Bestimmung des Sauerstoffverbrauch von Fischen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Umgebungstemperatur auf einen Normalwert, der bis zu einer sehr hohen Umgebungstemperatur beibehalten wird. Erst dann wird die Energieumsatzrate wieder erhöht.(siehe Anhang 1) Das Ansteigen der Stoffwechseltätigkeit bei Umgebungstemperaturen außerhalb des Normalbereiches lässt sich so erklären: Bei kalter Umgebungstemperatur wird die Stoffwechselrate erhöht, weil Stoffwechsel ein Verbrennungsvorgang ist, bei dem Wärme freigesetzt wird. Außerdem verrichtet der Organismus Muskelarbeit, um die Körpertemperatur konstant zu halten. Bei warmer Umgebungstemperatur wird Schweiß produziert, der den Organismus abkühlt.

Unterschiede zwischen Luftatmern und Wasseratmern

Luftatmer:

Bei Luftatmern ist im Lungenraum ein Unterdruck. Wenn sich das Zwerchfell in Richtung Bauchraum bewegt, wird der Unterdruck vergrößert und Luft strömt in die Lunge. Dies passiert ebenfalls, wenn der Brustkorb durch die Rippenmuskulatur erweitert wird. In den Alveolen diffundiert der Sauerstoff in die Blutgefäße. Luftatmer nutzen nur 20% des vorhandenen Sauerstoffs und verwenden dafür 0,5-3% ihrer Energie. Die Atmungsrichtung ist bidirektional d.h. Ein- und Ausatmen erfolgen über den gleichen Weg.

Wasseratmer:

Wasseratmer atmen durch Kiemen. Der Mundraum der Wasseratmer wird aktiv vergrößert. Dadurch entsteht dort ein Unterdruck. Um den Druck auszugleichen, wird jetzt Wasser in den Mundraum gesaugt(Saugpumpe). Dieses Wasser wird durch die Kiemenbögen wieder nach außen gepresst. Der Fisch verschließt dabei sein Maul und drückt das im Mundraum vorhandene Wasser mit hohem Druck durch die Kiemenbögen(Druckpumpe). Diese Atemtechnik wird unidirektional genannt, weil zum Ein- bzw. Ausatmen nicht der gleiche Weg genommen wird. An den Kiemenlamellen erfolgt dann der Gasaustausch. Blut und Wasser fließen hier in entgegengesetzter Richtung (Gegenstromprinzip), wodurch 80% des im Wasser befindlichen Sauerstoffs ins Blut diffundieren. Der hohe Wert ergibt sich daraus, dass durch das Gegenstromprinzip innerhalb der Leitungen immer ein Konzentrationsunterschied herrscht. Bei einem Gleichstromprinzip, würde nicht so viel Sauerstoff diffundieren, weil zwischen den beiden ,,Leitungen" durch den gemeinsamen Weg ein Konzentrationsgleichgewicht auftreten würde. Für diese

Atmung werden 30-40% der Energie benötigt.

Eine so hohe Sauerstoffeffizienz bei Wasseratmern ist unabdingbar, weil der Sauerstoff im Wasser bei 20°C nur 1% ausmacht.

II. Materialien und Methoden

Materialien:

Tiergefäß, Wasserbecken, Oximeter, Küvetten, Magnetrührer, Durchflussmesser, Eis, Thermometer, Eimer, Wasservorratsflasche mit Sauerstoff-gesättigtem Wasser, Waage, Schlauchklemme, Stoppuhr

Durchführung:

Das Wasserbecken wird mit Wasser gefüllt. Danach wird die Innenapparatur an den Vorratsbehälter angeschlossen und die Durchflussmenge geregelt (2,76 l/h). Nun setzt man den vorher gewogenen (36,7g) Goldfisch in das Tiergefäß und misst die Wassertemperatur (25,8°C). Ab Versuchsbeginn wird in regelmäßigen Abständen die Atemfrequenz, das Verhalten und der Sauerstoffverbrauch gemessen und notiert. Nach dem ersten Durchgang (30min.), kühlt man das Wasser auf eine niedrige Temperatur (10°C) und wiederholt den Vorgang.

Versuchsaufbau:

Quelle: Skript zum Zoophysiologischem Kurs SS2000 S. X-8

III. Ergebnisse

Verhalten des Fisches:

Bei einer Wassertemperatur von 25,8°C war der Goldfisch die ganze Zeit sehr aktiv. Er schwamm im Tiergefäß vor und zurück und versuchte sich zu drehen. Nach der Abkühlung auf 10°C wurde er deutlich ruhiger. Gegen Ende des Versuches, ließ er sich auf den Boden des Tiergefäß sinken und bewegte sich fast nicht mehr.

IV. Diskussion

Die unterschiedlichen Messwerte bei den verschiedenen Temperaturen lassen sich dadurch erklären, dass der Goldfisch ektotherm ist. Bei einer niedrigeren Wassertemperatur sinkt auch

die Körpertemperatur. Das Absinken der Temperatur im zweiten Versuchsteil um mehr als 10°C erklärt, dass die Stoffwechseltätigkeit mehr als halbiert ist (RGT-Regel). Bei vermindertem Stoffwechsel wird weniger Sauerstoff verbraucht und deshalb atmet der Fisch bei einer Wassertemperatur von 10°C auch sehr viel weniger. Auch die stark reduzierte Aktivität deutet auf einen verringerten Stoffwechsel hin. Die Schwankungen der Atemfrequenz in Anhang 4 werden vielleicht durch ungenaues Messen oder durch die Reaktion des Fisches auf Bewegungen außerhalb des Wasserbehälters verursacht.

Zum Q-10 Wert: Der Q-10 Wert ist in unserem Versuch 1,7 (Anhang 5). Das bedeutet, das bei einem Temperaturunterschied von 15,7°C mehr als doppelt so viel Sauerstoff verbraucht wird. Bei Q-10 Werten von mehr als 2 ist der O2-Verbrauch weniger als doppelt so hoch, bei Werten, die niedriger als 2 sind, mehr als doppelt so hoch.

V. Literatur

Skript zum Zoophysiologischem Kurs SS 2000

Wehner, Gehring; Zoologie; Thieme Verlag; 23. Auflage; 1995 Messprotokoll siehe Anhang 6/7