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Ökosysteme
Auf einem Hektar Regenwald Costa Ricas können mehrere
Hundert Baumarten wachsen, ein einziger Baum ist Lebens- raum für Dutzende von Aufsitzerpflanzen (Epiphyten) und Hunderte von Tierarten: Tropische Regenwälder sind die Zen- tren der Artenvielfalt auf der Erde. Über die Hälfte aller Tier- und Pflanzenarten leben hier auf nur 7 % der Landoberfläche. Aber auch ein Buchenwald im Spessart, der Bodensee oder ein Gartenteich bilden komplexe Ökosys- teme. Wie lassen sich diese Systeme aus einem Biotop und einer Biozönose beschreiben? Die Beziehungen der Lebewesen sind vielschichtig und schwer durchschaubar verflochten. Zudem sind sowohl Ökosysteme als auch Popu- lationen und Biozönosen nicht scharf begrenzt. Gerade Übergangsbereiche zeichnen sich oft durch große ökologische Vielfalt aus. Innerhalb von Ökosys- temen laufen zwei dynamische Prozesse ab, der Kreislauf der Elemente und der Energiefluss. Alle Großökosysteme sind das Ergebnis eines fortwäh- renden, oft Jahrmillionen zurückreichenden Evolutionsprozesses und unter- liegen auch in der Gegenwart und Zukunft stetigen Veränderungen.
Aufgaben (^1) Nenne Arten, die typisch für die gezeigten Ökosysteme sind, und beschreibe ihre ökolo- gische Nische. (^2) Finde heraus, weshalb die Urwälder Mittelamerikas als „Hotspot der Artenbildung“ be- zeichnet werden. Beziehe geologische Prozesse in deine Überlegungen mit ein. 3 Versuche zu erklären, weshalb der Kronenraum der Tropenwälder Gegenstand intensiver Forschung sein könnte. 4 Begründe, weshalb man davon spricht, dass Energie durch ein Ökosystem fließt und Ele- mente innerhalb eines Ökosystems zirkulieren. 5 Könnte ein Ökosystem auch ohne Pflanzen, Tiere, Pilze oder Bakterien längere Zeit funkti- onieren? (^6) Definiere die Begriffe autotroph, heterotroph, fototroph und chemotroph.
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
Aufbau von Ökosystemen. Auch im Aquarium findet man die vier typischen Grundkomponenten eines jeden Ökosystems:
- Abiotische Umwelt: Hierzu gehören das Wasser, Mine- ralstoffe, O 2 , CO 2 , Strahlung in Form von Licht und Wär- me sowie der Boden.
- Produzenten (Erzeuger): Dies sind autotrophe Organis- men, die Biomoleküle oder organische Moleküle aus anorganischen Teilchen aufbauen. In diese Gruppe ge- hören die fototrophen Pflanzen und Algen.
- Konsumenten (Verbraucher): Sie ernähren sich hetero- troph. Zu den Nutznießern der autotrophen Produktion gehören zunächst Algen und pflanzenfressende Tiere. Diese sogenannten Primärkonsumenten werden von fleischfressenden Tieren verzehrt, den Sekundärkonsu- menten. Das letzte Glied einer Nahrungskette des Fres- sens und Gefressenwerdens wird als Endkonsument bezeichnet. Da sich nur wenige Tiere ausschließlich von einer einzigen Pflanzen- oder Tierart ernähren und kaum eine Tierart von nur einem Räuber bedroht ist, verzweigen sich Nahrungsketten im Ökosystem zum komplexen Nahrungsnetz (▶ Seite 139 ).
- Destruenten (Zersetzer): Abgestorbene Teile und Aus- scheidungen von Tieren bilden den noch energiereichen Detritus. Diesen nutzen Destruenten. Dazu zählen Ab- fallfresser wie die Schlammröhrenwürmer Tubifex und Wasserasseln sowie Mineralisierer wie Pilze und Bakte- rien. Die Zersetzungsprodukte werden wieder zu Be- standteilen der abiotischen Umwelt. Alle biotischen Komponenten eines Ökosystems bauen Biomasse auf. Unter Biomasse versteht man die Masse lebender Organismen einer Flächen- oder Volumenein- heit.
Ein Aquarium ist ein künstlich gestaltetes Ökosystem (▶ Bild 1 ). Das hell platzierte Becken mit einer Boden- schicht aus Sand und Kies ist mit planktonhaltigem Teichwasser bis fast zum Rand gefüllt, mit Wasserpflan- zen sowie mit Süßwasserschnecken bestückt und mit einer Glasplatte abgedeckt.
Aufgaben 1 Beschreibe die abiotischen und biotischen Faktoren dieses Miniökosystems. 2 Übertrage Bild 1 als Schema in dein Heft. Erstelle ein beschriftetes Pfeildiagramm, das grundlegende Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten darstellt. (^3) Handelt es sich bei diesem Aquarium um ein offenes, isoliertes oder geschlossenes System? Begründe dei- ne Entscheidung. (^4) Welche Veränderungen wird man beobachten kön- nen, wenn das belichtete Becken einige Wochen sich selbst überlassen bleibt? Würde das Abnehmen der Glasplatte, unter der Annahme, dass verdunstetes Wasser durch Leitungswasser ersetzt wird, das Sys- tem beeinflussen? 5 Das Aquarium wird nach einigen Tagen dunkel ge- stellt. Erkläre die Folgen dieser Umweltveränderung. 6 In das Aquarium wird ein Guppy-Pärchen eingesetzt. Diese Fische ernähren sich sowohl vegetarisch als auch von Kleintieren (einschließlich ihrer eigenen Lar- ven), sind lebendgebärend und bevorzugen eine Was- sertemperatur von 18 bis 23 °C. Inwiefern werden die Fische die Lebensgemeinschaft beeinflussen? 7 Nenne die primäre Energiequelle und beschreibe den Energiefluss innerhalb dieses Ökosystems.
