Wärmehaushalt von Lebewesen

Ein Kennzeichen von Lebewesen ist ihr Stoffwechsel, der in jeder Zelle stattfindet und Wärmeenergie freisetzt. Der Stoffwechsel in einem Organismus ist nicht überall gleich intensiv: Dort, wo Zellen sich teilen oder dort, wo eine vermehrte Stoffproduktion stattfindet, ist die Wärmeabgabe erhöht. Sowohl eine vermehrte Teilungsrate als auch eine größere Stoffwechselaktivität der Zellen findet man z. B. in krankhaft veränderten Geweben (Tumore, Entzündungen) oder während der Embryonalentwicklung. Ein aktiver Stoffwechsel setzt Wärme frei – anders herum begünstigt Wärme auch die Aktivität von Stoffwechsel und Lebewesen: Pflanzen und Mikroorganismen vermehren sich doppelt bis vierfach so schnell, wenn die Temperatur um 10 Grad steigt, wechselwarme (poikilotherme) Tiere werden flinker und beweglicher. Durch gezielten Ortswechsel vom Sonnenbad zum Schattenplatz können wechselwarme Tiere ihre Körpertemperatur beeinflussen. Ein warmer Körper ist leistungsfähiger. Steigt die Temperatur deutlich über 42 Grad, droht jedoch der Wärmetod.

Die Aktivität und der Stoffwechsel gleichwarmer (homöotherme) Tiere (Vögel und die Säugetiere), deren Körpertemperatur konstante 35-37 Grad beträgt, funktioniert unabhängig von der Außentemperatur. Der damit verbundene Selektionsvorteil ermöglichte es diesen Tiergruppen, sich in relativ kurzer Zeit über die ganze Erde zu verbreiten und (fast) alle Klimazonen zu besiedeln. Allerdings benötigen homöotherme Tiere mehr Nahrung als poikilotherme, weil die Körperwärme durch Veratmung von Nährstoffen bereitgestellt wird. Ein effektiver Schutz vor Wärmeverlust (=Wärmeisolation) spart Nahrung, je besser die Wärmeisolation, desto weniger Nahrung braucht das Tier. Wärmeisolation ist also auch ein Selektionsfaktor.

Insbesondere homöotherme Wassertiere bedürfen einer hervorragenden Wärmeisolation, denn Wasser hat eine viel größere Wärmeleitfähigkeit als Luft. Die Isolation wird besonders bei Wassertieren über ein besonders gut ausgeprägtes Unterhautfettgewebe erreicht. Jungtiere besitzen noch keine isolierende Fettschicht und sind gegen Auskühlung (gemäßigte und arktische Klimazonen) oder Überhitzung (Subtropen) wenig geschützt. Fell oder Federkleid sind weitere Maßnahmen zur Wärmeisolation.
Wüstentiere wie das Kamel sind an große Temperaturschwankungen angepasst: Das Fell isoliert gegen die Kälte der Nacht. Am Tag jedoch, wenn die Außentemperatur über 40 Grad ansteigt, wäre ein Kamel durch die gute Isolation des Fells lebensgefährlich durch Wärmestau („Hitzschlag“) bedroht, wenn es nicht auch Kühlmechanismen entwickelt hätte: Die staubig heiße Wüstenluft am Tag wird zunächst in der großen kühlen Nase des Tieres angefeuchtet und durch Verdunstung abgekühlt. Damit dies möglichst schnell und effektiv passiert, ist die Oberfläche der feuchten Nasenschleimhäute durch vielfache Faltungen stark vergrößert. Während die meisten Vögel und Säugetiere durch Überhitzung des Körpers Schaden nehmen, haben Wüstentiere eine genetisch verankerte größere Toleranzschwelle.

