Verstehe, warum bei jedem Nahrungsschritt nur ein Teil der Energie weitergegeben wird. Lies ökologische Pyramiden richtig und erkunde die Wirkung unterschiedlicher Weitergabequoten.
E →Unsicher beim Einstieg?3 Aufgaben im freiwilligen Kurzcheck
Was kannst du schon?
Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Lösungen mit Erklärungen
Stoffe können erneut genutzt werden; nutzbare Energie muss laufend zugeführt werden – Stoffkreisläufe und Energiefluss beschreiben unterschiedliche Aspekte.
Biomassepyramide – Masse je Fläche ohne Zeitrate bezeichnet hier den Biomassebestand.
Nein, sie wandeln unter anderem Lichtenergie in chemische Energie um – Produzenten bauen organische Stoffe auf und benötigen dafür eine Energiequelle.
Auf einer Wiese wachsen viele Pflanzen. Von ihnen leben Pflanzenfresser; diese können wiederum Räubern als Nahrung dienen. Doch auf dem Weg zur nächsten Ernährungsstufe steht nur ein Teil der zuvor in neuer Biomasse gespeicherten Energie zur Verfügung. Warum? Lebewesen nutzen Energie für ihren eigenen Stoffwechsel, und längst nicht alles wird gefressen und verdaut.
Der wichtigste Unterschied
Energie fließt durch ein Ökosystem. Sie wird übertragen und umgewandelt und schließlich als Wärme an die Umgebung abgegeben. Stoffe können dagegen in Kreisläufen erneut genutzt werden. Energie verschwindet nicht; ihre Nutzbarkeit für die Lebewesen nimmt ab.
Für den Einstieg solltest du Nahrungsketten und Nahrungsnetze kennen. Die Ernährungsstufen heißen Trophiestufen: Produzenten stehen auf der ersten Stufe, Pflanzenfresser auf der zweiten und deren Fressfeinde auf weiteren Stufen. Ein Allesfresser kann je nach Nahrungsweg verschiedenen Stufen zugeordnet werden.
Vom Sonnenlicht zur Nahrung und zur Wärme
Vereinfachter Energiefluss. Die Pfeilbreiten stellen keine gemessenen Energiemengen dar. Tote Reste und Zersetzer werden im nächsten Abschnitt ergänzt.
1. Produzenten: Pflanzen und Algen nutzen Lichtenergie, um durch Fotosynthese organische Stoffe aufzubauen. Dabei wird ein Teil der Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Sie erzeugen keine Energie aus dem Nichts.
2. Konsumenten: Mit der Nahrung nehmen Tiere organische Stoffe auf. Ein Teil wird verdaut und aufgenommen, ein Teil bleibt unverdaut. Aufgenommene Stoffe dienen dem Aufbau des Körpers oder dem Stoffwechsel.
3. Zellatmung und Wärme: Bei der Zellatmung wird chemische Energie für Zellprozesse nutzbar gemacht, unter anderem über ATP. Bei diesen Umwandlungen und bei der Nutzung der Energie entsteht Wärme.
Auch Pflanzen betreiben Zellatmung
Fotosynthese und Zellatmung sind unterschiedliche Vorgänge. Pflanzen benötigen ebenfalls Energie für ihre Zellen und geben Wärme ab. Fotosynthese braucht Licht; Zellatmung findet grundsätzlich tagsüber und nachts statt.
Die meisten Ökosysteme sind unmittelbar oder über eingetragene Nahrung von Sonnenenergie abhängig. Eine Besonderheit sind Lebensgemeinschaften mit chemosynthetischen Produzenten, etwa an manchen Tiefseequellen: Dort stammt die Energie zunächst aus chemischen Reaktionen.
Wohin geht die Energie einer Mahlzeit?
Betrachte eine stark vereinfachte Energiebilanz eines Tieres über einen festgelegten Zeitraum. Es frisst Nahrung mit 1.000 kJ Energieinhalt. Diese Zahl bedeutet noch nicht, dass 1.000 kJ in neuem Körpergewebe ankommen.
200 kJ: nicht aufgenommen
Unverdaute Bestandteile verlassen den Körper mit dem Kot. Ihre chemische Energie kann anderen Organismen im Abbauweg zur Verfügung stehen.
