Tierphysiologie an der Universität Bielefeld | Karteikarten & Zusammenfassungen

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Mechanismen des Stoff- und Gasaustauschs: woher kommt die energie? 

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Energie muss den Organismen (Pflanzen, Tieren) von außen zugeführt werden

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Welcher Nutzen entsteht aus tierphysiologischen Studien?

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- menschliche Physiologie: 
    > medizinischer Nutzen
    > Herz, Kreislauf, Nieren, Lungen, Nervensystem

- technische Umsetzung: 
    > ZNS (Computertechnologie)
    > Sinnesorgane (Kameras, Mikrophone)
    > Muskeln und Gelenke (Robotik)
    > Materialien (Nanotechnologie)

- Grundlagenforschung:
> ein konkreter Nutzen ergibt sich oft erst viel später
    > vom Phänomen über das Verstehen zum Nutzen (manchmal)

- Grundsätze: 
    > Funktionen hängen von der Struktur ab; vom Atom zum Organ
    > Regelung intra- und extrazellulärer Umwelt bedingt die notwendige Konstanz 
    biochemischer/physikalischer Prozesse → Regelkreise

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Warum kann es vorteilhaft sein, die inneren Bedingungen konstant zu halten?

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- Vorteile konstanter innerer Bedingungen:
> Stoffwechselprozesse unabhängig von Umgebungsbedingungen → Aktivität jederzeit möglich (Q10-Regel)
- Flexibilität bei der Wahl des Aufenthaltsortes (Nahrungssuche, Brutgebiet)
- Vermeidung schädlicher Zustände (z.B. Temperaturschäden, osmotische Volumenänderung von Zellen, zu hoher Blutzucker)

- Homöostase = Fähigkeit von Tieren, ihr inneres Milieu zu kontrollieren
- Regulierer: nutzt körpereigene Mechanismen, um inneren Zustand bei Veränderung der Außenbedingungen konstant zu halten
- Konformer: Wechsel des inneren Zustandes bei Veränderung der Außenbedingung

- unabhängig von der Klassifizierung passen Tiere ihr Verhalten so an, dass möglichst konstante oder optimale Körperbedingungen herrschen 

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Strategien wasserlebender Thermoregulierer:

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- günstiges Oberflächen-Volumen-Verhältnis vermeidet Wärmeverluste
- isolierende Fettschicht unter der Haut (Blubber)
- durch Muskelarbeit wird bei schnellen Schwimmern (z.B. Thunfisch, Hai) relativ viel Wärme produziert
- durch Gegenstrom-Wärmeaustausch wird bei aktiven Großfischen die bei Muskelarbeit erzeugte Wärme im Körperkern gehalten
- Körperkerntemperatur kann deutlich über der Wassertemperatur liegen
- Gotteslachs: auch Herz und Gehirn werden mittels Gegenstromprinzip warm gehalten; Herz mit Fettumhüllung

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Fazit Austauschprozesse und Niere

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- Tiere benötigen Austauschprozesse für feste Stoffe, Gase und Wasser, da sie auf die Verwertung energiereicher Nährstoffe aus der Umwelt angewiesen sind

- an vielen Austauschprozessen sind Diffusionsvorgänge beteiligt. Effektiv ist sie allerdings nur bei kurzen zu überbrückenden Distanzen (< 0,1 mm), großen Austauschflächen und genügend Zeit

- Gegenstromprinzip findet sich in vielen Organsystemen, da es einen besonders effizienten Austausch gewährleistet

- Niere nutzt Ultrafiltration und Osmolaritätsgradienten zur Abgabe schädlicher Stoffe unter geringem Wasserverlust

- Niere ist Teil eines ausgeklügelten Systems zur Homöostase, an dem Rezeptoren, Hormone und Rückkopplungsmechanismen mitwirken

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Austauschprozesse bei komplexen Mehrzellern:

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- Austauschprozesse über große Distanzen notwendig, hierfür ist Diffusion von Zelle zu Zelle zu langsam → spezialisierte Austauschsysteme 
- Bsp.: Atmungssystem, Verdauungssystem, Kreislaufsystem (mit regulierbaren Kapillarsystemen), Exkretionssystem

v ~ 1/Strecke2

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Leben an Land und im Wasser:

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- zwei bzw. vier prinzipiell unterschiedliche Lebensräume:
    > Wasser: Süßwasser, Salzwasser
    > Land: Boden, Luft

- Leben ist primär im Wasser entstanden und ist erst sekundär an Land gegangen
- alle Körpervorgängen laufen in wässrigen Medien ab
- insbesondere Insekten und Wirbeltiere sind mit einem großen Artenreichtum an Land vertreten

- Wasser und Land unterscheiden sich erheblich in ihren physikalischen Eigenschaften, was spezifische physiologische Anpassungen erfordert
- mit Landgang Wechsel zwischen „Tier im Teich“ zu „Teich im Tier“

