Der Energiefluss in einer Lebensgemeinschaft

Wie fließt die Energie durch eine biologische Lebensgemeinschaft?

Nun, da du den Weg, den die Energie von deinem Frühstück bis hin zu deinen Muskeln nimmt, nachvollziehen kannst, lass uns überlegen, wie Energie in einem System fließt. In diesem Abschnitt hast du die Möglichkeit, etwas über die Bewegung von Energie durch eine biologische Lebensgemeinschaft zu erfahren. Du wirst verschiedene Wege erforschen, wie Organismen ihre Energie beziehen.

"Überall dort, wo sich Fäden im Netz des Lebens kreuzen, ist eine Glasperle. Und jede Glasperle ist ein Lebewesen, das mit seinem eigenen Glühen, seinem Glanz in die Weite aufleuchtet. Und das Leuchten von jeder Glasperle in dem Netz des Lebens reflektiert den Glanz von jeder anderen Perle."



Energie fließt durch biologische Lebensgemeinschaften und sorgt dafür, dass die Organismen leben und funktionieren. Aber bedenke: Bei jedem Übergang der Energie wird ein Teil in Wärme umgewandelt und ist dann nicht mehr für Lebewesen nutzbar.

Einzelne Nahrungsketten, so wie wir sie in dem Absatz über Nahrungsketten: Wie du Energie bekommst, beschrieben haben, zeigen nur eine Möglichkeit, wie Energie von der Sonne zu einem Organismus gelangen kann. Dementsprechend gibt es viele andere Arten und Wege, wie dies geschehen kann. Erinnere dich an die Nahrungskette, wie sie in Abb. 2.11 gezeigt wurde. Zum Frühstück, Mittag- und Abendessen isst du nicht nur Eier, sondern auch viele andere Dinge. Ebenso fressen freilaufende Hühner auch nicht nur den Grashüpfer, der gelegentlich einmal in ihr Gehege springt. Du beziehst deine Energie aus vielen verschiedenen Quellen, genauso wie das Huhn. Indem man verschiedene Nahrungsketten zusammenfügt, erhält man sogenannte Nahrungsnetze. Solche Nahrungsnetze geben ein differenzierteres Bild davon, wie Energie und Nährstoffe in Wirklichkeit weitergegeben werden, mehr als dies eine einfache Nahrungskette abbilden könnte.

Aufgabe

Zeichne deine Lebensgemeinschaft
Zeichne die Lebensgemeinschaft, in der du lebst. Liste hierfür zehn Menschen auf, die du für die wichtigsten Mitglieder in deiner Lebensgemeinschaft hältst. Erkläre, warum du denkst, dass jeder wichtig ist, und wie die einzelnen Mitglieder in der Gemeinschaft miteinander interagieren. Zeichne ein Bild oder gestalte eine Collage und zeige, wie diese Menschen interagieren und so die Lebensgemeinschaft unterstützen.

Gemeinschaften

Was verstehst du unter dem Begriff Gemeinschaft? Viele Menschen denken bei einer Gemeinschaft an alle Menschen, die sie täglich oder wöchentlich sehen. Darunter würden dann die Familie, Nachbarn, Freunde, Lehrer, Briefträger, Polizisten und andere Menschen zählen, die in einem bestimmten Gebiet leben oder arbeiten. Tatsächlich besteht eine menschliche Gemeinschaft aus all den Menschen, die um dich herum leben und dich in deinem Leben unterstützen.

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Ökologen haben von einer Gemeinschaft jedoch eine etwas andere Auffassung: Sie verstehen darunter, dass jeder Organismus in einer Gemeinschaft lebt, die alle anderen Organismen mit einschließt, mit denen er interagiert. Zum Beispiel: Die biotische Lebensgemeinschaft oder Biozönose eines Frosches beinhaltet die meisten Organismen, die in und um den Teich des Frosches leben und wachsen. Dementsprechend gehören zu dieser Lebensgemeinschaft Algen, die am Grund des Teiches wachsen und von Schnecken und Insekten verzehrt werden, die der Frosch wiederum frisst. Hierzu könnte auch eine Seerose zählen, auf der sich der Frosch ausruht. Sogar ein Fischreiher könnte hierzu gezählt werden, der den Frosch frisst, wenn dieser nicht vorsichtig ist. Die Gemeinschaft, in der der Frosch lebt, würde dementsprechend auch alle anderen Organismen enthalten, die Schnecken, Insekten, Seerosen und der Fischreiher zum Überleben benötigen.

