Ernährung

Grundidee und biologische Betrachtung

Ernährung ist die Aufnahme organischer und anorganischer Stoffe durch Lebewesen. Die Nahrung kann fest, flüssig, gasförmig oder gelöst sein. Die aufgenommenen Stoffe dienen dazu, Körpersubstanz aufzubauen oder zu erneuern und den Energiebedarf für alle Lebensvorgänge zu decken. Man unterscheidet unter anderem die Ernährung von Menschen, Tieren, Pflanzen und Pilzen.

In der Ökologie wird untersucht, welche Nahrungsansprüche ein Lebewesen an seine Umwelt stellt (Autökologie), wie es bei der Ernährung mit anderen Lebewesen in Beziehung steht (Synökologie) und wie diese Beziehungen die Entwicklung einer Population beeinflussen (Populationsökologie). Auch das Gesamtnährstoffangebot eines Ökosystems, die Trophie, gehört dazu.

Weitere biologische Fachgebiete betrachten den Bau von Mundwerkzeugen, Verdauungstrakten und pflanzlichen Transportsystemen, die Aufnahme und Verwertung von Nährstoffen im Stoffwechsel, angeborenes oder erlerntes Verhalten beim Nahrungserwerb und bei der Brutpflege sowie die evolutionäre Entwicklung von Ernährungssystemen.

Nahrungstypen und Spezialisierung bei Tieren

Nahrungstypen ordnen Lebewesen danach, wovon sie sich ernähren. Bei Tieren hängen Nahrungsspektrum, Mundwerkzeuge und Verdauungstrakt zusammen. Ein Tier nutzt in der Regel nicht ausschließlich einen Nahrungstyp: Viele Fleischfresser fressen regelmäßig kleine Mengen Pflanzen; Pflanzenfresser nehmen dagegen keine Tiere als Nahrung auf.

Die drei großen Gruppen sind Allesfresser (Omnivoren), Fleischfresser (Carnivoren) und Pflanzenfresser (Herbivoren im weitesten Sinne). Weitere Bezeichnungen richten sich nach der Nahrung, etwa Aasfresser (Nekrophage), Fischfresser (Piscivore), Fruchtfresser (Fructivore oder Frugivore), Körnerfresser (Granivore), Pilzfresser (Mykophage), Insektenfresser (Entomophage), Holzfresser (Xylophage), Kotfresser (Koprophage), Detritusfresser (Detritovore) oder Schalenknacker mit Durophagie.

Nach dem Grad der Spezialisierung wird zwischen Nahrungsgeneralisten und Nahrungsspezialisten unterschieden. Generalisten haben eine breite pflanzliche und tierische Nahrungspalette und heißen euryphag oder omnivor. Pantophage fressen alles Genießbare, beispielsweise Schwein, Ente oder Karpfen. Polyphage Tiere nutzen hauptsächlich einen Nahrungstyp, akzeptieren davon aber viele Arten; dazu zählen etwa Insektenfresser, Paarhufer und Großkatzen.

Spezialisten heißen zusammenfassend stenophag und sind auf wenige Tier- oder Pflanzenarten ausgerichtet. Oligophage, etwa manche Schmetterlingsraupen oder der Koala, nutzen nur wenige Arten; der Koala kann sich nur von einigen wenigen Eukalyptus-Arten ernähren. Monophage Lebewesen sind von genau einer Tier- oder Pflanzenart abhängig, beispielsweise manche Parasiten.

Aufnahme und Erwerb tierischer Nahrung

Die Art der Nahrungsaufnahme beschreibt, wie Organismen Nahrung aufnehmen. Filtrierer leben meist festsitzend (sessil) im Wasser und entnehmen ihm kleine Nahrungspartikel oder Kleinstlebewesen wie Plankton und Bakterien. Beispiele sind Manteltiere, Muscheln, Bartenwale, Enten und Flamingos. Strudler sind besondere Filtrierer: Sie erzeugen den nötigen Wasserstrom selbst mit Geißeln, Cilien oder Tentakeln, etwa Wimperntierchen, Rotatorien, Korallen und das Lanzettfischchen.

