A53 Beschleunigte Dehydrierung

Thema

Insekten, die Hitzestress ausgesetzt sind, verlieren im Laufe der Zeit deutlich schneller Wasser als auf natürliche Weise. Diese beschleunigte Dehydratation ist auf zwei gleichzeitig einwirkende Effekte zurückzuführen: Zum einen steigt die Durchlässigkeit der Insektenkutikula mit der Temperatur, zum anderen erhöht sich der Dampfdruck, der Wasser aus dem Insektenkörper treibt.

Der erste Effekt findet in der Insektenkutikula selbst statt: Mit steigender Temperatur nimmt die Durchlässigkeit der Kutikula exponentiell zu (Arrhenius-Gesetz), vor allem weil das Epikutikularwachs schmilzt und den Wasserverlust durch die Kutikula weniger effektiv verhindert.

Der zweite, vom ersten unabhängige Effekt tritt in der Umgebungsluft auf: Mit steigender Temperatur erhöht sich auch der Sättigungsdampfdruck der Luft (Antoine-Gleichung). Dieser Anstieg verstärkt den Dampfdruckgradienten zwischen dem feuchten Inneren des Insekts und der Außenluft und treibt so den Wasserverlust weiter an.

Diese beiden Effekte auf das Insekt addieren sich nicht einfach, sondern verstärken sich gegenseitig: Die erhöhte Durchlässigkeit der Kutikula und der größere Wasserdampfgradient wirken gleichzeitig auf denselben Wasserverlust ein. Diese multiplikative Kombination führt dazu, dass der Wasserverlust des Insekts bei 40 Grad Celsius zehn- bis hundertmal höher sein kann als bei 20 Grad Celsius.

Da dieser beschleunigte Wasserverlust das verfügbare extrazelluläre Wasser des Insekts reduziert, schrumpfen die Zellen fortschreitend osmotisch: Sinkt das Zellvolumen unter einen kritischen Wert von etwa 60 Prozent des ursprünglichen Volumens, kollabieren die Zellmembranen unwiderruflich.

Wie nahe ein Insekt dem Zellkollaps kommt, hängt maßgeblich von seinem Lebensraum ab: Insekten in ariden Umgebungen besitzen dank widerstandsfähigerer Epikutikularwachse eine sehr wenig durchlässige Kutikula und können einen Wasserverlust von bis zu der Hälfte ihrer Körpermasse tolerieren, bevor sie diesen kritischen Punkt erreichen. Insekten in feuchten Umgebungen hingegen können bereits bei einem Verlust von einem Fünftel ihrer Körpermasse sterben.

Durch die Kombination der Rate, mit der das Insekt aufgrund dieser beiden Faktoren Wasser verliert, und des Anteils dieses Verlustes, den das Insekt je nach Umgebung tolerieren kann, lässt sich die Zeit bis zur tödlichen Austrocknung berechnen – der Schlüsselparameter für die Vorhersage, wie anfällig jede Insektenart für eine Hitzewelle in Verbindung mit niedriger Luftfeuchtigkeit ist.

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