Licht
Süßwasser- polyp (mit Fotosynthese betreibenden Grünalgen)
Mineralsto≠e (z. B. NO 3 )
Algen Algen
Bakterien
Panto≠el- tier
Schlamm- schnecke
Posthorn- schnecke
Schlamm- röhren- würmer
Schnecken- egel
Wasser- flöhe
Detritus
Bakterien
Das Aquarium – Modell eines Ökosystems
1 Ökosystem Aquarium
Ökosysteme
Der Holzsteg führt anschließend über die Tauchblatt- zone mit verschiedenen Laichkrautarten, Hornblatt und Tausendblatt. Bei diesen Unterwasserpflanzen erhebt sich nur noch der Blütenstand über das Wasser. Lockeres Durchlüftungsgewebe verleiht den schlaffen Sprossen Auftrieb und verbessert den Gaswechsel, begrenzt aber auch aufgrund des zunehmenden hydrostatischen Was- serdrucks die maximale Wassertiefe auf etwa 8 m. Bis zur Tiefengrenze des für die Fotosynthese noch nutzbaren Lichts dringen in sauberen Seen die Armleuchteralgen vor, die keine Lufträume enthalten und somit auch nicht zusammengedrückt werden können. Freiwasserzone. Vom Uferbereich weiter Richtung tiefes offenes Wasser können an ruhigen Stellen ohne große Wasserbewegung an der Oberfläche frei schwimmende Pflanzen wie die nur wenige Millimeter großen Wasser- linsen, deren Wurzeln frei im Wasser hängen, dichte De- cken bilden. Die Freiwasserzone im Zentrum des Sees ist aber vor allem der Lebensraum der schwebenden Klein- lebewesen, des Planktons, sowie der Fische. Diese Orga- nismen kommen auch in der Uferzone vor. Nähr- und Zehrschicht eines Sees. Im Sommer entwi- ckeln sich in der Nährschicht, der oberen, durchlichteten Schicht der Freiwasserzone, bei guter Versorgung mit Mineralstoffen dichte Algenpopulationen, sodass das Wasser grünlich erscheint. Während dieser sogenannten Algenblüte wird das Oberflächenwasser so mit Sauer- stoff übersättigt, dass der nicht mehr lösliche Teil in die Luft entweicht. Destruenten, heterotrophe Planktonorganismen und Bakterien leben in allen Schichten des Sees, insbesonde- re aber in der Zehrschicht, der dunklen, pflanzenfreien Zone der Freiwasserzone, und am Gewässergrund, der
Bodenzone. Die Grenze verläuft dort, wo die Lichtintensi- tät für die Fotosynthese zu gering wird, je nach Klarheit des Wassers zwischen 7 und 30 m. Der Abbau und die Mineralisierung der toten Biomasse erfolgen teilweise noch in der Nährschicht. Schwerer ab- baubare Biomasse und Tierleichen sinken in die Zehr- schicht ab. Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, kann dort die Mineralisierung vollständig erfolgen. Steigen übel riechende Gasblasen vom Grund auf, liegen dort an- aerobe Bedingungen vor. Dabei entstehen neben Me- than durch den Abbau von Eiweißmolekülen die Faul- gase Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Unvollständig zersetzte Biomasse sammelt sich am Boden als schwar- zer Faulschlamm an. Derartige Prozesse können unter ungünstigen Bedingungen bereits im Juni ablaufen.
Aufgaben 1 Ordne den Ziffern in Bild 3 auf Seite 122 die im Text beschriebenen Lebensräume zu und vergleiche mit Bild 1 auf derselben Seite. (^2) Erkläre, warum Schwimmblattpflanzen Spaltöffnun- gen nur auf der Blattoberseite besitzen. 3 Informiere dich über den Lotuseffekt und begründe den biologischen Zweck. 4 Viele der zum Plankton zählenden Algenarten können sich nicht aktiv, beispielsweise durch Geißeln, fortbe- wegen. Sie lagern aber oft Gasbläschen oder Öltröpf- chen ein. Zusätzlich bilden manche Arten scheiben- förmige Kolonien, Gallerthüllen oder Körperfortsätze. Versuche diese Angepasstheiten physikalisch zu be- gründen. 5 Überlege, welche Bedeutung die Begriffe „Nähr- schicht“ und „Zehrschicht“ haben könnten.
Prokaryoten: Cyanobakterien („Blaualgen“)
Eukaryoten: Protisten
Euglenen (^) Dinoflagellaten Kieselalgen
Grünalgen Jochalgen
Euglena
Augen- tier
Ceratium Cyclotella Pinnularia^ Tabellaria
Chlorella Pediastrum^ Mougeotia^ Zygnema
Stephanodiscus
Gallert- hülle
Anabaena Oscillatoria
1 Phytoplankton
Ökosysteme
Schilfnahrung benötigen sie täglich ihr eigenes Körper- gewicht (im Durchschnitt 800 g). Graureiher jagen vor allem Fische zwischen 10 und 25 cm Länge. Der tägliche Bedarf liegt bei 350 – 500 g. Karpfen wühlen mit ihrem rüsselartig vorstülpbaren, zahnlosen Maul am Boden nach Würmern und Insekten- larven. Rotfedern leben gesellig im pflanzenreichen Ufer- bereich. Die 20 – 40 cm langen Fische sind Allesfresser. Hechte lauern im Dschungel der Wasserpflanzen nach Fischen, Fröschen und Vögeln. Das Entenschnabelmaul
ist mit etwa 700 Zähnen bewehrt. Alte Hechte können bis zu 1 , 5 m Länge und 30 kg Gewicht erreichen. Zur Ei- ablage ist der Fisch auf Wasserpflanzen angewiesen; manchmal bleibt der klebrige Laich im Gefieder von Wasservögeln hängen und wird so in andere Gewäs- ser übertragen. Fische werden wie die Wasserschnecken von Egeln parasitiert. Die Blut- sauger bleiben einige Tage oder Wochen an ihrem Wirt. Kaulquappen raspeln mit- hilfe ihrer verhornten Kie- fer und kleinen Zähnchen an Wasserpflanzen, Tierlei- chen und Algenüberzügen. Nach der Metamorphose bleiben einige Amphibien- arten wie der Grüne Was- serfrosch ständig in ihrem Laichgewässer. Männchen locken ab Ende April mit weithin hörbarem Quaken Weibchen an.
