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24.5: Energie in Ökosystemen - Biologie

24.5: Energie in Ökosystemen - Biologie



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Meeresengel

Es ist leicht zu verstehen, warum das Wassertier in Abbildung (PageIndex{1}) gemeinhin als Seeengel bezeichnet wird. Es hat hauchdünne „Flügel“, die sanft flattern und ihm beim Schwimmen helfen, und sein durchsichtiger Körper verleiht ihm ein jenseitiges Aussehen. Obwohl es engelsgleich erscheint, ist dieses winzige Wirbellose tatsächlich ein bösartiges Raubtier. In seinem Gesicht versteckt sich eine Geheimwaffe in Form von sechs scharfen Tentakeln. Als eine ahnungslose Beute vorbeizieht, verwandelt sich der Meeresengel in eine teuflische Tötungsmaschine. Es peitscht seine Tentakel aus, packt seine Beute und frisst sie dann langsam. Raubtiere wie Seeengel beziehen Energie aus Beuteorganismen. Dies ist nur eine der Möglichkeiten, wie Organismen Energie gewinnen.

Wie Organismen Energie gewinnen

Hinsichtlich der Energiegewinnung gibt es zwei grundlegende Arten von Organismen: Autotrophe und Heterotrophe.

Autotrophe

Autotrophe sind Organismen, die Energie direkt von der Sonne oder aus chemischen Bindungen nutzen. Sie werden allgemein als Produzenten bezeichnet und verwenden Energie und einfache anorganische Verbindungen, um organische Moleküle herzustellen. Autotrophe sind für alle Ökosysteme lebenswichtig, da alle Organismen organische Moleküle benötigen und nur Autotrophe sie aus anorganischen Verbindungen herstellen können. Es gibt zwei grundlegende Arten von Autotrophen: Photoautotrophen und Chemoautotrophen.

Photoautotrophe

Photoautotrophe sind Autotrophe, die Energie aus Sonnenlicht nutzen, um durch Photosynthese organische Verbindungen herzustellen. Photoautotrophe sind Pflanzen, Algen und viele Bakterien, wie in Tabelle (PageIndex{1}) gezeigt. Sie sind die Hauptproduzenten in den meisten Ökosystemen der Erde.

Chemoautotrophe

Chemoautotrophe nutzen Energie aus chemischen Bindungen, um durch Chemosynthese organische Verbindungen herzustellen. Chemoautotrophe umfassen bestimmte Bakterien und Archaeen. Sie sind die Hauptproduzenten in Ökosystemen, die sich um hydrothermale Quellen und in heißen Quellen bilden.

Tabelle (PageIndex{1}): Verschiedene Arten von Photoautotrophen sind in verschiedenen Ökosystemen wichtig
Art der PhotoautotropheArt von Ökosystem(en)BeispielBeispiel
PflanzenTerrestrisch

Baum

Gräser

AlgenWasser

Kieselalgen

Seetang

BakterienAquatisch und terrestrisch

Cyanobakterien

Lila Bakterien

Heterotrophe

Heterotrophe sind Organismen, die Energie aus anderen Lebewesen beziehen. Wie Seeengel nehmen sie organische Moleküle auf, indem sie andere Organismen konsumieren, daher werden sie allgemein als Verbraucher bezeichnet. Heterotrophe umfassen alle Tiere und Pilze sowie viele Protisten und Bakterien. Heterotrophe können nach dem, was sie normalerweise essen, als Pflanzenfresser, Fleischfresser, Allesfresser oder Zersetzer klassifiziert werden.

Pflanzenfresser

Pflanzenfresser sind Heterotrophe, die Produzenten wie Pflanzen oder Algen direkt verzehren. Sie sind ein notwendiges Bindeglied zwischen Produzenten und anderen Heterotrophen wie Fleischfressern. Beispiele für Pflanzenfresser sind Hirsche, Kaninchen, Seeigel, Heuschrecken, Mäuse und die Larven vieler Insekten, wie die Raupe in Abbildung (PageIndex{2}). Pflanzenfressende Tiere haben typischerweise Mundwerkzeuge oder Zähne, die zum Greifen oder Zermahlen der zähen Materialien in Pflanzen geeignet sind. Viele Pflanzenfresser haben Mutualistische Darmmikroben, die ihnen helfen, schwer verdauliches Pflanzenmaterial abzubauen.

