Nahrungsnetze und trophische Dynamik

Wer wen frisst, verbindet die Arten einer Gemeinschaft zu Nahrungsnetzen, durch die Energie und Material fließen, und Veränderungen auf einer Ebene können sich kaskadenartig durch das gesamte Netzwerk ausbreiten.

Definition

Nahrungsnetze und trophische Dynamik beschreiben das Netzwerk von Nahrungsinteraktionen zwischen Arten und den daraus resultierenden Energiefluss sowie die Regulation der Abundanz über trophische Ebenen in einer Gemeinschaft.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und Dynamik von Nahrungsbeziehungen: trophische Ebenen und Nahrungsketten, die Netzwerkarchitektur von Nahrungsnetzen, die Effizienz der Energieübertragung und die Produktivitätspyramide sowie die Regulation von Gemeinschaften von oben nach unten durch Prädatoren oder von unten nach oben durch Ressourcen. Es umfasst Schlüsselprädatoren, trophische Kaskaden und die Folgen der Entfernung von Spitzenkonsumenten.

Core questions

• Wie sind Nahrungsbeziehungen in trophische Ebenen und Nahrungsnetze organisiert?
• Wie effizient wird Energie von einer trophischen Ebene zur nächsten übertragen?
• Wann werden Gemeinschaften von oben nach unten im Vergleich zu von unten nach oben kontrolliert?
• Wie verbreiten trophische Kaskaden die Auswirkungen von Prädatoren durch eine Gemeinschaft?

Key theories

Trophisch-dynamischer Energiefluss

Energie, die als Primärproduktion in eine Gemeinschaft gelangt, wird mit großen Verlusten bei jedem Schritt die trophischen Ebenen hinauf übertragen, so dass nur ein kleiner Bruchteil die Spitzenkonsumenten erreicht, was die Länge der Nahrungskette und die Biomasse höherer Ebenen begrenzt.

Trophische Kaskaden und Top-down-Kontrolle

Prädatoren können Gemeinschaften von oben nach unten regulieren, und ihre Entfernung kann Herbivoren oder Mesoprädatoren in Kaskaden freisetzen, die die Abundanz und Diversität niedrigerer trophischer Ebenen neu organisieren.

Mechanisms

Produzenten fixieren Energie, die an Konsumenten weitergegeben wird, wenn diese gefressen werden; da Atmung, Ausscheidung und unvollständiger Konsum den Großteil der Energie bei jeder Übertragung auflösen, liegt die ökologische Effizienz typischerweise bei etwa zehn Prozent, was die Anzahl der trophischen Ebenen begrenzt. Prädatoren reduzieren die Abundanz oder verändern das Verhalten ihrer Beute, was wiederum die Ressourcen der Beute beeinflusst; wenn sich diese Effekte eine Nahrungskette hinunter ausbreiten, erzeugen sie trophische Kaskaden, deren Stärke von der Konnektivität des Netzes, der Omnivorie und der Anwesenheit starker Interaktoren abhängt.

Clinical relevance

Das Verständnis von Nahrungsnetzen fließt in die Fischerei- und Prädatorenverwaltung, den Schutz von Spitzenprädatoren, die Vorhersage von Folgen des Artenverlusts und die Schädlingsbekämpfung durch biologische Mittel ein. Dies ist ein Bildungsinhalt, keine Managementvorschrift.

History

Elton beschrieb 1927 Nahrungsketten und die Pyramide der Zahlen, und Lindeman quantifizierte 1942 den Energiefluss durch trophische Ebenen. Paines Schlüsselprädatoren-Experimente in den 1960er Jahren zeigten die Top-down-Kontrolle, und Estes und Kollegen dokumentierten eine weit verbreitete trophische Abwertung durch den Verlust von Spitzenkonsumenten.

Debates

Top-down- versus Bottom-up-Kontrolle

Die relative Bedeutung der Kontrolle durch Prädatoren im Vergleich zur Ressourcenverfügbarkeit variiert zwischen Systemen, und Ökologen diskutieren, wann und wo welche dominiert, wobei viele Gemeinschaften von beiden gleichzeitig geformt werden.

Key figures

• Charles Elton
• Raymond Lindeman
• Robert Paine
• James Estes

Seminal works

• lindeman1942
• paine1966
• estes2011

Frequently asked questions

Warum sind Nahrungsketten in der Regel kurz?

Da nur etwa zehn Prozent der Energie einer trophischen Ebene an die nächste weitergegeben werden, ist zu wenig Energie vorhanden, um viele Ebenen zu unterstützen, was die meisten Nahrungsketten auf vier oder fünf Glieder begrenzt.

Was ist eine trophische Kaskade?

Eine trophische Kaskade tritt auf, wenn sich eine Veränderung der Abundanz eines Spitzenprädators im Nahrungsnetz nach unten ausbreitet und indirekt die Abundanz von Organismen zwei oder mehr Ebenen unterhalb davon verändert.