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Regelkreislaufmodell

Für das Abitur gilt es, Regelkreisläufe beschreiben und interpretieren zu können. Dazu werden im Folgenden die grundlegenden Bestandteile eines Regelkreises besprochen. Demonstriert werden diese Bausteine nun exemplarisch im Zusammenhang der Thermoregulation endothermer Tiere. 

Unter der Haut, aber auch im Körperkern endothermer Tiere sitzen Thermorezeptoren, die als Fühler den Ist-Zustand messen. In unserem Beispiel handelt es sich um einen Kältereiz, der die Thermorezeptoren unter der Haut stimuliert. Dieser gemessene Kältereiz wird dann vom Fühler ohne jegliche Interpretation an den sogenannten Regler weitergegeben. Der Regler endothermer Tiere sitzt zumeist im zentralen Nervensystem, also dem Gehirn und Rückenmark. Hier ist ein Sollwert gespeichert, der nun mit dem gemessenen Istwert verglichen wird („Istwert-Sollwert-Vergleich“). Durch diesen Vergleich entsteht, wie in diesem Falle eine Differenz, da die gemessene Temperatur nicht dem Sollwert entspricht. Aus dieser Differenz bildet das Nervensystem eine Stellgröße, die an die Stellglieder geschickt wird. Stellglieder sind in diesem Falle kleinere Organe der Haut, wie Härchen und Blutgefäße, die lokal den Körper vor Unterkühlung schützen. Aber auch größere Organe, wie Muskeln erhalten stets die Stellgröße. Durch Muskelzittern kann beispielsweise einer systemischen Unterkühlung vorgebeugt werden.

Um auf die erhaltene Stellgröße zu reagieren, wandeln die Stellglieder die Information in eine Regelgröße um. Diese legt die Intensität der auf den Reiz angemessenen Reaktion fest. Das Ergebnis ist auf der einen Seite, dass sich die kleinen Härchen der Haut aufrichten, um ein Luftpolster über der Haut zu bilden, welches die Wärme besser hält. Auf der anderen Seite verengen sich die Blutgefäße der Haut, um die Wärmeabgabe an dieser Stelle zu reduzieren. Kalte Hände im Winter sind also vom Körper gewollt, um möglichst wenig Wärme zu verlieren.

Nimmt die Körpertemperatur wieder zu, dann erkennen die Fühler unter der Haut und im Körperkern dies und die Differenz zwischen Istwert und Sollwert reduziert sich. Entsprechend nimmt die Stellgröße und in diesem Zusammenhang die Regelgröße ab. Durch diesen Feedback-Mechanismus wird angestrebt die Körperkerntemperatur eines endothermen Tieres konstant zu halten.

Ein Kältereiz führt zur Temperaturänderung der Haut. Diese wird über den Fühler gemessen und zum Regler weitergeleitet. Dort findet ein Istwert-Sollwert-Vergleich statt. Entsprechend wird die Stellgröße angepasst und an die Stellglieder (unter anderem Härchen und Blutgefäße der Haut) weitergeleitet. Dieser Prozess läuft kontinuierlich ab, um die Körperkerntemperatur konstant zu halten.

Regelkreislaufmodell

Ein Kältereiz führt zur Temperaturänderung der Haut. Diese wird über den Fühler gemessen und zum Regler weitergeleitet. Dort findet ein Istwert-Sollwert-Vergleich statt. Entsprechend wird die Stellgröße angepasst und an die Stellglieder (unter anderem Härchen und Blutgefäße der Haut) weitergeleitet. Dieser Prozess läuft kontinuierlich ab, um die Körperkerntemperatur konstant zu halten.

Bei vielen Abituraufgaben zu abiotischen Faktoren handelt es sich um sogenannte „Anpassungsaufgaben“. Dazu beschreibt ein Material die Anpassung eines Lebewesens an einen ungewöhnlichen Umweltfaktor. Mit Hilfe der oben angeführten Begriffe soll diese Anpassung verstanden und erläutert werden. Zum Beispiel könnte mit Hilfe der Bergmannschen Regel der Körperbau eines Eisbären erklärt werden.

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