Energieportionen verfolgen, Wirkungsgrade berechnen, Pyramiden deuten — und prüfen, ob Energie im Ökosystem wirklich im Kreis laufen kann.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe zu Fotosynthese und Zellatmung und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Fachbegriffe des Energieflusses
AFB I
Ordnen Sie jedem Fachbegriff die passende Beschreibung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
BPP minus Zellatmung der Produzenten ergibt die NPP; nur sie steht Konsumenten und Destruenten zur Verfügung. Die Sekundärproduktion ist der Zuwachs der Konsumenten, die ökologische Effizienz der Anteil, der von Stufe zu Stufe weitergegeben wird.
„Brutto“ heißt: vor Abzug der Zellatmung, „netto“: danach.
„Primär“ betrifft die Produzenten, „sekundär“ die Konsumenten.
A2
Wohin gelangt die Energie eines Rehs?
AFB I
Ein Reh frisst Knospen und Kräuter; es wird selbst gelegentlich vom Luchs erbeutet. Geben Sie für jede Energieportion an, wohin sie gelangt.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Wärme (Zellatmung)
2Destruenten
3nächste Trophiestufe
Was für Bewegung und Körpertemperatur veratmet wird, verlässt das Ökosystem als Wärme. Kot, Geweih und Leichen sind tote organische Substanz für die Destruenten. Nur die Biomasse, die der Luchs frisst und assimiliert, erreicht die nächste Trophiestufe.
Was bei der Zellatmung frei wird, ist am Ende immer Wärme.
Alles Tote und Ausgeschiedene landet bei den Zersetzern.
A3
Eigenschaften einer Energiepyramide
AFB I
Nennen Sie alle Aussagen, die auf eine Energiepyramide zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Eine Energiepyramide stellt den Fluss pro Zeit dar; keine Stufe kann mehr weitergeben, als sie bekommt, deshalb steht sie nie auf dem Kopf. Umgekehrt sein kann nur die Biomassepyramide, die einen Bestand zeigt. Destruenten nutzen alle Stufen und stehen nicht an der Spitze.
Unterscheiden Sie Bestand (Momentaufnahme) und Fluss (pro Zeit).
Drei Aussagen sind richtig.
A4
Energiebilanz einer Wiese
AFB II
Die Pflanzen einer Wiese binden 25 000 kJ/(m²·a) (BPP) und veratmen davon 40 %. Heuschrecken und andere Pflanzenfresser fressen 15 % der Nettoprimärproduktion; ein Drittel der gefressenen Energie scheiden sie unverdaut mit dem Kot aus. Berechnen Sie Schritt für Schritt die ökologische Effizienz von den Produzenten zu den Pflanzenfressern.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Nettoprimärproduktion:kJ/(m²·a)
von den Pflanzenfressern gefressen:kJ/(m²·a)
von den Pflanzenfressern assimiliert:kJ/(m²·a)
ökologische Effizienz (bezogen auf die BPP):%
NPP \(= 25\,000 - 0{,}4 \cdot 25\,000 = 15\,000\); gefressen \(0{,}15 \cdot 15\,000 = 2\,250\); assimiliert \(2\,250 - 750 = 1\,500\) kJ/(m²·a). Effizienz \(1\,500 : 25\,000 = 6\,\%\). Bezogen auf die NPP wären es 10 % — die Bezugsgröße muss immer angegeben werden.
NPP = BPP − Zellatmung der Produzenten.
Weitergegeben ist nur, was nach Abzug des Kots assimiliert wird.
A5
Energie und Stoffe im Vergleich
AFB II
Vergleichen Sie den Weg der Energie mit dem Weg der Stoffe (z. B. Kohlenstoff) in einem Ökosystem.
Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur Energie
2 beide
3 nur Stoffe
Energie und Stoffe laufen gemeinsam über die Nahrungskette bis zu den Destruenten. Danach trennen sich die Wege: Die Energie ist als Wärme abgegeben (Einbahn), die Elemente kehren als CO₂ und Mineralstoffe zu den Produzenten zurück (Kreislauf).
Energie steckt in den organischen Stoffen — solange diese weitergegeben werden, reisen beide zusammen.
Kann eine Pflanze Wärme als Energiequelle nutzen?
A6
Eine Pyramide auf dem Kopf
AFB II
In einem See ist die Biomasse des Zooplanktons zeitweise größer als die des Phytoplanktons, von dem es lebt. Erklären Sie diesen Befund, indem Sie den Lückentext vervollständigen — zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Das Phytoplankton hat einen kleinen , aber eine hohe pro Zeit: Seine Zellen teilen sich innerhalb von und werden fast ebenso schnell . Die Tiere des Zooplanktons leben dagegen und sammeln Biomasse über Wochen an. Eine desselben Sees ist trotzdem nach oben schmaler.