Nahrungsnetze können kompliziert sein

Ein Nahrungsnetz beschreibt, wie Energie zwischen den Mitgliedern einer Biozönose weitergegeben wird. Den Weg einer einzigen Nahrungskette zurückzuverfolgen, kann sehr einfach sein. So kann beispielsweise die Nahrungskette Mensch-Huhn-Grashüpfer-Gras-Sonne vergleichsweise einfach nachvollzogen werden, jedoch gestaltet es sich schwieriger, dies bei den vielen verschiedenen Wegen in einem Nahrungsnetz zu tun. Ein Nahrungsnetz verbindet und verzahnt alle möglichen Nahrungsketten in einer Gemeinschaft miteinander. Denke zum Beispiel gründlich über das Huhn in unserem Beispiel nach. In einem Nahrungsnetz wird das Huhn mehr als nur ab und zu einen Grashüpfer fressen. Insofern wird es vielleicht noch Maiskörner oder gar einen Regenwurm fressen, der während eines Regens an die Erdoberfläche kommt. Ein Fuchs, der das Hühnergehege umkreist, wird vielleicht einen Weg in das Gehege finden und ein Huhn reißen. Erinnerst du dich an den Grashüpfer? Wovon, glaubst du, ernährt sich dieser neben dem, was wir bereits in unserer einfachen Nahrungskette beschrieben haben? Der Grashüpfer könnte auch etwas von dem Futtermais fressen, den auch das Huhn frisst, oder möglicherweise Weizenkörner, die in der Nähe seines Nistplatzes wachsen. Also, wie du sehen kannst, können Nahrungsnetze ziemlich kompliziert sein. Abbildung 2.12 bildet nur den Anfang des Nahrungsnetzes um einen Bauernhof ab.

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Nahrungsnetze in der Wildnis sind wesentlich komplizierter als das, was wir in unserem Beispiel vom Bauernhof beschrieben haben. Ein Ökologe, R.D. Bird, hat einen Weidenwald mitten in Kanada untersucht und ein echtes Nahrungsnetz beschrieben. Obwohl auch dieses Netz vergleichsweise einfach war, hat es immerhin mehrere verschiedene Weidenarten, sechs verschiedene Vogelarten, verschiedene Spinnen, viele Insekten, Frösche, Schnecken und Strumpfbandnattern enthalten. Abbildung 2.13 zeigt eine vereinfachte Version des Netzes, das R.D. Bird beschrieben hat. Die Pfeile zeigen dir die Richtung, in die die Energie innerhalb dieses Systems weitergegeben wird.

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Betrachte Abbildung 2.13. Die Energie in dieser Zeichnung wird in Pfeilrichtung weitergegeben. Welche Organismen erhalten ihre Energie direkt von den Weiden? Beachte die Formulierung direkt, bevor du die Frage beantwortest. Der Pfeil oben in der Mitte des Nahrungsnetzes im Weidenwald beginnt bei den Weiden und endet schlussendlich bei den Käfern. Welche anderen Organismen erhalten ihre Energie direkt von den Weiden? Noch einmal, beachte die Formulierung direkt. Bedenke auch, dass es verschiedene Weidenarten gibt.

Vertiefung

Wusstest du schon?
Menschen, die kein Fleisch, wohl aber tierische Produkte (z.B. Milch, Eier usw.) essen, werden bekanntlich Vegetarier genannt. Menschen hingegen, deren Ernährung rein aus pflanzlichen Produkten besteht, die also gänzlich auf jegliche Form von tierischen Produkten verzichten, werden als Veganer bezeichnet.



Die Käfer und Insekten in dem Weidenwald aus unserem Beispiel fressen Weidenblätter. Mache nun die Frösche ausfindig: Woher beziehen die Frösche ihre Energie? Was fressen sie? Welcher Organismus bezieht seine Energie von den Fröschen? Nachdem du dich eine Weile lang mit diesem Nahrungsnetz auseinandergesetzt hast, sieht es sicherlich nach einer "Schlange-frisst-Frosch-Welt" aus! Eine Energiequelle, die in diesem Nahrungsnetz nicht abgebildet ist, ist die, durch die die Weiden ihre Energie beziehen. Sicherlich erinnerst du dich daran, dass die Sonne die Energiequelle ist, von der die meisten Pflanzen (auch die Weiden) ihre Energie beziehen!

