Energiefluss (Ökosystem): Definition, Prozess & Beispiele

Ein Ökosystem ist definiert als eine Gemeinschaft verschiedener Organismen, die in einem bestimmten Gebiet miteinander und mit ihrer Umwelt interagieren. Es berücksichtigt alle Interaktionen und Beziehungen zwischen beiden biotisch (lebend) und abiotisch (nicht lebende) Faktoren.

Energie treibt das Ökosystem zum Gedeihen an. Und während alle Materie wird konserviert in einem Ökosystem, Energie fließt durch ein Ökosystem, d. h. es wird nicht erhalten. Energie gelangt als Sonnenlicht in alle Ökosysteme und wird nach und nach als Wärme wieder an die Umwelt abgegeben.

Bevor Energie jedoch als Wärme aus dem Ökosystem fließt, fließt sie zwischen den Organismen in einem Prozess namens Energiefluss. Dieser Energiefluss, der von der Sonne kommt und dann von Organismus zu Organismus geht, ist die Grundlage aller Interaktionen und Beziehungen innerhalb eines Ökosystems.

Die Definition von Energiefluss ist die Übertragung von Energie von der Sonne und auf jeder nachfolgenden Ebene der Nahrungskette in einer Umgebung.

Jede Ebene des Energieflusses auf dem Nahrungskette in einem Ökosystem wird durch eine trophische Ebene bezeichnet, die sich auf die Position bezieht, die ein bestimmter Organismus oder eine Organismengruppe in der Nahrungskette einnimmt. Der Anfang der Kette, der sich am unteren Ende der Energiepyramide befinden würde, ist der zuerst trophische Ebene. Die erste trophische Ebene umfasst Produzenten und Autotrophe, die durch Photosynthese Sonnenenergie in nutzbare chemische Energie umwandeln.

Die nächsthöhere Stufe in der Nahrungskette/Energiepyramide wäre die zweite trophische Ebene, die normalerweise von einer Art Hauptkonsumenten wie einem Pflanzenfresser, der Pflanzen oder Algen frisst, besetzt wird. Jeder nachfolgende Schritt in der Nahrungskette entspricht einer neuen trophischen Stufe.

Neben den trophischen Ebenen gibt es noch ein paar weitere Begriffe, die Sie kennen müssen, um den Energiefluss zu verstehen.

Biomasse:Biomasse ist organisches Material oder organisches Material. Biomasse ist das physikalisch-organische Material, in dem Energie gespeichert wird, wie die Masse, aus der Pflanzen und Tiere bestehen.

Produktivität: Produktivität ist die Geschwindigkeit, mit der Energie als Biomasse in den Körper von Organismen aufgenommen wird. Sie können die Produktivität für alle trophischen Ebenen definieren. Beispielsweise, primär Produktivität ist die Produktivität von Primärproduzenten in einem Ökosystem.

Bruttoprimärproduktivität (BIP): GPP ist die Geschwindigkeit, mit der die Sonnenenergie in Glukosemolekülen eingefangen wird. Es misst im Wesentlichen, wie viel chemische Gesamtenergie von Primärproduzenten in einem Ökosystem erzeugt wird.

Nettoprimärproduktivität (NPP): NPP misst auch, wie viel chemische Energie von den Primärproduzenten erzeugt wird, berücksichtigt aber auch den Energieverlust durch den Stoffwechselbedarf der Produzenten selbst. NPP ist also die Geschwindigkeit, mit der die Sonnenenergie eingefangen und als Biomasse gespeichert wird, und ist gleich der Menge, die den anderen Organismen im Ökosystem zur Verfügung steht. KKW ist immer einen geringeren Betrag als das GPP.

NPP variiert je nach Ökosystem. Es hängt von Variablen ab wie:

• Verfügbares Sonnenlicht.
• Nährstoffe im Ökosystem.
• Bodenqualität.
• Temperatur.
• Feuchtigkeit.
• CO₂ Ebenen.
  

Energie gelangt als Sonnenlicht in Ökosysteme und wird von Produzenten wie Landpflanzen, Algen und photosynthetischen Bakterien in nutzbare chemische Energie umgewandelt. Sobald diese Energie über die Photosynthese in das Ökosystem gelangt und von diesen Produzenten in Biomasse umgewandelt wird, fließt Energie durch die Nahrungskette, wenn Organismen andere Organismen fressen.

Gras nutzt Photosynthese, Käfer frisst Gras, Vögel frisst Käfer und so weiter.

Wenn Sie trophische Ebenen aufsteigen und entlang der Nahrungskette fortfahren, ist der Energiefluss nicht zu 100 Prozent effizient. Nur etwa 10 Prozent der verfügbaren Energie schaffen es von einer trophischen Ebene zur nächsten trophischen Ebene oder von einem Organismus zum nächsten. Der Rest der verfügbaren Energie (etwa 90 Prozent dieser Energie) geht als Wärme verloren.