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Erythrocyten der Wirbeltiere:

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- Erythrozyten = rote Blutkörperchen
- enthalten Blutfarbstoff Hämoglobin (ermöglicht Sauerstofftransport)

- Frauen: 4,1 – 5,1 Millionen/μl
- Männer: 4,5 – 5,9 Millionen/μl

- Gesamtzahl: 25 Billionen    
- Gesamtoberfläche: 4.000 m2

- Blut dünnflüssiger → längere Transportstrecken (große Tiere) möglich, höhere Geschwindigkeit
- bikonkave Form des Erythrozyten → rundum kurze Diffusionswege, Wendigkeit 
- Neubildung in Knochen, etwa 2 Millionen/Sekunde (täglich 1% Erneuerung) 
- bei Säugetieren: ohne Zellkern, Mitochondrien

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Austauschprozesse - Aufnahme und Abgabe von...

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- Aufnahme und Abgabe von
    > festen Substanzen
    > Gasen
    > Ionen
    > Wasser
    > (Informationen)

- wirbellose Tiere lösen dieses Problem oft innerhalb der Zelle(n)
- in höheren Organismen spezifische Oberflächen bzw. Organe

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Blutsystem – Beispiel: Giraffe:

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- bis zu 6 m Höhendifferenz des Gehirns bedeutet 0,6 bar hydrostatische Schwankung
- Reduktion systolischer Druck
- Vasodilatation/Konstriktion in Beinen/Hals müssen das Senken begleiten, um gleichmäßige Blutversorgung des Gehirn zu erlauben
- Venen sind mit mehreren Ringmuskelschichten und besonders unelastischer Haut versteift
- spezielle Venenklappen im Kopf reduzieren Rückstau zum Hirn
- Rete mirabilis puffert Überdruck ab  

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Lokomotion im Wasser und in der Luft:

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- hohe Dichte und Viskosität von Wasser setzt Lokomotion großen Widerstand entgegen 
- Anpassungen der Körperform an schnelle Fortbewegung im Wasser

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Thermoregulation:

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- Verhaltensstrategien (z.B. Verstecken vor der Sonne)
- kooperativen Verhalten (z.B. Kuscheln bzw. dichtere/lockere Packung → Bienen, Pinguine)

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Beispielhafte Karteikarten für deinen Tierphysiologie Kurs an der Universität Bielefeld - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Mechanismen des Stoff- und Gasaustauschs: woher kommt die energie? 

A:

Energie muss den Organismen (Pflanzen, Tieren) von außen zugeführt werden

Q:

Welcher Nutzen entsteht aus tierphysiologischen Studien?

A:

- menschliche Physiologie: 
    > medizinischer Nutzen
    > Herz, Kreislauf, Nieren, Lungen, Nervensystem

- technische Umsetzung: 
    > ZNS (Computertechnologie)
    > Sinnesorgane (Kameras, Mikrophone)
    > Muskeln und Gelenke (Robotik)
    > Materialien (Nanotechnologie)

- Grundlagenforschung:
> ein konkreter Nutzen ergibt sich oft erst viel später
    > vom Phänomen über das Verstehen zum Nutzen (manchmal)

- Grundsätze: 
    > Funktionen hängen von der Struktur ab; vom Atom zum Organ
    > Regelung intra- und extrazellulärer Umwelt bedingt die notwendige Konstanz 
    biochemischer/physikalischer Prozesse → Regelkreise

Q:

Warum kann es vorteilhaft sein, die inneren Bedingungen konstant zu halten?

A:

- Vorteile konstanter innerer Bedingungen:
> Stoffwechselprozesse unabhängig von Umgebungsbedingungen → Aktivität jederzeit möglich (Q10-Regel)
- Flexibilität bei der Wahl des Aufenthaltsortes (Nahrungssuche, Brutgebiet)
- Vermeidung schädlicher Zustände (z.B. Temperaturschäden, osmotische Volumenänderung von Zellen, zu hoher Blutzucker)

- Homöostase = Fähigkeit von Tieren, ihr inneres Milieu zu kontrollieren
- Regulierer: nutzt körpereigene Mechanismen, um inneren Zustand bei Veränderung der Außenbedingungen konstant zu halten
- Konformer: Wechsel des inneren Zustandes bei Veränderung der Außenbedingung

- unabhängig von der Klassifizierung passen Tiere ihr Verhalten so an, dass möglichst konstante oder optimale Körperbedingungen herrschen 

Q:

Strategien wasserlebender Thermoregulierer:

A:

