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Lexikon der Biologie: Temperatursinn

Temperatursinn, Wärmesinn, Thermorezeption, die Fähigkeit von Tieren und Mensch, Unterschiede bzw. Änderungen der Umgebungs-Temperatur wahrzunehmen. Der Temperatursinn ist für die Organismen von großer Bedeutung, da das Temperaturintervall, in dem tierisches und menschliches Leben möglich ist, relativ klein ist (Temperaturanpassung). Abgesehen von wenigen Ausnahmen, können insbesondere wechselwarme Tiere (Poikilothermie) nur in einem Bereich von ca. 0 °C bis etwa 50 °C aktiv sein. Bei Temperaturen unter 0 °C fallen die Tiere in eine Kältestarre, aus der sie wieder erwachen können, wenn die Temperatur nicht zu stark absinkt, d.h. den Kältetod zur Folge hat. Der Hitzetod tritt in der Regel bei Temperaturen oberhalb 50 °C ein (Hitzeresistenz). Für gleichwarme Tiere (Homoiothermie) liegen die Verhältnisse anders, da diese sich durch Temperaturregulation von der Außentemperatur weitgehend unabhängig gemacht haben. Vermutlich verfügen alle Tiere über Temperaturrezeptoren oder Thermorezeptoren, wenngleich diese nur in wenigen Fällen bekannt sind. In der menschlichen Haut gibt es kleinflächige Regionen, deren Rezeptoren entweder auf Kälte (Kälterezeptoren, Kältepunkte, Kaltpunkte; vgl. Abb. 1/2 ) oder auf Hitze (Wärmerezeptoren, Wärmepunkte, Warmpunkte, Hitzepunkte) besonders sensibel reagieren, wobei deren Verteilung auf der Körperoberfläche unterschiedlich ist. So besitzt der Mensch auf der Zunge 16–19 Kältepunkte/cm2, auf der Handfläche (Hand) aber nur 1–5/cm2. Die Wärmepunkte sind seltener (0,4 Wärmepunkte/cm2 auf der Handfläche) und fehlen in vielen Regionen. Temperaturen über 45–50 °C werden nicht als Hitze, sondern als Schmerz empfunden ( vgl. Abb. 2 ). Die Rezeptoren befinden sich in der Lederhaut (Corium), wobei die Wärmerezeptoren etwas tiefer liegen und deren Axone eine niedrigere Leitungsgeschwindigkeit (Erregungsleitung) als die der Kälterezeptoren haben. Thermorezeptoren sind reizspezifisch, d.h., sie reagieren ausschließlich auf thermische Reize. Bei konstanter Hauttemperatur senden die Afferenzen der Rezeptoren ihre Informationen zum Hypothalamus, wobei die Entladungsfrequenz proportional zur Hauttemperatur ist. Kaltfasern reagieren bei plötzlicher Abkühlung mit einer überschüssigen Erregung ( vgl. Abb. 3/2 ), bei Temperaturanstieg kommt es zur überschüssigen Hemmung. Wärmefasern verhalten sich entgegengesetzt. Neben den Hautrezeptoren sind Kerntemperaturrezeptoren im Bereich des Hypothalamus gefunden worden (Temperaturregulation). Über das Vorkommen von Temperaturpunkten bei anderen homoiothermen Organismen weiß man wenig, wie auch die genauere Morphologie der Temperaturrezeptoren – abgesehen davon, daß es sich meist um Sinnesnervenzellen (Sinneszellen) handelt – weitgehend unbekannt ist. Als Kälterezeptoren werden die Krauseschen Endkolben ( vgl. Abb. 1/1 ) diskutiert, wohingegen die Ruffinischen Körperchen (Mechanorezeptoren) wahrscheinlich auf Wärme reagieren. Weiterhin spielen freie Nervenendigungen ( Sinneszellen ) eine Rolle bei der Temperaturperzeption: so fehlen z.B. in der sehr temperaturempfindlichen Zunge der Katze sowohl Krausesche Endkolben als auch Ruffinische Körperchen. Fische, Amphibien und Reptilien verfügen ebenfalls über auf der ganzen Körperoberfläche verteilte Kalt- und Warmpunkte, wobei die Areale um Mund bzw. Kiemen besonders empfindlich sind. Als Rezeptoren fungieren ebenfalls freie Nervenendigungen. Besondere Temperatursinnesorgane stellen die paarigen, zwischen Augen- und Nasenöffnung gelegenen Grubenorgane der Grubenottern (insbesondere Klapperschlangen; vgl. Abb. 3/1 ) und die Lippenorgane der Riesenschlangen dar. In den Grubenorganen befindet sich eine stark durchblutete und vom Nervus trigeminus (Trigeminus) reichlich innervierte Membran, die in den Lippenorganen fehlt. Hier ist der Grubengrund stark innerviert und durchblutet. Der adäquate Reiz für diese Organe stellt die von einem Objekt ausgehende Wärmestrahlung dar, wobei Wellenlängen zwischen 1 und 3 μm bis hin zum Infraroten perzipiert werden können (Infrarotsehen). Dabei arbeiten die Organe nicht wie Photorezeptoren (Photorezeption), da die Thermorezeptoren (Infrarotrezeptoren) auf die durch Wärmestrahlung hervorgerufenen Temperaturänderungen in den Organen reagieren, wobei noch Temperaturunterschiede von 3/1000 °C wahrgenommen werden können. Durch diese enorme Empfindlichkeit, die paarige Anordnung der Organe und die Verteilung der Rezeptoren in den Organen ist eine genaue Richtungslokalisation möglich, welche die Schlangen auch bei vollständiger Dunkelheit zum Beutefang befähigt. Über ebenso leistungsfähige Temperatursinnesorgane verfügen die australischen Großfußhühner: sie legen ihre Eier in Hügel aus Sand und organischem Material. Die Brutwärme wird durch Sonneneinstrahlung und Gärprozesse erzeugt. Durch Einführen des Schnabels wird die Wärmeentwicklung gemessen („Thermometerhuhn“) und durch Abtragen oder Vergrößern des Hügels oder durch Erzeugen und Verschließen von Öffnungen auf 33 ± 1 °C konstant gehalten, obwohl die Außentemperaturen zwischen –8 °C und + 44 °C schwanken können! Gliederfüßer verfügen über Thermorezeptoren an den Körperanhängen (Antennen, Mundwerkzeugen, Cerci, Legeröhren, Tarsen).

H.W./K.M.



Temperatursinn

Abb. 1:
1
Krausesche Endkolben aus der Analhaut des Menschen. 2 Verteilung der Kältepunkte auf der Rückseite des 4. und 5. Fingers



Temperatursinn

Abb. 2: Ansprechen verschiedener Hautrezeptoren und Ausbildung der entsprechenden Empfindungen in Abhängigkeit von der Temperatur beim Menschen. Die Indifferenzstrecke bezeichnet den Temperaturbereich (beim unbekleideten, ruhenden Menschen ca. 33 °C), bei dem keine Temperaturempfindung auftritt. Stevens-Potenzgesetz.



Temperatursinn

Abb. 3:
1 Infrarotauge (Grubenorgan) einer Klapperschlange: a die „Gesichtsfelder“ beider Organe; b Querschnitt mit Strahlengang; 2 Erregungsverlauf eines Kälterezeptors bei sprunghafter Abkühlung und Erwärmung (kurzzeitiges Aussetzen der Erregung). Analog verhält sich ein Wärmerezeptor bei Erwärmung.

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