Das Wort "Heterotrophie" setzt sich aus den altgriechischen Wörtern heteros und trophe zusammen und bedeutet übersetzt „fremde Ernährung“. Die wörtliche Übersetzung beschreibt auch gut, was dahintersteckt. Organische Stoffe (Kohlenstoffverbindungen) dienen bei heterotrophen Organismen als Energie- und Kohlenstoffquelle.
Heterotrophie ist eine Ernährungsform. Dabei ernähren sich Organismen von energiehaltigen organische Verbindungen. Heterotrophe Organismen können Glucose und andere Stoffwechselsubstrate nicht selbst aus anorganischen Stoffen herstellen. Anorganische Verbindungen wie Wasser und Mineralien reichen für heterotrophe Lebewesen also nicht aus, um Energie für den Organismus zu generieren.
Heterotrophe Organismen – Definition
Ein gutes Beispiel für heterotrophe Lebewesen sind Menschen. Menschen ernähren sich von Pflanzen und können ebenfalls tierische Biomasse zu sich nehmen. Damit sind sie nicht nur omnivor, sondern auch heterotroph.
Omnivore Lebewesen können sowohl pflanzliche Biomasse als auch tierische Biomasse verdauen.
Alle Lebewesen, die sich von organischer Biomasse ernähren, können als heterotroph bezeichnet werden. Die meisten Pflanzen sind allerdings nicht heterotroph, weil sie Kohlenstoffdioxid und Lichtenergie nutzen, um organische Verbindungen selbst herzustellen; sie sind autotroph.
Der zugrunde liegende Prozess bei autotrophen Pflanzen ist die Photosynthese. Dabei wird Lichtenergie, Wasser und Kohlenstoffdioxid genutzt, um Glucose herzustellen. So kann die Pflanze energiehaltige Verbindungen für Stoffwechselvorgänge selbst herstellen.
Demnach sind heterotrophe Organismen:
Beachte, dass nicht alle Bakterien heterotroph sind.
Autotrophe Bakterien sind zum Beispiel Cyanobakterien. Sie betreiben Fotosynthese so wie eukaryotische Algen und höhere, grüne Pflanzen.
Heterotrophie – Produzenten und Konsumenten
Autotrophe Organismen sind in unserem Ökosystem Produzenten, weil sie organische Verbindungen aus anorganischen Stoffen und (meistens) Sonnenenergie produzieren.
Konsumenten sind heterotrophe Lebewesen, weil sie pflanzliche oder tierische Biomasse aufnehmen, um daraus eigene Biomasse aufzubauen. Bei den Konsumenten gibt es allerdings eine Unterteilung in verschiedene Ordnungen. Wenn Konsumenten sich von Pflanzen ernähren, nennt man sie Konsumenten 1. Ordnung. Wenn Konsumenten sich von anderen Tieren ernähren, werden sie Konsumenten 2. Ordnung genannt.
Aber zu welchen Konsumenten werden dann omnivore Lebewesen wie etwa Menschen gezählt? Menschen werden eher den Konsumenten 2. Ordnung zugeteilt, weil sie sich sowohl von Tiere als auch Pflanzen ernähren können.
Wahrscheinlich ist dir schon aufgefallen, dass sich aus der Heterotrophie eine gewisse Abhängigkeit ergibt. Heterotrophe Organismen sind also direkt abhängig von Tieren und Pflanzen, die sie verzehren.
Aus dieser Abhängigkeit ergeben sich verschiedene Formen des Zusammenlebens in einem Ökosystem:
- Räuber-Beute-Beziehung,
- Parasitismus,
- Symbiose
- interspezifische Konkurrenz
Räuber-Beute-Beziehung
Bei der Räuber-Beute-Beziehung geht es im Wesentlich darum, dass Räuber von der Populationsdichte ihrer Beute abhängig sind. Wenn es zur Vergrößerung der Beute-Population kommt, kann sich die Räuber-Population ebenfalls vergrößern, da mehr Nahrung vorhanden ist.
Als Beispiel für die Räuber-Beute-Beziehung dient die Beziehung zwischen Blattlaus und Marienkäfer. Die Blattlaus ist die Beute und der Marienkäfer der Räuber. Außerdem wird der Lebensraum beider Arten mit einer festen endlichen Menge an Ressourcen angesehen.
Wenn viele Blattläuse vorhanden sind, kommt es zu einem Überangebot von Nahrung für die Marienkäferpopulation. Durch das erhöhte Nahrungsangebot können sich die Marienkäfer nun stärker vermehren. Daraus folgt, dass die Populationsdichte der Blattläuse sinkt, da es jetzt mehr Marienkäfer gibt. Die Blattlauspopulation bricht ein und Marienkäfer verhungern, weil sie nicht mehr genug Blattläuse finden können. Daraufhin erholt sich die Blattlauspopulation und der Zyklus beginnt erneut.
