 Temperaturwirkung auf respiratorische Proteine.- 5.8 Transport von Kohlendioxid.- 5.9 Sauerstofftransfer im Gewebe.- 5.10 Evolution von Transportsystemen für Sauerstoff.- 5.11 Pufferfunktion des Bluts.- Box 5.3 Säure-Basen-Gleichgewichte und das Bikarbonat-Puffersystem.- 5.12 Schutzfunktion des Blutes — Blutgerinnung.- 5.12.1 Primäre Hämostase.- 5.12.2 Blutgerinnung.- 5.13 Abwehrfunktionen bei Evertebraten.- 5.14 Abwehrfunktionen der Säugetiere.- 5.14.1 Unspezifisches Abwehrsystem.- 5.14.2 Spezifisches Abwehrsystem, Immunreaktionen.- Box 5.4 Blutgruppen des Menschen.- 6 Kreislauf.- 6.1 Offenes Kreislaufsystem.- 6.2 Geschlossener Kreislauf.- 6.3 Kreislaufsystem der Anneliden.- 6.4 Aufbau des Kreislaufsystems der Wirbeltiere.- 6.5 Kontraktion des Wirbeltierherzens.- 6.5.1 Zelluläre Mechanismen des Erregungsablaufs im Herzmuskel.- 6.5.2 Herzfrequenz und Förderleistung des Herzens.- Box 6.1 Messung des Herzminutenvolumens.- 6.5.3 Regelung der Herztätigkeit und Vasomotorik.- 6.6 Blutgefäße.- 6.6.1 Arterielles System.- Box 6.2 Hämodynamik.- 6.6.2 Kapillaren und Mikrozirkulation.- 6.6.3 Venöses Gefäßsystem.- 6.7 Blutverteilung und Kreislaufregulation.- Literatur.- 7 Ernährung und Verdauung.- 7.1 Nahrungsquellen und Methoden der Nahrungsaufnahme.- 7.1.1 Mikrophagen.- 7.1.2 Ernährung durch Endosymbionten.- 7.1.3 Aufnahme gelöster Substanzen aus dem Wasser.- 7.1.4 Makrophage Karnivoren.- 7.1.5 Ernährung mit Flüssigkeiten.- 7.2 Verdauung.- 7.2.1 Verdauungsenzyme.- 7.2.2 Enzymatischer Abbau der Nahrung im Verdauungstrakt des Menschen.- 7.2.3 Mund.- 7.2.4 Magen.- Box 7.1 Enzymatischer Abbau der Nahrung im menschlichen Verdauungstrakt.- 7.2.5 Darm.- 7.2.6 Verdauendes-resorbierendes Epithel des Dünndarms.- 7.2.7 Regelung des Verlaufs der Verdauung.- 7.2.8 Regelung der Nahrungsaufnahme.- 7.3 Verdauung von Cellulose.- 7.3.1 Autogene Cellulase oder Celluloseabbau durch Endosymbionten?.- 7.3.2 Celluloseverdauung bei Wiederkäuern.- 7.3.3 Postgastrische Celluloseverdauung.- 7.3.4 Vergleich von prägastrischer und postgastrischer Celluloseverdauung.- 7.4 Essentielle Nahrungsbestandteile.- 7.4.1 Essentielle Fettsäuren.- 7.4.2 Essentielle Aminosäuren.- 7.4.3 Vitamine.- Box 7.2 Essentielle Nahrungsbestandteile.- Literatur.- 8 Osmoregulation und Exkretion.- 8.1 Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten.- 8.2 Osmose.- 8.3 Transport von Wasser und Ionen über die Plasmamembran.- 8.4 Endprodukte des Stickstoff-Stoffwechsels.- 8.4.1 Ammoniak.- 8.4.2 Harnstoff.- 8.4.3 Harnsäure.- 8.5 Kontraktile Vakuole.- 8.6 Grundprinzipien der Exkretion.- 8.6.1 Filtration.- 8.6.2 Resorption.- 8.7 Exkretionsorgane.- 8.7.1 Nephridien.- 8.7.2 Antennendrüse der Arthropoden.- 8.7.3 Malpighische Gefäße der Insekten.- 8.7.4 Nieren der Wirbeltiere.- 8.7.5 Funktion der Säugetierniere.- 8.7.6 Regelung der Nierenfunktion.- 8.8 Strategien der Osmoregulation.- 8.8.1 Invertebraten.- 8.8.2 Fische.- 8.8.3 Amphibien.- 8.8.4 Reptilien und Vögel.- Literatur.- 9 Chemische Kommunikation durch Hormone.- 9.1 Vergleich von chemischer Kommunikation durch Hormone mit der zellulären Kommunikation durch das Nervensystem.