Trophische Ebene

Trophische Ebene – Definition

In der Ökologie bezeichnet eine trophische Ebene eine Position in einer Nahrungskette oder ökologischen Pyramide, die von einer Gruppe von Organismen mit ähnlicher Ernährungsweise eingenommen wird. Eine Nahrungskette bezieht sich auf die Hierarchie, in der die Organismen in einem Ökosystem in trophische (Ernährungs-)Ebenen eingeteilt sind. Die trophischen Ebenen werden in einer Reihe oder einer Abfolge dargestellt, um den Fluss der Nahrungsenergie und die Ernährungsbeziehungen zwischen ihnen zu veranschaulichen. Eine ökologische Pyramide wiederum stellt die Biomasse oder den Energiefluss in einem Ökosystem dar. Sowohl die Nahrungskette als auch die ökologische Pyramide beginnen auf der trophischen Ebene 1, die sich aus den Primärproduzenten zusammensetzt. Die nächste trophische Gruppe besteht aus Organismen, die sich von den Primärproduzenten ernähren, um Nahrung zu erhalten. Die nachfolgenden Gruppen bestehen jeweils aus Organismengruppen, die sich von der Gruppe vor ihnen ernähren. Die Abfolge der trophischen Ebenen kann in einer einseitigen Kette oder in komplizierteren trophischen Pfaden, den so genannten Nahrungsnetzen, erfolgen. Ein Nahrungsnetz besteht aus vielen Nahrungsketten, die miteinander verbunden sind. Die meisten Ökosysteme haben eher eine komplexe Netzstruktur als eine direkte Kette von was-frisst-was.

Definition der trophischen Ebene

Eine trophische Ebene bezieht sich auf eine Ebene oder eine Position in einer Nahrungskette, einem Nahrungsnetz oder einer ökologischen Pyramide. Sie wird von einer Gruppe von Organismen eingenommen, die sich auf ähnliche Weise ernähren.

Etymologie

Der Begriff trophisch stammt aus dem Griechischen trophē, was „Nahrung“ bedeutet.

Kategorien

Die trophischen Ebenen haben zwei Hauptkategorien: die autotrophen und die heterotrophen. Die Autotrophen sind Organismen, die aus anorganischen Stoffen organische Stoffe herstellen können. Da sie ihre Nahrung selbst herstellen können und sich nicht von anderen Organismen ernähren müssen, werden sie auch als die Produzenten eines Ökosystems bezeichnet. Die Heterotrophen sind Organismen, die organische Stoffe direkt durch Verzehr gewinnen. Im Gegensatz zu den Autotrophen haben sie nicht die Fähigkeit, ihre Nahrung aus anorganischen Quellen herzustellen. Daher jagen oder sammeln sie ihre Nahrung von anderen Organismen. Heterotrophe Organismen werden daher auch als Konsumenten bezeichnet. Sie können weiter in Primärkonsumenten, Sekundärkonsumenten, Tertiärkonsumenten usw. eingeteilt werden. Zu den Primärkonsumenten gehören die pflanzenfressenden Organismen, die Herbivoren. Die Sekundärkonsumenten ernähren sich von den Primärkonsumenten. Die Tertiärkonsumenten ernähren sich von den Sekundärkonsumenten, und so weiter. Die letzte Gruppe, die Reduktionsorganismen, ernährt sich von totem organischem Material. Zu ihnen gehören die Detritivoren und die Zersetzer.

Trophische Struktur

Eine trophische Struktur bezieht sich auf die Aufteilung der Biomasse zwischen verschiedenen trophischen Ebenen. Sie wird vor allem durch die Biomasse der Primärproduzenten gesteuert. Die Primärproduzenten beeinflussen die Effizienz des Transfers zwischen den trophischen Ebenen, da sie im Wesentlichen die Energie- und Nährstoffzufuhr sicherstellen. Neben ihnen ist ein weiterer wichtiger Faktor die Top-down-Komponente. Zu letzterer gehören die Raubtiere. Durch ihren Verzehr werden die unteren trophischen Ebenen unterdrückt. In gewisser Weise helfen die Raubtiere den Primärproduzenten, indem sie übermäßigen Pflanzenfraß durch Raubtiere kontrollieren oder begrenzen. Sie dienen als biologische Kontrolle der unteren trophischen Ebenen. Eine weitere Möglichkeit, mit der die Räuber die Primärproduktivität fördern können, ist der intraspezifische Wettbewerb. Sowohl die Primärproduzenten als auch die Räuber sind wichtige Faktoren für die Regulierung.(1)

