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Ökosystem, Nahrungsketten und Energiefluss

Ein Ökosystem besteht aus allen Lebewesen eines Ortes und der unbelebten Umgebung, die zusammenwirken. Energie kommt als Sonnenlicht herein, fließt nur in eine Richtung die Nahrungskette hinauf, und nur etwa 10% erreichen jeweils die nächste Stufe.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Dieser Teich ist ein Ökosystem. Pflanzen, Fische und ein Frosch leben (biotisch). Sonnenlicht, Wasser, Boden, Luft und Steine sind unbelebt (abiotisch). Zähle sie: Alles wirkt zusammen.
  2. Jedes Lebewesen hat eine Aufgabe. Grüne Pflanzen stellen aus Sonnenlicht Nahrung her: Sie sind Produzenten. Tiere fressen andere: Sie sind Konsumenten. Pilze und Bakterien zersetzen Totes: Sie sind Destruenten.
  3. Jetzt wächst eine Nahrungskette: Gras → Heuschrecke → Frosch → Schlange → Adler. Jeder Pfeil heißt „wird gefressen von“. Jede Stufe der Kette ist eine Trophieebene.
  4. Energie wird nicht vollständig weitergegeben. Nur etwa 10% gehen auf die nächste Ebene, der Rest geht als Wärme verloren. Schau auf die Pyramide: 10.000 J → 1.000 J → 100 J → 10 J. Darum enden Ketten nach 3 oder 4 Ebenen.
  5. Jetzt die roten Punkte: ein Pflanzengift wie DDT. Das Gras hat ein wenig davon. Jedes Tier frisst viele Tiere der Stufe darunter, und der Stoff wird nicht abgebaut. Deshalb hat der Adler oben am meisten. Das ist Biomagnifikation.
  6. Du bist dran. Bewege den Regler für die Startenergie und lies unten die Energie jeder Ebene ab. Setze den Haken bei „Show pesticide“, um zu sehen, wo sich das Gift sammelt. Ziehe, um die Szene zu drehen.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Ist ein Garten oder ein Aquarium wirklich ein Ökosystem, wenn Menschen es gemacht haben?

Ja. Es hat trotzdem lebende Teile (Pflanzen, Fische), die mit unbelebten Teilen (Wasser, Licht, Boden) zusammenwirken. Es heißt künstliches Ökosystem, weil Menschen es einrichten und pflegen.

Wo gehören Destruenten in die Nahrungskette?

Sie sind kein einzelnes Glied; sie zersetzen Totes von allen Ebenen und bringen Mineralstoffe zurück in den Boden für die Produzenten. Am Teich siehst du die Pilze am Rand, nicht in der Reihe.

In welche Richtung zeigt der Pfeil in einer Nahrungskette?

Von der Nahrung zum Fresser, so wie die Energie wandert: Gras → Heuschrecke. Sieh zu, wie die Kette Block für Block entsteht.

Wohin gehen die verlorenen 90% der Energie?

Das meiste braucht das Tier für sein eigenes Leben (Atmen, Bewegen, Warmhalten) und entweicht als Wärme; ein Teil bleibt in Knochen, Haaren oder unverdautem Kot. Schau auf die orangefarbenen Wärmewolken, die die Pyramide verlassen.

Warum kann Energie nicht zu den Pflanzen zurück wie die Mineralstoffe?

Als Wärme verlorene Energie verteilt sich in der Umgebung, und Pflanzen können Wärme nicht zur Nahrungsherstellung nutzen. Nur Sonnenlicht funktioniert. Die Pyramide füllt sich also nie von oben wieder auf.

Wenn die Energie nach oben abnimmt, warum nimmt dann DDT zu?

Energie wird verbraucht und geht verloren, aber DDT wird weder abgebaut noch ausgeschieden. Jeder Fresser sammelt das DDT aus vielen Mahlzeiten, also häuft es sich an. Vergleiche die roten Punkte auf jedem Block.

Was ist ein Ökosystem?

Ein Ökosystem ist eine Einheit der Natur, in der Lebewesen miteinander und mit der unbelebten Umgebung zusammenwirken. Wald, Teich, See, Wiese und Wüste sind natürliche Ökosysteme. Ein Garten, ein Acker und ein Aquarium sind künstliche (von Menschen gemachte) Ökosysteme, weil Menschen sie planen und pflegen.