Die Nettoproduktivität jedes Levels sinkt um den Faktor 10, wenn du jedes trophische Level aufsteigst.

Warum ist diese Übertragung nicht 100-prozentig effizient? Es gibt drei Hauptgründe:

1. Nicht alle Organismen aus jeder trophischen Ebene werden verbraucht: Stellen Sie sich das so vor: Die Nettoprimärproduktivität entspricht der gesamten verfügbaren Energie für Organismen in einem Ökosystem, die von Produzenten für Organismen in höheren trophischen Ebenen bereitgestellt wird. Damit all diese Energie von dieser Ebene zur nächsten fließen kann, müssten alle diese Erzeuger verbraucht werden. Jeder Grashalm, jedes mikroskopisch kleine Algenstück, jedes Blatt, jede Blume und so weiter. Das passiert nicht, was bedeutet, dass ein Teil dieser Energie nicht von dieser Ebene zu den höheren trophischen Ebenen fließt.

2. Nicht alle Energie kann von einer Ebene zur nächsten übertragen werden: Der zweite Grund, warum der Energiefluss ineffizient ist, besteht darin, dass ein Teil der Energie nicht übertragen werden kann und somit verloren geht. Der Mensch kann beispielsweise Zellulose nicht verdauen. Obwohl Zellulose Energie enthält, können die Menschen sie nicht verdauen und Energie daraus gewinnen, und sie geht als "Abfall" (auch bekannt als Kot) verloren.

Dies gilt für alle Organismen: Es gibt bestimmte Zellen und Materiestücke, die sie nicht verdauen können und die als Abfall ausgeschieden/als Wärme verloren gehen. Selbst wenn die verfügbare Energie eines Lebensmittels nur eine Menge beträgt, ist es für einen Organismus, der es isst, unmöglich, jede verfügbare Energieeinheit in diesem Lebensmittel zu erhalten. Ein Teil dieser Energie geht immer verloren.

3. Stoffwechsel verbraucht Energie: Schließlich verbrauchen Organismen Energie für metabolische Prozesse wie die Zellatmung. Diese Energie wird verbraucht und kann dann nicht auf die nächste trophische Ebene übertragen werden.

Der Energiefluss durch Nahrungsketten kann als die Übertragung von Energie von einem Organismus zum nächsten beschrieben werden, beginnend bei den Erzeugern und aufwärts in der Kette, wenn die Organismen voneinander konsumiert werden. Eine andere Möglichkeit, diese Art von Kette oder einfach die trophischen Ebenen anzuzeigen, sind Nahrungs-/Energiepyramiden.

Da der Energiefluss ineffizient ist, ist die unterste Stufe der Nahrungskette sowohl hinsichtlich Energie als auch Biomasse fast immer die größte. Deshalb erscheint es am Fuß der Pyramide; das ist die höchste Stufe. Wenn Sie jede trophische Ebene oder jede Ebene der Nahrungspyramide aufsteigen, nehmen sowohl Energie als auch Biomasse ab, weshalb die Anzahl der Ebenen sinkt und sich die Anzahl visuell verkleinert, wenn Sie die Pyramide aufsteigen.

Stellen Sie sich das so vor: Sie verlieren 90 Prozent der verfügbaren Energiemenge, wenn Sie jedes Level aufsteigen. Es fließen nur 10 Prozent der Energie, die nicht so viele Organismen wie das vorherige Niveau unterstützen kann. Dies führt auf jeder Ebene zu weniger Energie und weniger Biomasse.

Das erklärt, warum es in der Nahrungskette normalerweise eine größere Anzahl von Organismen gibt (wie Gras, Insekten und kleine Fische, zum Beispiel) und eine viel kleinere Anzahl von Organismen an der Spitze der Nahrungskette (wie zum Beispiel Bären, Wale und Löwen).

Hier ist eine allgemeine Kette, wie Energie in einem Ökosystem fließt:

1. Energie gelangt über das Sonnenlicht in das Ökosystem als Solarenergie.
2. Primärproduzenten (auch bekannt als die erste trophische Ebene) wandeln diese Sonnenenergie durch Photosynthese in chemische Energie um. Häufige Beispiele sind Landpflanzen, photosynthetische Bakterien und Algen. Diese Produzenten sind photosynthetische Autotrophe, was bedeutet, dass sie mit der Sonnenenergie und dem Kohlendioxid ihre eigenen Nahrungs- / organischen Moleküle herstellen.
3. Ein Teil dieser chemischen Energie, die die Produzenten erzeugen, ist dann in die Sache eingearbeitet das macht diese Produzenten aus. Der Rest geht als Wärme verloren und wird im Stoffwechsel dieser Organismen verwendet.
4. Sie werden dann verbraucht von Primärverbraucher (auch bekannt als zweite trophische Ebene). Häufige Beispiele sind Pflanzenfresser und Allesfresser, die Pflanzen fressen. Die Energie, die in der Materie dieser Organismen gespeichert wurde, wird auf die nächste trophische Ebene übertragen. Ein Teil der Energie geht als Wärme und als Abfall verloren.
5. Die nächste trophische Ebene umfasst andere Verbraucher/Raubtiere, die die Organismen auf der zweiten trophischen Ebene (Sekundärverbraucher, Tertiärverbraucher usw). Mit jedem Schritt in der Nahrungskette geht etwas Energie verloren.
6. Wenn Organismen sterben, Zersetzer wie Würmer, Bakterien und Pilze bauen die toten Organismen ab und beide recyceln Nährstoffe in das Ökosystem und nehmen Energie für sich selbst auf. Wie immer geht immer noch ein Teil der Energie als Wärme verloren.

