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Ernährung von Lebewesen

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Angepasstheit von Lebewesen im Wattenmeer

Angepasstheit von Lebewesen im Wattenmeer

Ernährungstypen der Wattorganismen

Den Organismen des Wattenmeeres steht ein reichhaltiges und vielfältiges Nahrungsangebot zur Verfügung. Wenn man allerdings die Verteilung der Nahrungsquellen betrachtet, so können von den nicht räuberisch lebenden Bodenorganismen nur zwei Nahrungsquellen genutzt werden: die im Wasserkörper schwebenden organischen [1] Partikel (z.B. das Plankton = frei im Wasser schwebende Mikroorganismen) und das organische Bodenmaterial (z.B. abgestorbene Organismen). Zur Aufnahme und Anreicherung der Nahrung besitzen die Wattorganismen „Techniken“, durch die sie bestimmten Ernährungstypen zugeordnet werden können (siehe Tab. 1). Die Ernährungstypen ergeben sich durch die Beschaffenheit der Nahrung und die Art ihrer Aufnahme und weniger aus ihrer biologischen Verwandtschaft.


Filtrierer

Die Filtrieren erzeugen einen Wasserstrom durch eine Filtriervorrichtung (z.B. Kiemen), in der die Partikel des Wassers hängen bleiben.

Alle Wattmuscheln (auch Pfeffer- und Plattmuschel); am effektivsten: Miesmuschel, Herzmuschel

Pipettierer

Die Pipettierer saugen mit einem dehnungsfähigen Rohr (Siphon) wie Staubsauger Sinkstoffe und Algen von der Wattoberfläche ab. Der Sandstrom wird von Flimmerhärchen der Kiemen erzeugt. Die Partikel des eingesaugten Wassers werden wie bei den Filtrierern im Innern abgetrennt.

Pfeffermuschel; Plattmuschel

Reusenfänger

Reusenfänger fangen mit Hilfe netzförmiger Fangvorrichtungen Plankton und Schwebstoffe aus dem freien Wasser heraus. Sie können nur bei Wasserbedeckung Nahrung aufnehmen.

Seepocke; Bäumchenröhrenwurm

Substratfresser („Sandfresser“)

Die Sandfresser nehmen Wattboden auf, um darin befindliche Nahrungsteile zu verdauen. Nutzen teilweise auch das Filtrierprinzip.

Pierwurm („Wattwurm); Seeringelwurm; Schlickkrebs

Weidegänger

Die Weidegänger sind beweglich. Sie wandern auf der Wattoberfläche umher und grasen die Oberflächen ab.

Strandschnecke; Wattschnecke

Räuber

Die Räuber fressen alle Tiere, die sie überwältigen können.

Strandkrabbe; Garnele


Nicht nur Bodentiere des Wattenmeeres können diesem Schema zugeordnet werden, sondern auch andere Wirbeltiere des freien Wassers oder des Landes. Zum Beispiel nutzen Bartenwale ebenfalls das Prinzip des Filtrierens. Sie nehmen eine große Menge Wasser in ihr Maul auf, schließen ihren Kiefer und drücken das Wasser mit der Zunge durch ihre Barten, die wie ein Filter das Plankton und Kleintiere zurückhalten. Diese können dann problemlos verschluckt werden. Andere Weisen, wie die Barten eingesetzt werden, sind das Schwimmen mit offenem Maul (beispielsweise Glattwale) oder Filtern des Meeresbodens (Grauwal).
Viele Vögel haben ihren Schnabel zum so genannten Seihschnabel (aus dem Altdeutschen „seihen“ = Sieben) mit spezieller Kolbenzunge umgewandelt. Die Schnabelränder tragen dabei borstenartige Verlängerungen ähnlich dem Seihapparat der Bartenwale, um so Partikel aus dem Wasser zu seihen. Brandgänse, Löffelenten und Stockenten haben einen Seihschnabel. Die Brandgans z.B. nimmt aus der obersten Schicht des Bodens den feinen Schlick auf, aus dem sie mit ihrem Seihapparat die Nahrungstiere herauszufiltern vermag.
Der Säbelschnäbler hat einen nach oben gebogenen Schnabel, mit dem er durch die obersten Bodenschicht hin- und herschwenkt („mähen“). Wenn er dabei an ein Tier stößt, frisst er es auf, was dem Prinzip des Siebens ähnelt, aber nicht exakt übereinstimmt.
Im Folgenden werden zwei Tierarten des Wattbodens näher beschrieben, deren Ernährungsprinzipien sich gut im Original beobachten lassen und die sich auch in den Naturwissenschaften bzw. der Technik wieder finden.

