Definiere die Begriffe…
Biomasse
Primärproduktion
Sekundärproduktion
Biomasse der Pflanzen ist der Körper dieser Pflanzen (Blätter, Stämme, Wurzeln etc.), und die gespeicherte Energie dieser Biomasse ist das, was die Pflanzen durch Photosynthese aus Sonnenlicht aufgenommen haben.
Biomasse:
Masse von Lebewesen pro Fläche oder Volumen in einem bestimmten Areal/Ökosystem
Maß für die Menge an organischem Material und die darin gespeicherte Energie
Primärproduktion:
Biomasse, die von Primärproduzenten (Pflanzen, Algen) in bestimmten Areal aufgebaut wird
Primärproduzenten nehmen Energie aus Umwelt (meistens Lichtenergie) auf und wandeln sie in chemische Energie um, die in organischen Molekülen (Zucker etc.) gespeichert ist -> organischen Moleküle bilden Biomasse (besteht sowohl aus organischen Substanzen als auch der gespeicherten Energie)
Diese Biomasse bildet Grundlage für Nahrungskette eines Ökosystems
Sekundärproduktion:
Biomasse, die von heterotrophen Organismen (Tiere, Pilze etc.) aufgebaut wird, indem sie Biomasse der autotrophen Organismen oder anderen heterotrophen Organismen konsumieren
Wenn Tiere die Pflanzen fressen, nutzen sie die in der Biomasse gespeicherte Energie, um ihre eigenen Körperfunktionen aufrechtzuerhalten und in ihre eigene Biomasse umzuwandeln
Von welchen Faktoren wird die Primärproduktion begrenzt?
=> Licht, Wasser, Temperatur, Nährstoffe etc.
Trend einer höheren Primärproduktion von den Polen zum Äquator - Warum?
Am Äquator:
mehr Sonnenlicht -> treibt Photosynthese an (je weniger Lichtenergie, desto geringer Primärproduktion)
höhere Temperaturen -> fördern Aktivität von Enzymen, die an Photosynthese beteiligt sind + beschleunigen Wachstumsrate von Pflanzen
meist ausreichend Niederschlag -> deckt Wasserbedarf der Pflanzen (sonst Wachstumshemmungen) + Ausgangsstoff der Photosynthese
=> fördert Primärproduktion
Global betrachtet, wer weist insgesamt die größte Primärproduktion?
Flächenbezogen:
Ozeane: Primärproduktion geringer pro m² als in terrestrischen Landökosystemen (z.B. Regenwald/Feuchtgebiete)
Grund: Mangel an Nährstoffen (Stickstoff/Phosphor) in großen Teilen der offenen Ozeane -> Nährstoffe aber wichtig für Wachstum von Phytoplankton (Hauptproduzent im Ozean)
Global betrachtet:
Ozeane: bedecken rund 70% der Erdoberfläche
Terrestrische Ökosysteme: nur etwa 30%
=> Die enorme Fläche der Ozeane sorgt dafür, dass sie insgesamt die größte Primärproduktion aufweisen
Von welchen Faktoren wird die Sekundärproduktion begrenzt?
=> begrenzt durch Primärproduktion -> Sekundärproduzenten sind auf Energie und Biomasse angewiesen, die durch Primärproduzenten bereitsgestellt wird
=> Wenn Primärproduktion niedrig = weniger Energie und Biomasse für Konsumenten -> begrenzt Sekundärproduktion
=> beschreibt die Biomasse, die durch heterotrophe Organismen (Tiere, Pilze, etc.) aufgebaut wird
Was beschreibt die Energieallokation?
Wie sieht der Energieverlust entlang der Nahrungskette aus?
Energieallokation: Organismus muss entscheiden, wie er die aufgenommene Energie (z.B. aus Nahrung) einsetzt
Einige Prozesse verbrauchen großen Teil der Energie, ohne dass sie in Biomasse (also Körpermasse) umgewandelt wird -> ca. 90% der Energie auf einer Trophieebene
kleiner Teil der aufgenommenen Energie (10%) wird in körpereigene Biomasse umgewandelt z.b. in Form von Blättern, Stängeln etc. -> diese Biomasse ist einziger Teil der nächsten Ebene zur Verfügung steht
Warum gehen ca. 90% der Energie verloren? -> Prozesse
Zellatmung
Organismen benötigen Energie, um lebenswichtige Prozesse wie Bewegung, Wachstum und Fortpflanzung durchzuführen
Großteil der Energie aus Nahrung wird für Zellatmung genutzt, um ATP herzustellen (Energie wird verbraucht)
Wärmeabgabe
Tiere (insbesondere endotherm/homoiotherm) verlieren zusätzlich Energie, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten (Energie geht verloren)
unverdauliche Bestandteile z.B. Cellulose
Nicht alles, was Organismus frisst, kann verdaut und in Energie oder Biomasse umgewandelt werden
Wie viele Trophieebenen bzw. Stufen gibt es in einer Nahrungskette?
Was bestimmt die Länge der Nahrungskette?