Ökosystem See: Wechselbeziehungen der Tiere und Pflanzen
Biber gehören zu den wenigen Tieren, die die höheren Pflanzen der Uferzone als Nahrung nutzen. Während der Sommermonate fressen sie bevorzugt weiche, unver- holzte Ufer- und Wasserpflanzen wie Schilf oder Seero- sen. Insbesondere gegen Ende der Vegetationszeit be- ginnen Biber ausgewählte Laubbäume wie Pappeln und Weiden zu fällen und die nährstoffreiche Rinde von den Ästen und Zweigen zu schälen. Erlen, die reich an Gerb- säuren sind, werden gemieden. Die Säuren bringen Ei- weiß zum Gerinnen und stellen somit Schutzstoffe ge- gen Tierfraß dar. Kolbenenten tauchen unter Wasser und ernähren sich hauptsächlich von Unterwasserpflanzen und Algen. Stockenten sind Allesfresser, die mit ihrem Lamellen- schnabel Wasserlinsen, aber auch Würmer, Schnecken, Kaulquappen, Insektenlarven und sogar kleine Fische aus dem Wasser herausfiltern. Blesshühner ernähren sich saisonal sehr unterschiedlich. Kleine Muscheln, die sehr proteinreich sind, werden bevorzugt gefressen. Bei reiner
1 Biber
4 Blesshuhn
6 Karpfen
8 Hecht
7 Rotfeder
2 Die Kolbenente, eine Tauchente
5 Graureiher 10 Kaulquappe
3 Die Stockente, eine Schwimmente
9 Fischegel an einem Hecht
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
Jahreszyklische Veränderungen im See
In unseren Breiten unterliegt der Wasserkörper in ste- henden Gewässern aufgrund der jahreszeitlichen Verän- derungen, der Sonneneinstrahlung und der Temperatur zyklischen Veränderungen. Dadurch werden die Lebens- vorgänge im See erheblich beeinflusst. Die besonderen physikalischen Eigenschaften des Wassers spielen dabei eine wesentliche Rolle. So sind Dichte und Löslichkeit von Gasen, wichtige abiotische Faktoren für die Organismen im See, temperaturabhängig. Sommerstagnation. Die durch Sonneneinstrahlung er- wärmte Schicht, auch Deckschicht genannt, wird durch Wind immer wieder umgewälzt. In der darunter liegen- den Sprungschicht sinkt die Temperatur rasch ab. Unter- halb dieser unsichtbaren Grenzzone bleibt die Tempe- ratur den ganzen Sommer konstant bei 4 °C. Diese Wärmeschichtung nennt man Sommerstagnation.
2 Temperatur- und Sauerstoffverteilung im Sommer
Aufgaben 1 Erkläre den Kurvenverlauf der Sauerstoffverteilung (▶^ Bild 2 ). Beziehe in deine Überlegungen die Vertei- lung der verschiedenen Organismengruppen und die jeweils ablaufenden Stoffwechselprozesse ein. (^2) Obwohl in den obersten 5 m rund 75 % der gesamten Algenmasse produziert werden und in 10 m Tiefe die Fotosyntheseaktivität nur noch etwa 5 % des Wertes von 1 m Tiefe beträgt, hält sich in den obersten 10 m nur B/D des Algenplanktons auf, in den oberen 30 m aber X. Finde für diesen Befund eine Erklärung.
Wassertiefe in m
(^25) 0 10 20 30 40 15 Sauersto≠gehalt in mg pro l
Wassertemperatur in °C 20
12
15
9
10
6
5
3
Wasser hat seine größte Dichte bei 4 °C, daher schwimmt Eis auf Wasser oder wärmeres Wasser auf kälterem. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Wassers erklärt, dass sich im Sommer nur das Oberflächenwasser erwärmt, das dann auf dem kalten Tiefenwasser schwimmt.
Aufgabe (^3) Wie könnte man die Dichteanomalie des Wassers physikalisch-chemisch erklären?
Herbstzirkulation. Im Herbst nimmt mit sinkendem Sonnenstand die Lufttemperatur ab und damit gibt das Oberflächenwasser eines Sees Wärme an die Umgebung ab. Die stabilen Wasserschichten verschwinden auf- grund der sich angleichenden Dichte der Wassermassen. Herbststürme können das 4 °C kalte Wasser vollständig durchmischen. Man bezeichnet diesen Vorgang als Voll- zirkulation. Gleiche Vorgänge laufen im Frühjahr ab.
Aufgaben 4 Zeichne wie in Bild 2 ein entsprechendes Diagramm der Sauerstoff- und Temperaturverteilung eines Sees im Herbst. 5 Erkläre, weshalb es im Winter wieder zu einer stabilen Schichtung (Winterstagnation) kommt. 6 Skizziere die Winterstagnation entsprechend der Gra- fik in Bild 1 und zeichne ein Diagramm, das die Tempe- ratur- und Sauerstoffverteilung in Abhängigkeit der Wassertiefe darstellt. (^7) Überlege, wie sich die jahreszeitliche Verteilung der Mineralstoffkonzentration (Nitrat, Phosphat) in der Deckschicht und in der Tiefenschicht verändern wird. (^8) Die Blaufelchen, eine im Bodensee vorkommende Fischart, laichen Ende November an der Wasserober- fläche ab. Die Eier sinken auf den Grund, wo sie sich in drei bis vier Monaten zu Jungfischen entwickeln. Wel- che Folgen für den Blaufelchenbestand hätte ein Aus- bleiben der Herbststürme?
Wind
20 °C
4 °C
6 °C
10 °C
18 °C
Wind
4 °C
4 °C
8 °C
1 Sommerstagnation 3 Herbstzirkulation
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
PRAKTIKUM
Um ein möglichst vollständiges Bild eines Gewässers zu gewinnen, werden Gewässeruntersuchungen durchge- führt und dokumentiert. So kann der jeweilige Zustand des Gewässers beurteilt oder eine Entwicklung beobach- tet werden. Nach Beobachtung und Bestimmung werden alle Tiere wieder in ihren Lebensraum zurückgesetzt!
Bestandsaufnahme Material: Bestimmungsliteratur, Schnappdeckelgläser, Lupen, Becherlupen, Digitalkamera, Zeichenmaterial, Kompass Zunächst werden alle Pflanzen und Tiere bestimmt, die in der Umgebung des Gewässers und im Uferbereich zu finden sind. Das Ergebnis ist eine Artenliste (▶ Bild 1 ).
1 Beispiel einer Artenliste
Aufgabe (^1) Vergleiche das Ergebnis deiner Artenliste mit Anga- ben aus der Literatur oder mit Artenlisten anderer Ge- wässer.
Tipp: Artenlisten verschiedener Gewässer sind bei den Wasserwirtschaftsämtern erhältlich.
Untersuchung von Plankton Material: Planktonnetz, Thermosgefäß, Mikroskop und Zubehör (Okular mit eingebauter Messskala), Bestim- mungsliteratur Ziehe das Planktonnetz mehrmals kräftig durch das Was- ser. Zum Transport des Planktons dient das Thermosge- fäß. Beobachte die Planktonorganismen unter dem Mi- kroskop.
Aufgaben (^2) Ordne die Planktonorganismen nach ihrer Größe und bestimme die einzelnen Organismen. 3 Fertige Skizzen der einzelnen Planktonorganismen an.