Die Populationsgröße der Beute bestimmt also die der Räuber. Die Populationsgrößen sind nicht statisch, sondern schwanken je nach Umweltbedingungen und Größe der Beutepopulation.
Am Beispiel der Räuber-Beute-Beziehung lässt sich eine gewisse Abhängigkeit in der Nahrungskette erkennen. Die Heterotrophie im Ökosystem führt dabei zur Ausbildung einer Nahrungspyramide. Durch den Stoffwechsel der Individuen jeder Trophieebene kommt es zu einem "Verlust" von Energie in Form von Wärme. Daraus folgt, dass diese Energie den höheren Trophieebenen nicht mehr zur Verfügung steht. Dementsprechend muss von Trophieebene zu Trophieebene mehr Biomasse aufgenommen werden, um den Energieverlust auszugleichen.
Da jedoch der Lebensraum und die enthaltenen Ressourcen als begrenzt angesehen werden können, kann es nicht unbegrenzt viele Individuen der untersten Trophieebene geben. Daraus folgt, dass die Biomasse und Individuenanzahl mit steigender Trophieebene abnehmen.
Wärme bzw. Energie kann eigentlich nicht verloren gehen. Es wird hier nur als Verlust bezeichnet, da die Energie, die in Wärme frei wird, nicht mehr von der darauffolgenden Trophieebene aufgenommen werden kann.
Die Räuber zählen in diesem Beispiel zu den Konsumenten 2. Ordnung und die Beute zu Konsumenten 1. Ordnung. Das heißt, die Räuber stehen eine Trophieebene über der Beute. Aus der Nahrungspyramide folgt also, dass die Räuberpopulation immer kleiner als die Beutepopulation ist.
Parasitismus und Symbiose
Beim Parasitismus gibt es einen Wirt und einen Parasit. Der Parasit befällt den Wirt und nimmt sich Nährstoffe, die er zum Überleben benötigt. Dabei nutzt er dem Wirt aber nicht, sondern schadet ihm. Auch Parasiten sind hierbei heterotroph, da sie von Konsumenten in der Nahrungskette abhängig sind.
Anders ist es bei einer Symbiose. Eine Symbiose ist eine Beziehung zwischen verschiedenen Spezies, die beiden nützen.
Ein berühmtes Beispiel hierfür ist der Clownfisch und die Anemone. Der Clownfisch darf die Anemone zum Schutz nutzen, während die Anemone dafür von dem Clownfisch vor Fressfeinden verteidigt wird.
Konkurrenz zwischen Spezies
Eine Konkurrenz zwischen- und innerhalb von Spezies ist eine weitere Beziehung, die sich durch die Heterotrophie ergibt. Zur Konkurrenz kommt es, wenn zwei verschiedene Spezies die gleiche, begrenzte Nahrungsquelle nutzen. Somit kämpfen beide Spezies um die gleichen Ressourcen, um zu überleben. Man spricht von der interspezifischen Konkurrenz.
Man kann weiterhin zwischen zwei Arten der Konkurrenz unterscheiden:
- Intraspezifische Konkurrenz: Individuen einer Art oder Population konkurrieren miteinander.
- Interspezifische Konkurrenz: Individuen verschiedener Arten oder Populationen konkurrieren miteinander.
Bei der interspezifischen Konkurrenz kommt es zu einem Wettbewerb zwischen Individuen verschiedener Arten oder Populationen um Nahrung bzw. Beute und Lebensraum. Langfristig kommt es entweder zu einer Verdrängung der einen Art oder zur Koexistenz beider Arten. Dabei kommt es darauf an, welche Population die größere Konkurrenzkraft hat.
Diese Art von Konkurrenz fungiert als Selektionsfaktor in der Evolution. Hier greift das "Survival-of-the-fittest"-Prinzip. Wenn es eine schwächere Art gibt, die sich gegenüber der konkurrierenden nicht durchsetzen kann, muss die Population sich entweder einen neuen Lebensraum oder eine andere ökologische Nische suchen.
Heterotrophie bei Pflanzen
Pflanzen sind autotrophe Organismen. Sie stellen durch Photosynthese organische Verbindungen selbst her.
Allerdings gibt es auch Pflanzen, die sich heterotroph ernähren. Du kennst bestimmte die fleischfressenden Pflanzen, die sich von Insekten ernähren. Verirrt sich ein Insekt in die Falle der Pflanze, bzw. in die Fangblätter, kann das Insekt gefangen und schließlich verdaut werden.
Fleischfressende Pflanzen betreiben zwar auch Photosynthese, allerdings nur sehr wenig. Das liegt daran, dass die Fangblätter weniger zur Photosynthese geeignet sind als Laubblätter, weil sie primär darauf ausgelegt sind, Verdauungssekret zu produzieren.
