Gleichwarmes Tier

Definition und Bedeutung

Gleichwarme, homoiotherme oder endotherme Tiere sind in der Zoologie Vögel und Säugetiere, die ihre Körperkerntemperatur unabhängig von der Umwelttemperatur auf einen konstanten Temperaturwert regulieren können. Der Übergang zur Poikilothermie, also zur Wechselwarmheit, ist teilweise fließend.

Die Wärmeproduktion macht diese Tiere stärker vom Wetter unabhängig. Sie erhöht jedoch den Energieverbrauch. Außerdem ist ihre Körperform durch die Notwendigkeit begrenzt, Wärmeverluste nur so weit wie nötig zuzulassen; darauf bezieht sich die Bergmannsche Regel.

Regulation der Körpertemperatur

Die gleichwarme Körperkerntemperatur entsteht bei Vögeln und Säugetieren durch die Stoffwechselaktivität. Deshalb ist ihr Grundumsatz, also der Energieverbrauch des Stoffwechsels, deutlich höher als bei wechselwarmen, poikilothermen oder ektothermen Tieren.

Thermorezeptoren in der Haut und temperatursensitive Neuronen im Zentralnervensystem nehmen Temperaturveränderungen wahr. Sie wirken auf ein Temperaturverarbeitungszentrum im Hypothalamus. Weicht die Körpertemperatur von der Normtemperatur ab, veranlasst dieses Zentrum Maßnahmen zur Erhöhung oder Absenkung der Körpertemperatur.

Abkühlung und Erwärmung

Bei zu hoher Körperkerntemperatur kann Wärme auf verschiedene Weise abgegeben werden. Häufig geschieht dies durch die Verdunstung von Wasser: Menschen schwitzen, Hunde hecheln und Katzen lecken ihr Fell. Auch eine große, bei Bedarf gut durchblutete Körperoberfläche kann Wärme abgeben, beispielsweise die Ohren Afrikanischer Elefanten.

Bei zu niedriger Körperkerntemperatur wird die Stoffwechselrate gesteigert. Weit verbreitet ist Muskelzittern; für geringe Wärmemengen genügt oft eine Mikrovibration. Neugeborene Säugetiere und alle Winterschläfer besitzen in größerem Umfang braunes Fettgewebe. Es ermöglicht eine direkte Thermogenese, also Wärmebildung aus Speicherfett.

Thermische Isolation

Gleichwarme Tiere besitzen in der Regel mehrere Formen der Wärmeisolierung. Dazu gehören eine verringerte Hautdurchblutung, isolierendes Unterhautfettgewebe und eingeschlossene Luftschichten in Federn oder Haaren.

Bei Vögeln isoliert vor allem die in das Federkleid eingeschlossene Luft, insbesondere in den Daunen. Bei landlebenden Säugetieren wirkt die Luft im Fell isolierend; stark spiralisierten Wollhaaren gelingt es, große Luftvolumina einzuschließen. Wasserlebende Säugetiere und Vögel besitzen eine isolierende Fettschicht unter der Haut, den Blubber, weil Haare und Federn im Wasser ihre isolierende Luftschicht weitgehend verlieren. Bei einigen ausgestorbenen Dinosaurierarten wurden neben Federn auch knochenhistologische Hinweise auf Homoiothermie gefunden.

Jahreszeitliche Anpassungen und Abgrenzungen

Säugetierarten mit Winterschlaf können ihre Körperkerntemperatur in der kalten Jahreszeit um mehr als 10 °C absenken und dadurch während der inaktiven Phase Energie sparen. Bei Störungen oder in Wachphasen wird der Winterschlaf durch Noradrenalinausschüttung unterbrochen. Die Tiere erreichen ihre Normtemperatur anschließend unter erheblichem Energieverbrauch rasch wieder. Eine Besonderheit bilden Kolibris und Schnabeltiere, deren Körperkerntemperatur relativ starken Schwankungen unterliegt.

Honigbienen sind keine gleichwarmen Tiere: Zwar hält der Bienenstaat die Temperatur im Brutbereich des Bienenstocks konstant auf 35 °C, doch das einzelne Insekt kann dies nicht. Eine einzelne Biene erstarrt bereits bei 10 °C und stirbt.

Große Fluginsekten, Reptilien, Amphibien und Fische sind poikilotherm. Ihre Körpertemperatur ist nicht konstant, sondern entspricht der Umgebungstemperatur. In der kalten Jahreszeit fallen sie in Winterstarre; ihr Stoffwechsel wird dabei nicht durch den Hypothalamus geregelt. Sie können ihre Körpertemperatur nur begrenzt durch Verhalten beeinflussen, etwa durch intensive Bewegung oder einen Aufenthalt in der Sonne.

Bei Thunfischen, einigen Haien der Gattung Alopias und Rochen ermöglichen Blutgefäßanpassungen nach dem Gegenstromprinzip in der Rumpfmuskulatur eine möglichst hohe Körperkerntemperatur. Bei Schwertfischen und Glanzfischen wird das Gehirn mit Blut versorgt, das durch die Muskeln erwärmt wurde. Tiefseefische haben zwar dauerhaft eine Körpertemperatur von 4 °C, sind aber nicht homoiotherm, weil dies allein auf der gleichbleibenden Außentemperatur beruht.

Auch einige Pflanzen, etwa der Stinkkohl (Symplocarpus foetidus) und andere Aronstab-Gewächse, können bei niedrigen Außentemperaturen durch Regulation der Zellatmung ihre innere Temperatur steigern. Die Blütenknospen von Frühblühern können dabei 15 bis 35 °C über der Umgebungstemperatur liegen.