600 kJ: Stoffwechsel
Von der aufgenommenen Energie wird dieser Modellanteil für Lebensvorgänge genutzt und schließlich als Wärme abgegeben.
200 kJ: neue Biomasse
Dieser Modellanteil steckt in Wachstum und Fortpflanzung, also in neu gebildeter Biomasse. Er kann in weiteren Nahrungsbeziehungen übertragen werden.
Die Bilanz stimmt
1.000 kJ = 200 kJ + 600 kJ + 200 kJ. Das Beispiel fasst weitere kleine Stoff- und Energieflüsse vereinfachend zusammen. Es sind Rechenwerte, keine Messwerte einer Tierart.
„Nicht weitergegeben“ ist nicht sofort gleich „Wärme“
Nicht gefressene Blätter, tote Organismen und Kot enthalten zunächst noch chemische Energie. Detritusfresser, Pilze und Bakterien nutzen solche Reste. Auch in diesem Abbauweg wird bei Stoffwechselprozessen Wärme abgegeben. Zersetzer recyceln Stoffe, aber keine Wärme zu Sonnenlicht.
Drei Pyramiden – drei unterschiedliche Fragen
Eine ökologische Pyramide ordnet eine Größe den Trophiestufen zu. Prüfe zuerst welche Größe, welche Einheit und welchen Zeitraum das Schaubild zeigt. Eine breite Stufe kann viel Energie, viel Biomasse oder viele Individuen bedeuten – das ist nicht dasselbe.
Energiepyramide
Sie vergleicht die Energie in der neu gebildeten Biomasse je Fläche und Zeit, zum Beispiel kJ/(m² · Jahr). Entlang aufeinanderfolgender Stufen einer konsistent abgegrenzten Nahrungskette nimmt diese Produktion ab. Die Pyramide steht aufrecht.
Biomassepyramide
Sie zeigt einen Bestand zu einem Zeitpunkt, häufig als Trockenmasse in g/m². In Gewässern kann die Masse des Phytoplanktons kleiner sein als die des Zooplanktons. Die kleine Produzentenmasse wird durch schnelles Wachstum laufend erneuert.
Zahlenpyramide
Sie zählt Individuen in derselben Bezugsfläche. Eine große Eiche kann vielen Insekten Nahrung bieten. Daher muss es zahlenmäßig nicht mehr Produzenten als Pflanzenfresser geben.
Bestand ist nicht Produktion
Ein Bestand ist wie ein Foto: Wie viel ist gerade vorhanden? Eine Produktionsrate beschreibt einen Zuwachs pro Zeit. Ein kleiner Bestand kann bei schnellem Umsatz über einen Zeitraum viel neue Biomasse liefern.
Pyramiden vergleichen
Wähle eine Darstellung. Die drei Beispiele zeigen unterschiedliche, frei gewählte Modellsituationen. Vergleiche ihre Form, nicht ihre Zahlen miteinander.
Energieproduktion · kJ/(m² · Jahr)
Die Balken sind innerhalb dieses Beispiels auf einer gemeinsamen linearen Skala gezeichnet.
Die Energieproduktion nimmt im Modell von Stufe zu Stufe ab. Die kleinen oberen Balken sind bei dieser linearen Skala zu erwarten.
Mit der Weitergabequote rechnen
Die trophische Übertragungseffizienz vergleicht die Produktion einer Stufe mit der Produktion der vorherigen Stufe. Gemeint ist nicht nur, wie gut ein einzelnes Tier seine Mahlzeit verdaut. Auch der Anteil, der überhaupt gefressen wird, spielt eine Rolle.
Weitergabequote = Produktion der nächsten StufeProduktion der vorherigen Stufe × 100 %
Wenn beide Produktionswerte dieselbe Einheit haben, kürzt sich diese im Bruch heraus. Beispiel: 1.000 geteilt durch 10.000 ergibt 0,1; mal 100 % ergibt 10 %.
Die 10-%-Regel ist ein Schulmodell
In der Natur ist die Quote nicht überall gleich. Sie hängt unter anderem von Nahrung, Organismen und Umweltbedingungen ab. Für eine Rechenaufgabe darfst du 10 % annehmen, wenn die Aufgabe diese Annahme vorgibt. Die übrigen 90 % gehen nicht vollständig und sofort als Wärme verloren.