Eine Biomassepyramide ist eine Momentaufnahme. Ein kleiner, sich schnell erneuernder Bestand kann über das Jahr viel mehr Biomasse liefern, als gerade vorhanden ist. Die Energiepyramide misst den Fluss pro Zeit und kann deshalb nicht umgekehrt sein.
Was ist der Unterschied zwischen „wie viel ist da“ und „wie viel entsteht pro Jahr“?
Einzeller wie Kieselalgen verdoppeln sich unter guten Bedingungen etwa einmal am Tag.
A7
Stoffwechsel und Primärproduktion
MixAFB II
Die Primärproduktion hängt unmittelbar an Fotosynthese und Zellatmung. Ordnen Sie jeden Vorgang in die Energiebilanz eines Buchenwaldes ein.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Vorgang
Teil der BPP
Teil von R der Produzenten
weder noch
Im Calvin-Zyklus wird CO₂ zu Glucose reduziert.
Mitochondrien der Wurzelzellen oxidieren Glucose zu CO₂ und Wasser.
Die lichtabhängigen Reaktionen liefern ATP und NADPH für den Aufbau von Glucose.
Blattzellen betreiben nachts Zellatmung.
Eine Raupe veratmet Glucose aus gefressenen Blättern.
Pilze zersetzen im Herbst das abgefallene Laub.
Lichtabhängige Reaktionen und Calvin-Zyklus zusammen legen die BPP fest. Jede Zellatmung der Buche — in Wurzeln, Stamm oder nachts in den Blättern — gehört zu R und verringert die NPP. Die Atmung der Raupe und der Pilze betrifft bereits Konsumenten bzw. Destruenten.
Zur BPP gehört alles, was zur Bildung von Glucose in der Fotosynthese beiträgt.
R zählt nur die Zellatmung der Pflanzen selbst.
A8
Trickaufgabe: Energie aus dem Kot
TrickAFB III
In einem Aquarium scheiden die Fische mit dem Kot 400 kJ pro Woche aus. Bakterien bauen den Kot vollständig ab, die Wasserpflanzen nehmen die freigesetzten Mineralstoffe auf und wachsen; die Fische fressen die Pflanzen. Ein Schüler meint, so kämen die 400 kJ über die Pflanzen wieder bei den Fischen an. Widerlegen Sie die Behauptung, indem Sie angeben, wie viel Kilojoule der im Kot enthaltenen Energie die Pflanzen aufnehmen.
Überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Null: Die Bakterien veratmen die organischen Stoffe des Kots, die Energie wird dabei als Wärme frei. Die Pflanzen nehmen nur energiearme anorganische Stoffe (Mineralstoffe, CO₂) auf; ihre Energie stammt allein aus dem Licht. Die Falle: Stoffe kreisen, Energie nicht.
Wofür nutzen die Bakterien die organischen Stoffe im Kot?
Enthalten Mineralstoffe nutzbare chemische Energie für die Pflanze?
A9
Ein Referat über Gras, Kaninchen und Fuchs
AFB III
Ein Schüler erläutert den Energiefluss in der Nahrungskette Gras → Kaninchen → Fuchs. Überprüfen Sie seine Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Die NPP ist die BPP abzüglich der Zellatmung, veratmete Energie steht keiner weiteren Stufe zur Verfügung, und Gleichwarme haben wegen der Wärmeproduktion eine geringere Effizienz. Der geringe Energiefluss oben in der Pyramide erklärt die großen Reviere von Beutegreifern.
Prüfen Sie jede Aussage darauf, wohin die veratmete Energie geht.
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Welcher Fisch aus der Zucht?
AFB III
Eine Fischzucht soll möglichst viel Nahrung für Menschen je Hektar Futterfläche liefern. Beurteilen Sie Schritt für Schritt die Möglichkeiten aus energetischer Sicht.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Entscheidend ist die Zahl der Trophiestufen zwischen Pflanze und Mensch: Jede zusätzliche Stufe kostet grob 90 % der Energie. Wechselwarme Fische verwerten ihr Futter zwar gut, als Raubfische stehen sie aber am Ende einer langen Kette.
Zählen Sie die Trophiestufen vom Plankton oder Getreide bis zum Speisefisch.
Wofür veratmet ein Rind einen großen Teil seiner Nahrung, ein Fisch aber nicht?
