Umwelt, Stress und Genetik

Zusammenfassung

Unter Stress verstehen wir die negativen Auswirkungen von Umweltbedingungen auf Organismen, die physiologische und biochemische, wie auch Veränderungen im Verhalten hervorrufen, und im Durchschnitt deren Überlebensfähigkeit und Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Im vorliegenden Kapitel wird hauptsächlich Temperaturstress als Modell für klimatischen Stress untersucht, der einen wichtigen Einfluss auf Häufigkeit und Verteilung von Organismen hat. Erfahren Organismen klimatische Stressfaktoren, können sie diesen unterschiedlich begegnen. Neben der verhältnismäßigen Vermeidung von Stress können Organismen auch plastisch auf Stresssituationen reagieren, indem sie ihren Phänotyp an die veränderten Umweltbedingungen anpassen. Darüber hinaus können sich Populationen an stressende Umweltbedingungen genetisch anpassen. Dieser evolutionäre Prozess vollzieht sich über viele Generationen, und ist mit einer Änderung der genetischen Zusammensetzung von Populationen verbunden. Es werden verschiedene Mechanismen diskutiert, die es Organismen erleichtern, auf klimatische Stressbedingungen zu reagieren.

Am Ende des Kapitels stellen wir Aufgaben, für die Lösungsvorschläge im Kapitel 20 des Anhangs gegeben sind. Das Lernen und Verstehen der Inhalte wird durch ein Glossar unterstützt.

Glossar

Abhärtung

Eine kurzfristige Behandlung oder Akklimatisierung mit einer extremen Temperatur, die nachfolgend einen Einfluss auf die Temperaturtoleranz eines Organismus haben kann.

Akklimatisierung

Im Grunde stellt jedes Exponieren an eine Umweltbedingung eine Akklimatisierung dar, die eine Bedeutung für spätere Reaktionen auf andere Umweltbedingungen haben kann. Zum Beispiel können Organismen, die einem milden Stress ausgesetzt worden sind, nachfolgend besser gerüstet sein, einen mehr extremen Stress gleicher Art zu tolerieren. Die Behandlung, die zu diesem Phänomen führt, wird Akklimatisierung genannt, und der Ausdruck wird oft in Verbindung mit vorteilhafter Akklimatisierung („beneficial acclimation“) verwendet.

Fertilität

Fruchtbarkeit. Die Anzahl der Nachkommen, die von einem Weibchen produziert werden.

Fitness

Eigenschaft, die einen Teil der Gesamtfitness eines Organismus/Genotyp ausmacht, z. B. die Überlebensfähigkeit, die Fertilität und die Entwicklungszeit.

„heat-shock protein“ (Hsp)

Proteine, deren Expression durch Hitze oder andere Stressfaktoren induziert wird. Diese Proteine werden nach ihrer Molekülgröße in kiloDalton (kD) beschrieben. Eines dieser Proteine ist Hsp70, das zelluläre Funktionen wie das Neufalten denaturierter Proteine oder das Entsorgen von denaturierten Proteinen übernimmt.

Hitzeschockprotein

▶ „heat-shock protein“ (Hsp).

Kandidaten-Gen

Gen, das vermutlich eine Rolle bei der Ausprägung von bestimmten Merkmalen spielt. So gibt es Gene, die z. B. für die Kälte- und Hitzetoleranz wichtig sind, und andere, die für den zirkadianen Rhythmus eine Bedeutung haben. Aber es können auch Gene sein, die für unsere Untersuchung von Bedeutung sein können, und bei denen es sich lohnt, diese weiter und genauer zu untersuchen.

kDalton

Einheit des Molekülgewichts, die auch für die Bezeichnung von Hitzeschockproteinen (z. B. für Hsp70, Hsp60 und Hsp90) genutzt wird.

Mikroklima

Die klimatischen Bedingungen in der ganz direkten Umgebung eines Organismus. Diese kann z. B. durch lokale Bedingungen wie die Feuchtigkeit stark beeinflusst sein und sich von den ambienten Bedingungen unterscheiden.

Phylogenie

Beschreibung der evolutionären Geschichte von Lebewesen.

Stress

Eine für einen Organismus nachteilige Umweltänderung, die physiologische, biochemische und verhaltensmäßige Reaktionen hervorruft. Eine oft verwandte Definition von Stress sind Bedingungen, die die Fitness merklich vermindern.

Stressprotein

▶ „heat-shock protein“ (Hsp).

Viabilität (Überlebensfähigkeit)

Fitnesskomponente, die die Überlebenswahrscheinlichkeit von der befruchteten Eizelle (Zygote) bis zum Erwachsenstadium (Adulte) misst.