Pyramide der trophischen Ebenen

Eine Energiepyramide ist eine Darstellung der trophischen Ebenen in einem Ökosystem. Die Energie der Sonne wird durch das Ökosystem übertragen, indem sie die verschiedenen trophischen Ebenen durchläuft. Etwa 10 % der Energie wird von einer trophischen Ebene auf die nächste übertragen, wodurch große Mengen an trophischen Ebenen vermieden werden. Am unteren Ende der Pyramide müssen größere Mengen an Biomasse vorhanden sein, um den Energie- und Biomassebedarf der höheren trophischen Ebenen zu decken.
Eine ökologische Pyramide wird oft als Pyramide der trophischen Ebenen dargestellt. Dabei handelt es sich um eine grafische Darstellung in Form einer Pyramide, die aus Pflanzen und Tieren in einem bestimmten Ökosystem besteht. Die Form weist darauf hin, dass die unterste trophische Ebene aus Organismen besteht, die ihre eigene Nahrung aus den in der Umwelt vorhandenen Quellen herstellen können. Sie ernähren sich nicht von anderen Organismen, um ihren Nährstoffbedarf zu decken. Sie stellen also die Basis dar. Dieser Teil der Pyramide besteht aus den Produzenten. Nach oben hin verjüngt sich die Pyramide immer mehr zur Spitze hin. Diese Pyramidenform stellt die Biomasse in jeder trophischen Ebene dar. Biomasse ist die Menge an lebender oder organischer Materie in einem Organismus. An der Basis befindet sich die größte Biomasse, die dann nach oben hin abnimmt. Dies ist die häufigste Struktur in Ökosystemen. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen eine umgekehrte Pyramide auftritt. Letztere entsteht, wenn das Gesamtgewicht der Produzenten geringer ist als das Gesamtgewicht der Konsumenten.
Die ökologische Pyramide wird manchmal auch als Energiepyramide bezeichnet. Das liegt daran, dass sie in ähnlicher Weise die Energie der trophischen Ebenen darstellt, d.h. den Energiefluss durch die verschiedenen trophischen Ebenen. Die höchste Energie befindet sich häufig an der Basis, die von den Produzenten eingenommen wird. Wenn die trophischen Strukturen nach oben fortschreiten, nimmt der Energiefluss von unten nach oben ab.

Beispiele für trophische Ebenen

Ebene 1: Produzenten

Die trophische Ebene 1 besteht aus Primärproduzenten. Sie befinden sich an der Basis einer ökologischen Pyramide. Auch eine Nahrungskette würde auf der trophischen Ebene 1 beginnen. Die trophische Ebene 1 wird von Pflanzen und Algen eingenommen. Das grundlegende Merkmal von Organismen der trophischen Ebene 1 ist ihre Fähigkeit, ihre eigene Nahrung aus abiotischen Materialien zu produzieren. Pflanzen beispielsweise sind in der Lage, ihre Nahrung durch Photosynthese herzustellen. Dieser Prozess lässt sich in dieser Gleichung vereinfacht darstellen: 6CO2+12H2O+energy=C6H12O6+6O2+6H2O. Das bedeutet, dass die Fotosynthese ein Prozess ist, bei dem Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Lichtenergie genutzt werden, um ein energiereiches Kohlenhydrat wie Glukose (C6H12O6) zu synthetisieren und Sauerstoff (O2) als Nebenprodukt zu erzeugen. Strukturell gesehen haben Pflanzen und Algen lichtsammelnde zelluläre Strukturen, die Chloroplasten genannt werden. Im Inneren der Chloroplasten befinden sich photosynthetische Pigmente (Chlorophyll), die Lichtenergie absorbieren können.

Ebene 2: Primärkonsumenten

Die nächste trophische Ebene in einer Nahrungskette oder einer ökologischen Pyramide ist die trophische Ebene 2. Auf dieser Ebene ernähren sich die Organismen, die diese Ebene besetzen, von den Primärproduzenten und werden Primärkonsumenten genannt. Tiere, die sich von pflanzlichen Stoffen ernähren, werden Pflanzenfresser genannt. Sie haben anatomische und physiologische Merkmale, die sie an eine pflanzliche Ernährung anpassen. In der Regel haben sie Mundwerkzeuge, mit denen sie Pflanzenmaterial raspeln oder zerkleinern können. So haben sie beispielsweise breite, flache Zähne, mit denen sie Laub und Baumrinde zerkleinern können. Außerdem haben sie eine Darmflora (bestehend aus zelluloseverdauenden Protozoen oder Bakterien), die die Verdauung von zellulosehaltigem Material unterstützt. Beispiele für Pflanzenfresser sind Pferde, Rinder und Ziegen.