Resorbierer nehmen Nährstoffe aus dem umgebenden Medium über die Körperoberfläche auf; viele Endoparasiten wie der Bandwurm gehören dazu. Sauger gewinnen gelöste Nährstoffe von lebenden Organismen. Blutsauger sind unter anderem bestimmte Wanzenarten, Flöhe, Stechmücken, Zecken, Blutegel und Neunaugen. Pflanzensaftsauger wie Zikaden, Pflanzenläuse und die meisten Wanzen schädigen ihre Wirtspflanzen und gelten daher als Parasiten. Hummeln und Bienen saugen ebenfalls Pflanzensaft, schädigen die Pflanzen aber nicht, sondern bestäuben sie: Diese Lebensgemeinschaft ist eine Symbiose.

Schlinger wie der Python nehmen Beute im Ganzen auf, Kauer wie Raubtiere zerlegen sie in kleinere Stücke. Substratfresser an Land nehmen das umgebende Material auf und gewinnen die darin enthaltenen Nährstoffe im Verdauungstrakt. Dazu zählen Bodenorganismen wie der Regenwurm, Blattminierer, Borkenkäfer wie der Buchdrucker, Saprobionten und Koprophagen wie der Mistkäfer.

Nach der Technik des Nahrungserwerbs gibt es Weidegänger, Sammler und Jäger. Weidegänger fressen Pflanzen nur so weit ab, dass sie nachwachsen können; Beispiele sind Huftiere, Murmeltiere, Riesenkängurus und Gänse. Dornenkronenseesterne weiden dagegen Korallen ab, die dadurch vollständig absterben. Sammler legen Wintervorräte an, etwa Eichhörnchen, oder bewahren Beuteüberschüsse vor Konkurrenten auf, etwa der Neuntöter. Jäger töten Beutetiere und fressen unmittelbar danach. Hetzjäger wie Wolf und Gepard verfolgen ihre Beute lange, Lauerjäger wie Bussard und Hecht warten auf sie; Tarnung, Mimese oder Anlocken können dabei helfen. Fallensteller fangen Beute mit Netzen wie Webspinnen oder Fallgruben wie der Ameisenlöwe.

Ernährung und besondere Lebensweisen der Pflanzen

Pflanzen sind in der Regel autotroph, also „selbsternährend“: Sie decken ihren Nährstoffbedarf durch Photosynthese. Dabei werden gasförmige anorganische Moleküle aufgenommen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff zum Aufbau organischer Moleküle enthalten. Landpflanzen nehmen Nährsalze wie Nitrat, Phosphat und Sulfat sowie Spurenelemente wie Bor, Chlor, Kupfer, Eisen und Mangan mit Wasser aus dem Boden auf; Wasserpflanzen beziehen sie aus dem umgebenden Wasser.

Einige frei bewegliche autotrophe Protisten können bei Lichtmangel heterotroph leben; sie heißen mixotroph oder amphitroph. Ein Beispiel ist Euglena viridis. Auch bei Pflanzen gibt es Lebensweisen, die dem Nahrungserwerb von Tieren ähneln. Vollparasiten betreiben keine Photosynthese und leiten über Saugfortsätze, die Haustorien, einen Teil des Assimilatstromes der Wirtspflanze ab. Wegen fehlenden Chlorophylls sind sie nicht grün; Rafflesia ist ein Beispiel. Halbparasiten wie Misteln betreiben Photosynthese, entnehmen der Wirtspflanze aber Wasser und Nährsalze.

Mykotrophe Pflanzen bilden eine Nahrungssymbiose mit Pilzen. Die Pilze erhalten Assimilate von der Pflanze, während die Pflanze besser mit Wasser und Nährsalzen versorgt wird; Beispiele für myko-autotrophe Pflanzen sind Mykorrhiza und Flechten. Myko-heterოტrophe oder vollmykotrophe Pflanzen können wegen fehlenden oder zu geringen Chlorophylls nicht ausreichend photosynthetisieren und werden vollständig durch Mykorrhizapartner ernährt, beispielsweise Geosiris aphylla.

Auf stickstoffarmen Böden helfen zwei Strategien. Insektivore, umgangssprachlich „fleischfressende“, Pflanzen wie Sonnentau, Kannenpflanze, Sarracenia, Wasserschlauch und Fettkraut fangen und verdauen Insekten. Leguminosen leben mit Knöllchenbakterien in Endosymbiose: Die Bakterien wandeln Luftstickstoff zu Nitrat um und geben ihn an die Wirtspflanze weiter. Einzellige Grünalgen sind bei vielen Korallen-Arten Endosymbionten; deshalb können diese Korallen nur im Licht gedeihen.