Fleischfresser

Fleischfresser sind Heterotrophe, die Tiere verzehren; Beispiele für Heterotrophen sind Löwen, Eisbären, Falken, Lachse und Spinnen. Obligate Fleischfresser (wie Katzen) können Pflanzen nicht verdauen und können daher nur Tiere essen. Fakultative Fleischfresser (wie Hunde) können Pflanzenmaterial verdauen, Pflanzen sind jedoch keine wichtige Nahrungsquelle für sie. Die meisten Fleischfresser sind Raubtiere, die lebende Tiere zum Verzehr fangen und töten. Einige Fleischfresser, sogenannte Aasfresser, finden und fressen bereits verstorbene Tiere, wie zum Beispiel die von Raubtieren zurückgelassenen Beutereste. Beispiele für Aasfresser sind Geier, Hyänen und Schmeißfliegen, wie in Abbildung (PageIndex{3}).

Allesfresser

Omnivoren sind Heterotrophe, die sowohl Pflanzen als auch Tiere verzehren. Dazu gehören Schweine, Braunbären, Möwen, Krähen und Menschen. Allesfresser fallen tatsächlich auf ein Kontinuum zwischen Pflanzenfressern und Fleischfressern. Einige Allesfresser fressen mehr Pflanzen als Tiere, während andere Allesfresser mehr Tiere als Pflanzen fressen. Einige Organismen sind saisonal Allesfresser, was bedeutet, dass sie zu bestimmten Jahreszeiten Pflanzen und zu anderen Jahreszeiten Tiere essen. Ein Beispiel ist ein Grizzlybär. Wenn Lachs oder andere Fische reichlich vorhanden sind, sind die Bären hauptsächlich Fleischfresser; Aber wenn die Beeren reifen und reichlich werden, sind die Bären hauptsächlich Pflanzenfresser. Einige Allesfresser fressen in einigen Lebensstadien Tiere und in anderen Lebensstadien Pflanzen. Zum Beispiel sind die meisten Kaulquappen Pflanzenfresser, die Algen fressen, während erwachsene Frösche Fleischfresser sind, die Insekten und andere Wirbellose fressen.

Zersetzer

Zersetzer sind Heterotrophe, die sich von den Überresten toter Organismen und anderen organischen Abfällen wie Kot abbauen und ernähren. Dabei geben sie einfache anorganische Moleküle wieder an die Umwelt ab. Produzenten können die Moleküle dann verwenden, um neue organische Verbindungen herzustellen. Zersetzer werden nach der Art der organischen Substanz, die sie abbauen, klassifiziert. Zwei Arten sind Detritivoren und Saprotrophe.

  • Detritivoren sind Zersetzer, die Detritus aufnehmen und verdauen, darunter tote Blätter, Tierkot und andere organische Abfälle, die sich auf dem Boden oder am Grund eines Gewässers ansammeln. Zu den terrestrischen Detritivoren gehören Regenwürmer und Mistkäfer. Zu den aquatischen Detritivoren gehören „Bodenfresser“ wie Seegurken und Welse.
  • Saprotrophe sind Zersetzer, die sich von toter organischer Substanz ernähren, indem sie Verdauungsenzyme absondern und extern verdauen, anstatt die Substanz aufzunehmen und intern zu verdauen. Saprotrophe umfassen Pilze und einzellige Protozoen. Pilze, wie die in Abbildung (PageIndex{4}), sind die einzigen Organismen, die Holz abbauen können.

Modelle des Energieflusses

Energie gelangt durch die Sonne oder durch anorganische Chemikalien in alle Ökosysteme. Die Energie fließt dann durch Ökosysteme von Erzeugern, die anorganische Energieformen nutzen können, zu Verbrauchern, die Energie nur aus organischen Verbindungen in anderen Lebewesen gewinnen können. Ökologen stellen diesen Energiefluss durch die Organismen eines Ökosystems üblicherweise mit Modellen wie Nahrungsketten und Nahrungsnetzen dar. Diese Modelle stellen Ernährungsbeziehungen dar und zeigen, wer wen isst. Obwohl die Modelle im Allgemeinen die Realität stark vereinfachen, haben sie sich als nützlich erwiesen, um Hypothesen über Ökosysteme zu testen und gemeinsame Muster zu identifizieren, die viele Ökosysteme teilen.

