Ökosysteme und trophische Beziehungen: Funktionen, Energie & Stoffkreislauf

Ökosysteme und trophische Beziehungen

Ökosysteme. Trophische Beziehungen

Das Leben spielt sich in der Biosphäre ab. Sie umfasst Teile der Atmosphäre (insbesondere die Troposphäre) sowie die gesamte Hydrosphäre und Geosphäre.

Ökosysteme

Bei der Betrachtung einer Landschaft können wir zwischen lebenden und nicht lebenden Mitgliedern unterscheiden. Diese Komponenten sind eng miteinander verflochten. Die Gesamtheit der Organismen und die Beziehungen zwischen ihnen bilden das Ökosystem. Man unterscheidet:

• Biozönose (Gemeinschaft): alle Organismen, die in einem Ökosystem zusammenleben.
• Population: Individuen einer bestimmten Art innerhalb eines Gebiets.
• Biotop: Ort oder geographisches Gebiet, das von einer Gemeinschaft besetzt ist. Es umfasst die abiotische Umwelt (Wasser, Luft, Boden, Gestein) und eine Reihe von Umweltfaktoren (Licht, Temperatur, Feuchte, Druck, Salzgehalt).

Umweltfaktoren

Umweltfaktoren sind Elemente und Eigenschaften der Umgebung, die das Leben von Organismen beeinflussen. Man unterscheidet:

• Abiotische Faktoren: nicht-lebende Einflüsse (z. B. Klima, Temperatur, Licht, Wasser, pH), die direkt vom Medium und seiner Zusammensetzung abhängen.
• Biotische Faktoren: Einflüsse, die durch die Anwesenheit anderer Lebewesen bestimmt werden (z. B. Konkurrenz, Räuber-Beute-Beziehungen, Parasitismus).

Anpassungen an die Umwelt

Eine Anpassung ist ein erbliches Merkmal eines Organismus, das dessen Überleben und Fortpflanzung begünstigt.

• Tiere: Viele Anpassungen dienen dem Schutz vor Temperatur und klimatischen Extremen. Nahrungssuche und Verteidigungsmechanismen sind biotische Faktoren, die ebenfalls zu zahlreichen Anpassungen geführt haben.
• Pflanzen: Für Pflanzen ist die Verfügbarkeit von Wasser einer der wichtigsten Faktoren, der Anpassungen bestimmt (z. B. tiefe Wurzeln, sukkulente Gewebe, Blattformen).

Ernährung im Ökosystem

Die Wechselwirkungen hinsichtlich der Nahrungsbeziehungen zwischen den Komponenten einer Gemeinschaft werden als trophische Beziehungen oder Nahrungsbeziehungen bezeichnet.

Trophische Ebenen

In einem Ökosystem sind Organismen in trophische Ebenen eingeteilt, die zur Funktionsweise und Stabilität des Systems beitragen:

• Produzenten: Autotrophe Organismen (z. B. Pflanzen, Algen), die mithilfe von Lichtenergie organische Substanz produzieren (Fotosynthese).
• Verbraucher: Heterotrophe Organismen, die organische Materie anderer Lebewesen nutzen. Man unterscheidet Primärkonsumenten (Pflanzenfresser), Sekundärkonsumenten (Fleischfresser) und tertiäre bzw. Spitzenräuber (Endräuber).
• Zersetzer: Heterotrophe Organismen (z. B. Pilze, Bakterien), die tote organische Substanz abbauen und Nährstoffe in den Stoffkreislauf zurückführen.

Ketten und Nahrungsnetze

Eine Nahrungskette besteht aus einer linear geordneten Reihe von Organismen, in der jedes Glied das vorhergehende frisst. In der Praxis sind Nahrungsbeziehungen jedoch komplexer und bilden Nahrungsnetze, in denen Organismen mehrere Nahrungsquellen und Fressfeinde haben.

Stoff- und Energiefluss im Ökosystem

In einem Ökosystem zirkuliert Materie in Stoffkreisläufen (z. B. Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserkreislauf). Energie hingegen fließt durch das System: Energie wird von Produzenten aufgenommen und in trophischen Ebenen weitergegeben. Ein Teil der Energie geht bei jedem Übergang in Form von Wärme verloren und kann nicht wiederverwendet werden.

Wachstum

Bevölkerungswachstum bezeichnet die Zunahme oder Abnahme der Individuenanzahl einer Population über einen längeren Zeitraum.

Gleichgewicht

Wenn die Umgebungsbedingungen stabil sind, bleibt die Anzahl der Organismen und die Biomasse eines Ökosystems relativ konstant. Dann spricht man von einem Gleichgewichtszustand.

Ökologische Sukzession

Die Sukzession beschreibt die zeitliche Entwicklung von Lebensgemeinschaften nach einer Störung. Nach einem Waldbrand beispielsweise besiedeln zunächst Gräser das frei gewordene Gebiet, später folgen Büsche und Sträucher und schließlich entwickelt sich wieder ein Wald. Dieser Prozess führt zur Bildung einer neuen Gemeinschaft.

Einfluss menschlicher Aktivitäten auf Ökosysteme

Menschliche Eingriffe beeinträchtigen Ökosysteme auf vielfältige Weise, z. B.:

• Überjagung und Überfischung
• Kontamination (Verschmutzung von Luft, Wasser und Boden)
• Brennungen und Brände (z. B. Brandrodung)
• Transformation von Lebensräumen (z. B. Urbanisierung, Landwirtschaftliche Flächenumwandlung)

Energie, die wir verwenden

Der Großteil der von Menschen genutzten Energie dient dazu, Arbeit und Dienstleistungen für die Gesellschaft zu erbringen (Industrie, Transport, Haushalte, Landwirtschaft).

Energie aus fossilen Brennstoffen

Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas entstanden aus den Resten von Pflanzen und marinen Organismen, die über Millionen Jahre unter Sedimentschichten begraben wurden. Ihre Verbrennung setzt gespeicherte chemische Energie frei und trägt zur Freisetzung von Treibhausgasen bei.

Biomasse als Energiequelle

Biomasse kann auf verschiedene Weise zur Energiegewinnung genutzt werden:

• Verbrennung: Direktes Verbrennen von Biomasseresten in Kraftwerken zur Wärmeerzeugung und Stromproduktion.
• Fermentation: Biologische Umwandlung von organischen Abfällen zur Produktion von Biogas (z. B. Methan).
• Biokraftstoffe: Herstellung von Biodiesel (z. B. aus Sonnenblumen- oder Rapsöl) und Bioethanol (z. B. aus zucker- oder stärkehaltigen Pflanzen), die als Kraftstoffe für den Verkehr verwendet werden können.