Biotische und abiotische Bestandteile

Biotisch sind die lebenden Teile: Pflanzen, Tiere, Pilze und Bakterien. Abiotisch sind die unbelebten Teile: Sonnenlicht, Temperatur, Wasser, Luft, Boden und Mineralstoffe. Man kann keinen Teil wegnehmen, ohne den anderen zu verändern. Ohne Sonnenlicht sterben Pflanzen; ohne Pflanzen verhungern Tiere.

Produzenten, Konsumenten und Destruenten

Produzenten sind grüne Pflanzen und einige Bakterien (z. B. Blaualgen), die durch Photosynthese Nahrung herstellen. Man nennt sie autotroph.

Konsumenten können keine Nahrung herstellen, also fressen sie andere. Es gibt Pflanzenfresser (z. B. Ziege), Fleischfresser (z. B. Löwe), Allesfresser (fressen beides, z. B. Krähe, Menschen) und Parasiten (leben auf einem Wirt, z. B. Läuse).

Destruenten sind Bakterien und Pilze, die tote Pflanzen und Tiere in einfache Stoffe zerlegen. So kommen Mineralstoffe zurück in den Boden und Produzenten können sie wieder nutzen. Ohne Destruenten würde sich Totes anhäufen und dem Boden gingen die Nährstoffe aus.

Nahrungsketten, Nahrungsnetze und Trophieebenen

Eine Nahrungskette ist eine Reihe von Lebewesen, in der jedes das vorige frisst. Beispiel: Gras → Heuschrecke → Frosch → Schlange → Adler. Im Wasser: Alge → kleiner Fisch → großer Fisch → Reiher.

Jede Stufe einer Nahrungskette ist eine Trophieebene: T1 = Produzenten, T2 = Primärkonsumenten (Pflanzenfresser), T3 = Sekundärkonsumenten, T4 = Tertiärkonsumenten.

In der Natur fressen die meisten Tiere mehrere Nahrungsarten und haben mehrere Feinde. So verbinden sich viele Ketten zu einem Geflecht, dem Nahrungsnetz. Ein Nahrungsnetz macht ein Ökosystem stabiler: Wird eine Nahrung knapp, können Tiere auf eine andere ausweichen.

Energiefluss und die 10%-Regel

Grüne Pflanzen fangen nur etwa 1% des Sonnenlichts auf, das auf ihre Blätter fällt. Wenn ein Pflanzenfresser eine Pflanze frisst, erhält er nur etwa 10% der in ihr gespeicherten Energie. Der Rest wird für die Lebensvorgänge der Pflanze gebraucht, geht als Wärme verloren oder steckt in Teilen, die nicht gefressen oder verdaut werden. Das ist die 10-Prozent-Regel (von Lindeman).

Warum der Energiefluss einseitig (unidirektional) ist

Energie wandert von der Sonne → Produzenten → Pflanzenfresser → Fleischfresser. Sie kommt nie zurück: Als Wärme verlorene Energie können Pflanzen nicht wieder nutzen. Der Energiefluss ist also unidirektional. Mineralstoffe dagegen laufen mithilfe der Destruenten im Kreis.

Warum Nahrungsketten nur 3–4 Ebenen haben

Die Energie sinkt bei jedem Schritt auf ein Zehntel. Auf der vierten oder fünften Ebene ist so wenig übrig, dass sie keine Population mehr versorgen kann. Darum gibt es nur wenige Spitzenräuber, und darum verschwendet eine vegetarische Ernährung (Ebene 2) weniger Sonnenenergie.

Biomagnifikation

Pflanzenschutzmittel wie DDT werden auf Felder gespritzt. Ein Teil wird in Boden und Wasser gespült und gelangt in Pflanzen. Diese Stoffe werden nicht abgebaut und nicht ausgeschieden; sie lagern sich im Fett ein. Ein Tier, das viele Pflanzen frisst, sammelt den ganzen Stoff aus ihnen. Das nächste Tier frisst viele dieser Tiere, und so weiter.

Die Menge des Stoffes pro kg Körpergewicht steigt also auf jeder Trophieebene an. Das ist Biomagnifikation. Die obersten Konsumenten, auch Menschen, bekommen die höchste Dosis. Darum können Getreide, Gemüse, Fisch und sogar Milch Spuren von Pflanzenschutzmitteln enthalten.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Nenne zwei biotische und zwei abiotische Bestandteile eines Teiches.