Praktikum: Biologische Gewässeruntersuchung
Stahldrahtring Ø ca. 30 cm
Nylonsack
verschiedene Au∂ewahrungsgefäße
Lupe 10 -fach Bestimmungsbücher
Insektenstreifnetz bzw. Kescher
Haushaltssieb
Sack-Rädertier Wasserfloh^ Breitschwanzkrebs
Hüpferling Larve der Büschelmücke Kugelmilbe
Schlangen-Muschelkrebs
Jochalgen
Mondalge Schwebesternchen Scheibchen- Kieselalge
Malteser- kreuzalge
Kieselalgen
Gürtelalge Zackenrädchen^ Maulbeer-Grünalge
Cynobakterien („Blaualgen“) (^) Netzblaualge
Grünalgen
Spanalge
2 Material für die Planktonuntersuchung
3 Verschiedene Planktonorganismen
Ökosysteme
PRAKTIKUM
Praktikum: Berechnung des Saprobienindex
Tier- und Pflanzenarten, deren ökologische Ansprüche an die Sauberkeit und den Sauerstoffgehalt oder bestimmte Ionenkonzentrationen des Wassers weitgehend bekannt sind, bezeichnet man als Zeigerarten. Da die Organismen sozusagen als Dauermesssysteme im Gewässer leben, sind sie für die langfristige Überwachung der Gewässer- güte besonders geeignet. Jedem dieser Organismen ist eine Maßzahl für die Gewässergüte, der Saprobienwert s, zugeordnet. Mit Saprobien werden mikroskopisch kleine Saprobionten (▶ Seite 110 ) bezeichnet. Der Saprobienin- dex ist eine biologische DIN-Norm für die Beurteilung der Gewässergüte mit Zeigerarten und bezeichnet, grob gesagt, den Fäulniszustand eines Gewässers. Die Häufigkeit h der Zeigerart ( 1 = Einzelfund bis 7 = mas- senhaft) ist für die Wichtigkeit und Stichhaltigkeit der Einzelprobe wichtig: s · h = Einzelsumme einer Zeigerart. Die Stichprobe muss statistisch abgesichert sein. Des- halb werden noch die Häufigkeiten aller erfassten Zei- gerarten zur Gesamthäufigkeit h ges und alle Einzelsum- men zur Gesamtsumme s ges bilanziert und gewichtet: Saprobienindex = s ges : h ges Auf diese Weise wird bundesweit die Gewässergüte er- mittelt (▶^ Bild 1 ). Material: Vergleiche Material bei Bestandsaufnahme und Untersuchung von Plankton (▶^ Seite 127 ). Lege ein Protokoll entsprechend der Tabelle in Bild 1 an. Bestimme für die gefundenen Arten die jeweiligen Häu- figkeiten und die Saprobienwerte.
Aufgabe 1 Errechne den Saprobienindex für das Probegewässer und ermittle damit die Güteklasse des untersuchten Gewässers.
Alpen- strudelwurm
Hakenkäfer und Larve
Köcherfliegenlarve mit Köcher runde Eintags- fliegenlarve
flache Eintagsfliegenlarve
Bachstrudelwurm
Steinfliegen- larve
Schlamm- röhrenwurm
Rote Zuckmückenlarve
Rollegel (^) Wasserassel
Schneckenegel Kriebelmücken- larve u. -puppe
Plattegel
Mützenschnecke
weiße Strudelwürmer
Köcherfliegenlarve
Bachflohkrebs
runde Eintags- fliegenlarve
I
I–II
III– IV
III
II– III
II
Abwasser
IV
1 Ermittlung des Saprobienindex 2 Zeigerarten und Gewässergüteklassen
Zeigerart
Saprobien- wert s Häufigkeit h (^) s · h Alpenstrudelwurm Steinfliegenlarven Hakenkäfer, -larven flache Eintagsfliegenlarven Bachstrudelwurm Köcherfliegenlarven (mit Köcher) runde Eintagsfliegenlarven (m. Kiemenbüscheln) Köcherfliegenlarven (ohne Köcher) runde Eintagsfliegenlarven (m. Kiemenblättchen) Mützenschnecke Bachflohkrebs Köcherfliegenlarven (m.^3 Rückenschildern) weiße Strudelwürmer Schneckenegel Plattegel Kriebelmückenlarven, -puppen Wasserassel Rollegel Rote Zuckmückenlarven Schlammröhrenwürmer
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3,
h
Ökosysteme
Wälder in Mitteleuropa. Grundsätzlich sind für die Aus- prägung der verschiedenen Ökosystemtypen Klimafak- toren, insbesondere Temperatur und Niederschläge von entscheidender Bedeutung. Wälder entwickeln sich nur, wenn während einer mindestens dreimonatigen Vege- tationszeit Niederschläge ausreichend verteilt fallen. Sind die Sommer kühl oder kurz wie in den höheren Ge- birgslagen, gewinnen Nadelhölzer die Oberhand. Voraus- setzung für die Entwicklung der sommergrünen Laub- wälder Mitteleuropas ist ein Klima aus vier Jahreszeiten. Über einen Zeitraum von mindestens vier Monaten im Jahr liegen die Temperaturen über 10 °C und in dieser Ve- getationszeit müssen mindestens 300 – 400 mm Nieder- schlag pro m^2 für Laubentfaltung, Stoffproduktion, Blüte, Fruchtbildung und Knospenanlage der Bäume fallen. Durch die Ausprägung von Jahreszeiten bilden die Stäm- me deutliche Jahresringe aus. Folglich kämen in Deutschland ausgedehnte Nadelwäl- der von Natur aus hauptsächlich im Hochgebirge vor. Ein Blick auf unsere gegenwärtigen Waldlandschaften zeigt, dass sie vom Menschen geprägt sind. Aufgrund der seit Jahrhunderten andauernden vielfältigen Nutzungen gibt es in Deutschland fast keine intakten Naturwälder mehr. Heute sind Wälder Wirtschaftswälder, je nach Zu- sammensetzung und Wirtschaftsweise mehr oder weni- ger naturnah. Sie bedecken derzeit etwas mehr als ein Drittel der Landesfläche Bayerns. Mit 48 % ist die Fichte die wichtigste Baumart des Landes, die Buche mit 11 % die häufigste Laubbaumart.
Aufgaben (^1) Informiere dich über das Klima deiner Region. 2 Suche nach Gründen, weshalb Wirtschaftswälder überwiegend aus Fichten- oder Kiefernmonokulturen bestehen.
