Der erste Hauptsatz der Thermodynamik, Energie kann nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur umgewandelt werden, kann in einem klassischen Nahrungsnetz demonstriert werden. Hier wird die Lichtenergie der Sonne von Pflanzen zunächst als Strahlungsenergie nutzbar gemacht und dann in chemische Energie umgewandelt, die als komplexe Kohlenhydrate gespeichert wird. Ein Teil der Vegetation wird schließlich von Tieren verzehrt. Bei der Aufspaltung der Zucker wird die Energie entweder in Form von Wärme freigesetzt, in Makromolekülen als chemische Energiereserven gespeichert, um sie später zu nutzen, oder an einen Räuber weitergegeben. Jede dieser Stufen in der Lebensmittelkette wird als trophische Ebene bezeichnet. Pflanzen sind die Produzenten. Das Eichhörnchen wäre der Hauptkonsument und der Raubfuchs der Sekundärkonsument. Die organische Substanz, die von der trophischen Ebene auf die nächste übertragen wird, wird als Biomasse bezeichnet - normalerweise gemessen in Energieeinheiten, Kalorien oder Kilokalorien.
Der Transfer von Biomasse verläuft jedoch nicht linear. Nachdem Primärproduzenten Energie aus der Sonne erhalten und Nahrungsmittel hergestellt haben, wird durch die Zellatmung ein kleiner Teil in unnutzbare Wärmeenergie umgewandelt, die zusammen mit Kohlendioxid an die Umwelt abgegeben wird. Die gesamte nutzbare Lichtenergie wird als Bruttoprimärproduktivität oder GPP bezeichnet. Wenn Sie die durch die Atmung verlorene Energie von der GPP abziehen, ergibt sich die Nettoprimärproduktivität (NPP), d. h. die Energierate, mit der Biomasse gespeichert wird. Ähnlich verhält es sich mit den Primärverbrauchern, die chemische Energie aus Pflanzen gewinnen, aber sie setzen auch eine kleine Menge Wärmeenergie zusammen mit Kohlendioxid während des Stoffwechsels frei. Und nur ein Teil der verbrauchten Biomasse wird in ihr Gewebe zurückgeführt. Auf der Ebene der Raubtiere steht schließlich nur ein Bruchteil der ursprünglichen Energie der Sonne zur Verfügung. Daher ist die vom Erzeuger auf den Primärverbraucher übertragene Biomasse nicht gleich der vom Erzeuger auf den Sekundärverbraucher übertragenen Biomasse. Diese Veränderungen der Biomasse auf jeder Ebene einer Nahrungskette geben Aufschluss über die Produktivität eines bestimmten Ökosystems als Ganzes.
In diesem Labor untersuchen Sie diese Prinzipien der Energiedynamik und -produktivität, indem Sie den Transfer von Biomasse und Energie von einem Produzenten, dem Kohl, zu einem Hauptverbraucher, dem Kohlwurm, messen.
