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Nahrungskette und Nahrungsnetz

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Einführung

Abb. 1: Manchmal braucht man auch Urlaub von
den Pflichten der Nahrungskette
Abb. 1: Manchmal braucht man auch Urlaub von
den Pflichten der Nahrungskette
Die Großen fressen die Kleinen, die Starken fressen die Schwachen. Das ist der Lauf der Natur. So funktioniert die Nahrungskette. Aber wusstest du, dass die Nahrungskette viel komplexer ist als sie auf den ersten Blick scheint?
Eigentlich ist die Nahrungskette viel mehr ein Nahrungsnetz. Überall findet man Begriffe wie throphische Ebene, dominante Art, Schlusssteinart oder Ökosystemingenieure.
Damit du dich nicht in der ganzen Masse an Begriffen verfängst, wollen wir das Nahrungsnetz Masche für Masche aufdröseln und unter die Lupe nehmen.

Trophische Strukturen

Trophische Strukturen - das klingt nach einem sehr komplizierten, abstrakten Begriff. Eigentlich lässt er sich aber leicht erklären. Trophie kommt vom altgriechischen trophe, was so viel wie Ernährung bedeutet. Trophische Strukturen sind also Nahrungsbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Organismen in einem Ökosystem.
Dabei definiert man einzelne trophische Ebenen, die eine Stufe in diesem Nahrungssystem beschreiben. Man kann z.B. in einem Wald die Pflanzen, die dort wachsen und den Rehen als Nahrung dienen, als unterste trophische Ebene bezeichnen. Die Rehe, die diese Pflanzen fressen, sind die nächste trophische Ebene und die Wölfe, die wiederum die Rehe fressen, wiederum die nächst höhere Ebene.
Trophische Strukturen hängen also eng mit der Klassifizierung von Lebewesen in Produzenten, Konsumenten und Destruenten zusammen. Mehr dazu kannst du in unserem Skript über Produzenten, Konsumenten und Destruenten nachlesen.

Nahrungskette oder Nahrungsnetz?

Solange wir dieses Beispiel betrachten, bleibt unsere Nahrungskette sehr einfach. Der autotrophe Organismus betreibt Photosynthese, der Herbivor (Pflanzenfresser) frisst diese Pflanze und wird anschließend vom Carnivor (Fleischfresser) gefressen.
Problematisch wird es, sobald ein Omnivor (Allesfresser) die Bühne betritt. Typische Omnivoren sind Ratten oder Wildschweine. Diese kümmern sich nicht um unsere sauber aufgestellte Nahrungskette. Sie ernähren sich von allem, was ihnen in die Quere kommt. Es ist ihnen egal, ob es pflanzlicher oder tierischer Natur ist.
Abb. 2: Schweinerei, solche Tiere machen unsere
Nahrungskette kompliziert.
Abb. 2: Schweinerei, solche Tiere machen unsere
Nahrungskette kompliziert.
Diese Omnivoren machen die gesamte Nahrungskette schwieriger, da wir von ihnen Verbindungen zu mehreren Mitgliedern der Nahrungskette ziehen müssen. Genauso problematisch ist es für uns auch, wenn der Carnivor keinen Unterschied zwischen einem Pflanzenfresser oder einem anderen Fleischfresser macht. Auch hier müssen wir wieder mehrere Verbindungen zeichnen und unsere schöne Kette wird immer komplizierter, bis am Ende ein komplexes Netz entsteht.
Aus diesem Grund vereinfacht man oft das Nahrungsnetz, indem man bestimmte Tierarten unter einem großen Begriff zusammenfasst oder nur einen Teil des Netzes betrachtet. Man führt z.B. nicht sämtliche Pflanzenarten einzeln auf, sondern beschreibt sie nur als Pflanzen oder vernachlässigt die Fressfeinde der Maus, wenn man sich die Beziehung zwischen Pflanzen, pflanzenfressenden Insekten und der Maus näher anschauen möchte.