Energie-Rechner: Was verändert eine andere Quote?
Verändere die Produktion der Pflanzen und die gemeinsame Quote für drei aufeinanderfolgende Übergänge. Alle Werte beziehen sich auf dieselbe Fläche und dasselbe Jahr.
Produzenten10.000
Konsumenten 11.000
Konsumenten 2100
Konsumenten 310
Einheit aller Zahlen: kJ/(m² · Jahr). Gemeinsame lineare Skala relativ zu den Produzenten; sehr kleine Balken sind beabsichtigt.
10.000 × 0,1 = 1.0001.000 × 0,1 = 100100 × 0,1 = 10Nach drei Übergängen bleiben 0,1 % der Ausgangsproduktion in der Produktion der dritten Konsumentenstufe.
Modellgrenze: Die Quote ist hier auf allen drei Übergängen gleich. Es gibt keine zusätzlichen Nahrungseinträge. Die Zahlen berechnen weder Tierzahlen noch die Stabilität eines realen Ökosystems.
Vertiefung: Brutto- und Nettoprimärproduktion
Für die Oberstufe wird die Leistung der Produzenten genauer aufgeteilt. Die Bruttoprimärproduktion (BPP) ist die gesamte durch Fotosynthese fixierte Energie beziehungsweise organische Stoffproduktion pro Zeit. Einen Teil nutzen die Produzenten selbst für die Zellatmung. Nach Abzug dieses Atmungsanteils bleibt die Nettoprimärproduktion (NPP).
NPP = BPP − Atmung der Produzenten
Beispiel mit einheitlicher Bezugsfläche und Zeit: BPP = 15.000 kJ/(m² · Jahr), Atmungsanteil = 5.000 kJ/(m² · Jahr). Daraus folgt NPP = 10.000 kJ/(m² · Jahr). Diese Produktion kann in neue Pflanzenbiomasse eingehen und die Grundlage für Weide- und Abbauwege bilden. Sie wird nicht vollständig von Pflanzenfressern aufgenommen.
Die NPP ist auch nicht automatisch der Nettozuwachs des gesamten Ökosystems: Andere Lebewesen betreiben ebenfalls Zellatmung; außerdem können Stoffe ein- oder ausgetragen werden.
Warum Nahrungsketten begrenzt sind
Jeder weitere Übergang verringert die Produktion, die die nächste Stufe tragen kann. Das begrenzt unter sonst gleichen Bedingungen die Länge von Nahrungsketten. Eine feste, überall gültige Höchstzahl an Stufen folgt daraus nicht.
Typische Denkfehler vermeiden
„90 % der Energie sind weg.“
Die Energie bleibt erhalten. Ein Teil wird als Wärme verteilt; ein anderer gelangt zunächst in nicht gefressenes Material oder Ausscheidungen und damit in Abbauwege.
„Weniger Biomasse heißt weniger Produktion.“
Nicht unbedingt. Entscheidend ist auch, wie schnell neue Biomasse gebildet und wieder gefressen wird. Deshalb kann eine Biomassepyramide im Wasser umgekehrt sein.
„Zersetzer stehen ganz oben.“
Sie nutzen Reste aus allen Trophiestufen. Sie bilden einen verzweigten Abbauweg, keine einzelne zusätzliche Stufe hinter dem letzten Räuber.
„Aus 100 kJ kann ich die Zahl der Füchse bestimmen.“
Dafür fehlen unter anderem Energiebedarf, Zeitraum, Körpergröße und die tatsächlichen Nahrungsbeziehungen. Ein Energiefluss ist keine Tierzählung.
Selbst ausprobieren
Üben & prüfen
Mit Erklärungen üben oder dein Wissen testen – du entscheidest.
Übe in deinem Tempo
Wähle eine Stufe. Du bekommst zu jeder Antwort eine Rückmeldung und kannst nach einem Tipp erneut antworten. Wähle die passende Antwort. Begründe deine Entscheidung zunächst selbst und vergleiche sie anschließend mit der Erklärung.
