In diesem Video werden wir uns mit Energieflüssen und Stoffkreisläufen durch Biozynosen beschäftigen. Dieses Video ist eng gekoppelt an das letzte Video, in dem wir uns angeguckt haben, wie Nahrungsbeziehungen zwischen Organismen in einem Ökosystem aussehen. Solche Nahrungsnetze veranschaulichen gut den Verlauf des Energieflusses durch eine Lebensgemeinschaft. und auch grundlegende Prinzipien des Stoffkreislaufes.
Natürlich ist eine Biozynose, eine Lebensgemeinschaft, dadurch charakterisiert, dass zwischen den einzelnen Arten Energie fließt. Vor allem durch den Nahrungserwerb findet ein solcher Energiefluss statt. Ein Wolf beispielsweise bezieht seine Energie dadurch, dass er einen Fuchs erbeutet und frisst.
Die Energiequelle eines Eichhörnchens können beispielsweise Früchte und Samen darstellen. Nahrungsnetze sind meist in Form von sogenannten Trophie-Ebenen aufgebaut. Arten einer solchen Trophiestufe beziehen ihre Energie auf ähnliche Weise, und zwar meist von Mitgliedern der nächsten niedrigeren Trophie-Ebene. Omnivore, Allesfresser, sind solche Organismen, die sowohl sich pflanzlich als auch tierisch ernähren. Sie beziehen die Energie dann aus unterschiedlichen Trophie-Ebenen.
Vögel fressen beispielsweise Insekten ebenso wie Samen. Die Energie, die in den eben genannten Beispielen fließt, ist gespeichert in ihrer Biomasse. Genauer gesagt in Form von organischen Verbindungen.
Wenn also Energie fließt, dann fließen auch Stoffe. Sodass wir uns in diesem Kontext natürlich auch den Stoffkreislauf angucken. Beschäftigen wir uns zunächst etwas genauer mit dem Energiefluss.
Bevor wir uns angucken, wie genau Energie durch eine Biozynose fließt, ist es natürlich sinnvoll zu betrachten, woher die Energie überhaupt stammt, die dort fließt. Als Quelle für den Energiefluss durch Ökosysteme dient hauptsächlich die Sonne, deren Strahlungsenergie alle Photoautotrophen-Organismen nutzen, um Photosynthese zu betreiben. Darunter zählen Landpflanzen, Algen und Cyanobakterien.
Bei dem Prozess der Photosynthese nutzen die Pflanzen die Strahlungsenergie der Sonne, um energiereiche organische Verbindungen herzustellen. Allen voran der Zuckerglucose. Dabei entnehmen sie CO2 und Wasser als anorganische Stoffe der Umwelt.
Die von der Solarstrahlung der Sonne stammende Energie steckt nun als chemische Energie in den organischen Molekülen der Pflanze und hat diese aufgebaut. Die Biomasse aller Photoautotrophenorganismen stellt also die Energiequelle für diejenigen Lebewesen dar, die sich von ihnen ernähren. Sogenannte Herbivore, Pflanztfresser. In einem kleinen Umfang kann die Energiequelle auch von anorganischen Stoffen wie zum Beispiel Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Eisen, Ammoniak oder Nitrit stammen, die von bestimmten Bakterien mittels Chemosynthese genutzt werden können.
Durch die Oxidation dieser anorganischen Stoffe können diese, man nennt sie Chemoautotrophe Organismen, körpereigene organische Stoffe herstellen. Chemosynthese findet vor allem in Ökosystemen statt, in denen kein Sonnenlicht gelangt. Etwa weil es in mehreren tausend Metern Tiefe im Meer liegt, aber bestimmte energiereiche anorganischen Verbindungen hochkonzentriert vorliegen, zum Beispiel in hydrothermalen heißen Quellen, welche bei der Entstehung des Lebens wahrscheinlich eine wichtige Rolle gespielt haben. Fotoautotrophe und Chemoautotrophe Organismen haben gemeinsam, dass sie autotroph sind. Sie allein sind in der Lage, anorganische Stoffe der Umwelt zu entnehmen und alle lebensnotwendigen organischen Stoffe selbst herzustellen.
Für die Gesamtheit aller auf der Erde existierenden Nahrungsketten bildet vor allem die durch Photosynthese produzierte pflanzliche Biomasse die Grundlage. Ein Teil der Biomasse geht allerdings durch die Pflanzen selbst verloren, und zwar durch Zellatmung und andere Stoffwechselprozesse. Aus diesem Grund wird häufig die Netto-Primärproduktion, also die Menge an Biomasse, die Primärproduzenten abzüglich ihrer Zellatmung in ihr Gewebe einbauen, als Ausgangspunkt für den weiteren Energiefluss genommen. Die durch die Primärproduktion fixierte Energie steht den Organismen auf höheren Trophie-Ebenen in Nahrungsnetzen zur Verfügung. Sie leben von der Biomasse der Primärproduzenten.