Mitglieder eines Nahrungsnetzes

Generell unterscheiden Ökologen zwei Typen von Organismen aaufgrund der Art und Weise, wie sie ihre Energie beziehen. Demzufolge nennen sie diejenigen Organismen, die ihre Energie durch die Sonne beziehen, Produzenten. Diese produzieren Zucker, den andere Organismen aufnehmen, wenn sie Produzenten fressen und dann dazu nutzen, sich zu bewegen, zu wachsen und fortzupflanzen. Bei den meisten Produzenten handelt es sich um grüne Pflanzen, da sie Sonnenenergie zur Fotosynthese nutzen.

Vertiefung

Hast du schon einmal überlegt, dich vegetarisch zu ernähren? Warum oder warum nicht? Hast du dir vielleicht sogar schon einmal überlegt, Veganer zu werden? Warum oder warum nicht?



Organismen, die ihre Energie dadurch erhalten, dass sie andere Organismen fressen, werden Konsumenten genannt. Sie konsumieren folglich die Energie, die von anderen Lebewesen produziert wurde. Konsumenten können auch in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. So werden beispielsweise Kühe oder Kaninchen, die nur Pflanzen fressen, Herbivoren genannt. Wie schon erwähnt gibt es auch Menschen, die sich entscheiden, als Herbivoren zu leben. Andere Konsumenten, wie zum Beispiel der Weißkopfadler oder einige Wildkatzen, die sich ausschließlich von anderen Tieren ernähren, werden Karnivoren genannt. Wiederum andere Konsumenten ernähren sich gleichermaßen von Pflanzen wie von Tieren und werden Omnivoren genannt. Hierzu zählen zum Beispiel der Blauhäher oder der Mensch. Die andere große Gruppe von Konsumenten ist die der Zersetzer oder auch Destruenten. Zersetzer beziehen die Energie, die sie brauchen, indem sie Überreste von bereits toten Organismen fressen. Zu der Gruppe der Destruenten gehören unter anderem Organismen wie Würmer, einige Schnecken, Pilze, Mistkäfer und Geier.

Energiepyramiden

Während Energie durch eine Biozönose fließt, ändert sie ihre Form. Wann immer ein Formwechsel stattfindet, geht ein Teil der Energie verloren. Denk beispielsweise an eine Glühbirne: Während die Glühbirne Strom in Licht verwandelt, wird sie heiß. Der Teil der Energie, der in Wärme und nicht in das nützliche Licht verwandelt wird, gilt als verloren. Auf gleiche Weise verwandelt ein Motor Benzin in Bewegung, während ein Teil davon als Wärme verloren geht. Sogar du verlierst einen Teil deiner Energie. Dein Körper verwandelt eine Schale Müsli in Energie, die du darauf verwenden kannst, zu lernen oder zu spielen. Jedoch wird ein Teil der Energie auch dazu genutzt, um deine Körpertemperatur zu regulieren, dir dabei zu helfen deine Nahrung zu verdauen und eine Menge anderer Aufgaben zu ermöglichen, mit denen verschiedene Körperfunktionen aufrechterhalten werden. Obwohl die Verdauung und die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur wichtig sind, betrachten Wissenschaftler dies als Energieverlust.

Wissenschaftlern ist es wichtig, den Energiefluss in Biozönosen zu beobachten. Dementsprechend untersuchen sie, wie Energie in Biozönosen fliesst und verloren geht. In einer Studie hat eine Gruppe von Ökologen alle Produzenten, Herbivoren und Karnivoren in einem Feld mit Wiesen-Rispengras gezählt. Sie haben herausgefunden, dass 5.842.424 Gräser und Halme als Nahrungsgrundlage für 708.624 Herbivoren (z.B. Grashüpfer) dienen. Diese Herbivoren wiederum nähren 354.904 Karnivoren, wie Spinnen, Ameisen und Käfer. Die 354.904 Karnivoren dienen den drei Spitzen-Karnivoren (Vögel, Maulwürfe usw.) als Nahrung. Das Nahrungsnetz, das die Ökologen studiert und beschrieben haben, bildet eine ökolgische Pyramide. Was ist eine ökologische Pyramide? Lass uns zunächst überlegen, was eine Pyramide ist. Hierbei handelt es sich um ein Gebäude, bei dem jede Etage oder Ebene aus weniger Steinen besteht als die darunter liegende. Das ist bei einer ökologischen Pyramide vergleichbar: Jede Ebene besteht aus weniger Organismen als die darunter befindliche. In einer solchen Pyramide gibt es ganz weit unten viele Produzenten, von denen sich wenige Herbivoren ernähren, von denen sich wiederum noch weniger Karnivoren ernähren. Dies wird im Nahrungsnetz für das Feld mit Wiesen-Rispengras abgebildet. Mit jeder Ebene, die man in dieser Pyramide weiter in Richtung Spitze geht, findet man weniger Organismen, die anderen Organismen als Nahrungsgrundlage dienen, als auf der Ebene davor.