- 9.2 Entdeckung der Hormone.- 9.2.1 Konzept der chemischen Kommunikation.- 9.2.2 Wettrennen um Testosteron.- 9.2.3 Insulin hilft Diabetikern.- 9.3 Chemische Botenstoffe, ein universelles Werkzeug zur Kommunikation.- 9.3.1 Lokale Funktionskontrolle durch Zytokine.- 9.3.2 Stickstoffmonoxid, ein besonders rasches chemisches Signal.- 9.3.3 Kommunikation durch Duftstoffe.- 9.4 Hormonrezeptoren.- 9.4.1 Cytosolische Rezeptoren für Steroidhormone.- 9.4.2 Membranständige Rezeptoren für Proteohormone.- 9.5 Endokrine Systeme der Evertebraten.- 9.5.1 Hydrozoen.- 9.5.2 Anneliden.- 9.5.3 Mollusken.- 9.5.4 Insekten.- 9.6 Endokrines System der Wirbeltiere.- 9.7 Hypophyse — Die Führungsdrüse des endokrinen Systems.- 9.7.1 Adenohypophyse.- 9.7.2 Hormone der Neurohypophyse.- 9.8 Urophyse.- 9.9 Pinealorgan.- 9.10 Schilddrüse.- 9.11 Parathyreoidea, Ultimobranchialdrüsen und Stanniussche Körperchen.- 9.12 Hormone des Gastrointestinaltrakts.- 9.13 Endokriner Pankreas.- 9.14 Nebenniere.- 9.14.1 Chromaffine Zeilen.- 9.14.2 Steroidhormone der Nebennierenrinde.- 9.15 Steroidhormone der Gonaden.- 9.15.1 Spermatogenese und Testosteron.- 9.15.2 Oestrus — Zyklische Reifung der Oocyten.- 9.15.3 Endokrine Steuerung des Zyklus durch Östrogene und Gestagene.- 9.15.4 Differenzierung der Geschlechter durch Sexualhormone.- Literatur.- 10 Biologische Rhythmen.- 10.1 Biologische Rhythmen und geophysikalische Zyklen.- 10.1.1 Tag/Nacht-Zyklus.- 10.1.2 Jahreszeiten.- 10.1.3 Gezeiten und Mondphasen.- 10.2 Tagesperiodik.- 10.2.1 Besitzen Tiere eine circadiane Uhr?.- 10.2.2 Synchronisation der Tagesperiodik.- 10.2.3 Aktivitätsmuster und ultradiane Rhythmik.- 10.2.4 Interne Synchronisation.- 10.2.5 Circadiane Ruhephase und Schlaf.- 10.2.6 Aufbau und Funktion des circadianen Schrittmachers.- 10.2.7 Circadiane Schrittmacher bei Evertebraten.- 10.2.8 Circadiane Schrittmacher von Wirbeltieren.- 10.2.9 Molekularer Mechanismus des circadianen Schrittmachers von Insekten.- 10.2.10 Molekularer Mechanismus des circadianen Schrittmachers der Säugetiere.- 10.3 Jahresperiodische Prozesse.- 10.3.1 Circannuale Rhythmen.- 10.3.2 Eigenschaften endogen circannualer Rhythmen.- 10.3.3 Wie entsteht ein circannualer Rhythmus?.- 10.3.4 Synchronisation der circannualen Periodik.- 10.4 Photoperiodische Steuerung der jahreszeitlichen Akklimatisation.- 10.4.1 Photoperiodische Zeitmessung.- 10.5 Adaptive Bedeutung endogener Rhythmen.- Literatur.- Verzeichnis der Organismen.

O autorze

Haben Eisbären einen Gefrierschutz? Schwitzen Kamele?

Quer durch das Tierreich erklärt Professor Heldmaier anschaulich die vegetativen Lebensfunktionen wie Atmung, Kreislauf, Ernährung, Energiehaushalt, Stoffwechsel und Osmoregulation. Er erläutert auch die zu Grunde liegenden physikalischen und chemischen Prinzipien. Dabei liegt das Augenmerk stets auf dem vergleichenden Aspekt zwischen den verschiedenen Tiergruppen. Alle Aspekte werden durch anschauliche farbige Abbildungen illustriert.

Leben bei extremer Hitze und Kälte verstehen? Ganz einfach, wenn man dieses Buch gelesen hat!