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Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen
1 · Erkennen und zuordnen
1. Was geschieht mit Energie im Ökosystem?
Sie wird übertragen, umgewandelt und schließlich als Wärme verteilt
Sie wird bei jedem Fraßschritt vollständig vernichtet
Sie wird von Pflanzen aus dem Nichts erzeugt
Lösung und Erklärung
Sie wird übertragen, umgewandelt und schließlich als Wärme verteilt
Energie bleibt erhalten; ihre Nutzbarkeit für biologische Prozesse verändert sich.
2. Was zeigt eine Biomassepyramide?
Immer die Zahl aller Tiere
Ausschließlich Energieproduktion pro Jahr
Einen Bestand an Biomasse zu einem Zeitpunkt
Lösung und Erklärung
Einen Bestand an Biomasse zu einem Zeitpunkt
Die Bezugsgröße ist häufig Trockenmasse je Fläche.
3. Welche Einheit passt zu einer Energiepyramide der Produktion?
Nur g/m² ohne Zeitbezug
kJ/(m² · Jahr)
Nur die Anzahl Individuen
Lösung und Erklärung
kJ/(m² · Jahr)
Die Energieproduktion wird auf dieselbe Fläche und denselben Zeitraum bezogen.
4. Betreiben Pflanzen Zellatmung?
Ja, grundsätzlich tagsüber und nachts
Nein, sie betreiben ausschließlich Fotosynthese
Nur wenn sie keine grünen Blätter haben
Lösung und Erklärung
Ja, grundsätzlich tagsüber und nachts
Auch Pflanzen benötigen Energie für ihre Zellprozesse.
5. Welche Größe erfasst eine Zahlenpyramide?
Den Energieinhalt pro Jahr
Die Trockenmasse jedes einzelnen Organs
Individuenzahlen pro Bezugsfläche
Lösung und Erklärung
Individuenzahlen pro Bezugsfläche
Eine einzelne große Pflanze kann vielen kleinen Konsumenten Nahrung bieten.
6. Was bedeutet die 10-%-Regel im Unterricht?
Die vollständige Vernichtung der restlichen Energie
Eine vereinfachte Annahme für bestimmte Rechenaufgaben
Eine exakte Konstante für jede reale Nahrungsbeziehung
Lösung und Erklärung
Eine vereinfachte Annahme für bestimmte Rechenaufgaben
Tatsächliche Übertragungsquoten unterscheiden sich zwischen Organismen und Bedingungen.
2 · Anwenden und erklären
1. Produzenten bilden 8.000 kJ/(m² · Jahr). Die nächste Stufe erhält im Modell 10 %. Wie groß ist ihre Produktion?
6. Warum lässt sich aus 100 kJ Produktion allein keine Anzahl Füchse berechnen?
Die Energieeinheit enthält bereits eine Tierzahl
Energiebedarf, Zeitraum und weitere Nahrungsbedingungen fehlen
Jeder Fuchs benötigt definitionsgemäß genau 1 kJ
Lösung und Erklärung
Energiebedarf, Zeitraum und weitere Nahrungsbedingungen fehlen
Energieproduktion und Individuenzahl sind verschiedene Messgrößen.
Wie sicher bist du jetzt?
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Lösungen mit Erklärungen
1.200 und 120 – Jede folgende Stufe wird mit 0,1 berechnet, in derselben Produktions-Einheit.
Der Bestand kann sich rasch erneuern – Momentaner Vorrat und über die Zeit gebildete Menge sind zu unterscheiden.
5.500 – 9.000 − 3.500 = 5.500; Fläche und Zeitbezug müssen übereinstimmen.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Weitere Aufgaben zum Selbstcheck
12 Aufgaben: verstehen, anwenden und begründen
Löse zuerst selbst. Ein Tipp hilft beim Einstieg; die Lösung zeigt die fachliche Begründung.
1 · Warum ist eine Pflanze kein Energieerzeuger?
Tipp anzeigen
Denke an die Energiequelle.
Lösung anzeigen
Sie wandelt Lichtenergie teilweise in chemische Energie organischer Stoffe um. Energie wird dabei nicht aus dem Nichts erzeugt.
2 · Nenne zwei Wege für Energie, die nicht in der nächsten Konsumentenstufe ankommt.
Tipp anzeigen
Wärme und tote Reste.
