Lektion 1.3

Ökosystem: Lebensraum, Wechselbeziehungen, Stoffkreisläufe und Energiefluss

15 min Lesezeit

Im Wald fallen jedes Jahr große Mengen Laub zu Boden. Trotzdem liegt dort nach Jahren kein meterhoher Laubberg, und niemand düngt die Bäume. Der Wald erhält sich selbst. Wie geht das?

Und noch eine Frage: Auf einer Wiese leben viele Tausend Insekten, aber nur wenige Füchse. Woran liegt das? Du klärst, wie die Teile eines Ökosystems zusammenhängen, wohin die Stoffe wandern und was mit der Energie geschieht.

Definition

Biotop, Biozönose und Ökosystem

Aus Klasse 5 und 6 kennst du den Lebensraum und die Lebensgemeinschaft. Dafür gibt es Fachwörter:

  • Das Biotop ist der unbelebte Lebensraum mit seinen Bedingungen, zum Beispiel der Boden, das Wasser und das Klima eines Waldes.
  • Die Biozönose ist die Gemeinschaft aller Lebewesen, die dort zusammenleben.
  • Das Ökosystem ist beides zusammen. Biotop und Biozönose wirken aufeinander: Die Bäume verändern den Boden und das Licht am Boden, und der Boden bestimmt, welche Bäume wachsen.
Definition

Abiotische und biotische Faktoren

Alles, was auf Lebewesen wirkt, heißt Faktor. Abiotische Faktoren gehören zur unbelebten Natur. Biotische Faktoren gehen von anderen Lebewesen aus.

Beispiele
abiotischLicht, Temperatur, Wasser, Boden, Wind
biotischNahrung, Fressfeinde, Konkurrenten um Platz oder Licht, Krankheitserreger

Die Faktoren wirken gemeinsam. Eine Pflanze braucht zum Beispiel nicht nur Licht, sondern auch Wasser und passenden Boden.

Definition

Zeigerarten

Manche Arten wachsen nur unter bestimmten Bedingungen. Daran erkennst du diese Bedingungen. Solche Arten heißen Zeigerarten.

ZeigerartZeigt an
BrennnesselBoden mit viel Stickstoff, also nährstoffreich
Heidekraut, Heidelbeeresaurer, nährstoffarmer Boden
Bartflechtensaubere Luft
Eintagsfliegenlarvensauberes, sauerstoffreiches Wasser
Definition

Der Boden

Der Boden ist Lebensraum und Nährstoffspeicher. Er besteht aus Gesteinskörnern (Sand, Schluff, Ton, nach Korngröße), Humus, Wasser, Luft und Lebewesen. Humus sind abgestorbene, zersetzte Pflanzen- und Tierreste. Er ist dunkel, speichert Wasser und Mineralsalze und macht den Boden fruchtbar.

Von oben nach unten folgen die Laubstreu, der dunkle, humusreiche Oberboden, der hellere Unterboden und das Gestein. Sandboden lässt Wasser schnell durchlaufen, Tonboden hält es fest. Im Boden zersetzen Regenwürmer, Pilze und Bakterien Totes. Boden entsteht sehr langsam, manchmal braucht ein Zentimeter Jahrhunderte. Darum ist er kostbar.

Definition

Wechselbeziehungen

Lebewesen beeinflussen einander auf vier wichtige Arten. Das Zeichen + bedeutet Vorteil, das Zeichen − Nachteil.

BeziehungWirkungBeispiel
Räuber-BeuteRäuber +, Beute −Fuchs und Hase
Konkurrenzbeide −, denn sie nutzen dasselbe knappe GutBuche und Fichtenkeimling im Wald (Licht)
Symbiosebeide +Pilz und Baum: Der Pilz liefert Wasser und Mineralsalze an die Wurzeln und erhält Zucker.
ParasitismusParasit +, Wirt −Zecke und Hund

Ein Parasit lebt auf oder in einem Wirt und ernährt sich von ihm. Er schadet ihm, tötet ihn aber meist nicht gleich. Ein Räuber tötet seine Beute. Auch eine Flechte ist eine Symbiose: Ein Pilz und eine Alge leben eng zusammen.

Beispiel

Räuber und Beute im Lauf der Jahre

In einem Gebiet zählt man in sechs Jahren Hasen und Füchse (angenommene Werte):

JahrHasenFüchse
120010
240015
360030
430050
515035
620015

Wann ist das Maximum der Hasen, wann das der Füchse? Warum?

Die meisten Hasen gibt es in Jahr 3 (600), die meisten Füchse erst in Jahr 4 (50). Mit vielen Hasen finden die Füchse viel Futter und vermehren sich. Dann fressen sie so viele Hasen, dass deren Zahl sinkt. Mit weniger Beute hungern die Füchse, und auch ihre Zahl sinkt. Dann können sich die Hasen wieder erholen. Die Räuber folgen der Beute mit Verzögerung.

Definition

Produzenten, Konsumenten und Destruenten

Die Lebewesen haben drei Rollen, wie du schon weißt:

  • Produzenten sind grüne Pflanzen und Algen. Sie bauen mit Licht aus einfachen, anorganischen Stoffen (Kohlenstoffdioxid, Wasser, Mineralsalze) energiereiche, organische Stoffe wie Traubenzucker auf. Organische Stoffe sind Stoffe wie Zucker, Fette und Eiweiße, die Lebewesen aufbauen.
  • Konsumenten fressen andere Lebewesen. Pflanzenfresser sind Konsumenten erster Ordnung, Fleischfresser, die sie fressen, Konsumenten zweiter Ordnung, und so weiter.
  • Destruenten (Zersetzer) sind Pilze, Bakterien und Bodentiere. Sie bauen tote organische Stoffe wieder zu anorganischen ab. Diese nehmen die Produzenten erneut auf.

Eine Nahrungskette zeigt, wer wen frisst, zum Beispiel Gras → Hase → Fuchs. Viele Ketten bilden zusammen ein Nahrungsnetz.

Definition

Die Nahrungspyramide

Von Stufe zu Stufe gelangt nur ein kleiner Teil in den Körper des nächsten Fressers. Als Faustregel nimmt man etwa 10 Prozent. Der Rest wird bei der Zellatmung verbraucht, ausgeschieden oder nicht gefressen, etwa Knochen, Fell und Wurzeln. Ordnet man die Stufen nach der Masse der Lebewesen übereinander, entsteht die Nahrungspyramide: unten die Produzenten, darüber die Pflanzenfresser, dann die Fleischfresser. Jede Stufe ist schmaler als die darunter.

So erklärt sich vieles: Es gibt viel Gras, aber wenige Füchse. Nahrungsketten haben meist nur vier bis fünf Glieder, denn weiter oben bleibt zu wenig übrig. Und für ein Kilogramm Fleisch braucht man viel mehr Pflanzenmasse als für ein Kilogramm Brot.

Beispiel

Wie viel Masse bleibt auf jeder Stufe?

Auf einer Wiese wachsen in einem Jahr 8000 kg Gras nach. Rechne mit der Faustregel von 10 Prozent. Wie viel Körpermasse an Pflanzenfressern und an Fleischfressern kann dieses Gras in einem Jahr aufbauen?

10 Prozent sind ein Zehntel. Ein Zehntel von 8000 kg ist 800 kg. Das gilt für die Pflanzenfresser. Davon ist wieder ein Zehntel für die Fleischfresser da: 800 kg geteilt durch 10 = 80 kg.

Aus 8000 kg Gras werden so etwa 800 kg Pflanzenfresser und 80 kg Fleischfresser.

Definition

Stoffkreislauf und Kohlenstoffkreislauf

Die Stoffe im Ökosystem laufen im Kreis. Ein Beispiel ist der Kohlenstoffkreislauf. Kohlenstoff steckt in jedem Nährstoff:

SchrittVorgangWo ist der Kohlenstoff?
1FotosyntheseCO2\text{CO}_2 aus der Luft wird zu Traubenzucker in der Pflanze
2FressenEr gelangt in die Körper der Konsumenten
3ZellatmungPflanzen und Tiere bauen Traubenzucker ab und geben CO2\text{CO}_2 an die Luft ab
4Absterben und ZersetzenDestruenten bauen tote Reste ab, es entstehen CO2\text{CO}_2, Humus und Mineralsalze

Auch beim Verbrennen von Holz entsteht CO2\text{CO}_2. Die Pflanzen nehmen das CO2\text{CO}_2 aus der Luft und die Mineralsalze aus dem Boden wieder auf und bauen neue Stoffe daraus. So wird nichts verbraucht, sondern nur weitergegeben.

Definition

Energiefluss und Energieentwertung

Anders als die Stoffe läuft die Energie nicht im Kreis. Sie fließt in einer Richtung durch das Ökosystem. Sie kommt als Licht von der Sonne. Die Produzenten speichern einen Teil als chemische Energie im Traubenzucker. Die Konsumenten nutzen sie weiter. Bei jeder Zellatmung wird ein großer Teil als Wärme frei und verteilt sich in der Umgebung.

Diese Wärme ist nicht verschwunden, aber Lebewesen können sie nicht mehr nutzen. Man sagt: Die Energie ist entwertet. Darum braucht jedes Ökosystem ständig neues Sonnenlicht.

Definition

Stabilität eines Ökosystems

Ein Ökosystem schwankt um einen mittleren Zustand, wie bei Hasen und Füchsen. Nimmt eine Art zu, wirken Gegenkräfte: Räuber vermehren sich, oder die Nahrung wird knapp. Das gleicht die Zahlen wieder aus. Man sagt, das Ökosystem ist stabil.

Meist ist ein Ökosystem umso stabiler, je mehr Arten es hat, denn fällt eine Art aus, springen andere ein. Ein Fichtenforst mit einer einzigen Baumart ist anfällig: Ein Borkenkäfer kann viele Bäume auf einmal befallen. Große Störungen wie Dürre oder Eingriffe des Menschen können ein Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringen.

Häufige Fehler

Auch die Energie läuft im Kreis

„Im Wald wird alles wiederverwertet, auch die Energie.“

Richtig ist

Stoffe laufen im Kreis, Energie nicht. Sie fließt von der Sonne durch die Lebewesen und geht zuletzt als Wärme an die Umgebung. Für die Lebewesen ist diese Wärme nicht mehr nutzbar.

Häufige Fehler

Parasit und Räuber sind dasselbe

„Eine Zecke ist ein Räuber, sie frisst ja Blut.“

Richtig ist

Ein Räuber tötet seine Beute und frisst sie. Ein Parasit lebt auf oder in seinem Wirt, nutzt ihn und schadet ihm, tötet ihn aber meist nicht gleich.

Zusammenfassung

  • Das Biotop ist der unbelebte Lebensraum, die Biozönose die Gemeinschaft der Lebewesen. Beides zusammen ist das Ökosystem.

  • Abiotische Faktoren (Licht, Temperatur, Wasser, Boden) kommen aus der unbelebten Natur, biotische (Nahrung, Fressfeinde, Konkurrenz) von Lebewesen. Zeigerarten zeigen Bedingungen an. Der Boden entsteht sehr langsam.

  • Wechselbeziehungen: Räuber-Beute, Konkurrenz, Symbiose (beide haben Vorteil) und Parasitismus (der Parasit nutzt, der Wirt leidet).

  • Produzenten bauen organische Stoffe auf, Konsumenten fressen, Destruenten zersetzen Totes wieder in anorganische Stoffe. Nahrungsketten bilden ein Nahrungsnetz.

  • In der Nahrungspyramide gelangen von Stufe zu Stufe nur etwa 10 Prozent weiter. Der Kohlenstoff läuft im Kreislauf, die Energie fließt in eine Richtung und wird als Wärme entwertet.

  • Ein Ökosystem ist stabil, wenn es um einen mittleren Zustand schwankt. Mehr Arten machen es meist stabiler.

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Eine Zecke saugt Blut an einem Hund. Welche Wechselbeziehung ist das?

Aufgabe 2Numerisch

Auf einer Wiese wachsen in einem Jahr 5000 kg Gras nach. Rechne mit der Faustregel von 10 Prozent je Stufe. Wie viel Körpermasse an Pflanzenfressern kann daraus in einem Jahr entstehen, in Kilogramm? (Schreibe die Zahl ohne Punkt.)

Aufgabe 3Multiple Choice

Welche Pflanze zeigt einen stickstoffreichen, nährstoffreichen Boden an?

Aufgabe 4Multiple Choice

Welche Aussage zu Stoffen und Energie im Ökosystem stimmt?

Aufgabe 5Freitext

Warum erreicht die Zahl der Füchse ihr Maximum später als die Zahl der Hasen?