Besondere Aspekte der Nahrungskette

Nachdem wir nun das Prinzip der Nahrungskette bzw. des Nahrungsnetzes geklärt haben, wollen wir ein bisschen mehr ins Detail gehen. Kann eine Nahrungskette endlos lang sein? Gibt es einzelne Glieder in der Kette, die wichtiger sind als andere?

Grenzen der Nahrungskette

Die Energiehypothese

Wenn wir einen Tag lang viel essen und trinken, dann passiert es früher oder später, dass wir auf die Toilette müssen. Wir können nicht die komplette Nahrung in Energie umwandeln. Teilweise fehlt uns einfach die Kapazität, um die Nährstoffe aufzunehmen, oder viel simpler: Wir können die Nahrung nicht verdauen.
Gräser enthalten wie alle Pflanzen große Mengen an Glucose, also auch viel potentiell nutzbare Energie. Doch egal wie viel Gras wir essen, wir können die Energie nicht aufnehmen, weil wir das Gras nicht verdauen können.
Abb. 3: Je höher man steigt, desto weniger
Energie steht den Lebewesen zur Verfügung
Abb. 3: Je höher man steigt, desto weniger
Energie steht den Lebewesen zur Verfügung
Dieser kleine Exkurs dient dazu, zu zeigen, dass beim Übergang von einer trophischen Ebene in die nächste Ebene Energie verloren geht. Man rechnet grob damit, dass nur $10\,\%$ der Energie beim Übergang in die nächste trophische Ebene wirklich zugänglich gemacht wird. Ein großer Teil der Energie geht also beim Fressen verloren. Betrachtet man die ankommende Energie in Abhängigkeit von der throphischen Ebene, dann sieht das Schaubild aus wie eine Pyramide, weshalb man hier auch von der Energiepyramide spricht.
Eine Nahrungskette benötigt also größere Mengen an Energie, je mehr trophische Strukturen sie enthält. Besteht sie aus drei Ebenen, dann kommt noch $1\,\%$ der Energie der Produzenten auf der höchsten Ebene an. Die Lebewesen auf der dritten Ebene haben also eine vergleichsweise niedrige Menge Energie zur Verfügung.
Gehen wir noch höher, dann haben die Lebewesen dort noch viel weniger Energie zur Verfügung. Nur ein gut versorgtes Ökosystem kann sich also hohe Trophieebenen leisten. Wird die Energie knapp, dann sterben üblicherweise die am höchsten stehenden Lebewesen zuerst aus.

Die dynamische Stabilität

Abb. 4: Den Fuchs trifft es hart, wenn den Kaninchen oder
den Pflanzen etwas zustößt. Du Armer, was sagst du nun?
Abb. 4: Den Fuchs trifft es hart, wenn den Kaninchen oder
den Pflanzen entwas zustößt. Du Armer, was sagst du nun?
Eine weitere Hypothese in diesem Zusammenhang ist die dynamische Stabilität der trophischen Ebenen. Die Populationsdichte einer Art schwankt durchgehend und teilweise können auch Ereignisse wie Waldbrände die Population stark vermindern.
Diesen Einfluss spürt man stärker, je höher man die Nahrungskette aufsteigt. Ein starkes Absterben von Pflanzen spüren die Kaninchen auf dem Feld direkt. Doch noch härter trifft es die Füchse, die sich von den Kaninchen ernähren. Auf einmal fehlen viele, leckere Kaninchen. Die Füchse können sich kaum noch ernähren und viele sterben.
Der Effekt würde mit steigender Trophieebene immer stärker werden. Auch sind die höheren Ebenen mehr potentiellen Störquellen aufgeliefert. Das Kaninchen stört sich wenig daran, wenn die Füchse zu großen Teilen verschwinden. Lediglich seine Nahrung ist für es von Interesse. Der Fuchs hingegen spürt direkt oder indirekt wenn es sowohl bei den Pflanzen, als auch bei den Kaninchen abwärts geht.
Diese zwei Theorien sind wahrscheinlich der Grund dafür, dass viele Nahrungsketten maximal fünf trophische Ebenen enthalten.

Schlüsselarten

Als Schlüsselarten bezeichnet man die Organismen, die einen großen Einfluss auf die Lebensgemeinschaft ausüben. Man unterscheidet hierbei zwischen verschiedenen Schlüsselarten.

