Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Länger leben mit weniger Sauerstoff

08.02.2005


Insekten atmen zyklisch, um Probleme hoher Sauerstoffkonzentration in den Zellen zu verhindern, fand ein Wissenschaftler der Humboldt-Universität heraus



Bisher wurde angenommen, dass die zyklische Atmungstätigkeit vieler Insektengruppen wie Schmetterlingen, Ameisen, Käfern, Fliegen oder Schaben eine Anpassung an Wasserersparnis oder hohe Umgebungskonzentrationen an Kohlendioxid seien. Versuche zeigten jedoch in der Vergangenheit widersprüchliche Ergebnisse. Stefan K. Hetz vom Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin und Timothy J. Bradley zeigen in einem in "nature" veröffentlichten Artikel (Februar 2005, Ausgabe 433, Seite 516-519) hingegen, dass die vieldiskutierte zyklische Atmungstätigkeit einiger Insektenarten eine Strategie zur Vermeidung toxischer Sauerstoffkonzentration in den Zellen darstellt. Anders als Wirbeltiere benutzen Insekten kein "Blut", sondern besitzen mit dem Tracheensystem ein sehr stark verzweigtes Röhrensystem im Tier mit welchem sie den Sauerstoff gasförmig bis direkt an die Zellen transportieren. Dieses Versorgungssystem, welches mit mehreren verschließbaren Atemventilen, den "Stigmen" an der Körperoberfläche mündet, ist trotz seiner Andersartigkeit extrem leistungsfähig und erlaubt stoffwechselphysiologische Höchstleistungen im Insektenreich.



In ihrem "nature"-Artikel stellten die beiden Forscher, die sich im Rahmen eines Gastaufenthaltes von T. J. Bradley am Institut für Biologie kennen lernten, ihre neue Hypothese vor: Sie benutzten als Modellsystem die Puppen des Atlasspinners Attacus atlas, an denen sie mittels spezieller Sensoren über die Stigmen die Sauerstoffkonzentration und den Druck im Tracheensystem messen konnten. Über die Kohlendioxidabgabe wurde gleichzeitig die Atemtätigkeit registriert.

Die Tiere reduzierten den Sauerstoffgehalt im Tracheensystem auf etwa ein fünftel der normalen Luftkonzentration von 21 Prozent. Da die Reduktion der Sauerstoffaufnahme durch das Verschließen der Stigmen im Gegenzug zu einem Ansteigen der Kohlendioxidkonzentration führt, müssen die Tiere von Zeit zu Zeit ihr Tracheensystem vollständig durchlüften um das Kohlendioxid loszuwerden. Weil dadurch auch der Sauerstoffgehalt wieder sehr stark ansteigt, verschließen die Tiere ihre Stigmen danach wieder für bis zu einer Stunde, um den Sauerstoff durch die normale Atemtätigkeit abfallen zu lassen. Ist der Sauerstoff wieder auf ein Fünftel abgefallen, werden die Stigmen nur sporadisch geöffnet, um diese Konzentration aufrechtzuerhalten. Überraschend war für die beiden Forscher, dass die Tiere selbst dann diese sehr niedrige Konzentration aufrechterhalten, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung der Tiere künstlich zwischen 6 und 50 Prozent variiert wurde.

Die Forscher interpretieren dieses Verhalten als eine Maßnahme einiger Insekten, um bei sehr niedrigen Stoffwechselraten die Sauerstoffkonzentration in den Zellen gering zu halten. Sauerstoff wird zwar einerseits von den Lebewesen benötigt, kann aber andererseits in zu hohen Konzentration toxisch wirken und Proteine, Lipide oder die DNA schädigen. Das Tracheensystem muss jedoch sehr leistungsfähig sein, um bei hohen Stoffwechselleistungen (die Sauerstoffaufnahme kann dann bis auf das 100fache ansteigen) die Organe mit genügend Sauerstoff zu versorgen, ist aber bei sehr geringen Stoffwechselanforderungen "überdimensioniert", weshalb die bisher untersuchten Insekten das diskontinuierliche Atemverhalten auch nur bei geringen Stoffwechselraten zeigen.

Informationen:
Dr. Stefan K. Hetz, Institut für Biologie/Tierphysiologie
Telefon: [030] 2093 6178
Fax: [030] 2093 6375
E-Mail: Stefan.k.hetz@rz.hu-berlin.de

Dr. Angela Bittner | idw
Weitere Informationen:
http://www.hu-berlin.de/

Weitere Berichte zu: Insekt Sauerstoff Sauerstoffkonzentration Stigmen Tracheensystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Verbesserte Kohlendioxid-Fixierung dank Mikrokompartiment
25.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Regenbogenfarben enthüllen Werdegang von Zellen
25.09.2017 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops