In diesem Video werden wir uns mit Energieflüssen und Stoffkreisläufen durch Biozönosen beschäftigen. Dieses Video ist eng gekoppelt an das letzte Video, in dem wir uns angeguckt haben, wie Nahrungsbeziehungen zwischen Organismen in einem Ökosystem aussehen. Solche Nahrungsnetze veranschaulichen gut den Verlauf des Energieflusses durch eine Lebensgemeinschaft und auch grundlegende Prinzipien des Stoffkreislaufes.
Natürlich ist eine Biozönose - eine Lebensgemeinschaft - dadurch charakterisiert, dass zwischen den einzelnen Arten Energie fließt. Vor allem durch den Nahrungserwerb findet ein solcher Energiefluss statt: Ein Wolf beispielsweise bezieht seine Energie dadurch, dass er ein Fuchs erbeutet und frisst. Die Energiequelle eines Eichhörnchens können beispielsweise das Früchte und Samen darstellen. Nahrungsnetze sind meist in Form von sogenannten Trophieebenen aufgebaut - Arten einer solchen Trophiestufe beziehen ihre Energie auf ähnliche Weise - und zwar meist von Mitgliedern der nächst niedrigeren Trophieebene. Omnivore - Allesfresser - wie z.B. Vögel bilden Ausnahmen - sie beziehen ihre Energie aus unterschiedlichen Trophieebenen - Vögel fressen beispielsweise Insekten ebenso wie Samen. Die Energie, die in den eben genannten Beispielen fließt, ist gespeichert in ihrer Biomasse - genauer gesagt in Form von organischen Verbindungen - wenn also Energie fließt, dann fließen auch Stoffe, sodass wir uns in diesem Kontext natürlich auch den Stoffkreislauf angucken.
Beschäftigen wir uns zunächst etwas genauer mit dem Energiefluss. Bevor wir uns angucken, wie genau Energie durch eine Biozönose fließt, ist es natürlich sinnvoll, zu betrachten, woher die Energie überhaupt stammt, die dort fließt.
Als Quelle für den Energiefluss durch Ökosysteme dient hauptsächlich die Sonne, deren Strahlungsenergie alle photoautotrophe Organismen nutzen, um Fotosynthese zu betreiben - darunter zählen Landpflanzen, Algen und Cyanobakterien. Bei dem Prozess der Fotosynthese nutzen die Pflanzen die Strahlungsenergie der Sonne, um energiereiche organische Verbindungen herzustellen - allen voran der Zucker Glucose. Dabei entnehmen sie CO2 und Wasser als anorganische Stoffe der Umwelt. Die von der Solarstrahlung der Sonne stammende Energie steckt nun als chemische Energie in den organischen Molekülen der Pflanze und hat diese aufgebaut. Die Biomasse aller photoautotrophen Organismen stellt also die Energiequelle für diejenigen Lebewesen dar, die sich von ihnen ernähren - sogenannte Herbivore - Pflanzenfresser. In einem kleinen Umfang kann die Energiequelle auch von anorganischen Stoffen wie z.B. Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Eisen, Ammoniak oder Nitrit stammen, die von bestimmten Bakterien mittels Chemosynthese genutzt werden können. Durch die Oxidation dieser anorganischen Stoffe können diese - man nennt sie chemoautotrophe - Organismen körpereigene, organische Stoffe herstellen. Chemosynthese findet vor allem in Ökosystemen statt, in denen kein Sonnenlicht gelangt - etwa, weil es in mehreren Tausend Meter Tiefe im Meer liegt, aber bestimmte energiereiche, anorganische Verbindungen in hochkonzentriert vorliegen - z.B. in hydrothermalen, heißen Quellen - welche bei der Entstehung des Lebens wahrscheinlich eine wichtige Rolle gespielt haben.
Die durch die Primärproduktion fixierte Energie steht den Organismen auf höheren Trophiestufen in Nahrungsnetzen zur Verfügung. Sie leben von der Biomasse der Primärproduzenten - und die dabei erzeugte Biomasse (eben durch höhere Trophieebenen) nennt man Sekundärproduktion). Wenn die Sekundärproduzenten organische Verbindungen aufnehmen, müssen diese Verbindungen ebenfalls erstmal in eine für die Sekundärproduzenten nutzbare Energieform umgewandelt werden. Die Nahrung wird, sobald sie aufgenommen wurde, verstoffwechselt und so die Energie in ihr dem Organismus zugänglich gemacht. Wie genau im Energiestoffwechsel aller Organismen die Energie in den organischen Verbindungen in nutzbare Energieformen umgewandelt wird, würde an dieser Stelle zu weit führen - auch hier ist wieder das Stichwort Zellatmung zu nennen, wozu ich das entsprechende Video an dieser Stelle einmal verlinke.
Wichtig zu wissen ist allerdings, dass auch bei dieser Umwandlung in andere Energieformen Energie in Form von Stoffwechselwärme wieder verloren geht. Man kann also zusammenfassen: Primärproduzenten bringen die Energie in das Ökosystem und speichern einen erheblichen Anteil davon als Nettoprimärproduktion. Ein Teil dieser Energie wiederum wird von den Herbivoren in höhere Trophiestufen getragen. Aus diesem Grund nimmt die verfügbare Energie mit jeder trophischen Ebene ab, was dazu führt, dass die Biomasse und die Anzahl der Organismen auf den höheren Ebenen begrenzt sind.
Anders als beim Energiefluss, der entsprechend eines Flusses in eine Richtung fließt, zirkulieren die durch die unterschiedlichen Organismen einer Biozönose aufgenommenen Stoffe in einem Kreislauf - weswegen man hier von einem Stoffkreislauf spricht.