Physiologische Besonderheiten bei Vögeln und Reptilien

Termine

6.4

13.4

20.4

4.5

Exkursion ???

Einige Merkmale von Vögeln

•Wirbeltiere•Vorderextremitäten dienen als Flügel. •Gefieder •Schnabel •konstante Körpertemperatur •Leichtes Skelett (hohle Knochen ca. 8-9% der Gesamtmasse) •Hohe Herzschlagfrequenz (maximale Herzschlagfrequenz eines Strauß = 178 Schläge/Minute, Haussperling = 900 Kolibri = 1260 Schläge/Minute). •Sehr leistungsfähiges Auge •Die Stimmbildung erfolgt nicht im Kehlkopf, sondern in der Syrinx•Komplexe Lunge mit Luftsacksystem•Eierlegend

Voraussetzungen für die Flugfähigkeit

Leichtes, stabiles Skelett

Flügel

Gut ausgebildete Flugmuskulatur

Körpergröße begrenzt

Leistungsfähiges Kreislaufsystem

Leistungsfähiges respiratorisches System

Befiederung

Entsprechende Sinnesleistungen

Das Vogelskelett

Geringes GewichtStabilität der Knochen durch TrabekelGroßes Brustbein mit ausgeprägtem KammLanger, sehr beweglicher HalsSchnabelKnochen z.T. verwachsenMedullärer Knochen nur temporär (bei weibl.)

Die Muskulatur macht den größten Teil des Gesamtgewichts aus

Die wichtigsten Flugmuskeln

größermittelgeringerLaktatbildung

hochmittelniedrigKreatinphosphat

niedrigmittelhochMyoglobingehalt

niedrigmittelhochFettgehalt

hochmittelniedrigGlykogengehalt

niedrigmittelhochMitochondriengehalt

schnellmittelgeringErmüdbarkeit

schnelle Zuckungmittlere/schnelle Zuckung

langsame Zuckung

Kontraktionsform

kleinmittelgroßErregbarkeitszeit

weißrosarotFarbe

Anaerobe Aktivität (Maximal - und Schnellkraft)

Aerobe und anaerobe Aktivität

Aerobe Aktivität (Ausdauer)

Funktion

Fasertyp IIBFasertyp IIAFasertyp IEigenschaften

Die Muskulatur besteht aus verschiedenen Fasertypen

Hühner-Typ: IIB > I > IIA

Enten-Typ: IIA > IIB > I

Tauben-Typ: IIA > IIB

Milan/Weihen-Typ: I

Staren-Typ: IIA > I

Spatzen-Typ: IIA

Unterteilung der Vögel nach den hauptsächlichen Muskelfasertypen in ihrer Flugmuskulatur

Typ 1 Fasern kommen bei Vögeln nur wenig vor

Hühnervögel

Hauptsächlich IIB-Fasern in der Brustmuskulatur

Kleines Herz aber große Brustmuskulatur

Daher nur kurze anaerobe Flüge

Lebensraum: Waldrand

Flucht durch kurze Flüge in die dichte Vegetation

Enten, Gänse Schwäne und Tauben

Am häufigsten IIA Fasern

Herz ist relativ größer als bei den Hühnervögeln

Größere Schwingen

Lange Flugstrecken

Gefieder des Vogels

Federtypenzwei grundsätzliche Arten der Federn. Konturfedern, Unterfedern (auch Daunen oder Dunen),

Die Konturfedern (Pennae conturae) Körperfedern (Pennae conturae generales): Deckfedern des Rumpfes Schwungfedern (Remiges): bilden die eigentliche Tragfläche, an Hand und Unterarm Deckfedern (Tectrices): übrige Federn am Flügel Steuerfedern (Rectrices): Schwanzfedern

Die Dunen (Plumae) bilden das Unterkleid, bei einigen Vögeln (z.B. Laufvögel) sind sie nicht vorhanden.

Die Nestlingsdunen, das Federkleid der Jungvögel, sind keine echten Dunen,sondern modifizierte Konturfedern.

Verschiedene Federtypen I

Spezialfedern:Halbdunen (Semiplumae): stehen im Bau zwischen Konturfedern und Dunen

Fadenfedern (Filoplumae): ihre Follikel sind gut innerviert, sie der Propriozeption der Federstellung (fehlen den Straußenvögeln und Kasuaren)

Borstenfedern (Setae): ersetzen die Augenwimpern

Puderfedern (Pulviplumae): bei einigen Vögeln (z.B. Tauben, Wasservögel) produzieren einen feinen, wasserabweisenden Staub aus Keratingranula

Verschiedene Federtypen II

FlügelformQuerschnitt

FlügelformAufsicht

Body mass [kg]

Es gibt verschiedene Flugarten beim Vogel

Gleitflug und Segelflug (schlagfreies Fliegen)

Schlagflug

„Unterwasserflug“

Gleitflug und Segelflug

Gleiten:Immer Abwärts,

Antriebskraft ist das KörpergewichtGleitverhältnis (Gleitstrecke/Höhenverlust)

z.B. Greifvögel 10, Albatrosse bis 20,Segelflugzeuge 40, kleine Finken 1

Geschwindigkeit hängt ab von der Flächenbelastungz.B. Schwalbe 1,5kg/m²; Taube 2,4 kg/m²; Albatross 15kg/m²

Erhöhung der Gleitzahl in Bodennähe oder über dem Wasser

Nutzung von Thermik (Steiggeschwindigkeit (Luft) ≥ Sinkgeschwindigkeit (Vogel)

„dynamisches Gleiten“ beim Albatross

Segeln = Gleiten in aufwärtsgerichteten Windströmungen

Schlagflug

2 Phasen:

Niederschlag

Aufschlag

Fortbewegung durch Auftrieb und Vortrieb

Zahl der maximalen Flügelschläge pro Sekunde bei Vögeln:

Kolibri: 78 Meisen: 25 Stockente: 10 Taube: 8 Amsel: 6 Schwan: 3 Storch: 2

Maximale Geschwindigkeit von Vögeln beim Fliegen (km/h):

Stachelschwanzsegler: 335 km/h Mauersegler: 180 km/h Stockente: 104 km/h Gänse: 91 km/h Rebhuhn: 85 km/h Star: 81 km/h Brieftaube: 80 km/h Falken: 79 km/h Albatros: 70 km/h

Formen des Schlagflugs

Streckenflug

Langsamflug,

Rüttelflug

Schwirrflug

Schwirrflug

z.B. bei Kolibris

Unterwasserflug

z.B. bei PinguinenÄhnliche Flügelbewegungen wie beim Schlagflug

• Körperoberfläche: verhornte epidermale Schuppen

• Gliedmaßenpaare, fünf Zehen (außer Schlangen und einige Echsen)

• Verknöchertes Skelett

• Lungenatmung, keine Kiemen

• Herz meist 3 Kammern (außer Krokodile)

• Ektotherm

• Innere Befruchtung, unterschiedliche Geschlechter

• Eischalen beinhalten extraembryonale Membranen (Amnion, Chorion, Dottersack und Allantois)

Charakteristika von Reptilien

Systematik

ReptilienReptilia

Diapside ReptilienDiapsida

Anapside ReptilienAnapsida

Schuppenechsen Herrscherreptilien

Rhychocephalia Schuppenkriechtiere Krokodile Schildkröten

Klasse

Unterklasse

Überordnung

Ordnung

Echsen Schlangen Halswender HalsbergerUnterordnung

Herz/Kreislauf System

FischeSäuger/Vögel

Reptilien (außer Krokodil)

Aber: kein wahlloses Mischen von Blut im Reptilienherz !

Der Blutfluss im Reptilienherz unterliegt einer engen Steuerung

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Aber wie ???

2 Möglichkeiten

Pressure Shunting

oder

Washout Shunting

linker Aortenbogen

rechter Aortenbogen

Pulm

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Pulmonararterie

Pressure ShuntingAbhängig vom Gefäßwiderstand

R-L-ShuntRezirkulation in den Körperkreislauf

L-R-ShuntRezirkulation in den Lungenkreislauf

Parasympathikus (Lunge)NO (Körperkreisl.)

Sympathikus (Körperkreisl.)

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Washout ShuntingDurch Muskelleisten im Ventrikel

CavumArteriosum

CavumVenosum

CavumPulmonale

CavumArteriosum

CavumVenosum

CavumPulmonale

Diastole Systole

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Das Krokodilherz

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Shunt-Möglichkeiten im Krokodilherz

Atmung beim Vogel

Anatomie der Atmungsorgane

Gesamtvolumen der AtmungsorganeVogel 15% > Säuger 7% des Körpervolumens

Volumen der LungeVogel 1% < Säuger 3% des Körpervolumens

Wohin mit der ganzen Luft ??

Ein Teil der Knochen beim Vogel ist hohl und beherbergt Luftsäcke

Aufbau der Vogellunge

Die Vogellunge hat einen speziellen Surfactant

Schwein

Huhn

Ente

VentilationAtmungsmechanik beim Vogel

Beim Vogel sind Inspiration und Expiration aktiv

Der Weg der Luft im Atmungstrakt des Vogels

Atemgaskonzentrationen in den vorderen und hinteren Luftsäcken

35100Ausatmungsluft

<1160Einatmungsluft

28115Bauchluftsack

28115hinterer Brustluftsack

35100vorderer Brustluftsack

35100Schlüsselbeinluftsack

CO2 in mmHgO2 in mmHg

Die Vogellunge funktioniert nach einem „Durchflussprinzip“

Gastransport im Vogelblut

Sauerstofftransport: an Hämoglobin gebundenUnterschiedliche P 50- Werte je nach Spezies