Stufe 3: Sekundärkonsumenten

Sekundärkonsumenten bestehen aus Tieren, die sich von Primärkonsumenten ernähren. Organismen, die andere Tiere fressen, nennt man Fleischfresser (oder Raubtiere). Raubtiere befinden sich auf der trophischen Ebene 3 einer Nahrungskette oder einer ökologischen Pyramide. Raub ist eine Interaktion in einem Ökosystem, bei der ein Raubtier Beute jagt oder fängt, tötet und frisst. Raubtiere wiederum sind anatomisch und physiologisch an die Ernährung eines Tieres angepasst. Da der Verzehr von Beutetieren mit einer Verfolgung oder einem Hinterhalt verbunden sein kann, verfügen sie oft über hoch entwickelte Seh-, Hör-, Tast- oder Geruchssinne. Sie können sich auch tarnen oder mimen, um nicht von potenziellen Beutetieren entdeckt zu werden. Sie haben Reißzähne, scharfe Klauen und starke Kiefer, um ihre Beute zu packen und zu zerschneiden. Auch die Beutetiere haben im Laufe der Evolution Merkmale entwickelt, die sie vor Raubtieren schützen. Sie entwickelten Gegenanpassungen und Verteidigungsstrategien, wie Thanatose, Alarmrufe, Warnfärbung, Stacheln, Chemikalien, Mimikry und Tarnung. Beispiele für Tiere mit Raubtier-Beute-Beziehungen sind Spinnen und Fliegen, Löwen und Zebras, Bären und Fische sowie Füchse und Kaninchen.(2) Apex-Raubtiere sind Raubtiere, die von keinem anderen Tier gefressen werden. Die Schwertwale sind ein Beispiel dafür. Ihre Beutetiere im Meer sind Fische, Robben und Delfine.
Nicht alle Raubtiere ernähren sich jedoch ausschließlich von Fleisch. Ihre Nahrung kann auch pflanzliche Stoffe enthalten. Tiere, die sich sowohl von Pflanzen als auch von Tieren ernähren, nennt man Allesfresser. Allesfresser können sich auch von Pilzen, Algen und Bakterien ernähren.(3) Im Vergleich zu anderen Tiergruppen wie Fleischfressern und Pflanzenfressern fehlt den Allesfressern eine ausgeprägte Spezialisierung bei der Nahrungsbeschaffung und -verarbeitung.(4) Beispiele für Allesfresser sind Schimpansen, Orang-Utans, Gorillas, Schweine, die meisten Bären, Igel, Opossums, Stinktiere, Faultiere, Eichhörnchen, Mäuse, Ratten, Nagetiere, Waschbären und viele andere. Diese Tiere ernähren sich von mehr als einer trophischen Ebene. Die meisten Menschen sind Allesfresser. Einige von ihnen bevorzugen jedoch eine pflanzliche (vegane) Ernährung.
Fleischfressende Pflanzen (z. B. insektenfressende Pflanzen wie Venusfliegenfalle und Kannenpflanze) können ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt werden. Diese Pflanzen sind in der Lage, Raubtiere zu fressen, um neben der Photosynthese weitere Nährstoffe zu gewinnen. Meeresorganismen, die sich von Zooplankton ernähren, gelten ebenfalls als Sekundärkonsumenten. Beispiele sind Krebse, Wale und Hummer.

Andere trophische Ebenen

Der Organismus, der sich von einem Sekundärkonsumenten ernährt, wird Tertiärkonsument genannt, und derjenige, der sich von einem Tertiärkonsumenten ernährt, wird als Quartärkonsument bezeichnet. Die Tertiärkonsumenten und die Quartärkonsumenten nehmen die trophische Ebene 4 bzw. 5 ein.