(Effizienz und Produktivität)
=> keine konkrete und feste Anzahl an Trophiestufen in einer Nahrungskette
Warum?
Anzahl der Trophiestufen in Nahrungskette wird durch Energieverlust von ca. 90% begrenzt und schränkt Energiefluss zwischen trophischen Ebenen ein
3-5 Trophiestufen sind typischerweise die Obergrenze für natürliche Nahrungsketten -> nach mehreren trophischen Ebenen sind nur noch so wenig Energie übrig, dass keine stabilen Populationen mehr existieren können
In der Theorie:
Hohe Biomasse der Primärproduzenten schafft mehr Nahrungsangebot für Konsumenten und kann theoretisch mehr trophische Ebenen unterstützen. Anzahl der Stufen wird aber immernoch durch den Energieverlust begrenzt.
Ökologische Effizienz der trophischen Ebenen.
(Kozlovski’s 10% Regel)
Kozlovski’s 10% Regel:
Die 10%-Regel besagt, dass von der Energie, die in der Biomasse eines Organismus (egal ob Primärproduzent oder Konsument) gespeichert ist, nur ca. 10% der Energie an die nächste trophische Ebene weitergegeben wird. Der Rest (ca. 90%) wird durch metabolische Prozesse (z. B. Atmung, Bewegung, Wärme) verbraucht
Effizienz der Energieausnutzung limitiert Länge der Nahrungskette
Produktivität bestimmt ebenfalls mögliche Länge der Nahrungskette
Effizienz:
Durch Energieverlust von ca. 90% pro trophischer Ebene bleibt höheren Ebenen immer weniger Energie übrig
Ab gewisser Stufe ist Energiemenge so gering, dass keine stabilen Populationen mehr existieren können
Produktivität:
Primärproduzenten liefern Energie für gesamtes Nahrungsnetz
Wenn Produktivität hoch ist (höhere Biomasse), steht mehr Energie für nächsten Ebenen zur Verfügung, was eine längere Nahrungskette ermöglicht
Beispiel:
Tropischer Regenwald: mehr Trophieebenen (4-5)
Ozeane: weniger Trophieebenen (2-3)
=> wegen Primärproduktion!
Was bedeutet “Bottom-up” und “Top-down”?
=> zwei Kontrollmechanismen, die beschreiben, wie die Struktur und Dynamik eines Ökosystems beeinflusst wird
A) Bottom-up-Kontrolle
Bottom-up-Kontrolle: von unten nach oben
Beschreibt, wie Primärproduzenten (wie Pflanzen, Algen) und die Verfügbarkeit von Ressourcen (z. B. Wasser, Licht, Nährstoffe) die Struktur und Dynamik (Populationsgrößen) beeinflussen – insbesondere die höheren trophischen Ebenen.
=> höhere Ebenen sind auf diese Ressourcen angewiesen
Wie funktioniert das?
Primärproduzenten sind Basis der Nahrungskette -> ihre Menge bestimmt die Menge an Energie, die in höheren Trophieebenen fließt
Je mehr Biomasse sie produzieren, desto mehr Energie und Nahrung sind für die höheren Ebenen verfügbar -> Populationen der Sekundärproduzenten und höheren trophischen Ebenen wachsen
A) Top-down-Kontrolle
Top-down-Kontrolle: von oben nach unten
Dynamik und Struktur (Populationsgrößen) der trophischen Ebenen wird von Prädatoren oder Konsumenten an der Spitze der Nahrungskette gesteuert und reguliert.
Wie es funktioniert:
Raubtiere oder andere Top-Konsumenten haben Einfluss auf Populationsgrößen der Beutetiere, was indirekt auch die darunter liegenden Ebenen (wie Pflanzen) beeinflussen kann.
Beispiel: Haie und Rochen (Trophische Kaskade mit Kettenreaktion)
Haie (top-Prädatoren) werden entfernt oder weniger -> Anzahl der Rochen nimmt zu (Mesoprädatoren) , weil es weniger Feinde gibt -> Rochen fressen dann mehr die Jacobsmuscheln (Rückgang der Muschelpopulation)
Trophische Kaskade: Änderungen in Population eines Top-Prädators verursacht Kettenreaktion in den unteren Ebenen des Ökosystems
Sind Ökosysteme Bottom-up oder Top-down reguliert?
Alternierende Kontrolle!
Beispiel - aquatisches Ökosystem
=> Ökosystem wird tatsächlich selten ausschließlich durch einen einzigen Kontrollmechanismus gesteuert. Stattdessen wirken bottom-up und top-down Mechanismen gleichzeitig
Alternierende Kontrolle:
Beschreibt, dass die Steuerung auf verschiedenen trophischen Ebenen wechselt, wenn eine neue Ebene eingeführt wird.