Miesmuschel (siehe Versuch „Filtration von Miesmuscheln“)
Die Miesmuschel ist eine der effektivsten Filtrierer. Die Miesmuscheln des Wattenmeeres filtern in Sommermonaten das gesamte Wattenmeerwasser alle 10 bis 30 Tage! Eine drei Zentimeter lange Miesmuschel filtert pro Stunde einen Liter Wasser.
Miesmuscheln leben an der Wattoberfläche und öffnen nur bei Überflutung die Schalenklappen. Durch Flimmerhärchen auf der Kiemenoberfläche erzeugt die Muschel einen Wassereinstrom. Im Innern der Muschel durchströmt das Meerwasser große Kiemen. Einerseits nehmen die Muscheln hier Sauerstoff auf, andererseits werden hier Nahrungspartikel herausfiltriert. Die im Wasser enthaltenen Partikel (z.B. Plankton, Sedimentpartikel) werden durch die Flimmerhärchen der Kiemen zurückgehalten. Dabei werden Partikel mit einem Durchmesser von 1-100 µm (1µm = 0,001 mm) aus dem Wasserstrom herausgefiltert und zur Mundöffnung transportiert. Hier erfolgt wie bereits an den Fransen der Einstromöffnung ein Sortieren: Anorganische [2] Partikel (z.B. Sedimentpartikel), zu sperrige Partikel oder eventuell überschüssige Nahrung werden eingeschleimt und als Scheinkot („Pseudofaeces“) an einer Seite der Einstromöffnung abgegeben. Das Plankton gelangt zur Mundöffnung und dient als Nahrung für die Miesmuschel.
Alle anderen Muscheln des Wattenmeeres nutzen die Methode des Filtrierens. Sie leben allerdings im Wattboden. Daher besitzen sie einen mehr oder weniger langen, dehnbaren Schlauch (Siphon; gr. síphon = „Wasserrohr“), dessen Öffnung an die Wattoberfläche geführt wird, so dass Meerwasser eingestrudelt werden kann.