Zersetzer

Die letzte trophische Ebene wird von Zersetzern, wie Detritivoren, eingenommen. Sie ernähren sich von abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Stoffen. Detritivoren sind Zersetzer, die ihre Nahrung gezielt zerkleinern, um sie zu verzehren. Beispiele für Detritivoren sind Würmer, Tausendfüßler, Dungfliegen, Asseln und Schnecken. Andere Zersetzer sind Pilze und Bakterien. Sie verbrauchen Nährstoffe auf molekularer Ebene, im Gegensatz zu anderen Konsumenten, die ihre Nahrung essen und verdauen. Diese Zersetzer sind auf leicht verfügbare Nährstoffe in einfachster Form angewiesen, z. B. auf Materialien, die verdaut wurden, oder auf Substrate, die von verstorbenen oder verrottenden Organismen stammen. Auch Parasiten, die sich von verfügbarem organischem Material ernähren, aber nicht unbedingt den Wirt töten, können zu dieser Gruppe gezählt werden.
Zersetzer stehen auf der letzten trophischen Ebene oder an der Spitze der ökologischen Pyramide. Die häufigsten Zersetzer sind Pilze. Sie sind die ersten Initiatoren der Zersetzung. Sie verfügen über Enzyme und andere Verbindungen, um die Biomoleküle verstorbener Organismen abzubauen. Auch Bakterien verfügen über Enzyme, die organische Verbindungen in einfachere Formen zerlegen. Nach dem Zersetzungsprozess machen sich die Zersetzer an den Überresten zu schaffen, indem sie Detritus oder sich zersetzende organische Stoffe aufspüren. Die Rolle der Zersetzer im Ökosystem ist von entscheidender Bedeutung, da sie die organische Substanz toter Organismen abbauen und ein Teil davon als geochemische Komponente in den Boden zurückkehrt.

Plankton

Plankton sind mikroskopisch kleine Organismen, die in aquatischen Lebensräumen leben. Einige von ihnen sind photosynthetisch, andere sind heterotroph. Daher können sie auf verschiedenen trophischen Ebenen in der Nahrungskette oder ökologischen Pyramide verteilt sein. Diejenigen, die zur Photosynthese fähig sind, wie das Phytoplankton, werden als Produzenten betrachtet. Heterotrophe Planktons, wie Zooplanktons, können Konsumenten sein, da sie sich von anderen Planktons ernähren. (5)

Effizienz des Biomassetransfers

Die Biomasse in einer ökologischen Pyramide geht nach und nach von unten nach oben verloren. Die größte Menge an Biomasse befindet sich auf der unteren trophischen Ebene, zu der die Produzenten gehören. Da die Primärkonsumenten auf die Produzenten angewiesen sind, um sich zu ernähren, ist die Biomasse der Produzenten ein begrenzender Faktor für die Biomasse der Primärkonsumenten. Ebenso sind die Sekundärkonsumenten auf die Primärkonsumenten angewiesen, so dass ihre Biomasse ebenfalls von der verfügbaren Biomasse der Primärkonsumenten beeinflusst wird. Daher findet man in einem Ökosystem in der Regel eine Biomassepyramide, bei der die erste trophische Ebene am breitesten und die oberste trophische Ebene am schmalsten ist. Die Verteilung der Biomasse in einem Ökosystem hat Auswirkungen auf die Stabilität des Ökosystems. Im Falle einer umgekehrten Pyramide könnte das Ökosystem zusammenbrechen, wenn es mehr Konsumenten als Primärproduzenten gibt.

Bedeutung

Die Überwachung der trophischen Ebenen ist wichtig, um ein Verständnis für die Wechselbeziehungen zwischen den Organismen sowie für die ökologischen Prozesse in einem Ökosystem zu gewinnen. Auf diese Weise kann das Ausmaß der Pflanzenfresser-, Räuber- und Zersetzungsprozesse genutzt werden, um den Zustand und die Stabilität eines Ökosystems zu ermitteln.

Siehe auch

• Ökologische Pyramide
• Nahrungskette
• Nahrungsnetz
• Autotroph
• Konsument
• Herbivore
• Predator
• Carnivore
• Decomposer

1. Preisser, E. (2008). Trophic Structure. Encyclopedia of Ecology, 3608-3616. https://doi.org/10.1016/b978-008045405-4.00558-9
2. Predator-Prey Relationships – New England Complex Systems Institute. (2014). New England Complex Systems Institute. Abgerufen am 16. November 2019, von der Website des New England Complex Systems Institute: https://necsi.edu/predator-prey-relationships
3. „Omnivore“. National Geographic Education. National Geographic Society. Abgerufen von http://education.nationalgeographic.com/education/encyclopedia/omnivore/?ar-a=4&ar-r=3
4. McArdle, Ph.D., John (Mai-Juni 1991). „Humans are Omnivores“ (Menschen sind Allesfresser). Vegetarian Journal (The Vegetarian Resource Group).
5. Ist Plankton ein Produzent oder Zersetzer? (2019). Abgerufen von der Reference Website: https://www.reference.com/pets-animals/plankton-producer-decomposer-b38db29bb175772b