Ökosystem Wald: die Produzenten
3 Überlege, warum in letzter Zeit verstärkt Anstren- gungen unternommen werden, Fichten- und Kiefern- forste großflächig zu naturnahen Mischwäldern zu entwickeln. (^4) Informiere dich über das Entstehen von Jahresringen und das Alter, das einheimische Bäume erreichen kön- nen. 5 Lege eine Mindmap zur Bedeutung des Walds für den Menschen an. Recherchiere dazu im Internet. (^6) Beurteile, wie sich die Abholzung von Wäldern auf die Hochwassergefahr auswirkt. (^7) Ortsnamen mit den Endungen „-schlag“, „-reuth“, „-reith“ oder „-rot“ erinnern noch heute daran, dass viele Siedlungen in Bayern zunächst Rodungsinseln waren. Finde Beispiele.
Stockwerkaufbau in natürlich gewachsenen Mischwäl- dern. Der Stockwerkaufbau mit seinen verschiedenen Vegetationsschichten kennzeichnet naturnahe Wälder (▶^ Bild 1 ). Naturwälder sind durch ungleichen Kronen- schluss der Baumschicht und ein Mosaik aus Dickungen, Lichtungen und Kleinstlebensräumen wie Baumstümp- fen noch stärker gegliedert. Reich strukturierte Wälder mit einer hohen Dichte pflanzlicher Biomasse – bei ein- heimischem Wald rund 30 kg pro m^2 – bilden artenreiche Biozönosen. So lebt in einheimischen Buchenwäldern mit etwa 4000 Pflanzen- und 7000 Tierarten rund ein Fünftel aller in unseren Breiten vorkommenden Arten. Sie lassen sich verschiedenen typischen Lebensformen des Walds zuordnen und stehen untereinander in vielfäl- tigen Nahrungs- und Konkurrenzbeziehungen.
Aufgabe 8 Überlege, inwiefern sich das Waldklima vom „Groß“- Klima unterscheiden könnte.
Baumschicht
Strauchschicht Krautschicht Moosschicht Wurzelschicht
Bergahorn Rotbuche Eiche Fichte
1 Mischwald, Stockwerkaufbau 2 Schematische Darstellung des Stockwerkaufbaus
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
LEXIKON
Stieleiche: Die Stieleiche (Familie Buchenge- wächse) wird bis zu 50 m hoch, ihre Blätter sind un- regelmäßig gelappt, die Blüten getrenntge- schlechtig. Die Frucht (Ei- chel) sitzt an einem lan- gen Stiel in einem Fruchtbecher. Die Fort- pflanzung erfolgt durch Windbestäubung.
Bergahorn: Der Berg- ahorn (Familie Ahornge- wächse) wird bis zu 25 m hoch. Die Blätter sind ge- kerbt, gesägt und fünf- lappig. Die Blüten sind unauffällig, aber nektar- reich, bei den Früchten handelt es sich um geflü- gelte Nussfrüchte. Die Bestäubung erfolgt durch Insekten.
Winterlinde: Die Winter- linde (Familie Lindenge- wächse) wird etwa 35 m hoch. Die herzförmigen Blätter sind am Rand fein und scharf gesägt, die unterseitigen Adern sind rostrot gebärtet. Die un- auffälligen Blüten sind stark duftend und nek- tarreich. Die Nussfrüchte hängen an einem Hoch- blatt. Die Bestäubung er- folgt durch Insekten.
Rotbuche: Die bis zu 45 m hohe Rotbuche (Familie Buchengewächse) hat rötliches Holz und glatt- randige bis wellige, am Rand fein behaarte Blät- ter. Die Blüten sind ge- trenntgeschlechtig, die Bestäubung erfolgt durch den Wind. Die Früchte (Bucheckern) sind kleine Nüsse, die im Herbst aus den Fruchtbechern fallen.
Lexikon: Einheimische Laubbäume
Weißbuche/Hainbuche: Der bis zu 20 m hohe Baum (Familie Birkenge- wächse) hat weißes, sehr festes Holz, die Blätter sind scharf doppelt ge- sägt. Die getrenntge- schlechtigen Blüten wer- den durch den Wind bestäubt. Die Nussfrüch- te sind von einem 3 -lappi- gen Hochblatt umgeben.
Weißbirke: Die Weißbirke (Familie Birkengewächse) wird etwa 20 m hoch. Charakteristisch sind die weiße, glatte Rinde sowie die rautenförmigen Blät- ter mit doppelt gesägtem Blattrand. Die Blüten er- scheinen in kätzchenar- tigen Blütenständen und sind getrenntgeschlech- tig. Die Nussfrüchte be- sitzen breite Flügel.
Eberesche: Die bis zu 10 m hohe Eberesche (Familie Rosengewächse) besitzt gefiederte Blätter mit einem scharf gesägten Blattrand. Die weißen Blüten stehen in Blüten- ständen, die Bestäubung erfolgt durch Insekten. Bei der Frucht handelt es sich um rote Beerenäpfel. Die Eberesche ist ein Kernobstgewächs.
Aufgaben 1 Überlege, weshalb alle einheimischen Laubbaum- arten im Herbst die Blätter abwerfen. 2 Vergleiche Kosten und Nutzen der Wind- und Insek- tenbestäubung. 3 Welche Formen der Samenverbreitung findet man bei den abgebildeten Baumarten? (^4) Informiere dich über weitere Laubbaumarten un- serer Wälder. Erstelle Steckbriefe. (^5) Informiere dich über die Holzeigenschaften und Holzverwendung einheimischer Laubbaumarten. 6 Suche nach Baumarten, die in der Mythologie und im Volksglauben eine große Bedeutung hatten.
1 Stieleiche 5 Weißbuche/Hainbuche
6 Weißbirke
7 Eberesche
2 Bergahorn
3 Winterlinde
4 Rotbuche
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
LEXIKON
Weißtanne (Familie Kie- ferngewächse): Die Krone ist zunächst kegelförmig, später zylindrisch. Die Rinde ist grau. Die Weiß- tanne hat eine Pfahlwur- zel. Die flachen, breiten Nadeln sind scheinbar zweireihig angeordnet und haben unterseits zwei weiße Wachsstrei- fen. Die Zapfen stehen aufrecht, die Schuppen lösen sich einzeln.
Aufgaben 1 Informiere dich im Internet oder in der Fachliteratur über Holzeigenschaften und Holzverwendung ein- heimischer Nadelbaumarten. 2 Finde eine Begründung dafür, dass Kiefern bevor- zugt auf Sandböden kultiviert werden. 3 Insbesondere bei der Fichte treten Windbruchschä- den auf. Erkläre diese Tatsache.
Hasel (Familie Birkenge- wächse): Die eirunden Blätter mit herzförmigem Grund sind unterseits be- haart. Der Blattrand ist doppelt gesägt. Männ- liche Blüten haben 2 – 4 Kätzchen an einem Kurz- trieb, weibliche sind knospenähnlich mit einem roten Narbenbü- schel. Der ölhaltige Sa- men in der Frucht (Hasel- nuss) ist essbar.
