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Trophiestufen: Nahrungsketten und Energiefluss
Eine Trophiestufe beschreibt die Ernährungsposition eines Organismus in einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz. Produzenten bilden die erste Stufe. Mit jedem Schritt, in dem Nahrung und Energie weitergegeben werden, folgt eine höhere Stufe.
Du lernst hier, Organismen sicher zuzuordnen, Energieverluste zu erklären und Nahrungsketten vollständig zu untersuchen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie du eine Trophiestufe bestimmst
Das Wort trophisch bedeutet „die Ernährung betreffend“. Eine Trophiestufe fasst Organismen mit einer vergleichbaren Ernährungsweise zusammen.
Trophiestufe
Eine Trophiestufe ist die Position eines Organismus in einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz. Entscheidend ist, wie viele Schritte der Energieübertragung zwischen dem Produzenten und diesem Organismus liegen.
Die Zählung beginnt bei den Produzenten:
- Produzenten bilden die erste Trophiestufe.
- Primärkonsumenten bilden die zweite Trophiestufe.
- Sekundärkonsumenten bilden die dritte Trophiestufe.
- Tertiärkonsumenten bilden die vierte Trophiestufe.
- Weitere Räuber können noch höhere Stufen bilden.
Eine Nahrungskette zeigt eine einzelne Abfolge von Nahrungsbeziehungen. Mehrere miteinander verknüpfte Nahrungsketten bilden ein Nahrungsnetz.
In der Nahrungskette
Brombeere → Waldmaus → Rotfuchs → Uhu
steht die Brombeere als Produzent auf der ersten Trophiestufe. Die Waldmaus ist Primärkonsument, der Rotfuchs Sekundärkonsument und der Uhu Tertiärkonsument.
Der Pfeil zeigt hier die Richtung, in der Nahrung und darin gespeicherte Energie weitergegeben werden: von der Nahrung zum fressenden Organismus.
Produzenten und Konsumenten richtig zuordnen
Produzenten wie Pflanzen und Algen erzeugen mithilfe von Sonnenlicht organische Stoffe und bauen daraus Biomasse auf. Dafür verwenden sie unter anderem Wasser, Kohlenstoffdioxid und anorganische Nährstoffe. Sie bilden die energetische Grundlage der Nahrungskette.
Konsumenten müssen andere Lebewesen oder deren Biomasse als Nahrung aufnehmen:
- Primärkonsumenten fressen Produzenten. Es handelt sich meist um Pflanzenfresser.
- Sekundärkonsumenten fressen Primärkonsumenten.
- Tertiärkonsumenten fressen Sekundärkonsumenten.
- Ein Spitzenprädator steht am Ende einer Nahrungskette und besitzt dort keine ernstzunehmenden Fressfeinde.
Die Ordnung eines Konsumenten richtet sich danach, wen er frisst: Ein Sekundärkonsument frisst einen Primärkonsumenten, nicht bloß „irgendein Tier“.
Ringelblume → Raupe → Kohlmeise → Sperber
- Die Ringelblume ist Produzentin.
- Die Raupe frisst die Produzentin und ist Primärkonsument.
- Die Kohlmeise frisst die Raupe und ist Sekundärkonsument.
- Der Sperber frisst die Kohlmeise und ist Tertiärkonsument.
Auch im Wasser gilt dieselbe Zuordnung:
Phytoplankton → Zooplankton → kleiner Fisch → Raubfisch → Orka
Diese Kette besitzt fünf Trophiestufen. Der Orka ist darin Konsument vierter Ordnung.
Warum nach oben weniger Energie bleibt
Produzenten wandeln Sonnenenergie in chemische Energie um und speichern einen Teil davon in ihrer Biomasse. Frisst ein Konsument diese Biomasse, wird nur ein Teil der enthaltenen Energie in neue eigene Biomasse überführt.
Energie steht der nächsten Trophiestufe aus mehreren Gründen nicht vollständig zur Verfügung:
- Nicht alle Teile eines Organismus werden gefressen.
- Nicht alle gefressenen Bestandteile werden verdaut.
- Organismen verbrauchen Energie für Lebensvorgänge, etwa Bewegung und Stoffwechsel.
- Ein Teil der Energie wird als Wärme an die Umwelt abgegeben.