Nahrungskette

Eine Nahrungskette ist ein ökologisches Modell, das einen einzigen Weg darstellt, durch den Energie in einem Ökosystem fließt. Nahrungsketten sind praktisch immer einfacher als das, was wirklich in der Natur passiert, weil die meisten Organismen mehr als eine Spezies konsumieren – und von ihnen konsumiert werden. Zwei Beispiele für Nahrungsketten, eine terrestrische und eine aquatische, sind in Abbildung (PageIndex{5}) dargestellt. In beiden Nahrungsketten sind die Organismen am unteren Ende Produzenten. In der terrestrischen Nahrungskette sind die Produzenten Gräser und in der aquatischen Nahrungskette sind die Produzenten winzige Pflanzen namens Phytoplankton. Die Erzeuger in jeder Nahrungskette werden von Pflanzenfressern verzehrt. Die Pflanzenfresser wiederum werden von Fleischfressern verzehrt, die selbst die Beute anderer Fleischfresser sind. Der oberste Organismus in jeder Nahrungskette ist ein Raubtier – genannt Spitzenprädator – das von keiner anderen Spezies gejagt wird.

Viele Nahrungsketten, einschließlich der in Abbildung (PageIndex{5}): abgebildeten, enthalten keine Zersetzer. Zersetzer sind jedoch ein wesentlicher Bestandteil des Energieflusses in jedem Ökosystem. Zersetzer bauen alle verbleibenden organischen Stoffe (ob von Produzenten oder Verbrauchern) ab, nutzen einen Teil der darin enthaltenen Energie und geben überschüssige Nährstoffe wieder an die Umwelt ab.

Nahrungsnetze

Ein Nahrungsnetz ist ein ökologisches Modell, das mehrere Wege darstellt, über die Energie in einem Ökosystem fließt. Es umfasst im Allgemeinen viele sich kreuzende Nahrungsketten. Obwohl Nahrungsnetze wie Nahrungsketten in der Regel Vereinfachungen der Realität darstellen, zeigen sie, dass die meisten Organismen mehr als eine Spezies fressen und von ihnen gefressen werden. Abbildung (PageIndex{6}) zeigt zwei Beispiele für Nahrungsnetze, ein terrestrisches und ein aquatisches. Nehmen wir als Beispiel die Heuschrecke im terrestrischen Nahrungsnetz. Es ist ein Pflanzenfresser, der nur Pflanzen konsumiert, aber die Heuschrecke wird von mehreren anderen Verbrauchern konsumiert, darunter Spinnen, Mäuse, Vögel und Frösche.

Trophäenstufen

Tabelle (PageIndex{2}): Trophische Werte in Nahrungsketten und Nahrungsnetzen

Trophäenlevel

Wie es Energie gewinnt

Beispiel

1NS trophische Ebene: Produzenten

Photosynthese oder Chemosynthese

Gras

2nd trophische Ebene: Primärkonsumenten

verbraucht Produzenten

Hase

3rd trophische Ebene: Sekundärkonsumenten

verbraucht Primärverbraucher

Schlange

4NS trophische Ebene: Tertiärkonsumenten

verbraucht Sekundärverbraucher

Falke

Die verschiedenen Nahrungspositionen in einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz werden als trophische Ebenen bezeichnet. Die wichtigsten trophischen Ebenen sind in Tabelle (PageIndex{2}) definiert. Alle Nahrungsketten und Nahrungsnetze haben mindestens zwei oder drei trophische Ebenen, von denen eine Produzenten sein muss (1NS trophische Ebene). Im Allgemeinen gibt es maximal vier trophische Stufen, und nur selten gibt es fünf oder mehr trophische Stufen. Die meisten Verbraucher ernähren sich tatsächlich auf mehr als einer trophischen Ebene. Der Mensch zum Beispiel ist der Hauptkonsument, wenn er Pflanzen wie Gemüse isst. Sie sind Sekundärkonsumenten, wenn sie Fleisch von Pflanzenfressern wie Rindern essen. Sie sind Tertiärkonsumenten, wenn sie Sekundärkonsumenten wie Lachs essen, die kleinere Fische essen.

Trophäenlevel und Energie

Energie wird über eine Nahrungskette oder ein Nahrungsnetz von niedrigeren zu höheren trophischen Ebenen weitergegeben. Wie die Energiepyramide in Abbildung (PageIndex{7}) zeigt, werden jedoch nur etwa 10 Prozent der Energie einer trophischen Ebene tatsächlich an die nächsthöhere trophische Ebene weitergegeben. Die anderen 90 Prozent der Energie auf jeder trophischen Ebene werden von Organismen auf dieser Ebene für Stoffwechsel, Wachstum und Reparatur verwendet. Der Stoffwechsel erzeugt Wärme (thermische Energie), das ist die Energie, die an die Umwelt verloren geht. Ein Teil der Energie geht auch als unvollständig verdaute Nahrung verloren, die ausgeschieden wird. Der Energierückgang von einer trophischen Ebene zur nächsten erklärt, warum es in einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz selten mehr als vier trophische Ebenen gibt. Über vier trophischen Ebenen bleibt im Allgemeinen nicht genügend Energie übrig, um Organismen auf zusätzlichen trophischen Ebenen zu unterstützen