Pfaffenhütchen (Familie Spindelbaumgewächse): Der 2 – 3 m hohe Strauch hat graugrüne, vierkantige Zweige mit Korkleisten an den Kanten. Im Gegensatz zu den rosafarbenen Früch- ten, die in ihrer Form an die Kopfbedeckung eines katholischen Geistlichen erinnern, sind die Blüten mit ihren vier hellgrünen Kronenblättern unauffäl- lig. Die orangefarbenen Samen werden von Vö- geln gefressen und sind für den Menschen giftig.
Fichte (Familie Kieferngewächse): Die Krone ist kegel- förmig. Der Stamm hat eine rostbraune bis dunkelbrau- ne Rinde. Fichten sind Flachwurzler. Die Nadeln sind allseitig abstehend, zugespitzt, vierkantig und sitzen auf braunen Stielchen. Die Zapfen hängen am Baum und fallen als Ganzes ab.
Waldkiefer (Familie Kie- ferngewächse): Die Krone ist bei jungen Bäumen kegelförmig, bei alten Bäumen unregelmäßig schirmförmig. Die Rinde ist rotgelb. Die tiefgehen- de Pfahlwurzel bildet ein weit verzweigtes Wurzel- system. Die paarweise auf Kurztrieben angeord- neten Nadeln haben eine lange, spitze, halbrunde Form. Die Zapfen sind kurz, hängend und fallen im 3. Jahr als Ganzes ab.
Lärche (Familie Kieferngewächse): Die Krone ist kegel- förmig, die Zweige sind gelblich. Die Lärche hat eine Pfahlwurzel. Die Nadeln stehen in Büscheln an Kurz- trieben, sind weich und werden – eine Besonderheit unter den Nadelbäumen – im Winter abgeworfen. Lär- chen bilden sehr kleine Zapfen, die als Ganzes abfallen.
Lexikon: Einheimische Nadelbäume und Sträucher des Walds
1 Fichte
4 Weißtanne
5 Hasel
6 Pfaffenhütchen
2 Waldkiefer
3 Lärche
Ökosysteme
5 Nachdem der Eichenstamm mehr und mehr von Pilz- hyphen durchzogen und von Insektenfraß geschädigt war, fiel der Baumriese bei einem Herbststurm um. Am Baumstumpf hat sich eine Kolonie der Kleinen Waldameise angesiedelt. Das Volk besteht aus bis zu 5000 Königinnen und 5 Millionen Arbeiterinnen. Im Umkreis von etwa 50 m werden Beutetiere überwäl- tigt, die ein Vielfaches schwerer sind als sie selbst. Die Ameisen pflegen und verteidigen auch Blattlauskolo- nien. Im Wurzelwerk lebt eine Waldspitzmaus. Ihr Ge- biss ist durch zahlreiche spitze Zähnchen gekenn- zeichnet. Rund die Hälfte aller Arten im Eichenwald lebt von der Spreu abgestorbener Blätter und dem Totholz, bei- spielsweise Springschwänze, Asseln, Regenwürmer und Pilze. Durch ihren Stoffwechsel führen sie die Atome der Biomoleküle in den Kreislauf des Ökosystems zu- rück.
Aufgaben 1 Ordne die im Text beschriebenen Arten den Abbil- dungen zu. 2 Ordne alle Arten nach dem biologischen (natürlichen) System und begründe die Zuordnung. (^3) Beschreibe Merkmale ausgewählter Arten und er- kläre Zusammenhänge zwischen auffälligen Struk- turen und deren Funktion. 4 Stelle Nahrungsketten in Diagrammform auf und knüpfe mit den beschriebenen Arten ein Nahrungs- netz.
4 Die Eiche ist nun 400 Jahre alt. Ihre Krone ist durch Witterung und Stürme gekennzeichnet. Habichte jagen, trotz einer Flügelspannweite von mehr als 1 m, äußerst wendig Vögel und Säuge- tiere bis zur Größe eines Baummarders. Ihren Horst errichten sie in alten Bäumen. Borkenkäfer, Bockkäfer und Holzwespen nutzen Rinde oder Holz als Nahrungssubstrat für ihre Larven. Wäh- rend Bockkäferlarven die Zellulose in der Holznahrung mithilfe symbiontischer Hefen, die in ihrem Verdau- ungssystem leben, teilweise abbauen können, ernäh- ren sich Holzwespenlarven von symbiontischen Pilzen, die in ihrem Fraßmehl wachsen. Schlupfwespen können Käferlarven auch durch die Borke orten. Mit ihrem langen Legestachel dringen sie in den Wirt ein und legen ein Ei ab. Der Große Buntspecht meißelt in morsch gewordenes Holz Nisthöhlen und sucht am Stamm nach Insekten. Verlassene Spechthöhlen werden beispielsweise von Kohlmeisenpärchen genutzt, die ihre Jungen darin auf- ziehen. Hirschkäfer lecken den zuckerhaltigen Saft „blutender“ Eichen, ihre Larven entwickeln sich in vermoderndem Eichenholz. Der Große Abendsegler, eine Fledermausart, nutzt Baumhöhlen als Sommerquartiere. Er erbeutet haupt- sächlich Nachtfalter.
Ökosysteme
PRAKTIKUM
Praktikum: Untersuchung von Waldökosystemen
Waldkartierung und Vegetationsbestimmung Ein Wald zeigt sich als komplexes räumliches Muster, das sich außerdem mit den Jahreszeiten wechselnd und über die Jahrzehnte beständig verändert. Mit einer sogenann- ten Vegetationsaufnahme versucht man eine Moment- aufnahme dieses sich entwickelnden Musters zu er- stellen. Für die Untersuchung sollte ein naturnaher Mischwald mit lichtem Baumbestand ausgewählt werden. Eventu- ell kann zusätzlich eine Fichtenmonokultur untersucht werden. Material: Maßband oder Zollstock, Notizblock mit Blei- stift, Schreibunterlage, wasserfester Filzstift, Lineal, Millimeterpapier oder kariertes Papier, Pflanzenbestim- mungsbuch, Klebeband, Plastiktüten Es wird eine einheitliche quadratische Fläche zwischen 10 m · 10 m und 20 m · 20 m Fläche abgesteckt. Die Fläche wird maßstabsgetreu auf Millimeterpapier übertragen. Die Sträucher und die Stämme der Bäume werden im Verhältnis ihres Durchmessers in die Skizze eingetragen (▶^ Bild 1 ). Die Höhe h des Baums ergibt sich aus der Summe der Entfernung des Baums vom eigenen Standort x und der Augenhöhe y (▶^ Bild 2 ).
