Energieaufnahme in der Natur

Alle Energie, die für das Leben auf unserer Erde notwendig ist, haben wir der Sonne zu verdanken. Ihre Lichtenergie, die uns aus einer Entfernung von 150 Millionen Kilometern erreicht, wird von den grünen Pflanzen bei der Fhotosynthese in chemische Energie umgesetzt. So können Pflanzen sowohl an Land als auch im Wasser wachsen. Pflanzen sind die Voraussetzung für höheres Leben auf der Erde, denn sie produzieren den für uns lebenswichtigen Sauerstoff und sind Nahrung für Tier und Mensch. Sie werden deshalb als Erzeuger oder Produzenten bezeichnet. Tiere können sich nicht vom Sonnenlicht ernähren. Sie sind Verbraucher oder Konsumenten. Pflanzenfresser werden als Primärkonsumenten bezeichnet, weil sie sich direkt vom Produzenten ernähren, wie diese Giraffen oder Zebras. Fleischfresser wie die Löwen oder andere Raubtiere, sie sind Sekundärkonsumenten. Alle Organismen sind, was die Ernährung angeht, also voneinander abhängig. Man spricht von einer Nahrungskette oder einem Nahrungsnetz. Eine Nahrungskette findet man meist nur in artenarmen Lebensgemeinschaften. Das Beispiel einer Nahrungskette zeigt sich auf dem afrikanischen Nakurusee. Produzent ist die Blaualge. Primärkonsument der Ruderfußkrebs. Und Sekundärkonsument ist der Flamingo. In einem artenreichen Ökosystem, wie beispielsweise im Wald oder im See, ist es sehr kompliziert herauszufinden, wer wen frisst. Produzenten sind hier die Algen. Zu den Primärkonsumenten gehören Kleinkrebse und Schnecken. Sekundärkonsumenten sind Großfische, Amphibien, Insekten und Vögel, wobei diese sich wiederum untereinander verspeisen. Nahrungsnetze können sehr komplex sein. Alle Konsumenten nehmen über ihre Nahrung lebenswichtige Energie auf. Insekten, wie diese Heuschrecke, ernähren sich von Gras. Das heißt, sie führen ihrem Körper Energie zu, indem sie pflanzliche Nahrung aufnehmen und umwandeln. Diese brauchen sie für ihr Wachstum, ihren Stoffwechsel und die Bewegung. Wir verfolgen den Weg der aufgenommenen Energie bei einer ausgewachsenen Heuschrecke. Wie viel Nahrung nimmt sie auf? Wie viel Energie wird daraus effektiv gewonnen? Die Ernährung der Heuschrecke wird vier Tage lang im Labor genau beobachtet. Durch Messungen soll eine Energiebilanz erstellt werden. Das Gewicht des Tieres beträgt 2,17 Gramm. Das Gras wiegt 20,26 Gramm und wird in ein Wasserglas getaucht, damit es frisch bleibt. Für vier Tage bleibt die Heuschrecke nun in dem Behälter, sie frisst, verdaut, atmet und bewegt sich. Nach vier Tagen wird das verbliebene Gras sorgfältig gesammelt und erneut auf die Waage gelegt. 16,29 Gramm sind übrig geblieben, das heißt 3,97 Gramm Gras sind von der Heuschrecke gefressen worden. Der Energiegehalt von Gras beträgt drei Kilojoule pro Gramm. Diesen Wert müssen wir nun mit der Menge des gefressenen Grases multiplizieren und erhalten so einen Wert von 11,91 Kilojoule. Das bedeutet, die Heuschrecke hat in vier Tagen die Energiemenge von 11,91 Kilojoule aufgenommen indem sie 3,97 Gramm Gras gefressen hat. Insgesamt hat die Heuschrecke 11,91 Kilojoule an Energie aufgenommen. Doch alleine die Nahrungsaufnahme, das Atmen oder die Bewegung während der vier Tage benötigen Energie. Zunächst wird die durch Atmung abgegebene Energiemenge in einem speziell dafür im Labor aufgebauten Messgerät festgestellt. Die aufgenommene Menge an Sauerstoff wird gemessen. Die Flüssigkeit am Boden des Reagenzglases ist Kalilauge. Sie absorbiert das von der Heuschrecke abgegebene Kohlenstoffdioxid. Der aufgenommene Sauerstoff kann auf der linken Skala durch den Aufstieg der Messflüssigkeit abgelesen werden. Nach dreißig Minuten können wir einen Anstieg von 9 Millimetern ablesen. Umgerechnet auf vier Tage kann man daraus den Energiewert von sieben Kilojoule errechnen, der veratmet worden ist. Als nächstes wird der durch Kotabgabe verursachte Energieverlust gemessen. Der gesammelte Kot hat ein Gewicht von 0,20 Gramm. Dies entspricht etwa der Energie von zwei Kilojoule. Die gleiche Energiemenge hat der Körper in etwa durch Bewegung verbraucht. Von den 11,91 Kilojoule aufgenommener Energie durch das Gras sind 11 Kilojoule verloren gegangen durch Atmung, den abgegebenen Kot und durch die Zellatmung für die Bereitstellung der Muskelenergie zur Bewegung. Die Energiebilanz eines Pflanzenfressers ist also äußerst ineffektiv. Sie kann nur durch hohe Futtermengen ausgeglichen werden. Das Gewicht der Heuschrecke beträgt 2,17 Gramm und die aufgenommene Grasmenge in vier Tagen war 3,97 Gramm, das ist fast das Doppelte des Körpergewichts.