Beispiel: aquatisches Ökosystem
Piscivore Fische = höchste Trophieebene
bottom-up kontrolliert
abhängig von Beständen des Phytoplanktons (Grundlage der Nahrungskette) -> je höher Primärproduktion des Phytoklantkons, desto mehr Nahrung für Zooplankton -> zooplanktivore Fische und letztlich piscivore Fische
Zooplanktivore Fische
bottom-up kontrolliert (ohne piscivore Fische)
Population ist abhängig von Menge an Zooplankton
top-down kontrolliert (mit piscivoren Fischen)
Zooplanktivore Population wird durch piscivore Fische reguliert, da sie gefressen werden -> Anzahl piscivorer Fische sinkt, Anstieg zooplanktivorer Fische
Zooplankton
top-down kontrolliert (ohne piscivore Fische)
normalerweise wird Zooplankton von zooplanktivoren Fischen gefressen
bottom-up kontrolliert (mit piscivoren Fischen)
Zooplankton weniger stark gefressen, da Anzahl zooplanktivorer Fische reduziert ist
Populationsgröße hängt stärker von verfügbaren Ressourcen (Phytoplankton) ab (daher bottom-up)
Phytoplankton
Basis der Nahrungskette - Anzahl des Zooplanktons reguliert/reduziert die Phytoplanktonpopulation
bottom-up kontrolliert (ohne piscivoren Fischen)
Zooplankton wird von zooplanktivoren Fischen reduziert -> Prädation auf Phytoplankton von Zooplankton wird ebenfalls reduziert
Biomasse des Phytoplanktons hängt von Ressourcen wie Wasser, Licht und Nährstoffen ab
Zusatz:
In Ökosystemen gibt es immer sowohl eine Ressourcenabhängigkeit (bottom-up) als auch eine Prädationsabhängigkeit (top-down). Der Unterschied liegt in der relativen Stärke der Mechanismen:
Ohne Räuber dominiert die Ressourcenabhängigkeit (bottom-up).
Mit Räuber dominiert die Prädationsabhängigkeit (top-down), aber die Ressourcenkontrolle bleibt bestehen.
Die Grundprinzipien der Bottom-up- und Top-down-Kontrolle gelten sowohl in aquatischen als auch in terrestrischen Ökosystemen.
Aber warum gibt es im Ozean eine umgedrehte Biomasse-Pyramide?
Warum ist die Biomasse des Zooplanktons so groß und die des Phytoplanktons so gering?
Umgedrehte Biomasse-Pyramide im Ozean
=> Biomasse der Konsumenten höherer Ebenen ist größer als Biomasse der Primärproduzenten
• tritt in pelagischen oligotrophen (nährstoffarm) Gewässern auf (besonders der epipelagischen Zone -200m)
-> Nährstoffmangel (Stickstoff/Phosphor) begrenzt Wachstum des Phytoplanktons (Biomasse)
-> ständiger und effizienter Konsum verhindert, dass sich große Biomasse aufbauen kann
Gründe für umgedrehte Biomasse:
Phytoplankton: geringe stehende Biomasse - siehe oben zwei Faktoren
Phytoplankton: sehr hohe Produktivität -> produziert sehr schnell neue Biomasse
Individuum kurze Lebensdauer, aber produziert viele Nachkommen -> führt zur konstanten Produktion von Biomasse und genügend Energie für Konsumenten
Energieübertragung oft effizienter in aquatischen Systemen als terrestrischen Systemen
Aquatische Organismen verbrauchen weniger Energie für metabolische Prozesse -> mehr Energie wird in Wachstum und eigene Biomasse investiert -> mehr als 10% der aufgenommenen Energie können investiert werden
Phytoplankton wird ständig nachproduziert -> Zooplankton kann konstant Energie aufnehmen und in Biomasse investieren (darum größere Biomasse)
Vergleich: Terrestrisch vs. Aquatisch
In terrestrischen Systemen ist Nahrungspyramide meist nicht umgedreht, weil:
Pflanzen oft langlebig sind und große stehende Biomasse aufbauen können (z. B. Bäume)
Konsumenten wie Herbivoren konsumieren nur Teil der pflanzlichen Biomasse, weil sie ggf. nicht an alles drankommen
Im Ozean:
stehende Biomasse der Primärproduzenten ist klein (weil sie nahezu vollständig konsumiert werden)
aber deren Produktionsrate ist viel höher als die der terrestrischen Pflanzen
Wenn Konsumenten also die Biomasse der Primärproduzenten konsumieren, nehmen sie ca. 10% der Energie mit, die in der Biomasse der Primärproduzenten gespeichert ist. Diese 10% der Energie ist die Menge, die von einer trophischen Ebene zur nächsten übertragen wird.
Primärproduzent (Phytoplankton) nimmt Energie aus der Umwelt auf und speichert 10% dieser Energie in seiner Biomasse.
Konsument (Zooplankton) frisst das Phytoplankton und kann 10% der in dessen Biomasse gespeicherten Energie aufnehmen.
Vom Zooplankton geht dann wieder 90% der aufgenommenen Energie für metabolische Prozesse verloren (z. B. Bewegung, Atmung, etc.).
10% der Energie wird in die eigene Biomasse des Zooplanktons umgewandelt, die dann der nächsten trophischen Ebene zur Verfügung steht.
Last changed9 days ago