Dir ist sicherlich die Venusfliegenfalle bekannt. Sie fängt ihre Beute mithilfe von Klappfallen.
Abbildung 3: Venusfliegenfalle mit gefangener Fliege
Heterotrophie vs. Autotrophie
Das Gegenstück zur Heterotrophie ist Autotrophie. Autotrophe Organismen können sich von anorganischer Verbindungen selbst ernähren. Sie stellen im Gegensatz zu heterotrophen Organismen organische Verbindungen selbst her.
Grünpflanzen sind ein typisches Beispiel für autotrophe Organismen. Sie können durch Fotosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Lichtenergie, Glucose herstellen. Nach verschiedenen Umwandlungsprozessen können autotrophe Lebewesen aus Glucose sogar Aminosäuren, Fette und weitere Kohlenhydrate herstellen.
Im Gegensatz dazu konsumieren heterotrophe Lebewesen Proteine, Fette und Kohlenhydrate, indem sie fremde Biomasse umwandeln, die diese lebensnotwendigen Nährstoffe schon enthält. In Abbildung 4 ist erkennbar, dass heterotrophe Organismen extern aufgenommene Nährstoffe in körpereigene Proteine, Fette und Kohlenhydrate umwandeln können.
Abbildung 4: Schema der Heterotrophie
Durch die Zellatmung können Nährstoffe abgebaut und zur Energiegewinnung genutzt werden. Bei der Zellatmung wird Sauerstoff verbraucht und es entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid, das über die Lunge ausgeatmet werden kann.
Zellatmung
Die Zellatmung ist ein wichtiger Stoffwechselweg, der bei heterotrophen, aber auch autotrophen Lebewesen stattfindet. Bei der Zellatmung werden organische Verbindungen wie Kohlenhydrate, Fette und Proteine abgebaut, um verfügbare Energie in Form von ATP zu generieren. Dabei stellt Glukose den Großteil der abzubauenden organischen Verbindungen dar.
Alle Lebewesen, die in ihren Zellen Mitochondrien besitzen, können Zellatmung betreiben. Dazu gehören unter anderem Pflanzen, Tiere und Menschen.
Bei der Zellatmung unterscheidet man in aerobe und anaerobe Zellatmung. Die aerobe Zellatmung findet nur in Anwesenheit von Sauerstoff statt. Auf diesem Weg kann am meisten ATP generiert werden. Bei der anaeroben Zellatmung wird kein Sauerstoff zur Energiegewinnung gebraucht. Die Energiebilanz ist allerdings geringer.
Allgemeine Reaktionsgleichung der aeroben Zellatmung
Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird bei Lebewesen, die zwischen den beiden Formen der Zellatmung wechseln können, bevorzugt die aerobe Zellatmung stattfinden, weil mehr Energie gewonnen werden kann.
Heterotrophie - Das Wichtigste
- Heterotrophie ist eine Ernährungsform, bei der sich Organismen von fremder Biomasse bzw. organischem Material ernähren.
- Heterotrophe Organismen sind Menschen, Tiere, Pilze und Bakterien.
- In einem Ökosystem sind heterotrophe Lebewesen meistens Konsumenten.
- Durch die Heterotrophie ergeben sich Abhängigkeiten von heterotrophen Organismen. Diese äußern sich in bestimmten Beziehungsverhältnissen zu anderen Lebewesen im Ökosystem. Die wichtigsten Beziehungen sind die Räuber-Beute-Beziehung, Parasitismus, Symbiose und die interspezifische Konkurrenz.
- Heterotrophie ist das Gegenstück zur Autotrophie. Autotrophe Organismen benötigen eine Kohlenstoffquelle, anorganische Verbindungen und eine Energiequelle (Licht), um ihren Energie- und Baustoffwechsel zu betreiben.
- Obwohl die meisten Pflanzen autotroph sind, gibt es Ausnahmen bei Pflanzen. Fleischfressende Pflanzen wie die Venusfliegenfalle ernähren sich hauptsächlich von Insekten.
- Durch die Zellatmung, die sowohl bei heterotrophen als auch bei autotrophen Organismen stattfindet, werden die Nährstoffe zu ATP umgebaut. Das ist ein wichtiger Schritt im Energiestoffwechsel.
- Bei der Zellatmung unterscheidet man in einen aeroben- und einen anaerob Weg. Die aerobe Zellatmung findet nur unter Anwesenheit von Sauerstoff statt. Sie ist dadurch effektiver in der Energiegewinnung. Die anaerobe Zellatmung läuft gänzlich ohne Sauerstoff ab.
Nachweise
- Abb. 3: "lunch" (https://www.flickr.com/photos/blu_pineappl3/22024769939/) von jen ist lizensiert durch CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/) und zugeschnitten.
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