A51 Hyperthermie und Thermoschock

Thema

Hyperthermie schädigt Insekten durch mehrere parallel wirkende Mechanismen: Nicht nur einzelne Bestandteile des Insekts leiden unter der übermäßigen Hitze, sondern Proteine, Zellmembranen und Muskeln werden gleichzeitig und jeweils über unterschiedliche Wege beeinträchtigt.

Der erste dieser Wege ist die Denaturierung der enzymatischen Proteine ​​des Insekts, die dem Arrhenius-Gesetz mit einer sehr hohen Aktivierungsenergie folgt. Das bedeutet, dass die Schädigungsrate dieser Proteine ​​nicht allmählich mit der Temperatur zunimmt, sondern sich mit jedem zusätzlichen Grad Celsius etwa verdoppelt. Zwischen 35 und 45 Grad Celsius beschleunigt sich diese Schädigung der Insektenproteine ​​dramatisch.

Angesichts dieser Proteindenaturierung verfügt das Insekt über einen eigenen Schutzmechanismus: Chaperonproteine, sogenannte HSP70, werden oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle aktiviert und falten die nur teilweise denaturierten Proteine ​​des Insekts wieder zusammen. Sie fungieren als Schutzsystem, das versucht, einen Teil der durch die Hitze verursachten Schäden rückgängig zu machen.

Der zweite, vom ersten unabhängige Schädigungsmechanismus betrifft die Zellmembranen des Insekts: Bei hohen Temperaturen verflüssigen sich die Lipide dieser Membranen, und oberhalb ihres Schmelzpunktes verlieren die Membranen die für ihre Funktion notwendige strukturelle Integrität.

Der dritte Schädigungsmechanismus betrifft die Muskeln des Insekts und tritt als erster auf, noch bevor die Hitze zum Tod führt: Übersteigt die Muskeltemperatur das katalytische Optimum, bei dem Myosin und Aktin aktiv sind, verliert das Insekt seine Bewegungsfähigkeit und verfällt in einen Zustand der Bewegungsunfähigkeit, den sogenannten Knockdown. Dieser Zustand geht dem Tod voraus, führt aber noch nicht zum Tod. Wie tödlich diese Kombination von Mechanismen letztendlich für das Insekt ist, hängt nicht nur von der erreichten Temperatur ab, sondern auch von der Dauer der Einwirkung: Das Modell der letalen Temperatur integriert Temperatur und Einwirkungsdauer in eine einzige Berechnung des kumulativen Schadens. Daher kann eine moderate, über einen längeren Zeitraum aufrechterhaltene Temperatur für das Insekt genauso tödlich sein wie eine viel höhere, nur kurzzeitig einwirkende Temperatur.

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