Warum, glaubst du, gibt es in diesem Wiesen-Rispengrasfeld an der Spitze nur drei Karnivoren aber 5.842.424 Graspflanzen?

Refexion

Überprüfe dich selbst!
Was, glaubst du, ist mit dem folgenden Satz gemeint: "Sie ernährt sich in der Nahrungskette weiter unten." Was meinst du: Wenn jeder ein Herbivore oder ein Karnivore wäre, könnte man dann mehr oder weniger Menschen ernähren, wenn die Menge an Land, die dazu zur Verfügung steht, gleich bleibt?



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Auf dem Weg von einer Verbraucherebene der Lebensgemeinschaft auf eine andere geht Energie verloren. Herbivoren nutzen nahezu 90% der Energie, die sie dadurch erhalten, dass sie Gras fressen. Diese Energie verwenden sie, um sich zu bewegen, zu verdauen und sich fortzupflanzen. Nur rund 10% der Energie aus dem Gras wird in Energie verwandelt, die von den Konsumenten, welche die Herbivoren fressen, genutzt werden kann. Also sind für einen Karnivoren nur 10% der Energie verfügbar, die zuvor im Gras war. Generell werden nur etwa 10% der Energie von einer Ebene der Nahrungskette auf die nächste transferiert. Aus diesem Grund hat eine Biozönose viel mehr Produzenten als Herbivoren und entsprechend mehr Herbivoren als Karnivoren.

Die Anzahl der jeweiligen Individuen in einer Lebensgemeinschaft zu zählen und zu beobachten, wie sie in verschiedene Nahrungsketten passen, ist eine Möglichkeit, wie Ökologen den Energiefluss in einer Biozönose bestimmen. Wissenschaftler nutzen auch eine Methode, bei der sie die Menge an Energie messen, die an jeder Ebene weitergegeben wird. Für die Messung von Energie kann man die Einheit Kalorie verwenden. Eine Kalorie entspricht der Menge an Energie, die aufgewendet werden muss, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um ein Grad Celsius anzuheben.

LaMont Cole, ein Wissenschaftler an der Cornell Universität (Ithaca, New York), hatte sich einmal vorgenommen zu messen, wie viele Kalorien in einer Nahrungskette im Cayuga-See weitergereicht werden. Er fand heraus, dass für je 1000 Kalorien, die von Algen im See produziert wurden, nur jeweils 150 Kalorien an kleinste Herbivoren, genannt Zooplankton, weitergegeben wurden, die sich von den Algen ernährten. Von den 150 Kalorien, die das Zooplankton speicherte, wurden wiederum nur 30 Kalorien an einen kleinen Fisch (Stint) weitergegeben, der sich vom Zooplankton ernährte. Von diesen 30 Kalorien, die dieser Fisch aufgenommen hatte, gelangten nur 6 Kalorien zum Menschen, der den Fisch verspeist hat. In anderen Worten: Von den 1000 Kalorien, die ursprünglich in den Algen festgestellt wurden, haben den Mensch nur 6 Kalorien als nutzbare Energie erreicht.



Aufgabe

Fragen zur Überprüfung

  1. Was ist ein Produzent?
  2. Was ist ein Konsument?
  3. Was passiert mit der nutzbaren Energie, wenn sie von einer Form in eine andere umgewandelt wird?
  4. Was passiert mit der Energie in einem Organismus, wenn dieser von einem anderen Organismus gefressen wird?
  5. Zeichne eine ökologische Pyramide, in der du Produzenten, Herbivoren und Karnivoren verwendest.

Einzelnachweise