Jahreszeitliche Steuerung der Atmung von Arianta arbusto rum (Gastropoda)

Summary

• 1. In Arianta arbustorum the Q ₁₀ of oxygen consumption varies with the season and with the state of activity of the animal. After hibernation and throughout spring, activity at 30° C is suppressed, resulting in Q ^20–30°₁₀ -values of approximately 1.0. Not until summer does the average energy consumption at 30° increase, thus elevating the Q ₁₀ to more “normal” values around 1.8.

• 2. In spring and summer, highland animals are more active than lowland animals at 20° C, but not at 10 or 30°. Correspondingly, the ratio of Q ^10–20°₁₀ of the populations is 2.7∶1.9, that of Q ^20–30°₁₀ is 1.3∶1.8.

• 3. Acclimatization of animals to different temperatures did not produce detectable effects on oxygen consumption of whole animals or of some of their tissues.

• 4. The temperature relationships of the respiration of foot and hepatopancreas tissues do not vary with season or with other ecological factors, the Q ₁₀ ranging from 1.6 to 2.1. However, from about mid-October to spring the rate of respiration of the foot tissue drops to 50–60% of that measured in summer.

• 5. In October the succinoxidase activity of the hepatopancreas also drops to 40–70% of the summer values.

• 6. Even supercooled animals in winter recover their metabolic activity rapidly when exposed to higher temperatures. The energy consumption of the hepatopancreas tissue is as high in hibernating animals as it is in active animals in summer. When supercooled animals are reactivated for 4–7 days at 30°, however, the Q _O2 of the hepatopancreas is significantly higher than in animals investigated at any other time of the year; however, in this condition the respiration of whole animals at 30° C is still suppressed.

• 7. From the experimental findings the following conclusions can be drawn:

• a) The activity of the animals at different temperatures depends on the season. At 20° C maximum activity is attained a few days after activation from the hibernating state, but at 30° not until summer. This metachronous course of temperature dependency of the animals' activity is correlated with seasonal changes of soil temperature and accounts for the low Q ₁₀ 's in spring.

• b) The change in temperature relationship, so characteristic of whole animals, is centrally regulated and does not occur on the cellular or on the subcellular level of organization.

• c) The level of energy consumption of active animals at 30° C seems to depend on the intervention of a central factor, whereas energy consumption at 20° is nearly constant throughout the active period of the year.

• d) The optimal range of temperature varies with the season and is characterized by high temperature coefficients of respiration. This suggests that for poikilothermic animals a rapid increase of activity metabolism with, increasing temperature may be just as important as the maintenance of basal metabolism despite changing ambient temperatures.

Zusammenfassung

• 1. Der Q ₁₀ des Sauerstoffverbrauches von Arianta arbustorum verändert sich in Abhängigkeit vom Aktivitätszustand der Tiere und von der Jahreszeit. Nach künstlicher Aktivierung aus dem Winterschlaf und im Frühjahr liegt der Q ^20–30°₁₀ um 1,0, was auf Unterdrückung der Aktivität bei 30° C zurückzuführen ist. Erst im Sommer nimmt der mittlere Q _O2 bei 30° zu, so daß „normale“ Q ₁₀-Werte um 1,8 erreicht werden.

• 2. Die Tiere der Hochlandpopulation sind im Frühjahr und Sommer bei 20° C stets deutlich aktiver als die Tieflandtiere, bei 10 und 30° jedoch nicht. Der Q ^10–20°₁₀ verhält sich dementsprechend bei den beiden Populationen wie 2,7∶1,9, der Q ^20–30°₁₀ wie 1,3∶1,8.

• 3. Akklimatisation an verschiedene Haltungstemperaturen konnte weder bei der Gesamtnoch bei- der Gewebeatmung nachgewiesen werden.

• 4. Die Temperaturbeziehungen der Atmung von Fuß- und Hepatopankreasgewebe zeigen keine systematischen Veränderungen mit der Jahreszeit oder mit anderen ökologischen Faktoren. Der Q ₁₀ liegt zwischen 1,6 und 2,1. Der Q _O2 des Fußgewebes beträgt hingegen bei allen Versuchstemperaturen ab Mitte Oktober bis zum Frühjahr nur 50–60% der Sommerwerte.

• 5. Die Succinoxydase-Aktivität des Hepatopancreas fällt im Oktober ebenfalls auf 40–70% der Sommerwerte.

• 6. Selbst im Winter unterkühlte Tiere sind im Labor sehr schnell zu aktivieren. Ihr Hepatopancreas hat zunächst eine ebenso hohe Stoffwechselrate wie das normal aktiver Tiere im Sommer. Nach 4–7tägiger Aktivierung der Tiere bei 30° C ist der Q _O2 des Hepatopankreasgewebes jedoch signifikant höher als zu jeder anderen Jahreszeit, obwohl die Ganztieratmung bei 30° zu dieser Zeit noch unterdrückt ist.

• 7. Aus den experimentellen Befunden wurden folgende Schlüsse gezogen:

• a) Die Aktivität der Tiere bei verschiedenen Umweltstemperaturen ist von der Jahreszeit abhängig. Bei 20° erreichen die Tiere ihre Maximalaktivität schon wenige Tage nach der Aktivierung aus dem Winterschlaf; bei 30° erst im Sommer. Dieser metachrone Verlauf der Temperaturabhängigkeit der tierischen Aktivität ist mit dem jahreszeitlichen Gang der Bodentemperaturen korreliert. Er ist auch verantwortlich für die niederen Q ₁₀-Werte im Frühjahr.

• b) Diese Temperaturbeziehungen der Ganztiere sind zentral gesteuert und lassen sich auf keinem anderen Organisationsniveau nachweisen. Die Maximalatmung der Gewebe, wie sie in vitro gemessen wird, muß in vivo bei verschiedenen Temperaturen in verschiedenem Ausmaße unterdrückt sein.

• c) Das Niveau des Energieverbrauches aktiver Tiere bei 30° C scheint über zentrale Steuerfaktoren verstellbar zu sein, während der Energieverbrauch bei 20° eine fast konstante Größe darstellt.

• d) Hohe Temperaturkoeffizienten der Atmung finden sich vor allem im jeweils optimalen Temperaturbereich der untersuchten Populationen. Dies deutet darauf hin, daß es für poikilotherme Tiere unter Umständen ebenso wichtig sein mag, bei Erwärmung den Aktivitätsstoffwechsel möglichst rasch anzukurbeln, wie den Erhaltungsstoffwechsel konstant zu halten.