Dominante Arten

Eine dominante Art kommt in großer Anzahl in ihrem Lebensraum vor. Durch ihr häufiges Vorkommen und den großen Anteil an den Ressourcen, welche sie verbrauchen, tragen sie maßgeblich zum Landschaftsbild ihres Lebensraums bei.
Die Gründe, weshalb eine Art dominant ist, kann unterschiedliche Faktoren umfassen und ist noch nicht komplett geklärt. Eventuell liegt es an der großen Konkurrenzfähigkeit der Art, welche es ihr erlaubt die örtlichen Ressourcen besser zu nutzen als andere Arten. Manche vermuten hingegen den Grund in der Fähigkeit der Art, natürliche Feinde oder Krankheiten zu widerstehen.
Deshalb haben vom Menschen eingeschleppte Arten oft einen großen Einfluss auf ihren neuen Lebensraum. Ihre natürlichen Feinde sind plötzlich nicht mehr vorhanden und vielleicht verfügen sie über besondere Wege Ressourcen zu nutzen, die in ihrer alten Heimat notwendig waren, in ihrem neuen Lebensraum aber nicht.

Schlusssteinarten

Abb. 5: Der Otter: Ein Schlussstein aber kein Schlusslicht.
Abb. 5: Der Otter: Ein Schlussstein aber kein Schlusslicht.
Eine andere Form der Schlüsselarten ist die Schlusssteinart. Sie hat einen großen Einfluss auf ihr Ökosystem, ohne einen Großteil der Ressourcen zu beanspruchen.
Ein Beispiel für eine solche Art ist der Meerotter. Er lebt in Küstennähe und ernährt sich hauptsächlich von Seeigeln. Diese Seeigel wiederum haben es auf die dortigen Braunalgen, die in großen sogenannten Tangwäldern vorkommen, abgesehen.
Würde man den Otter entfernen, dann würden die Seeigel die Tangwälder abgrasen und damit die dort herrschende Lebensgemeinschaft stark dezimieren. Der Otter ist also nötig, um das Landschaftsbild und die Artenvielfalt aufrecht zu erhalten.

Ökosystemingenieure

Die bisher betrachteten Arten üben ihren Einfluss über den Weg der Ernährung aus. Manche Arten beeinflussen ihren Lebensraum aber auf anderem Weg. Solche Arten sind die Ökosystemingenieure. Sie verändern das Landschaftsbild maßgeblich.
Ein Beispiel dafür kommt einem schnell in den Sinn: Der Biber. Er fällt Bäume und baut Staudämme und beeinflusst damit seine Umwelt sehr stark.

Wer beeinflusst hier wen?

In der Natur herrscht immer ein Geben und Nehmen. Beeinflusst man eine Art, dann beeinflusst man damit auch die anderen Arten. Das Ausmaß dieser Beeinflussung kann jedoch stark variieren. Vielleicht stört es Art A wenig, wenn Art B abnimmt, umgekehrt jedoch hat eine Abnahme von Art A einen riesigen Einfluss auf Art B. Betrachtet man nur zwei Arten, dann kann man diese Beeinflussung charakterisieren.

Bottom-up-Kontrolle

Betrachtet man Pflanzen und die dazugehörigen Herbivoren und vermindert man die Menge an Pflanzen, dann kann es dazu kommen, dass viele der Herbivoren aussterben. Wenn man hingegen die Anzahl an Herbivoren vermindert, dann kann es kaum Einfluss auf die Pflanzen haben.
Diese Art der Kontrolle bezeichnet man als Bottom-up-Kontrolle. Dabei bezieht man sich auf die unterschiedlichen trophischen Ebenen. Die Pflanzen stehen als Produzenten eine Ebene unter den Herbivoren. Deshalb reguliert die Pflanze von unten den Bestand der Herbivoren über ihnen.