Ohne Produzenten würde keine Energiemenge in nutzbarer Form in das Ökosystem gelangen. Energie muss kontinuierlich über Sonnenlicht und diese Primärproduzenten in das Ökosystem gelangen, sonst würde das gesamte Nahrungsnetz / die gesamte Nahrungskette im Ökosystem zusammenbrechen und aufhören zu existieren.

Gemäßigte Waldökosysteme sind ein großartiges Beispiel, um zu zeigen, wie Energiefluss funktioniert.

Alles beginnt mit der Sonnenenergie, die in das Ökosystem eindringt. Dieses Sonnenlicht plus Kohlendioxid wird von einer Reihe von Primärproduzenten in einer Waldumgebung verwendet, darunter:

• Bäume (wie Ahorn, Eiche, Esche und Kiefer).
• Gräser.
• Reben.
• Algen in Teichen/Bächen.

Als nächstes kommen die Primärverbraucher. Im gemäßigten Wald wären dies Pflanzenfresser wie Hirsche, verschiedene pflanzenfressende Insekten, Eichhörnchen, Streifenhörnchen, Kaninchen und mehr. Diese Organismen fressen die Primärproduzenten und bauen ihre Energie in ihren eigenen Körper ein. Ein Teil der Energie geht als Wärme und Abfall verloren.

Sekundär- und Tertiärkonsumenten fressen dann diese anderen Organismen. In einem gemäßigten Wald gehören dazu Tiere wie Waschbären, Raubinsekten, Füchse, Kojoten, Wölfe, Bären und Greifvögel.

Wenn einer dieser Organismen stirbt, zersetzen Zersetzer die Körper der toten Organismen und die Energie fließt zu den Zersetzern. In einem gemäßigten Wald wären dies Würmer, Pilze und verschiedene Arten von Bakterien.

Auch an diesem Beispiel lässt sich das pyramidale Konzept des „Energieflusses“ demonstrieren. Die am meisten verfügbare Energie und Biomasse befindet sich auf der untersten Ebene der Nahrungs-/Energiepyramide: die Erzeuger in Form von Blütenpflanzen, Gräsern, Büschen und mehr. Die Ebene mit der geringsten Energie/Biomasse steht an der Spitze der Pyramide/Nahrungskette in Form von hochrangigen Verbrauchern wie Bären und Wölfen.

Während Meeresökosysteme wie ein Korallenriff sich stark von terrestrischen Ökosystemen wie Wäldern der gemäßigten Zone unterscheidet, können Sie sehen, wie das Konzept des Energieflusses auf die gleiche Weise funktioniert.

Primärproduzenten in einer Korallenriffumgebung sind hauptsächlich mikroskopisches Plankton, mikroskopisch kleine pflanzenähnliche Organismen, die in den Korallen vorkommen und im Wasser um das Korallenriff herum frei schweben. Von dort aus verbrauchen verschiedene Fische, Weichtiere und andere pflanzenfressende Kreaturen, wie Seeigel, die im Riff leben, diese Produzenten (meist Algen in diesem Ökosystem) zur Energiegewinnung.

Die Energie fließt dann in die nächste trophische Ebene, die in diesem Ökosystem größere Raubfische wie Haie und Barrakudas zusammen mit Muränen, Schnapperfischen, Stachelrochen, Tintenfischen und mehr wären.

Auch in Korallenriffen gibt es Zersetzer. Einige Beispiele sind:

• Seegurken.
• Bakterienarten.
• Garnele.
• Brüchiger Seestern.
• Verschiedene Krabbenarten (zum Beispiel die Dekorateurkrabbe).

Sie können auch das Konzept der Pyramide mit diesem Ökosystem sehen. Die am meisten verfügbare Energie und Biomasse existiert auf der ersten trophischen Ebene und der untersten Ebene der Nahrungspyramide: den Produzenten in Form von Algen und Korallenorganismen. Die Ebene mit der geringsten Energie und angesammelten Biomasse liegt an der Spitze in Form von hochrangigen Verbrauchern wie Haien.