- günstiges Oberflächen-Volumen-Verhältnis vermeidet Wärmeverluste
- isolierende Fettschicht unter der Haut (Blubber)
- durch Muskelarbeit wird bei schnellen Schwimmern (z.B. Thunfisch, Hai) relativ viel Wärme produziert
- durch Gegenstrom-Wärmeaustausch wird bei aktiven Großfischen die bei Muskelarbeit erzeugte Wärme im Körperkern gehalten
- Körperkerntemperatur kann deutlich über der Wassertemperatur liegen
- Gotteslachs: auch Herz und Gehirn werden mittels Gegenstromprinzip warm gehalten; Herz mit Fettumhüllung

Q:

Fazit Austauschprozesse und Niere

A:

- Tiere benötigen Austauschprozesse für feste Stoffe, Gase und Wasser, da sie auf die Verwertung energiereicher Nährstoffe aus der Umwelt angewiesen sind

- an vielen Austauschprozessen sind Diffusionsvorgänge beteiligt. Effektiv ist sie allerdings nur bei kurzen zu überbrückenden Distanzen (< 0,1 mm), großen Austauschflächen und genügend Zeit

- Gegenstromprinzip findet sich in vielen Organsystemen, da es einen besonders effizienten Austausch gewährleistet

- Niere nutzt Ultrafiltration und Osmolaritätsgradienten zur Abgabe schädlicher Stoffe unter geringem Wasserverlust

- Niere ist Teil eines ausgeklügelten Systems zur Homöostase, an dem Rezeptoren, Hormone und Rückkopplungsmechanismen mitwirken

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Q:

Austauschprozesse bei komplexen Mehrzellern:

A:

- Austauschprozesse über große Distanzen notwendig, hierfür ist Diffusion von Zelle zu Zelle zu langsam → spezialisierte Austauschsysteme 
- Bsp.: Atmungssystem, Verdauungssystem, Kreislaufsystem (mit regulierbaren Kapillarsystemen), Exkretionssystem

v ~ 1/Strecke2

Q:

Leben an Land und im Wasser:

A:

- zwei bzw. vier prinzipiell unterschiedliche Lebensräume:
    > Wasser: Süßwasser, Salzwasser
    > Land: Boden, Luft

- Leben ist primär im Wasser entstanden und ist erst sekundär an Land gegangen
- alle Körpervorgängen laufen in wässrigen Medien ab
- insbesondere Insekten und Wirbeltiere sind mit einem großen Artenreichtum an Land vertreten

- Wasser und Land unterscheiden sich erheblich in ihren physikalischen Eigenschaften, was spezifische physiologische Anpassungen erfordert
- mit Landgang Wechsel zwischen „Tier im Teich“ zu „Teich im Tier“

Q:

Erythrocyten der Wirbeltiere:

A:

- Erythrozyten = rote Blutkörperchen
- enthalten Blutfarbstoff Hämoglobin (ermöglicht Sauerstofftransport)

- Frauen: 4,1 – 5,1 Millionen/μl
- Männer: 4,5 – 5,9 Millionen/μl

- Gesamtzahl: 25 Billionen    
- Gesamtoberfläche: 4.000 m2

- Blut dünnflüssiger → längere Transportstrecken (große Tiere) möglich, höhere Geschwindigkeit
- bikonkave Form des Erythrozyten → rundum kurze Diffusionswege, Wendigkeit 
- Neubildung in Knochen, etwa 2 Millionen/Sekunde (täglich 1% Erneuerung) 
- bei Säugetieren: ohne Zellkern, Mitochondrien

Q:

Austauschprozesse - Aufnahme und Abgabe von...

A:

- Aufnahme und Abgabe von
    > festen Substanzen
    > Gasen
    > Ionen
    > Wasser
    > (Informationen)

- wirbellose Tiere lösen dieses Problem oft innerhalb der Zelle(n)
- in höheren Organismen spezifische Oberflächen bzw. Organe

Q:

Blutsystem – Beispiel: Giraffe:

A:

- bis zu 6 m Höhendifferenz des Gehirns bedeutet 0,6 bar hydrostatische Schwankung
- Reduktion systolischer Druck
- Vasodilatation/Konstriktion in Beinen/Hals müssen das Senken begleiten, um gleichmäßige Blutversorgung des Gehirn zu erlauben
- Venen sind mit mehreren Ringmuskelschichten und besonders unelastischer Haut versteift
- spezielle Venenklappen im Kopf reduzieren Rückstau zum Hirn
- Rete mirabilis puffert Überdruck ab  

Q:

Lokomotion im Wasser und in der Luft:

A:

- hohe Dichte und Viskosität von Wasser setzt Lokomotion großen Widerstand entgegen 
- Anpassungen der Körperform an schnelle Fortbewegung im Wasser

Q:

Thermoregulation:

A:

- Verhaltensstrategien (z.B. Verstecken vor der Sonne)
- kooperativen Verhalten (z.B. Kuscheln bzw. dichtere/lockere Packung → Bienen, Pinguine)

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