Aufgaben 1 Bestimme die einzelnen Baumarten. Ergänze dein Protokoll mit der jeweiligen Baumhöhe und dem De- ckungsgrad der Baumart. 2 Bestimme die Kräuter, Gräser, Farne und Moose und trage sie mit unterschiedlichen Schraffuren in deine Skizze ein.
Bestimmung der Licht-, Temperatur- und Feuchtigkeits- verhältnisse Material: Luxmeter, Digitalthermometer mit Sonde, Hy- grometer An verschiedenen Stellen im Wald und auf einer freien Fläche außerhalb des Walds werden unmittelbar am Boden und in 1 m Höhe jeweils folgende Faktoren ge- messen: Die Lichtverhältnisse werden mithilfe des Luxmeters ge- messen. Die Temperaturverhältnisse werden mit dem Digital- thermometer bestimmt. Die Feuchtigkeitsverhältnisse erhält man mithilfe des Hygrometers. Die gemessenen Werte werden in eine Tabelle eingetra- gen.
Aufgabe 3 Vergleicht die Werte der verschiedenen Messorte und überlegt, welche Faktoren die Messergebnisse beein- flussen.
Chemische Untersuchung des Waldbodens Nitratbestimmung und Bestimmung des Säuregrads (pH-Wert) Material: Bechergläser, Messzylinder, destilliertes Was- ser, Rührstab, Nitratteststäbchen, Indikatorpapier, Rund- filter, Bodenproben von verschiedenen Stellen des Unter- suchungsgebiets Etwa 10 g Bodenprobe werden mit destilliertem Wasser übergossen und einige Minuten umgerührt. Nach etwa 10 Minuten taucht man den gefalteten Rundfilter in die Lösung. Im filtrierten Wasser lässt sich nun mithilfe der Teststäbchen der Nitratgehalt und der pH-Wert ablesen.
Aufgabe 4 Bestimme pH-Wert und Nitratgehalt deiner Boden- proben. Gibt es Unterschiede zwischen den Proben?
1 Lärche 2 Berg-Ahorn 3 Eberesche 4 Eiche 5 Buche
6 Bärlauch 7 Gräser 8 Wurmfarn 9 Moospolster 10 Pilze 11 Goldnessel 12 Busch-Wind- röschen
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11 12
12 m
12 m
Stockhöhe
Abstand vom Auge Höhe des Baums
Abstand vom Baum x
x
y
h
1 Skizze einer Vegetationsaufnahme
2 Bestimmung der Baumhöhe
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
Produktivität und Energiefluss in Ökosystemen: die Primärproduktion
Leben ist nur möglich, wenn ständig Energie zufließt. Da- durch können Organismen aus kleineren Molekülen hochgeordnete Strukturen wie DNA-Moleküle, Zellmem- branen, Gewebe oder Organe aufbauen. Nach dem Ener- gieerhaltungssatz kann Energie nur übertragen und um- gewandelt, aber nicht erzeugt oder vernichtet werden. So wandeln fotosynthetisch aktive Organismen wie Al- gen oder Bäume die Lichtenergie der Sonne in chemische Energie um, die in Biomolekülen gespeichert ist. Aller- dings geht bei jeder Energieumwandlung ein Teil in Form von Wärme verloren. Letztlich verflüchtigt sich Energie als Wärme im Weltall. Die in den Biomolekülen gebun- denen Atome befinden sich dagegen in einem immer- währenden Kreislauf. So wird ein in einem Proteinmole- kül eingebautes Kohlenstoff- oder Stickstoffatom in ei- ner Nahrungskette von einer Nahrungsstufe (Trophie- ebene) zur nächsten weitergegeben und schließlich durch die Destruenten – in kleine Moleküle wie Kohlen- stoffdioxid und Wasser eingebaut – wieder in den Kreis- lauf zurückgeführt. Atome können zwar ein Ökosystem verlassen und auch in einen abiogenen Kreislauf gelan- gen (zum Beispiel in der Verbindung Calciumcarbonat, CaCO 3 ), gehen aber nicht verloren. Sonnenenergiebetriebene Ökosysteme. Die im Welt- raum von der Sonne übertragene, auf die Atmosphäre treffende Strahlungsenergie beträgt täglich rund 1022 J. Etwa die Hälfte dieser Strahlungsenergie trifft als Glo- balstrahlung auf die Erdoberfläche und somit auch auf Algen oder die Blätter von Bäumen. Ein Teil wird reflek- tiert, ein Teil durchgelassen und ein weiterer Teil absor- biert. Von dieser absorbierten Srahlungsenergie wird der größere Teil in Wärme umgewandelt. Dadurch kann bei- spielsweise der Wasser-Transpirationsstrom in den Pflan- zen aufrechterhalten werden. Nur 1 – 4 % der Globalstrah- lung wird von den fototrophen Organismen genutzt und in Biomasse umgesetzt. Dennoch erzeugen die Primär- produzenten der Erde gemeinsam rund 165 Milliarden Tonnen Biomasse pro Jahr, verbunden mit einer Sauer- stoffproduktion von über 200 Milliarden Tonnen!
Aufgabe 1 Berechne, wie vielen Menschen mit einem Gewicht von durchschnittlich 55 kg die jährliche Biomassen- produktion entspricht.
Brutto- und Nettoprimärproduktion. Die Gesamtpri- märproduktion wird als Bruttoprimärproduktion ( P b) be- zeichnet. Das ist die „Menge“ an Lichtenergie, die durch Fotosynthese pro Zeiteinheit in chemische Energie um- gewandelt wird. Allerdings werden nicht alle produ- zierten Moleküle als energiereiche Biomoleküle gespei- chert. 20 – 75 % ihrer durch Fotosynthese erzeugten organischen Stoffe verwenden die Produzenten als Ener- gieträger für die eigene Atmung. Die um den Atmungs- verlust R (Atmung oder Respiration R ) verminderte Pro- duktion bezeichnet man als Nettoprimärproduktion ( P n). Es gilt: P n = P b – R. In Waldökosystemen beispielsweise beträgt die Netto- primärproduktion nur etwa ein Viertel der Bruttoprimär- produktion, da Bäume zum großen Teil aus Stämmen, Zweigen und Wurzeln bestehen, die keine Fotosynthese betreiben, deren Stoffwechsel aber durch Atmung teuer unterhalten werden muss. Während sich die Primärpro- duktion als Zunahme der pflanzlichen Biomasse pro Zeit- einheit angeben lässt, stellt die Primärproduktivität die Primärproduktion pro Flächeneinheit dar, zum Beispiel die chemisch gespeicherte Energie pro g/m^2 · Jahr. Da Wassermoleküle keine verwertbare Energie enthalten und der Wassergehalt Schwankungen unterliegt, wird die Produktivität meist in kg Trockensubstanz je m^2 oder Tonnen Kohlenstoff je Hektar Grundfläche angegeben.