Biotisch: Wasserpflanzen (Wasserpest, Algen), Fische, Frösche, Bakterien. Abiotisch: Wasser, Sonnenlicht, gelöster Sauerstoff, Boden am Grund, Temperatur.

2. In einer Nahrungskette enthalten die Produzenten 20.000 J Energie. Wie viel Energie erreicht den Sekundärkonsumenten?

Produzent → Primärkonsument: 20.000 × 10% = 2.000 J. Primär- → Sekundärkonsument: 2.000 × 10% = 200 J. Antwort: 200 J.

3. Ein Habicht (4. Trophieebene) erhält 5 J Energie. Wie viel Energie steckte in den Produzenten seiner Kette?

Eine Ebene nach unten heißt mal 10. Ebene 3: 50 J, Ebene 2: 500 J, Ebene 1: 5.000 J. Die Produzenten hatten 5.000 J.

4. In der Kette Gras → Hirsch → Tiger hat das Gras 100.000 kJ. Wie viel Energie bekommt der Tiger, und welcher Bruchteil der Energie des Grases ist das?

Hirsch: 100.000 × 0.1 = 10.000 kJ. Tiger: 10.000 × 0.1 = 1.000 kJ. Bruchteil = 1.000 / 100.000 = 1/100 = 1%.

5. Warum hat ein Mensch, der Fisch aus einem DDT-verseuchten See isst, mehr DDT als der Fisch?

DDT wird nicht abgebaut und bleibt im Körperfett. Der Mensch isst über die Zeit viele Fische, also sammelt sich ihr gesamtes DDT in ihm. Weil er auf einer höheren Trophieebene steht, hat er am Ende die höchste Konzentration: Biomagnifikation.

6. Warum ist ein Nahrungsnetz stabiler als eine einzelne Nahrungskette?

In einem Netz hat jedes Tier mehrere Nahrungsquellen. Wird eine Beute selten, frisst der Räuber eine andere, und das Ökosystem bricht nicht zusammen.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Welches ist ein abiotischer Bestandteil?
2. Ein Aquarium ist:
3. Wenn die Produzenten 5.000 J haben, erhalten die Primärkonsumenten etwa:
4. Welcher Organismus in Gras → Insekt → Frosch → Schlange hätte die höchste DDT-Konzentration?
5. Der Energiefluss in einem Ökosystem ist:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die 10%-Regel in einfachen Worten?

Wenn ein Lebewesen ein anderes frisst, bekommt es nur etwa ein Zehntel der Energie, die in dessen Nahrung gespeichert war. Die anderen 90% werden verbraucht oder gehen als Wärme verloren.

Warum haben Nahrungsketten meist nur 3 oder 4 Ebenen?

Weil die Energie auf jeder Ebene auf ein Zehntel fällt. Nach 4 Ebenen bleibt zu wenig Energie, um eine weitere Tiergruppe zu ernähren.

Kommt dieses Thema in der Biologie-Prüfung vor?

Ja, Ökosysteme, Nahrungsketten und Energiefluss gehören zum Standardstoff der Ökologie. Aufgaben zu Nahrungsketten, 10%-Regel-Rechnungen und Biomagnifikation sind als kurze Fragen sehr häufig.

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 9B. Biology
NetherlandsVWO 2 (onderbouw)Organisms and environment
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIVII. Ecology and environmental protection
RomaniaClasa a IX-aEnvironmental protection
Spain2º ESOEcology and sustainability
Ukraine9 класHumans and the biosphere
CBSE (India)Class 8How Nature Works in Harmony
CBSE (India)Class 10Natural Resources
England (GCSE, A level)Year 9Biology: Interactions and interdependencies
England (GCSE, A level)Year 114.7 Ecology
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USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-LS2 Ecosystems
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Ecosystems: interactions, energy and dynamics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12The Living World: Ecosystems
Japan中学3年Field 2 (7): Nature and humans
Japan高校1年Biodiversity and ecosystems
South Korea고등학교 1학년Environment and energy
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Soil ecosystem
FranceTroisièmeEarth, environment and human action
FrancePremièreContemporary environmental issues
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FranceTerminaleContemporary environmental issues
Russia8 классEvolution and ecology of animals
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China八年级(初二)U5 Ch.1 Ecosystems
China高二Sel.2 Ch.3 Ecosystems

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