Die Energiepyramide und die 10-%-Regel

Von den 20 819 kcal, die Pflanzen in Silver Springs pro Quadratmeter und Jahr erzeugten, erreichten 21 kcal, etwa 0.1 %, die Spitzenprädatoren.

Die meiste Energie wird nicht weitergegeben

Frisst ein Kaninchen Gras, verwandelt es nicht jede Kalorie in Kaninchengewebe. Ein Teil des Grases wird nicht verdaut und als Kot ausgeschieden. Viel verdautes Material wird verbraucht, um das Kaninchen am Leben und warm zu halten und zu bewegen. Diese Energie endet als Wärme. Nur der Rest geht in neues Gewebe über, und nur dieses kann den Fuchs ernähren. OpenStax verknüpft den Verlust mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik: Bei jeder Energieumwandlung wird ein Teil zu Wärme, die Lebewesen nicht erneut nutzen können.

National Geographic Education fasst dies als 10-Prozent-Regel zusammen: Im Mittel gelangen nur etwa 10 % der Energie einer Trophiestufe auf die nächste. Bei 10 000 kcal in Pflanzen erhalten Pflanzenfresser etwa 1000, Fleischfresser 100 und Spitzenfleischfresser 10. Jeder Schritt ist zehnmal kleiner. Deshalb wird eine Pyramide gezeichnet, unten breit und oben schmal.

Messwerte: Silver Springs

Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts maß Howard T. Odum den Energiefluss durch Silver Springs, einen quellgespeisten Fluss in Florida. OpenStax nennt die Jahresproduktion je Stufe: 20 819 kcal pro Quadratmeter bei Produzenten, 3368 bei Primärkonsumenten, 383 bei Sekundärkonsumenten und 21 bei Tertiärkonsumenten. Daraus ergeben sich Übergänge von etwa 16.2 %, 11.4 % und 5.5 %. Die Wirklichkeit folgt nicht exakt den 10 %, aber die Form bleibt: Jede Stufe enthält nur einen kleinen Bruchteil der darunterliegenden.

OpenStax definiert auch den Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen Trophiestufen: Produktion einer Stufe geteilt durch die der darunterliegenden, mal 100. Für den ersten Schritt in Silver Springs werden 1103 von 7618 kcal genannt, etwa 14.48 %. Verschiedene Bücher bilanzieren etwas unterschiedlich. Prüfe deshalb, auf welchen Zahlen ein Verhältnis beruht.

Warum Nahrungsketten kurz sind

Weil bei jedem Schritt so wenig Energie übrig bleibt, reicht sie laut OpenStax nach vier bis sechs Übertragungen nicht für eine weitere Stufe. Es gibt keinen Räuber, der nur von Adlern lebt. Gleichwarme Tiere verstärken den Verlust. Eine blattfressende Raupe wandelt etwa 18 % der aufgenommenen Energie in ihren Körper um. Ein Eichhörnchen, das Eicheln frisst, schafft vielleicht nur 1.6 %, weil so viel in Körperwärme fließt.

Pyramiden, die auf dem Kopf stehen

In der Ökologie gibt es drei Pyramidentypen. Eine Zahlenpyramide zählt Individuen: Im sommerlichen Wald gemäßigter Breiten ernähren wenige Bäume viele Insekten, die Basis ist also schmal. Eine Biomassepyramide wiegt lebendes Material: Im Ärmelkanal wiegt Phytoplankton 4 g pro Quadratmeter, das davon lebende Zooplankton 21 g, weil das Phytoplankton fast so schnell gefressen wird, wie es wächst. Eine Energiepyramide erfasst den Fluss über die Zeit und steht immer aufrecht. Keine Stufe kann mehr Energie weitergeben, als sie erhalten hat.