Ein Pathogen verursacht eine Krankheit, wenn ein empfänglicher Wirt in einer infektionsfördernden Umwelt gegeben ist, hier als Schnittmenge der Kreise dargestellt. So verbreitet sich Durchfall schnell in unhygienischen Verhältnissen.
Dürren und Pflanzenkrankheiten
Wie andere Krankheitserreger brauchen auch Pflanzenpathogene einen Pool von empfänglichen Wirtsindividuen, die sie infizieren können. In Dürreperioden verlangsamen sich das Wachstum und die Vermehrung, wodurch weniger Krankheiten auftreten.
Doch Trockenheit schwächt die Pflanzen auch und macht sie empfindlicher für Krankheitserreger, die trockene Verhältnisse aushalten. Dazu gehören verschiedene Pilze, die die Blätter von Getreide, Hülsenfrüchten und Obst befallen. Sie sind daran angepasst, in inaktivem Zustand als harte, mikroskopisch kleine Körper zu überleben, im trockenen Boden schaffen sie das über Jahre. Doch bei Feuchtigkeit müssen sie in wenigen Wochen einen Wirt finden, um nicht zu sterben. Sie töten den Wirt nicht immer. Forschungen an Kichererbsen zeigen, dass bei Trockenheit mehr Infektionen durch diese Pilze entstehen, aber die Sterberate der Pflanzen bei Dürre abnimmt.
Bei einer Sommerdürre wachsen junge Gerstenpflanzen kaum. Trockenheit und Hitze verringern ihre Widerstandskraft gegen Pilze, die ihre Wurzeln befallen.
WARUM PINGUINE NIEMALS KALTE FÜSSE HABEN
ÖKOPHYSIOLOGIE
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Knut Schmidt-Nielsen (1915–2007)
FRÜHER
1845 Der deutsche Entdecker Alexander von Humboldt erkennt, dass Pflanzen bei ähnlichen ökologischen Faktoren viele ähnliche Merkmale haben.
1859 Charles Darwin meint, dass sich Lebewesen durch Anpassung an sich wandelnde Umweltfaktoren entwickeln.
SPÄTER
1966 Die australischen Biochemiker Marshall Hatch und Charles Slack stellen fest, dass die am weitesten verbreiteten Pflanzen die mit der effizientesten Fotosynthese sind.
1984 Der Brite Peter Wheeler meint, dass die Bipedie (aufrechter Gang auf zwei Beinen) beim Menschen eine Anpassung zur Wärmeregulation ist, damit möglichst wenig Körperfläche der Sonne ausgesetzt wird.
Das Grundprinzip der darwinschen Evolution ist, dass alle Lebewesen, von einfachen Bakterien bis zu komplexen Säugetieren, durch natürliche Selektion an das Überleben in einer bestimmten Nische angepasst sind. Die Ökophysiologie, für die das Buch Animal Physiology (1960; dt.: Physiologie der Tiere, 1965) von Knut Schmidt-Nielsen eine wichtige Basis ist, erforscht, wie Anatomie und Physiologie eines Lebewesens mit den Bedingungen in seiner Umwelt zusammenhängen. Sie zeigt, wie die Anatomie von Tieren oder Pflanzen mit der Fähigkeit zum Überleben, aber auch der Verbreitung, Häufigkeit und Fruchtbarkeit verbunden ist. Die Ökophysiologie hilft uns zu verstehen, wie Belastungen durch den Klimawandel natürliche Ökosysteme, aber auch Kulturlandschaften beeinflussen.
»Aus physiologischer Sicht ist Süßwasser im Meer nicht leichter verfügbar als in der Wüste.«
Knut Schmidt-Nielsen The Camel’s Nose, 1998
Die richtige Temperatur
Die Ökophysiologie hat einige spezifische Anpassungen an verschiedene Umwelten gefunden. So haben Tiere in kälteren Regionen generell größere Körper und kleinere Beine, Ohren und Schwänze als verwandte Arten in wärmeren Klimata. Bei einem großen Körper ist das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen kleiner, sodass er weniger Wärme verliert, und kleinere abstehende Körperteile senken das Risiko für Erfrierungen.
Extreme Kälte birgt die Gefahr, dass die Füße warmblütiger Tiere am Boden festfrieren. Arktische Säugetiere wie Moschusochsen und Eisbären haben daher dicke, isolierende Haare an den Füßen.
Die Fußunterseite bei Pinguinen in der Antarktis wird durch eine dicke Fettschicht isoliert. Pinguine haben zudem Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip in den Beinen. Das warme Blut vom Körper wird durch das kalte Blut, das von den Füßen aus zurückströmt, auf fast 0 °C gekühlt, dabei wird dies selbst wieder auf Körpertemperatur erwärmt.
Gazellen in Afrika haben ein ähnliches Gegenstromsystem zur Kühlung. Das Blut wird hier zum Kopf hin gekühlt, was ihnen einen Vorteil gegenüber Räubern gibt, die bei der Jagd oft überhitzen. Kamele haben einen Wärmetauscher in der Nasenhöhle, um den Wasserverlust beim Ausatmen zu verringern. Heiße, trockene Luft wird eingeatmet und mischt sich in der Nase mit feuchter Luft, bevor sie in die Lunge gelangt. Die ausgeatmete Luft ist kühler als die Außenluft, und ihre Feuchtigkeit kondensiert in der Nase. So entstehen die kühlen, feuchten Verhältnisse, die den nächsten Atemzug kühlen.
Herausforderungen
Heute widmet sich die Ökophysiologie immer mehr den Pflanzen, Tieren und Mikroben. Wie Tiere mussten sie sich anpassen, um zu überleben, und ihr Studium kann zu wichtigen Entdeckungen führen – für den Umweltschutz, aber auch für kommerzielle Zwecke.
Kaiserpinguine überleben tiefste antarktische Temperaturen dank der Art, wie sich ihre Körper an die harsche Umwelt angepasst haben.
Knut Schmidt-Nielsen
Knut Schmidt-Nielsen wuchs in Trondheim (Norwegen) auf. Das Interesse daran, wie die Physiologie eines Tiers mit seinem Lebensraum zusammenhängt, hatte er von seinem Großvater übernommen, der Jahre vor Knuts Geburt Tausende von Flunderlarven in einem Süßwassersee ausgesetzt hatte. Zwar gediehen die Fische, hatten aber keine Nachkommen, da ihre Physiologie an die Fortpflanzung in Salzwasser angepasst war.
Schmidt-Nielsen ging 1954 an die Duke University (North Carolina, USA). Er baute eine Klimakammer für Wüstentiere, um die Anatomie von Kamelen, Rennmäusen und anderen Tieren zu erforschen, die lange ohne Wasser leben können. Er untersuchte auch den Atemtrakt von Vögeln und den Auftrieb von Fischen. Sein Lehrbuch Physiologie der Tiere von 1960 ist ein Klassiker.
Hauptwerke
1960 Physiologie der Tiere
1964 Desert Animals
1972 How Animals Work
1984 Scaling
1998 The Camel’s Nose: Memoirs of a Curious Scientist
ALLES LEBEN IST CHEMISCH
ÖKOLOGISCHE STÖCHIOMETRIE
IM