Stoffkreisläufe und Energiefluss - Ökologie

In der Grundschule wurde euch der Wasserkreislauf erklärt. Damals war das noch ganz cool. Man durfte viele Wolken malen, einen See und noch eine Sonne, und ratzfatz war der ganze Kreislauf aufgemalt, und man konnte es auch gut verstehen.

Mit den Stoffkreisläufen in der Oberstufe schaut das schon bisschen anders aus. Damit ihr trotzdem bisschen Spaß damit habt, sind wir [Musik] da, um Stoffkreisläufe im Allgemeinen zu verstehen. Wir beginnen mit den Grundlagen: Lebewesen brauchen Energie und ausgewählte Stoffe, um überhaupt leben zu können. Für die Bereitstellung dieser Energie spielen Prozesse wie Fotosynthese, Zellatmung und Gärung eine zentrale Rolle. Bei der Fotosynthese nutzen Pflanzen Energie aus dem Sonnenlicht. So können sie energiereiche Stoffe produzieren. Nicht nur die Pflanzen selbst, sondern auch andere Lebewesen profitieren dann von diesen energiereichen Stoffen. Die Pflanzen nehmen also die Rolle des Produzenten ein.

Gibt es einen Produzenten, muss es natürlich auch Konsumenten geben. Diese Verbraucher sind wir Menschen, Tiere und noch viele andere Lebewesen. Die von den Pflanzen produzierten Nährstoffe nehmen wir nämlich als Nahrung auf. Dabei unterscheiden wir noch zwischen Erst-, Zweit- und Endverbrauchern. Die Ersten futtern direkt die Pflanzen, die Zweiten verspeisen die Pflanzenfresser, und die Endverbraucher fressen dann die Zweitverbraucher. Natürlich gibt es auch Mischwesen.

Was passiert aber, wenn eine Pflanze oder ein Tier stirbt? Ganz einfach: Eine weitere Gruppe, und zwar die Destruenten, kommen zum Einsatz. Dazu können ebenfalls Tiere wie Würmer oder Insektenlarven gehören, aber hauptsächlich Pilze und Bakterien. Die machen sich an dem toten organischen Material zu schaffen. Es wird zersetzt. Dabei entstehen wieder die anorganischen Komponenten Kohlenstoffdioxid, Mineralstoffe und Wasser, die die Pflanzen mal aufgenommen hatten und aus denen sie teilweise die organischen Stoffe aufgebaut hatten. Dieses zersetzte Material kann nun wieder von Pflanzen aufgenommen werden. Sie können dann ihrer Arbeit als Produzenten wieder gerecht werden. Außerdem atmen die Lebewesen ja schon zu Lebzeiten auch einen Teil der Stoffe als Kohlenstoffdioxid aus, das von der Pflanze wieder aufgenommen werden kann, und schon haben wir einen Kreislauf. Es gibt also einen Material- oder Stoffkreislauf durch Ökosysteme.

UPS! Ökosysteme, ja, da war was. Falls ihr es vergessen habt: Kein Problem, das ist ganz einfach die funktionelle Einheit aus Organismen und deren Lebensraum. Okay, so viel zur Materie. Wie steht's jetzt aber mit der Energie? Da, in der von Pflanzen produzierten Biomasse, ja, sozusagen gebundene Sonnenenergie steckt. Materiefluss und Energiefluss hängen auch eng zusammen, denn die Biomasse transportiert ja die Energie. Es gibt da aber doch einen wichtigen Unterschied, und dazu kommen wir jetzt.