Top-down-Kontrolle

Genau umgekehrt kann es sich verhalten, wenn wir Fleischfresser und ihre Beute betrachten. Eine Erhöhung der Fleischfresser hätte hier zur Folge, dass weniger Beutetiere vorhanden sind. Würde man hingegen die Anzahl an Beutetieren verringern, dann hätte das weniger Auswirkung auf die Fleischfresser, wenn das Raubtier noch andere Beutetiere besitzt.
Da das Raubtier auf einer höheren Trophieebene steht als seine Beute, spricht man hier von einer Kontrolle von oben, also einer Top-down-Kontrolle.

Beispiele

Wie funktioniert das mit Kontrolle?

Abb. 6: Beispiel der Kontrollen in einem See: Nährstoffe,
Algen, Fische und Raubfische.
Abb. 6: Beispiel der Kontrollen in einem See: Nährstoffe,
Algen, Fische und Raubfische.
Hat man die verschiedenen Kontrollen in einem Ökosystem analysiert, dann kann man sich konkret überlegen, wie eine Veränderung des Ökosystems auf die Arten wirkt. Betrachten wir das alles am Beispiel unserer Abbildung 6. Wir haben Nährstoffe (Die Truhe), Algen, herbivore Fische und Raubfische. Wir haben durchgehend eine Top-down-Kontrolle.
Wir wollen nun die Anzahl an Algen in unserem See vergrößern. Dazu haben wir zwei Möglichkeiten:
  • Nährstoffe: Wir können einfach den See düngen. Betrachten wir nun aber unsere Abbildung, dann erkennen wir, dass das Düngen mit Nährstoffen den Algenbestand nicht maßgeblich verändern wird, da die Nährstoffe von den Algen und nicht anders herum kontrolliert werden.
  • Raubfische: Erhöhen wir die Anzahl an Raubfischen in unserem See hat das mehrere Auswirkungen. Die Anzahl an herbivoren Fischen wird aufgrund der Top-down-Kontrolle verringert. Dadurch erhöht sich der Algenbestand, was wiederum zu einer Abnahme der Nährstoffmenge führt. Wir hätten also unser Ziel erreicht.

Wie sieht ein Nahrungsnetz aus?

Abb. 7: Beispiel eines Nahrungsnetzes einer Wiese
Abb. 7: Beispiel eines Nahrungsnetzes einer Wiese
Wir haben jetzt viel über Nahrungsnetze und ihre Besonderheiten gelernt. Aber nun wollen wir einmal ein konkretes Nahrungsnetz betrachten und die Beziehungen analysieren.
Schauen wir uns das Nahrungsnetz auf einer Wiese in Abbildung 7 an. Als Primärproduzenten dienen die Pflanzen. Dabei werden jegliche Art von Pflanzen und Gräsern zusammengefasst.
Auf der Wiese leben sowohl Kaninchen, als auch alle möglichen Arten von Insekten, die sich von den Pflanzen ernähren. Die Pfeile beschreiben den Energiefluss. Da die Insekten die Pflanzen fressen, fließt Energie von den Pflanzen zu den Insekten.
Sowohl Kaninchen, als auch Insekten haben Fressfeinde. Beim Kaninchen ist dies der Fuchs und größere Raubvögel. Die Insekten werden hauptsächlich von kleineren Vögeln, wie den Amseln gefressen.
Die kleineren Vögel fallen ebenfalls in das Beutespektrum der großen Raubvögel.
Über alledem steht der Mensch als ultimativer Jäger. Er wird von niemandem gefressen, jagt jedoch Kaninchen, Füchse und Raubvögel.
All diese Beziehungen sind in dem einfachen Schaubild des Nahrungsnetzes zusammengefasst. Für jedes Ökosystem lassen sich solche Beziehungen beobachten. Über diverse Experimente oder Beobachtungen könnten noch spezielle Spielfiguren, wie die dominante Art, oder die Kontrollen identifiziert werden.
Die Nahrungskette oder besser das Nahrungsnetz ist also ein sehr komplexer Aufbau mit vielen verschiedenen Beziehungen, unterschiedlich „wichtigen“ Lebewesen und vielem mehr. Doch jetzt findest du dich in den endlosen Maschen besser zurecht und verfängst dich nicht mehr im Netz der Natur.
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