Trophische Ebenen und Biomasse

Mit weniger Energie auf höheren trophischen Ebenen können im Allgemeinen weniger Organismen auf höheren Ebenen unterstützt werden. Obwohl einzelne Organismen auf höheren trophischen Ebenen tendenziell größer sind, führt ihre geringere Anzahl zu weniger Biomasse auf höheren Ebenen. Biomasse ist die Menge an organischer Substanz, die in einem einzelnen Organismus oder in allen Organismen auf einer bestimmten trophischen Ebene vorhanden ist. Die Abnahme der Anzahl und Biomasse von Organismen von niedrigeren zu höheren trophischen Ebenen wird durch die ökologische Pyramide in Abbildung (PageIndex{7}) dargestellt.

Rezension

  1. Was sind Autotrophe? Nennen Sie drei Arten von Organismen, die autotroph sind.
  2. Vergleichen und kontrastieren Sie Photoautotrophe und Chemoautotrophe.
  3. Definiere heterotroph.
  4. Welche Arten von Organismen sind Heterotrophe?
  5. Wie werden Heterotrophe nach ihrer Nahrungsaufnahme klassifiziert?
  6. Was sind Nahrungsketten und Nahrungsnetze?
  7. Was sind die trophischen Stufen? Identifizieren Sie die verschiedenen trophischen Ebenen in einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz.
  8. Warum gibt es in einem Ökosystem selten mehr als vier trophische Ebenen?
  9. Wie ändern sich Anzahl und Biomasse von Organismen normalerweise von niedrigeren zu höheren trophischen Ebenen?
  10. Erklären Sie das Phänomen der Bioakkumulation.
  11. Auf welcher trophischen Ebene befinden sich Pflanzenfresser?
    1. (1^{st})
    2. (2^{nd})
    3. (3^{rd})
    4. (4^{th})
  12. Richtig oder falsch. In einigen Nahrungsketten sind Chemoautotrophe die Art von Organismen auf der 1.trophischen Ebene.
  13. Richtig oder falsch. Apex-Raubtiere befinden sich auf der trophischen Ebene, die die meiste Energie enthält.
  14. Welches der folgenden ist kein Heterotroph?
    1. Ein Apfelbaum
    2. Ein Pilz
    3. Eine Kaulquappe
    4. A und B
  15. Welcher der folgenden Begriffe trifft auf den Menschen zu: autotroph; heterotroph; Fleischfresser; Omnivore; Pflanzenfresser; Produzent; primäre Verbraucher; tertiärer Verbraucher

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Zuschreibungen

  1. Clione von Kevin Raskoff (NOAA Photo Library), gemeinfrei über Wikimedia Commons
  2. Raunkiærseg, gemeinfrei über Wikimedia Commons
    • Hohes Gras von Polishname, gemeinfrei über Wikimedia Commons
    • Diatomee von Prof. Gordon T. Taylor, Stony Brook University (corp2365, NOAA Corps Collection), gemeinfrei über Wikimedia Commons
    • Codium von Flyingdream, gemeinfrei über Wikimedia Commons
    • Phormidium von USGS, gemeinfrei
    • Rhodospirillum rubrum von pookypoo87, gemeinfrei über Wikimedia Commons
  3. Nematus ribesii ernähren sich von Blättern von Daniel Mietchen, lizenziert CC0 über Wikimedia Commons
  4. Das Fliegenfest von LASZLO ILYES, CC BY 2.0 über Wikimedia Commons
  5. Pilze in Borneo von Cayce, CC BY 2.0 über Wikimedia Commons
  6. Vereinfachte Nahrungskette von LadyofHats (Mariana Ruiz Villarreal), gewidmet CC0 über Wikimedia Commons
  7. Nahrungsnetz von LadyofHats (Mariana Ruiz Villarreal), gewidmet CC0 über Wikimedia Commons
  8. Ökologische Pyramide von CK-12 lizenziert CC BY-NC 3.0
  9. Text adaptiert aus Humanbiologie von CK-12 lizenziert CC BY-NC 3.0


Schau das Video: Nahrungsbeziehungen im Ökosystem. Biologie. Ökologie (August 2022).