Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

2.2Beispiel eines Ökosystems
2.2.1Nahrungsbeziehungen
  • Teich
  • Nahrungskette, Biologisches Gleichgewicht

Nachdem wir nun die Lebensbeziehungen einiger Organismen
zu ihrer Umwelt betrachtet haben, wollen wir uns einem Ökosystem
als Ganzes zuwenden. Bisher haben wir Landtiere näher untersucht,
also wird es Zeit mal ein Gewässer zu analysieren; wir wollen einen
Teich als Modell
für ein Ökosystem
heranziehen.

_pondmap - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Auf der Seite http://www.schnet.edu.au/yarrawater/mp.htm
kann man das Ökosystem Teich sehr umfassend erforschen.
In http://www.arch.usf.edu/ficus/ecosyst/outside.htm
finden Sie ein Liste vieler verschiedener Ökosysteme zum herumsurfen.
Deshalb beschränken wir uns hier auf das Wesentliche.

Die Abbildung zeigt einen Teich mit Zufluß,
Freiwasserbereich (= Pelagial)
und Bodenbereich (= Benthal).
Den Bodenbereich kann man wiederum in die Uferzone ( = Litoral)
und Tiefenzone (= Profundal)
aufgliedern.

Darin findet man z. B. folgende Organismen:

  • Bakterien und
    Pilze
  • Wasserpflanzen wie Farne, Wasserhyazinthen,
    Wasserpest, Wasserlilien, Seerosen
  • Rädertierchen,
  • Süßwasserpolypen,
  • Phytoplankton wie Euglena,
  • Zooplankton
  • Würmer wie Röhrenwürmer,
    Plattwürmer
  • Krebstiere, wie Wasserflöhe
    und Ruderfußkrebse
  • Weichtiere wie Schnecken und Muscheln
  • Insekten wie Stechmücken,
    Libellen, Fliegen, Wasserwanzen, Wasserläufer, Springschwänze,
    Wasserkäfer, deren Larven
  • Spinnen, Wassermilben
  • Amphibien wie Frösche und
    Kaulquappen
  • Fische wie Forellen und Karpfen
  • Reptilien wie Schildkröten
    und Schlangen
  • Vögel wie Enten und Reiher
  • Säugetiere wie Wasserratten

Diese stehen in vielfachen Wechselbeziehungen
zueinander. Man bezeichnet diese als biozönotischer Konnex. Sie
bilden ein Nahrungsnetz.

Wir erinnern uns: Lebewesen benötigen
eine Energiequelle, Wasser und
Nahrung.
Überlegt man sich, wer sich von wem oder was
ernährt, kommt man schnell darauf, daß es bezüglich der
Ernährungsweise 3 Gruppen Organismen gibt:

  • Pflanzen ernähren
    sich von anorganischen Stoffen (Salzen, CO2) und benötigen
    Licht
  • Pflanzenfresser
    nehmen das organische Material der Pflanzen auf
  • Tierfresser
    nehmen das organische Material der Tiere auf

 So ergibt sich folgende Nahrungskette:


Mineralstoffe, CO2
<– Pflanzen <– Pflanzenfresser <– Tierfresse
r.

Zu bemerken ist, daß in der Natur eine solch lineare
Nahrungskette selten vorkommt. Man findet meist ein ganzes Netzwerk gegenseitiger
Abhängigkeiten.

Wie wir aus vielen Beispielen wissen, funktionieren
in der Natur bei relativ konstanten Umweltbedingungen die Nahrungsbeziehungen.
Die Populationen schwanken zwar, trotzdem ist für jeden ausreichend
Nahrung vorhanden. Es muß also genügend Pflanzenfresser als
Futter für die Tierfresser geben, genügend Pflanzen für
die Pflanzenfresser und ausreichend Mineralstoffe für die Pflanzen.
Betrachtet man die obige Kette alleine, so ergeben sich 2 Probleme:

  1. Den Mitgliedern einer solchen Kette geht irgendwann
    die Nahrung aus wenn z. B. die Mineralstoffe verbraucht sind.
  2. Was passiert mit den gestorbenen Mitgliedern der
    Kette?

Es muß also noch jemanden geben, der für
die Beseitigung der Kadaver und Pflanzenreste sorgt und der Mineralstoffe
(Dünger) produziert.

Wir haben beim Kompostierungsbeispiel gesehen, wer dafür
sorgt: die Mikroorganismen und Wirbellosen im Boden. Benennt man
die Organismengruppen einer Nahrungskette nach ihrer Funktion so kann
man

  • die Mikroorganismen als Destruenten
    (Abbau organischen Materials zu anorganischen
    Stoffen)
  • die Pflanzen als Produzenten
    (Synthese organischen Materials aus anorganischem
    durch Photosynthese)
  • und die Tiere und als Konsumenten
    (Aufnahme organischer Stoffe zur Verstoffwechselung
    und Energiegewinnung)

bezeichnen.

Wir müssen also die Nahrungskette von oben ergänzen:

nkette2 - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Das Phytoplankton und die Wasserpflanzen bilden die Produzenten.
Pflanzenfresser wie Kleinkrebse nehmen die organischen Stoffe, die die
Pflanzen gebildet haben auf (Konsument
1. Ordnung
). Der Wasserläufer als Tierfresser ernährt
sich von anderen Kleintieren ( Konsument 2. Ordnung), wird aber
selbst von Fischen oder Vögeln gefressen (Konsumenten 3. Ordnung).
Die Destruenten 1. und 2. Ordnung wandeln die abgestorbenen organischen
Reste in anorganische Nährstoffe für die Pflanzen um.

nkette1 - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Für andere Ökosysteme
kann man den gleichen Kreislauf formulieren. Die obigen Abbildungen sind
stark vereinfacht und in Wirklichkeit viel komplizierter.

