Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

Überhitzung.
Hitzeanpassungen
    Standorte mit extrem hohen Außentemperaturen sind an Land die Hitzewüsten der Subtropen und heiße Quellen, im Meer die Thermalquellen der Tiefsee. Spitzenreiter in der Hitzetoleranz finden sich bei den Prokaryoten : Extrem wärmeliebende ( hyperthermophile ) Archaea wie Pyrodictium oder Methanopyrus gedeihen am besten bei Temperaturen von über 100 °C, einige Cyanobakterien und Flechten können noch bei 60–70 °C leben. Um die Stabilität der Membranen und der Makromoleküle zu sichern, besitzen extrem thermophile Organismen verschiedene Mechanismen der molekularen Anpassung an die in ihren Lebensräumen vorherrschenden Temperaturen. Ihre Proteine sind aufgrund ihrer Aminosäurezusammensetzung dicht gefaltet und durch Salzbrücken stabilisiert. Stark hydrophobe Innenbereiche wirken einer Entfaltung entgegen. Einezusätzliche Thermostabilisierung der Proteine und Nucleinsäuren wird durch sehr hohe cytoplasmatische Konzentrationen von zyklischem 2,3-Diphosphoglycerat erreicht. Pyrodictium bildet bei Temperaturen von etwa 110 °C große Mengen eines Enzyms, das als Chaperon fungiert und denaturierende Proteine wieder neu faltet. Einige Archaea weisen einen besonders hohen Anteil an Guanin und Cytosin in der rRNA auf, mit der dadurch erhöhten Anzahl an dreifachen Wasserstoffbrücken wächst auch die Thermostabilität. Die DNA wird dagegen durch Solute, Bindeproteine oder positive Überspiralisierung stabilisiert ( Mikrobio-Mikrobiologie ). Die Membranen thermophiler Bacteria enthalten einen besonders hohen Anteil an gesättigten Fettsäuren und sind so aufgrund der zahlreichen Wasserstoffbrückenbindungen hitzestabiler. Die Membranen der Archaea enthalten keine Fettsäuren, sondern Glycerolether von Isopreneinheiten, die in hyperthermophilen Arten kovalent verknüpft sind und so keine Lipiddoppelschicht, sondern eine einfache Lipidschicht bilden. Diese Struktur ist besonders stabil. Bestimmte thermophile Archaea bedecken den extrem hitzetoleranten Pompejiwurm ( Alvinella pompejana, Polychaeta) wie einen dichten Pelz, versorgen ihn vermutlich mit Nährstoffen und ermöglichen dem Tier so das Überleben in der unmittelbaren Nähe von thermalen Tiefseequellen.
    Bei den Gefäßpflanzen lassen sich viele Hitzeanpassungen gleichzeitig als Anpassungen an trockene Standorte verstehen. Gefäßpflanzen verschließen bei Hitze die Spaltöffnungen, dadurch vermindern sie die stomatäre Transpiration und damit Wasserverlust, unterbrechen aber auch den übrigen Gasaustausch und damit die Versorgung der Photosynthese mit CO 2 . An heißen und trockenen Standorten wie Wüsten haben daher solche Pflanzen einen Vorteil, die in der Lage sind, CO 2 während der kühleren Nachtstunden aufzunehmen und in speziellen Geweben zu speichern (CAM-Pflanzen) oder es in den photosynthetisch aktiven Geweben zu konzentrieren (C 4 -Pflanzen, Botanik ).
    Tiere der Wüstenregionen haben verschiedene Anpassungen zur Wärmeregulation entwickelt. Viele Ektotherme graben sich während der Hitzezeit ein. Endotherme Säugetiere geben über vergrößerte Körperanhänge gezielt Wärme ab (z. B. Afrikanischer Elefant, Loxodonta africana ) oder nutzen die Verdunstungskälte von Schweiß. Das Dromedar ( Camelus dromedarius ) steigert die Körpertemperatur tagsüber auf 40 °C und lässt sie nachts auf 34 °C sinken, die Temperaturdifferenz zur Umwelt wird also niedrig gehalten. Ein wolliges Fell auf dem Rücken isoliert vor hohen Außentemperaturen, und verschließbare Nasenlöcher verringern die Verdunstungsrate.
    In manchen Naturräumen (Steppe, Savanne, Taiga, Trockenwälder) sind Brände ein regelmäßiges Umweltereignis, sie entstehen durch Blitzschlag oder Selbstentzündung. Feuer erreicht in einem Meter Höhe über dem Boden Temperaturen von 500 °C, führt bereits in geringer Bodentiefe aber nicht mehr zu bedrohlicher Hitze. Durch Feuer wird daher ein geschlossener Baumbestand verhindert, es werden Pflanzen begünstigt, deren Erneuerungsknospen im Boden liegen. Pflanzen, die durch Feuer sogar gefördert werden, bezeichnet man als Pyrophyten . In Mitteleuropa gehören dazu die Kiefer ( Pinussylvestris ) und das Heidekraut ( Calluna vulgaris ). Pyrophyten zeichnen sich durch eine besonders dicke Rinde aus, sie keimen bevorzugt auf vegetationsfreiem Boden. Kieferzapfen öffnen sich erst nach einer Erwärmung auf über 70 °C. Tiere können Buschbränden in einem gewissen Rahmen ausweichen und kehren nach Abkühlung in den