Als grobe Näherung kann die 10-%-Regel verwendet werden: Im Mittel stehen der nächsten Trophiestufe ungefähr 10 % der Energie zur Verfügung. Rund 90 % werden demnach nicht als neue Biomasse an die nächste Stufe weitergegeben. Der tatsächliche Anteil kann abweichen.
Ein vereinfachtes Modell beginnt bei den Produzenten mit 100 Energieeinheiten:
- Produzenten: 100 Energieeinheiten
- Primärkonsumenten: ungefähr 10 Energieeinheiten
- Sekundärkonsumenten: ungefähr 1 Energieeinheit
- Tertiärkonsumenten: ungefähr 0,1 Energieeinheiten
Von Stufe zu Stufe wird jeweils mit 0,1 multipliziert. Das Modell zeigt keine exakten Messwerte eines bestimmten Ökosystems, sondern die starke Abnahme der weitergegebenen Energie.
Darum bestehen Lebensgemeinschaften meist nur aus wenigen Trophiestufen. Drei oder vier Stufen sind häufig; mehr als fünf kommen nur selten vor. Für immer weitere Konsumentenstufen bleibt meist zu wenig nutzbare Energie.
Welche Rolle Destruenten spielen
Destruenten oder Zersetzer bauen tote Biomasse und organische Abfälle ab. Dazu gehören beispielsweise Pilze, Bakterien und Regenwürmer. Beim Abbau werden anorganische Stoffe wieder verfügbar, die Produzenten zum Aufbau neuer Biomasse nutzen können.
Destruenten lassen sich nicht immer sinnvoll als bloße „letzte Stufe“ einer einzigen Nahrungskette darstellen. Sie verwerten Material von Produzenten und Konsumenten verschiedener Trophiestufen und verbinden diese mit dem Stoffkreislauf.
Stoffe und Energie nehmen unterschiedliche Wege: Stoffe können nach dem Abbau erneut von Produzenten aufgenommen werden und zirkulieren somit im Ökosystem. Energie fließt dagegen gerichtet durch die Trophiestufen und wird fortlaufend teilweise als Wärme abgegeben. Neue Energie gelangt vor allem als Sonnenlicht in das System.
Eine Nahrungskette vollständig untersuchen
Gehe bei einer neuen Nahrungskette in vier Schritten vor:
- Suche den Produzenten. Er bildet die erste Trophiestufe.
- Folge den Pfeilen in Richtung des fressenden Organismus.
- Bestimme bei jedem Konsumenten, welche vorherige Stufe er frisst.
- Prüfe, wie viele Energieübertragungen stattgefunden haben und ob die verfügbare Energie nach oben abnimmt.
Untersuche die Kette Phytoplankton → Zooplankton → kleiner Fisch → Raubfisch → Orka.
- Phytoplankton ist der Produzent.
- Zooplankton frisst den Produzenten und ist Primärkonsument.
- Der kleine Fisch ist Sekundärkonsument.
- Der Raubfisch ist Tertiärkonsument.
- Der Orka ist Konsument vierter Ordnung.
Bis zum Orka finden vier Schritte der Energieübertragung statt. Bei jedem Schritt steht nur ein Teil der vorherigen Energie für den Aufbau neuer Biomasse zur Verfügung. Deshalb benötigt die Basis einer solchen Kette wesentlich mehr verfügbare Energie als ihre Spitze.
Deine Anwendung
Ordne die Organismen der Kette Brombeere → Waldmaus → Rotfuchs → Uhu den Trophiestufen zu. Erkläre anschließend, warum beim Uhu weniger nutzbare Energie ankommt als bei der Waldmaus.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Trophiestufen
- Grundlage
- Produzenten bauen Biomasse auf
- Sonnenenergie wird chemisch gespeichert
- Konsumenten
- Primärkonsumenten fressen Produzenten
- Höhere Konsumenten fressen vorherige Konsumenten
- Energiefluss
- Nutzbare Energie nimmt nach oben ab
- Nahrungsketten bleiben meist kurz
- Stoffkreislauf
- Destruenten bauen tote Biomasse ab
- Stoffe werden erneut verfügbar
- Grundlage
Abschluss-Check
Du kannst eine Nahrungskette nun vom Produzenten aus lesen, die Konsumentenordnungen bestimmen und die begrenzte Länge der Kette mit dem gerichteten Energiefluss erklären.