2.2

Beispiel eines Ökosystems

2.2.1 Nahrungsbeziehungen

  • 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.

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 <-- Tierfresser.

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:

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.

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.

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.

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

 

Nitrosomonas europaea

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 6

Nahrungspyramide


 

Weiterführende Quellen:

Ökosystem Teich http://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 Regenwald http://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 Teich http://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
Phytoplankton http://www.cedareden.com/phyto.html
Nitrifikation: http://ucs.byu.edu/bioag/aghort/514pres/nitrify/sld004.htm
http://www.agcom.purdue.edu