Referat Kältewirkungen und Kälteresistenz

Kältewirkungen und Kälteresistenz

Nach den Grenzen der K lteresistenz und ihren physiologischen Grundlagen unterscheidet man folgende

Organismen voneinander:

abkühlungsempfindliche gefrierempfindliche gefriertolerante

_{Abkühlungsempfindliche Lebewesen}

Abkühlungsempfindliche Organismen sind Organismen, die schon bei Temperaturen, die über dem Gefrierpunkt liegen, sterben. Als Todesursache wird eine Störung des an höhere Temperaturen angepaßten Stoffwechsels bzw. der Organfunktion angesehen.

Bsp :

) tropische Pflanzen- und Tierarten, z.B. Tabak oder Tomate, Honigbiene.

bei Homoiothermen Tieren liegen die unteren Letaltemperaturen oft über dem Gefrierpunkt der Gewebe;

der K ltetod tritt meist ein, wenn die Körpertemperatur auf 5 bis 2 °C gesunken ist.

Entscheidend für das Ertragen tiefer Augentemperaturen ist also bei den Homoiothermen die F higkeit, die K rpertemperatur auf konstanter Höhe zu halten. Wie lange dies möglich ist, hängt von folgenden Faktoren ab: - von der Stoffwechselintensität / Nahrungszufuhr - von der W rmeisolation durch die Körperdecke - von der Körpergröße ( Bergmann sche Regel)

_{K lteresistenz bei Tieren}

Die meisten wechselwarmen Organismen ertragen Temperaturen unter dem Nullpunkt problemlos. Gefrierempflindliche Arten überleben nur, wenn sich keine Eiskristalle in ihren Geweben bilden; gefriertolerante Arten überstehen auch die Eisbildung in den Geweben. Manche wechselwarme Arten werden erst bei sehr niedrigen Temperaturen kältestarr ( d h. die Aktivität des wechselwarmen Tieres h rt von seinem bestimmten Temperaturminimum an auf Bsp : Schneeschnake, mitteleurop ische Kurzflügler, manche Spinnen.

Die Temperaturzone der K ltestarre ist nach unten hin, bis zum Eintritt des K ltetodes, relativ breit. K lteresistenz der Pflanzen

ber die K lteresistenz der Pflanzen lassen sich bezüglich Gefrierempfindlichkeit / Gefriertoleranz die gleichen Feststellungen wie bei wechselwarmen Tieren treffen, wobei der K ltestarre der Tiere der Wachstumsstillstand bei Pflanzen entspricht. Die K lteresistenz ändert sich bei den Pflanzen wie bei den Tieren Im Laufe des Jahres. Die Unterschiedlichkeit der K lteresistenz ist aufgrund der stammesgeschichtlich entstandenen Anpassung an die jeweiligen Umweltverhältnisse erfolgt. Die ökologische K lteresistenz einer Pflanze bezeichnet diejenige Temperatur, durch die die für den Nachtrieb erforderlichen Meristeme (Bildungsgewebe) nicht abgetötet werden.

_{Vernalisation}

Als Vernalisation (oder Jarowisation) bezeichnet man eine künstliche K ltebehandlung, die bei manchen

Pflanzenarten die spätere Blütenbildung beschleunigt.

Bsp Wenn man K rner von Wintergetreide, das normalerweise im Herbst ausges t wird und erst im

Sommer das nächsten Jahres blüht und reift, quellen l ßt und sie gequollen einige Wochen Temperaturen von

4° C aussetzt, kann man sie auch im Frühjahr aussäen, sie gelangen dennoch zum Bl hen und Reifen.

_{Ursachen der K lteresistenz gefrierempfindlicher Arten}

Gefrierempfindliche Arten können nur überleben, wenn sich in ihrem Körper keine Eiskristalle bilden. Viele von ihnen k nnen Temperaturen bis 20 C ertragen. Warum bildet sich bei so tiefen Temperaturen kein Eis in den Geweben?

Faktor

In den Körperflüssigkeiten von Tieren und P8anzen sind Salze enthalten. Salzlösungen lassen sich bis unter °C

abkühlen, ohne daß sie gefrieren.

Faktor

Wichtig ist der Gesamtwasseranteil im Körper. Bei einem Versuchstier wurde bei Aufenthalt in trockener Luft durch Wasserentzug die K lteresistenz erhöht bzw. durch Verabreichung feuchter Nahrung erniedrigt. Bei Pflanzen wurde festgestellt, daß zum Winter hin im Prozeß der Abhärtung bestimmte Substanzen in den Vakuolen vermehrt werden. Durch diese Vermehrung, wobei es sich hauptsächlich um Zucker handelt, wird der Wassergehalt verringert.

Faktor

Die Struktur des Wassers, das in den Zellen verbleibt, ist von großer Bedeutung. Ein Teil ist als Hydratationswasser Verbindungen von Oxyden oder wasserfreien Säuren mit Wasser) an die Proteinmoleküle gebunden. Die Hydrathüllen sind unentbehrlich für lebenswichtige Proteinmolekülstrukturen. In den siebziger Jahren wurden die Glykoproteine entdeckt. Sie berziehen die Eiskeime membranartig und verhindern somit das Wachstum der Kristalle.

_{Eisbildung in den Geweben}

l. H ufigster Reaktionstyp

Die oben beschriebenen gefrierempfindlichen Arten sterben beim Unterschreiten einer unteren Temperaturgrenze, weil die Gewebe gefrieren. Durch Zusammenlagerung der Wassermoleküle zu Eiskristallen werden den Plasmaproteinen ihre Hydrathüllen entzogen, was zu einer Denaturierung empfindlicher Proteine und damit zu einer Ver nderung in den Biomembranen führt.

. Extremgruppe

Gefriertolerante Arten berleben, obwohl sich Eis in ihrem Gewebe bildet. Wie kann festgestellt werden, welche Arten gefriertolerant oder gefrierempfindlich sind? Mit einem Thermoelement wird die Körper- und Gewebetemperatur gemessen. Wenn Körpersäfte gefrieren, wird Kristallisationsw rme frei, die vorübergehend zu einer beträchtlichen Erhöhung der K rpertemperatur führt. Lebewesen, die nicht gefriertolerant sind, können nach diesem Temperatursprung nicht mehr überleben.

_{K nstlich tiefgefrorene Gewebe}

Verfahren beim k nstlichem Einfrieren und Auftauen am Beispiel von embryonalen Geweben einer Karotte:

Beigabe von Gefrierschutzmitteln (z B. Glyzerin)

K hlung im Eisbad, maximal drei Stunden

Senkung der Temperatur bis 70 C bei 1 8 C pro Stunde4

Aufbewahrung in fl ssigem Stickstoff bis zu 100 Tage

Schnelles Auftauen in 7 C warmem Wasserbad

Ergebnis: Etwa 65% der Zellen erweisen sich als lebens - und entwicklungsf hig.

Was für Veränderungen bei diesen Tiefgefriertemperaturen, die in der Natur nicht vorkommen, in den Zellen verursacht werden und warum sie berleben können, kann noch nicht erklärt werden.