Die energetische Effizienz eines Sees

Die Größen­verteilung der Organ­is­men in einem See lässt zuver­läs­sige Rückschlüsse auf die ener­getis­che Effizienz im Nahrungsnetz zu, wie Forschende des Leib­niz-Insti­tuts für Gewässerökolo­gie und Bin­nen­fis­cherei (IGB) und inter­na­tionale Kol­legIn­nen empirisch zeigen kon­nten. Dieser Zusam­men­hang erlaubt ein besseres und schnelleres Ver­ständ­nis von biol­o­gis­chen Vorgän­gen und Störun­gen, die auf aquatis­che Ökosys­teme einwirken.

In jedem Leben­sraum kann nur eine bes­timmte Anzahl großer Organ­is­men existieren, weil sich diese von kleineren Organ­is­men ernähren. In der Ökolo­gie wird dieser Zusam­men­hang mit der Trophis­chen Trans­fer­ef­fizienz (TTE) beschrieben: Von Nahrungsebene zu Nahrungsebene gehen etwa 90 Prozent der Energie ver­loren bzw. nur 10 Prozent bleiben erhal­ten. Frisst beispiel­sweise ein Raub­vo­gel ein Kan­inchen, kann er nur 10 Prozent der Energie, die das Kan­inchen zum Wach­sen und Leben benötigte, in eigenes Wach­s­tum umset­zen – die aller­meiste Energie geht also ver­loren. Forschende des IGB haben nun unter­sucht, wie groß diese wichtige Mod­ell­größe in natür­lichen Seeökosys­te­men tat­säch­lich ist und wie sie mit der Pop­u­la­tions­dichte von Organ­is­men ver­schieden­er Größen­grup­pen zusam­men­hängt. „Natür­lich gibt es schon Unter­suchun­gen zur Trophis­chen Trans­fer­ef­fizienz und Größen­verteilung, aber bis­lang nicht in dem Umfang, den unsere Studie hat­te: Wir haben alle trophis­chen Ebe­nen analysiert, vom Bak­teri­um bis zum großen Fisch“, erk­lärt Dr. Thomas Mehn­er, Haup­tau­tor der Studie und Leit­er der Arbeits­gruppe Nahrungsnet­ze und Fis­chge­mein­schaften am IGB.

Vorhandene Nahrung wird schlechter verwertet als erwartet

Für ihre Unter­suchung nah­men die Forschen­den die Nahrungsnet­ze in zwei kleinen, flachen und nährstof­fre­ichen Seen in Nord­deutsch­land unter die Lupe, die sie für einen Zeitraum von einem Jahr mith­il­fe ein­er Folie in zwei abgeschlossene Sys­teme teil­ten. Durch die lange Phase der Teilung entwick­el­ten sich in bei­den Hälften die wichtig­sten Organ­is­men­grup­pen jew­eils unter­schiedlich, sodass Dat­en für ins­ge­samt vier ver­schiedene Seeökosys­teme erhoben wer­den kon­nten. Die Forschen­den ermit­tel­ten die Bio­masse und Größe aller in den Seen leben­den Organ­is­men. Außer­dem berech­nete das Team die Trophis­che Trans­fer­ef­fizienz für alle Nahrungsebe­nen im See. Dafür ver­glichen sie die Primär- und bak­terielle Pro­duk­tion mit der Sekundär­pro­duk­tion bzw. dem Gewinn an Bio­masse auf der Stufe der Konsumenten.

„Wir kon­nten fest­stellen, dass die Energieef­fizienz geringer ist als all­ge­mein angenom­men: Sie liegt deut­lich unter zehn Prozent. Die vorhan­dene Nahrung wird also schlechter ver­w­ertet als erwartet“, berichtet Thomas Mehn­er. Die ermit­tel­ten TTEs waren in allen vier Seen etwa gle­ich niedrig. Eine Bestä­ti­gung für die Voraus­sagen der ökol­o­gis­chen The­o­rien gab es allerd­ings beim Zusam­men­hang von TTE und Größen­verteilung: Wenn die Trophis­che Trans­fer­ef­fizienz unter zehn Prozent sinkt, entspricht dies im Mod­ell ein­er immer steil­er abfal­l­en­den Kurve. In den vier See­hälften sank damit auch die Bio­masse der größeren Organ­is­men stärk­er ab als erwartet. So zählten die Forschen­den deut­lich weniger Kon­sumenten im Wass­er, als bei ein­er höheren TTE zu erwarten wären.

Die Größenverteilung in Seen als „Werkzeug“ nutzen

Dass der Zusam­men­hang zwis­chen Trophis­ch­er Trans­fer­ef­fizienz und Größen­verteilung sta­bil ist, eröffnet der Unter­suchung aquatis­ch­er Ökosys­teme neue Möglichkeit­en. Anstatt die TTE aufwändig zu ermit­teln, reicht es ver­mut­lich aus, Pop­u­la­tions­dicht­en und Größen­verteilun­gen zu messen. „Die Trophis­che Trans­fer­ef­fizienz ist eine wichtige Größe, wir wis­sen aber oft nicht, wie hoch sie ist. Wir kon­nten zeigen, dass die leichter bes­timm­bare und häu­figer anwend­bare Größen­verteilung aus­re­icht, um etwas über den ener­getis­chen Zus­tand und die Effizienz eines Ökosys­tems zu erfahren“, fasst Mehn­er die Bedeu­tung der Ergeb­nisse zusam­men. Damit lässt sich die Größen­verteilung als „Werkzeug“ nutzen, um zum Beispiel Infor­ma­tio­nen über die Auswirkun­gen glob­aler Erwär­mung, die Inva­sion fremder Arten, Verän­derun­gen der Leben­sräume oder men­schliche Aus­beu­tung von Ökosys­tem­funk­tio­nen zu erhalten.