Vergleichende Tierphysiologie

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.