Lösung anzeigen
Ein Teil wird über Stoffwechselvorgänge als Wärme verteilt. Ein anderer verbleibt zunächst in nicht gefressener Biomasse, toten Resten oder Kot und gelangt in den Abbauweg.
3 · Ein Tier frisst 1.000 kJ; 200 kJ bleiben unverdaut und 600 kJ werden im Stoffwechsel umgesetzt. Wie viel ist im Modell Produktion?
Tipp anzeigen
Alle Anteile müssen zusammen 1.000 kJ ergeben.
Lösung anzeigen
1.000 − 200 − 600 = 200 kJ. Die neue Biomasse enthält im vereinfachten Modell 200 kJ.
4 · Warum können Zersetzer den Stoffkreislauf schließen, aber keinen Energiekreislauf?
Tipp anzeigen
Was wird wieder aufgenommen, was wird als Wärme verteilt?
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Beim Abbau werden unter anderem CO₂ und Mineralstoffe freigesetzt, die Produzenten wieder nutzen können. Die als Wärme verteilte Energie wird dabei nicht in Lichtenergie zurückverwandelt.
5 · Berechne bei 10 % Quote die folgenden zwei Stufen aus 20.000 kJ/(m² · Jahr).
6 · Wie viel bleibt bei 20 % nach drei Übergängen aus 10.000?
Tipp anzeigen
Dreimal mit 0,2 multiplizieren.
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10.000 → 2.000 → 400 → 80. Das sind 0,8 % des Ausgangswerts, jeweils in derselben Produktions-Einheit.
7 · Eine Stufe produziert 800, die vorherige 4.000. Wie groß ist die Quote?
Tipp anzeigen
Nächste Stufe durch vorherige Stufe teilen.
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800 / 4.000 = 0,2; 0,2 × 100 % = 20 %. Beide Produktionswerte müssen dieselbe Einheit, Bezugsfläche und Zeit haben.
8 · Warum kann eine Eiche die Basis einer umgekehrten Zahlenpyramide sein?
Tipp anzeigen
Größe eines Organismus und Anzahl unterscheiden.
Lösung anzeigen
Ein einzelner großer Baum kann vielen kleinen Pflanzenfressern Nahrung bieten. Eine kleine Individuenzahl bedeutet hier nicht wenig Biomasse oder geringe Produktion.
9 · Wenig Phytoplankton ernährt mehr Zooplankton-Biomasse. Ist das ein Widerspruch?
Tipp anzeigen
Bestand und laufenden Zuwachs unterscheiden.
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Nein. Ein kleiner Phytoplanktonbestand kann sich schnell erneuern. Die Momentaufnahme der Biomasse zeigt nicht, wie viel über den gesamten Zeitraum produziert wird.
10 · BPP = 18.000, Atmungsanteil der Pflanzen = 7.000. Berechne die NPP.
Tipp anzeigen
Brutto minus Atmungsanteil.
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NPP = 18.000 − 7.000 = 11.000; die Einheit der Ausgangswerte, etwa kJ/(m² · Jahr), bleibt erhalten.
11 · Darfst du die 10-%-Regel auf jedes reale Nahrungsnetz anwenden?
Tipp anzeigen
Modellannahme und Messung unterscheiden.
Lösung anzeigen
Nein. Die tatsächlichen Quoten können sich zwischen Organismen, Übergängen und Umweltbedingungen unterscheiden. 10 % ist eine häufig genutzte vereinfachte Rechenannahme.
12 · Welche drei Angaben brauchst du zum Vergleichen von Pyramiden?
Tipp anzeigen
Größe, Einheit und Bezug.
Lösung anzeigen
Ich prüfe die dargestellte Größe (Energieproduktion, Biomasse oder Zahl), die Einheit mit Bezugsfläche sowie Zeitpunkt beziehungsweise Zeitraum. Auch die Zuordnung der Trophiestufen muss vergleichbar sein.
Kurzer Begriffscheck
Welche Aussage gilt für eine Biomassepyramide?
Wähle eine Antwort.
Fachliche Vertiefung: OpenStax · Energy Flow through Ecosystems. Eigene Erklärungen, Schaubilder und ausdrücklich vereinfachte Rechenmodelle. Klassenstufen und Vertiefung unterscheiden sich nach Bundesland und Schulart.