Kommt jetzt also ein Konsument daher und frisst eine Pflanze, verbraucht er einen Teil der Energie und der Stoffe aus dem Pflanzenmaterial, ohne sie wieder in den Aufbau eigener Biomasse zu stecken. Die Zellatmung und weitere Stoffwechselprozesse sind nämlich nicht zu 100 % effektiv, und ein Großteil an Energie geht dem System als Wärmeenergie verloren. Über jeden Schritt der Nahrungskette, also über Erst-, Zweit- und schließlich die Endverbraucher, kommt dem System so nutzbare Energie abhanden. Schaut man sich diese verschiedenen Stufen der Konsumenten an, lassen sich drei Tendenzen erkennen. Die Erste haben wir gerade schon angesprochen: Mit jedem Verbraucher in der Kette geht etwas von der chemischen Energie verloren. Genau genommen ist dieses „etwas“ ganz schön viel. Es gilt hier die Faustregel, dass von der einen Ernährungsstufe zur nächsten 90 % der Energie verloren gehen. Es bleibt für die nächste Stufe also nur ein Zehntel der Energie übrig, und das ist einer der wesentlichen Unterschiede zwischen Energie- und Materiebewegungen in Ökosystemen. Die Energie bewegt sich nur in eine Richtung im System und bildet keinen Kreislauf wie die Materie. Man spricht daher von Energiefluss. Es muss daher von außen immer wieder neue Energie ins System gesteckt werden, um es am Laufen zu halten. Gut, also dass die Sonne noch eine ganze Weile scheint, wird allerdings angenommen. Auch die Biomasse, also die Gesamtmenge der energiereichen organischen Stoffe, nimmt von einer Stufe zur nächsten ab.

Die zweite Tendenz: Das ist recht logisch, denn sie transportiert ja die chemisch nutzbare Energie. Aber im Gegensatz zu Energie geht die verwendbare Materie dem System nicht verloren. Sie wird nur zu energieärmeren Stoffen umgewandelt, kann aber, ja wie oben schon gesagt, von der Pflanze wiederverwertet werden. Das soll jetzt nicht heißen, dass eine Schnecke als Pflanzenfresser mehr wiegen müsste als z. B. die Eule als Endkonsument. Stellt euch das mal vor! Nein, das Gegenteil ist der Fall: Je höher die Konsumentenstufe, desto größer und massiger sind normalerweise die Tiere. Das wäre die dritte Tendenz. Aber noch mal zurück zur Zweiten: Die hat stattdessen etwas mit der Anzahl der Individuen auf einer Ernährungsstufe zu tun. Die nimmt nämlich mit jeder Stufe ab. Es gibt also z. B. viel mehr Regenwürmer als Vögel oder mehr Zebras als Löwen. Es nimmt also insgesamt gesehen die Biomasse über die Stufen der Nahrungskette hinweg ab. Es gibt also jeweils weniger Individuen pro Stufe, die einzelnen Individuen werden hier Verbraucherstufe aber eher größer. Merkt euch also, dass der Energiefluss nur in eine Richtung möglich und auch nicht umkehrbar ist. Den Ökosystemen geht Energie als nicht wieder verwertbare Wärmeenergie verloren. Die Stoffe, die diese Energie transportieren, sind aber Teil der verschiedenen Stoffkreisläufe. Sie werden recycelt.

Damit ihr euer Wissen zu genau diesen Stoffkreisläufen noch etwas festigen könnt, schauen wir uns kurz den Kohlenstoffkreislauf an. Produzenten, also die Pflanzen, nehmen aus der Atmosphäre CO2 auf. Dieses CO2 bauen sie in organischen Stoffen ein. Konsumenten, wie in unserem Beispiel da Hase, kommen und fressen die Pflanze, also theoretisch die organischen Stoffe. Sie nehmen sie so auch auf und verwerten sie. Durch Zellatmung und Gärung wird dieses CO2 wieder frei. Das können unsere Pflanzen wieder aufnehmen und in organische Stoffe einbauen. So, Leute, wenn euch das Video geholfen hat, dann hilft euren Kumpels bestimmt auch. Also, wie immer: Gerne weiter erzählen, dass hier so geile Videos sind und so weiter. Ja, ansonsten sehen wir uns im nächsten Video. Ich sag bis gleich, macht's gut.