Und die dabei erzeugte Biomasse, eben durch höhere Trophie-Ebenen, nennt man Sekundärproduktion. Wenn die Sekundärproduzenten organische Verbindungen aufnehmen, müssen diese Verbindungen ebenfalls erstmal in eine für die Sekundärproduzenten nutzbare Energieform umgewandelt werden. Die Nahrung wird, sobald sie aufgenommen wurde, verstoffwechselt und so die Energie in ihr dem Organismus zugänglich gemacht. Wie genau im Energiestoffwechsel aller Organismen die Energie in den organischen Verbindungen in nutzbare Energieformen umgewandelt wird, würde an dieser Stelle zu weit führen. Auch hier ist wieder das Stichwort Zellatmung zu nennen, wozu ich das entsprechende Video an dieser Stelle einmal verlinke.
Wichtig für euch allerdings zu wissen ist, dass auch bei dieser Umwandlung in andere Energieformen Energie in Form von Stoffwechselwärme wieder verloren geht. Man kann also zusammenfassen. Primärproduzenten bringen die Energie in das Ökosystem und speichern einen erheblichen Anteil davon als Nettoprimärproduktion.
Ein Teil dieser Energie wiederum wird von den Herbivoren in höhere Trophiestufen getragen. Energie mit jeder tropischen Ebene ab, was dazu führt, dass die Biomasse und die Anzahl der Organismen auf den höheren Ebenen begrenzt sind. In den allermeisten Ökosystemen lassen sich deutlich weniger Raubtiere, zum Beispiel Wölfe oder Löwen, finden als Beutetiere, zum Beispiel Hirsche oder Gnus. Der Energieverlust lässt sich auch in Zahlen ausdrücken. In einem typischen Ökosystem gehen etwa 90% der Energie von einer tropischen Ebene zur nächsten verloren.
Anders formuliert Nur etwa 10% der Energie wird tatsächlich von einer Ebene zur nächsten getragen. Anders als beim Energiefluss, der entsprechend eines Flusses in eine Richtung fließt, zirkulieren die durch die unterschiedlichen Organismen einer Biozynose aufgenommenen Stoffe in einem Kreislauf. Weswegen man hier auch von einem Stoffkreislauf spricht.
Sämtliche Nährelemente, aus denen wir und andere Organismen bestehen, zum Beispiel Kohlenstoff, Stickstoff oder Phosphor stammen entweder aus dem Boden, aus dem Wasser oder aus der Atmosphäre. Über die Atmosphäre, über Wasserläufe sowie durch Gesteinsverwitterung kommt es zu einem Eintrag dieser Stoffe in das Ökosystem. In einem internen Kreislauf zirkulieren diese Stoffe. Wie eben erwähnt sind es zum Beispiel Kohlenstoffdioxid als anorganischer Stoff aus der Atmosphäre sowie Wasser, die von den Autotrophenorganismen genutzt werden zum Aufbau von Biomasse. Egal ob diese Stoffe noch von den Heterotrophenorganismen oder von den Carnivoren aufgenommen werden oder nicht, ganz am Ende spielen die sogenannten Destruenten eine wichtige Rolle in diesem Kreislauf.
Denn sie sind für den Abbau von toter organischer Substanz und Abfallprodukten von Lebewesen, fachsprachlich auch Detritus genannt, verantwortlich. Wenn Tiere oder Pflanzen sterben oder wenn sie Abfallprodukte generieren, wie zum Beispiel abgefallenes Laub oder Kot, zersetzen Bakterien und Pilze diese organischen Stoffe in energiearme, anorganische Stoffe. Jene anorganischen Stoffe, die im Anschluss wieder von den Primärproduzenten und Mikroorganismen wiederverwertet werden können.
Der Prozess, wie aus Detritus, toter organischer Substanz und Abfallprodukte, wieder anorganische Stoffe wird, erfolgt durchaus komplexer als bisher dargestellt. Als erstes muss die organische Substanz von Detritoworen, Detritusfressern wie zum Beispiel Regenwürmern, in kleinere Bestandteile zerlegt werden. Erst danach erfolgt die endgültige Zersetzung durch Bakterien, Pilze und sehr kleine Tiere wie z.B.
winzige Fadenwürmer, wobei vor allem CO2 und H2O entstehen. Den stufenweisen Prozess, bei dem aus organischem Material anorganische Ionen und Verbindungen entstehen, bezeichnet man als Mineralisierung. Dieser Prozess, Zersetzung und Mineralisierung, ist für Ökosysteme essentiell, weil beide Prozesse den Stoffkreislauf in ihnen vollenden.
Denn die bei der Zersetzung und Mineralisierung entstandenen anorganischen Verbindungen und Ionen können über die Atmosphäre oder das Wasser erneut von Primärproduzenten aufgenommen und genutzt werden. Bei der mikrobiellen Zersetzung von organischen Materialien entstehen verschiedene Gase als Produkte wie zum Beispiel Kohlendioxid oder Methan, die in die Atmosphäre freigesetzt werden. Zwar können bei der Zersetzung Stoffe also aus dem Ökosystem verloren gehen, über die Atmosphäre, Aber auch durch Versickerungen und Überwasserläufe kommt es über die gleichen Komponenten auch wieder zu einem Eintrag dieser Stoffe in das Ökosystem.