In einem solchen Nahrungskreislauf herrscht unter natürlichen
Bedingungen ein biologisches
Gleichgewicht
, d. h.
es findet ein ständiger Substanzfluß statt.
Da Energie weder geschaffen noch vernichtet werden kann und immer vom
höheren zum niedrigeren Niveau fließt (Gesetze der Thermodynamik),
gibt es den Energiefluß nur in eine Richtung, und zwar von der Sonne
durch die Lebewesen hindurch und als Wärme in die Atmosphäre.

Analysieren wir mal den Weg der Stoffe von den Produzenten
zu den Konsumenten.

stoff1 - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Die Produzenten bilden mit
Hilfe von Licht durch Photosynthese
aus anorganischen Stoffe organische. Die Lichtenergie speichern sie in
ATP, um körpereigene Lebensvorgänge ablaufen zu lassen. Die
organischen Stoffe werden von den Konsumenten der 1. Ordnung (Pflanzenfressern)
aufgenommen. Durch die Verdauung werden Kohlenhydrate, Fette und Proteine
in Glucose, Fettsäuren und Aminosäuren zerlegt und zum
Aufbau körpereigener Substanz verwendet. Die Glucose wird zum Energiegewinn
abgebaut, woraus die Konsumenten wieder ATP für die Lebenvorgänge
gewinnen. Dieser Vorgang heißt Zellatmung.
Interessant ist, daß er gerade umgekehrt verläuft wie die Photosynthese!

Wenn Sie ihre Chemiekenntnisse anwenden, sehen Sie,
daß die Oxidationsstufe des Kohlenstoffs im CO2 +IV und
in der Glucose meist 0 ist.

Das bedeutet, die Photosynthese ist eine Reduktion
( energieverbrauchend = endergonisch),
die Zellatmung eine Oxidation (energieproduzierend = exergonisch),
was man am Verbrauch von O2 sehen kann.

Konsumenten der 2. Stufe, (Tierfresser)
nehmen ebenfalls organische Stoffe von den Konsumenten der 1. Stufe
auf, und verstoffwechseln diese usw.

Betrachten wir noch den Stoffwechsel der Destruenten.

Die grundsätzlich wichtigsten Destruenten
sind die Bakterien.
Dazu gehören Schwefelbakterien
in Teichen, Seen, Rieselfeldern der Arten Beggiatoa und Thiothrix.
Weiterhin sind nitrifizierende
Bakterien
der Gattung Nitrosomonas
und Nitrobacter wichtig.

Abgestorbenes organisches Material wird durch Fäulnisbakterien
(anaerob) zersetzt, wobei u. a. H2S und NH3
ensteht. Die Schwefelbakterien oxidieren H2S zu Schwefel und
weiter zu Sulfat. Die nitrifizierenden Bakterien oxidieren Ammoniak zu
Nitrit und weiter zu Nitrat.

Beggiatoa/
Thiothrix:
H2S + 0,5 O2 —–>
S +H2O; S + H2O +1,5 O2 —–>
SO42- +2 H+
Nitrosomonas:NH3 + 1,5 O2 —–>NO2
+ H2O + H+
Nitrobacter:NO2 + 0,5 O2 —–> NO3

Die Bakterien gewinnen dabei Energie
zum Leben. Wie man sieht, brauchen sie O2, sie sind aerob.
Eine genaue Liste und mehr Details zur Nitrifikation sieh in http://burgundy.uwaterloo.ca/biol446/chapter8.htm

NO3 und SO42-
sind Dünger für Pflanzen, womit sich der Kreislauf der Materie
wieder geschlossen hat.

Produzenten und die Konsumenten der verschiedenen Stufen
bilden eine Nahrungspyramide.

npyra1 - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Das bedeutet, die Produzenten sind in gewaltiger
Überzahl
vorhanden (z. B. ein Wald mit Millionen von Pflanzen),
weit weniger Pflanzenfresser nutzen dieses Nahrungsangebot (die
Anzahl der Rehe oder Eichhörnchen ist überschaubar) und wenige
Tierfresser
(z. B. Füchse, Uhus) finden ihre Nahrung unter
den Pflanzenfressern.


Abb. 1

Ökosystem Teich

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 2

Nahrungskreislauf Teich

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 3

Nahrungskreislauf Wald/Wiese

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 4

Stoffwechselwege

 


Abb. 5

Fäulnisbakterium
 
zap0534 - Nahrungsbeziehungen, Nahrungsnetz & Energiefluss

Nitrosomonas europaea

 

 

 


Abb. 6
Nahrungspyramide
 

 

Weiterführende Quellen:

Ökosystem Teichhttp://www.uni-potsdam.de/u/zfu/ub/vc/3_oekosysteme.htm
Ökosystem Salzwiesen
im Wattenmeer
http://www.erft.de/schulen/ggb/salzw/swinh.html
Ökosystem Regenwaldhttp://www.ran.org/ran/info_center/factsheets/index.html
Ökosystem Korallanriff:http://www.cyberlearn.com/zones.htm
Ökosystem Galapagos
/Antarktis:
http://www.terraquest.com/
Erde/Ozeane usw.:http://www.athena.ivv.nasa.gov/index.html
Bakterien im Teichhttp://commtechlab.msu.edu/CTLProjects/dlc-me/zoo/
http://pubnix.net/~spond/filter/nitrogen.html
Fische im Korallenriff:http://www.geocities.com/RainForest/2298/index.html
Phytoplanktonhttp://www.cedareden.com/phyto.html
Nitrifikation:http://ucs.byu.edu/bioag/aghort/514pres/nitrify/sld004.htm
http://www.agcom.purdue.edu
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