Aufgaben (^2) Die Primärproduktivität der Ökosysteme ist sehr ver- schieden. Von welchen Ökofaktoren wird sie vor allem abhängen? 3 Vergleiche mithilfe der Angaben in Bild 1 die Produkti- vität verschiedener Ökosysteme und begründe die Unterschiede.
Ozean Küstenzone Gezeitenzone, Mangrove, Sumpf
Regenwald warmer Länder
Wald kühlfeuchter Gebiete
Fels, Eis Trocken- busch, Savanne
Wüste, Tundra
Nettoprimär- produktion Pn < 0, Biomasse <^ 0,
1 – 6 10 – 50
1 – 3, 40 – 80
0,5–2, 10 – 50
0,2–0, 0,01–0,
< 0, < 0,
0,2–2, 2 – 15
< 0, 0 – 2 1 Nettoprimärproduktion in einem Jahr und pflanzliche Biomasse verschiedener Ökosysteme
Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen
Produktivität und Energiefluss in Ökosystemen: die Sekundärproduktion
Huftiere
Nahrungsaufnahme 100 % 100 % 100 % 100 %
Nagetiere
Greifvögel
Insekten
Au∂au körper- eigener Substanzen 66 % 84 % 90 % 60 %
Atmung/Gärung 64 % 81 % 89 % 23 %
Kot/Ausscheidungen (^34) % (^16) % (^10) % (^40) %
2 % 3 % 1 % 37 %
Produktion Fortpflanzung Abscheidung
Wachstum
1 Schema der Energieverwertung bei verschiedenen Konsumentengruppen im Ökosystem Wald
Nahrungskette und Nahrungsnetz. Die als Nettoprimär- produktion verbleibende Biomasse und die darin enthal- tene chemische Energie wird über verschiedene Konsu- mentenebenen weitergegeben. Die einzelnen Glieder einer solchen Nahrungskette entsprechen den Trophie- ebenen. Die Produzenten, zum Beispiel eine Eiche (▶^ Sei- te 134 ), stellen demnach die 1. Trophieebene dar, die Pflan- zenfresser als Erstkonsumenten (Reh) bilden die 2. und die Fleischfresser als Zweitkonsumenten (Luchs) die 3. Trophieebene. Das meist sehr komplexe Netzwerk von Nahrungsketten, das Nahrungsnetz, berücksichtigt auch Destruenten sowie parasitische und symbiontische Be- ziehungen in der Biozönose. Beispiel Aquarium. Im überschaubaren Modell-Ökosys- tem Aquarium fressen Schnecken Wasserpflanzen und Pantoffeltiere Algen. Somit werden auch letztere als Pflanzenfresser zu den Erst- oder Primärkonsumenten gezählt. Pantoffeltiere dienen wiederum Wasserflöhen als Nahrung; sie sind Zweit- oder Sekundärkonsumenten. Endkonsumenten sind die Guppys, aber auch der Süß- wasserpolyp, der Pantoffeltiere und Algen aufnimmt. Die Algen werden aber zum Teil nicht verdaut, sondern als Symbionten in die Körperwand aufgenommen. Die Egel parasitieren an Schnecken. Sekundärproduktion. Konsumenten setzen eine be- stimmte Rate an chemischer Energie in der Nahrung in eigene, neue Biomasse um. Man spricht von Sekundär- produktion. Da wir in einer von Pflanzen dominierten Umwelt leben, können Pflanzenfresser meist nur einen kleinen Teil der pflanzlichen Biomasse vertilgen. Zudem können sie nicht alle aufge nommenen Biomoleküle ver- werten. Sie besitzen beispielsweise keine geeigneten Enzyme zur Zerlegung bestimmter Makromoleküle wie Lignin (Holzstoff). Im Beispiel Aquarium scheiden die Wasserschnecken unverdauliche Nahrungsbestandteile als Kot wieder aus. Einen Teil der resorbierten Biomole- küle verwenden sie als Energieträger, weniger als 20 % investieren sie für das Wachstum (Sekundärproduktion). Während die im Kot enthaltene Energie noch von Zerset-
zern genutzt wird, gehen 70 % der Energie, die zur Zellar- beit wie der ATP-Synthese eingesetzt wird, aus dem Öko- system als Wärme verloren. Nur die Energie, die die Pflanzenfresser in Form eigener Energieträger wie Kör- perfett speichern, steht den Fleischfressern (Sekundär- konsumenten) zur Verfügung. In jedem Ökosystem ist der Fluss der Energie auf verschiedene Teilflüsse verteilt, unabhängig davon, ob es sich um ein Individuum, eine Population oder eine ganze Trophiestufe handelt:
- Der nutzbare Anteil der Nahrung wird in körpereigene Substanzen umgewandelt und gespeichert.
- Nicht nutzbare Energie geht mit dem Kot oder anderen Ausscheidungen verloren.
- Ein großer Teil der aufgenommenen, in Biomolekülen gespeicherten Energie wird dazu verwendet, den Stoff- wechselbetrieb der Zellen aufrechtzuerhalten. Sie wird durch Atmung oder Gärung wieder in andere Ener- gieformen wie Wärme und ATP umgewandelt.
- Die restliche Energie steckt in der Körpersubstanz und wird für Wachstum, Fortpflanzung und die Bildung von Sekreten, Haut, Haaren oder Federn eingesetzt. Nur die- ser Teil kann von der nächsten Trophiestufe genutzt werden. Dabei gilt es zu beachten, dass ein Großteil der Lebewesen nicht gefressen wird, sondern eines natür- lichen Todes stirbt. Diese Biomasse wird nur von den Destruenten genutzt.
- Der Umfang der Energie-Teilflüsse unterscheidet sich bei verschiedenen Lebewesen, weil sie beispielsweise die Nahrung unterschiedlich gut aufschließen.
Aufgaben 1 Interpretiere das Schema in Bild 1. 2 Vergleiche das Verhältnis von mit der Nahrung aufge- nommener zu chemisch gespeicherter Energie bei einem Samen- und Kräuterfresser (Eichhörnchen, Feldhase), einem Fleisch- und Pflanzenfresser (Luchs, Reh), einem Mäuse- und Insektenfresser (Mäusebus- sard, Wespenbussard), einem Wechsel- und einem Gleichwarmen (Nilkrokodil, Löwe).
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