Hämatokrit:bei einige Spezies mit guter Flugleistung sehr hochKolibri bis 62%

Kohlendioxidtranport: als BicarbonatCO2-Konzentration z.T. erheblich niedriger als beim Säuger

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienMorphologie der Lunge I

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienMorphologie der Lunge II

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienMorphologie der Lunge III

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienAtmenrhythmus

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienRelevanz des kutanen Gasaustausches

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienPulmonale Diffusionsbarriere I

Besonderheiten der Atmung bei ReptilienVentilation und Perfusion

Die Sinne des Vogels

Gesichtssinn

Gehör/Gleichgewicht

Geruch

Geschmack

Tastsinn

Magnetischer Sinn

Gesichtssinn

•Vermutlich der wichtigste Sinn beim Vogel

•Große Augen (Mensch 1% der Kopfmasse, Stare 15%)

••WichtigsterWichtigster Sinn Sinn zurzurEntdeckungEntdeckung von von Feinden/BeuteFeinden/Beute

••FlugFlug, , KommunikationKommunikation

••VisuellesVisuelles WeltbildWeltbild

Aufbau des Auges I

Aufbau des Auges II

Reduktion von Gewicht und Größe ohne die Sehschärfezu beeinträchtigen. Aber instabiler als rundes Auge

Gesichtsfeld

Raubvögel: schärfste Sicht im 40°-Winkel, daher Sp iralflug

Fovea I

Zentrale fovea. Bei seitlichen Augen. Fürsenkrecht einfallendes Licht

Küstenseeschwalbe

Mensch

Sehen in der Dunkelheit: der Fettschwalm

Fovea II

Temporale Fovea = FürLicht von vor dem Vogel liegenden Objekten. Besonders bei Vögeln mitbinokularem Gesichtsfeld, die Distanzen und Geschwindigkeiten genauabschätzen müssen.

Farbsehen - Aufbau der Retina

Öltröpfchen in der Retina

Sichtbares Farbspektrum

Zugvögel haben eine besondere Gehirnregion: Cluster N

Gesichtssinn bei Reptilien

Gecko AugeHalsbandleguan - Auge Tagaktiv Leopardengecko - Auge Nachtaktiv

Pupillen an Tag- oder Nachtaktivität angepasst

In der Retina Stäbchen und Zapfen, Farbensehen trichromatisch (auch bei rel. schlechten Lichtverhältnissen)

Parietalauge: extraokulärer Photorezeptor

Akkomodationmono- und binokular

Zackenerdschildkröte (Geoemyda spengleri)

Rezeption im Infrarotbereich (Wärme)Fig. 1. (A) Western diamondbackrattlesnake (C. atrox) showing lorealpit organ (arrow). (B) Gaboon viper (B. gabonica) showing location of thesupranasal sac (arrow).

Fig. 1. Side view of the face of a ball python, Python regius. Arrows mark the five pit organsin the upper labial scales and the two pit organs in the lower labials at the corner of themouth.

„Sehen“ mit dem Pit-organ

Gehör3 Teile des Ohres (wieSäuger)1.Äußeres Ohr (engerknöcherner Gang; spezialisierte Federn)2.Mittelohr (nurSteigbügel)3.Innenohr

Gehör und Gleichgewichtssinn

Eulen jagen mit den Ohren

Das Hörvermögen ist bei den Echsen unterschiedlich ausgeprägt. Geckos haben ein verhältnissmässig gutes Gehör.

Bartagamen – Ohr Leopardgecko - Ohr Halsbandleguan - Ohr

Gehör

Tastsinn• Herbst-Korpuskel• Auf Fadenfedern (Filoplumae) und

Borstenfedern• Auf Schnabel (Schnepfen) oder

Zunge (Specht)

Geruchssinn

Nur mäßig ausgebildetAusnahmen z.B.

Truthahngeier (ethyl mercaptan)

Seevögel (Röhrennasen)

Kiwis

Geschmackssinn

Wenig Geschmacksknospen

Kolibris: Zuckerkonzentrationen

Strandvögel: “verwurmterSand”

Große Toleranz gegenüberSäuren und Laugen

Magnetsinn

Orientierung am Erdmagnetfeld

Keine Orientierung nach Nord/Süd

Orientierung Polnah/Polfern

Zugvögel: Ausrichtung auf der Stange

Nachweis des Magnetsinnes bei Tauben

Orientierung im Magnetfeld: Mechanismen

Magnetit

Cryptochrome

Zeitabhängige Orientierung im magnetischen Feld

Cryptochrome und Wellenlängen

Orientierung und Lichtstärke