Isolations- und Kühleinrichtungen sind das Ergebnis der Anpassung an verschiedene Klimazonen. Sie erlauben es nicht, kurzzeitige Veränderungen der Körpertemperatur auszugleichen. Dazu haben Säugetiere und Vögel Regulationsmechanismen entwickelt: Bei Bewegung kann die Körpertemperatur stark ansteigen. Es ist daher notwendig, dass diese schnell reguliert wird. Die Regulation der Körpertemperatur findet auf verschiedenen Ebenen statt: Die Thermorezeptoren der Haut melden dem Gehirn, ob ein Körper aktuell Wärme verliert oder sich erwärmt. Daraufhin werden Stoffe ausgeschüttet, die die Durchblutung der Haut verändern: Bei Kälte ziehen sich die oberflächlich verlaufenden Arterien zusammen, bei Wärme weiten sie sich. Der gleiche Effekt kann auch durch Medikamente oder Drogen ausgelöst werden.
Eine lokale Veränderung der Durchblutung (und damit der Gewebetemperatur) kann auch ohne Beteiligung des Gehirns erfolgen. Bei Entzündungen weiten sich die Blutgefäße im geschädigten Gewebe: Das Gewebe wird erwärmt, dies begünstigt den Heilungsprozess.

Ein schneller Überhitzungsschutz ist die Bildung von Schweiß: Wasser verdunstet. Der endotherme Vorgang entzieht der Haut Wärme und sorgt deshalb für Kühlung. Zusätzlich wird durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Wasserfilms auf der Haut Wärme abtransportiert. Pelztiere verschaffen sich Kühlung durch ihr Verhalten: Hunde lassen die Zunge heraus hängen und hecheln. Auch hier wirkt die Verdunstung des Wassers aus dem Rachenraum kühlend.

Säugetiere können sich auch langfristig auf Wetter- und Temperaturwechsel einstellen: Das Gehirn sendet Signale zur Schilddrüse, die mehr oder weniger Schilddrüsenhormon (Thyroxin) in das Blut ausschüttet. Zellen steigern die Wärmeproduktion durch eine vermehrte Veratmung von Nährstoffen, wenn viel Thyroxin im Blut ist. Isolation und Regulation sind Mechanismen, die homöotherme Tiergruppen überlebensfähig machen. Für die Besiedelung sehr kalter Biotope sind zusätzliche Veränderungen im Körperbau notwendig: Das warme Blut aus dem Körperinneren verläuft im Gegenstromprinzip zum abgekühlten Blut aus der Peripherie. Das Gegenstromprinzip ist auch Funktionsprinzip von technischen Wärmetauschern, z. B. Sonnenkollektoren.

Quelle: http://bildungsstandards.bildung-rp.de

Biometrische Identifikation

Schau mir in die Augen, Kleines:  Forscher der haben nach Untersuchungen an 2,3 Millionen Iris-Scans herausgefunden, dass die Iris die zuverlässigste biometrische Identifikation liefert. Damit liegt das Verfahren weit vor anderen Techniken, die mit Fingerabdrücken, Thermografie oder der Vermessung von Ohrläppchen arbeiten. Selbst bei genetisch identischen Augen lassen sich mittels Iris-Scan Unterschiede feststellen. Die Methode wird derzeit vor allem für den Zutritt in Sicherheitsbereiche von Rechenzentren eingesetzt, doch die Forscher blicken weiter:  Sie reden bereits vom biometrischen Pass für schnellere Grenzkontrollen, vom ticketlosen Fliegen und vom Ende der Kreditkarten.

Quelle:  Die Zeit

Medizin

In der Veterinärmedizin und in der Humanmedizin werden thermografische Messungen seit mehr als 38 Jahren zur Diagnostik genutzt. Bereits früher wurden warme und kalte Hautstellen ertastet um dadurch Rückschlüsse auf organische Erkrankungen zu gewinnen. Tumore, Durchblutungsstörungen, Narbengewebe oder Entzündungen zeigen Erkrankungen durch Temperaturinhomogenitäten auf.

Heute dienen Thermofühler (Wärmefühler) der Wärmemessung auf der Haut, was als Thermografie bezeichnet wird. Die ermittelten Daten werden mit Computerprogrammen erfasst und visualisiert und bieten dann Hinweise auf verborgene Krankheitsursachen. Zwischen Beschwerdebild und Störfeld (Darm, Nebenhöhlen, Zähne, Mandeln etc.) des Patienten lassen sich so Zusammenhänge finden.

Wärmeveränderungen sind erfreulicherweise oft Frühindikatoren, die Funktionsstörungen aufzeigen bevor es zu Beschwerden und organischen Veränderungen kommt.