Vorräte und Ernährung der Jungtiere

Alle Organismen speichern Nährstoffe in Zellorganellen, Speichergeweben oder Speicherorganen. Tiere können außerdem Nahrung bevorraten: Eichhörnchen sammeln für den nahrungsarmen Winter. Ernteameisen der Gattung Messor im Mittelmeerraum und der Gattung Pogonomyrmex in Nordamerika lagern Gras- und Getreidesamen im Bau. Honigbienen speichern Pollen und Honig in Waben; den Honig erzeugen sie zur Konservierung aus gesammeltem Blütennektar im Honigmagen.

Bei manchen Wüstenameisen speichern besondere Individuen, die „Honigtöpfe“, Nektar in ihren Mägen und geben ihn an Arbeiterinnen weiter. Blattschneiderameisen legen Pilzgärten an: Vorgekaute Blattstücke sind das Substrat, und das Pilzmyzel der gezüchteten Pilze ist ihre einzige Nahrung. Vorratshaltung ist oft mit einer sehr ökonomischen Futternutzung verbunden. Futterverschwender dagegen nehmen jeweils nur geringe Mengen einer Portion auf und lassen den Rest zurück; viele Fruchtfresser gehören dazu.

Jungtiere, die sich noch nicht selbst ernähren können, werden durch einen Dottersack, etwa bei Fischen, oder durch ihre Eltern versorgt. Bei Tauben wird Nahrung im Kropf der Eltern vorverdaut. Die Kropfmilch wird an die Jungen weitergegeben; dies heißt Trophallaxis. Bei allen Zitzentieren ernährt Milch aus den Milchdrüsen die Neugeborenen.

Stoffkreislauf und Beziehungen im Ökosystem

In einer Biozönose, einer Lebensgemeinschaft in einem Ökosystem, sind Organismen durch den Austausch von Nährstoffen voneinander abhängig. Autotrophe Organismen wie grüne Pflanzen stellen durch Assimilation aus Kohlenstoffdioxid, Wasser, Nitrat, Phosphat und Sulfat organische Bau- und Energiestoffe her. Sie heißen Produzenten oder Primärproduzenten. Bei der Dissimilation werden einige dieser Stoffe zur Energiegewinnung wieder zu anorganischen Stoffen abgebaut.

Reduzenten oder Destruenten, meist Bakterien, wandeln organisches Material wie Leichen, Abfall und Ausscheidungen wieder in anorganische Nährsalze um. So ermöglichen sie zusammen mit den Autotrophen einen geschlossenen biologischen Kreislauf, der mit dem geologischen Stoffkreislauf verknüpft ist. Tiere und Pilze zerkleinern und verteilen organisches Material und beschleunigen damit den Abbau durch Destruenten. Sie sind heterotroph und auf die von Produzenten bereitgestellten Nährstoffe angewiesen; daher heißen sie Konsumenten.

In Nahrungsketten, Nahrungsnetzen und Nahrungspyramiden bilden Konsumenten eine Hierarchie. Primärkonsumenten ernähren sich direkt von Produzenten, zum Beispiel Pflanzenfresser. Konsumenten zweiter Ordnung fressen Primärkonsumenten; am Ende stehen Spitzenprädatoren als „Endverbraucher“. Konsumenten können selbst Körpersubstanz für andere Konsumenten aufbauen und werden deshalb auch Sekundärproduzenten genannt.

Nahrungsbeziehungen beeinflussen die Fitness von Individuen sowie die Populationsdichte einer Art. Bei Pro-, Para- und Metabiose liefert A B Nahrung und erhöht damit dessen Leistungsfähigkeit: A →(+) B. Bei Antibiose ernährt sich A von B und schädigt B: A →(-) B. Bei Abiose hat A keinen Einfluss auf B: A →(0) B; dies ist in natürlichen Ökosystemen meist schwer nachzuweisen. Wechselbeziehungen können positiv, negativ oder neutral für die Beteiligten sein, etwa Symbiose und Mutualismus (+/+), Konkurrenz (-/-), Prädation oder Parasitismus (-/+). Die Honigbiene erhält Pollen und Nektar von einer Blütenpflanze und ermöglicht zugleich deren Bestäubung.