Seepocken (siehe Versuch „Nahrungserwerb der Seepocke“)
Auf Muschelschalen (insbesondere auf der Miesmuschel), Schnecken, Steinen, Holz, Schiffsrümpfen usw. findet man oft zahlreiche kleine weißlich graue Kegel. Zunächst sehen sie nicht nach Tieren aus. Tatsächlich handelt es sich dabei um festsitzende Krebse, die mit dem Untergrund verwachsen sind: die Seepocken. Aus Eiern der Seepocken schlüpfen Larven, die im Wasser schweben (und in dieser Zeit zum Plankton gehören). Wenn sie ein gewisses Alter erreicht haben, suchen sie ein hartes Substrat und wachsen dort mit dem Vorderkopf fest. Die folgende Verwandlung zur Seepocke ist mit der Ausbildung von sechs Kalkplatten verbunden, die den Körper kegelförmig umgeben. Zwei weitere Kalkplattenpaare bilden einen Deckel, der die Öffnung des Kegels verschließen kann. Werden sie gestört oder fallen sie trocken, so verschließen sie diese Öffnung fest mit diesem Deckel. Seepocken haben sechs umgestaltete Beinpaare, die ihre ursprüngliche Funktion verloren haben. Die Beine bilden einen stark verzweigte Fächer, der zur Erzeugung eines Wassereinstroms genutzt wird. Mit jedem Schlag wird das umgebende Wasser in Bewegung gesetzt. Die langsame Entfaltungsbewegung der Beine ist ohne nennenswerten Einfluss. Die schnelle, kräftige Einholbewegung treibt jedoch das Wasser über das Gehäuse der Seepocke hinweg. Durch die Entfaltung der fein verästelten Beine entsteht eine Fangreuse, so dass Partikel darin zurückbleiben. Dabei werden noch Partikel von 1 µm (= 0,001 mm) Durchmesser aus dem Wasser gefiltert. Die Partikel werden in der Höhle der Seepocke abgestreift und dem kegelförmigen Mund zugeleitet. Neben dem Nahrungserwerb dient das Schlagen der Beine und der resultierende Wasserstrom wie bei der Miesmuschel ebenfalls der Sauerstoffversorgung der Seepocke.
Ein anderer Reusenfänger ist der Bäumchenröhrenwurm. Ihm dient sein gebauter Kegel als Reuse (nähere Informationen siehe „Umlagerung des Wattbodens“). Da die baumartig verzweigten Spitzen fast immer quer zur Hauptströmungsrichtung des Wassers liegen, verfangen sich darin im Wasser schwebende Mikroorganismen oder organische Partikel. Der Wurm sammelt dann mit seinen klebrigen Tentakeln diese Partikel ab.

Quellen:

- Thies, M. (19 85): Biologie des Wattenmeeres. Köln: Aulis Verlag Deubner & Co KG.

- Meyer, H.U.; Twenhöven, F.L.; Kock,K. (1994): Lebensraum Wattenmeer. Wiesbaden: Quelle und Meyer Verlag.


[1] Alle Stoffe der „belebten“ Natur. Lebewesen oder aus toten Lebewesen entstandene Rückstände.

[2] Alle Stoffe der „unbelebten“ Natur.




Vergleich von Trennverfahren in der Chemie und Ernährungstypen der Wattorganismen

Wenn man Ernährungstypen bei Wattorganismen betrachtet, findet man überraschend ähnliche Prinzipien wie bei den Trennverfahren in der Chemie und Technik. So können z.B. bei der Trinkwassergewinnung verschiedene Trennverfahren eingesetzt werden, um aus Meerwasser Trinkwasser zu erhalten. Dabei ist das Ziel, die „Schmutzpartikel“ aus dem Wasser zu entfernen, um reines Wasser zu erhalten. Umso überraschender ist es für Kinder, wenn einige Tiere „freiwillig“ trübes Meerwasser einstrudeln. Ausgehend von diesem Phänomen kann zunächst nach Gründen für diesen Unterschied gesucht werden. Das die „Schmutzpartikel“ auch aus Mikroorganismen bestehen, die die Nahrungsgrundlage für viele andere Tiere des Wattenmeeres stellen, kann für die Kinder eine überraschende Erkenntnis sein. Dabei kann deutlich gemacht werden, dass es kein „gut“ und kein „schlecht“ gibt: Die Menschen nutzen in diesem Fall Trennverfahren, um reines Wasser zu erhalten, die Tiere hingegen nutzen dieselben Trennverfahren, um Mikroorganismen und Nahrungspartikel vom Wasser abtrennen und fressen zu können. Besonders interessant ist die Gegenüberstellung bzw. das Wiedererkennen gleicher Trennprinzipien in völlig unterschiedlichen Kontexten mit unterschiedlichen Zielen. Beim Thema Wattenmeer sind das im Wesentlichen die Trennverfahren des Siebens und des Filtrierens.

Trennverfahren

Anwendung bei einigen Tieren im Kontext „Wattenmeer“

naturwissenschaftliche Anwendung im Kontext „Wattenmeer“

Filtrieren

Miesmuschel
Seepocke
Bäumchenröhrenwurm
Bartenwale
verschieden Vögel z.B. Brandgans

Reinigung von Meerwasser

Sieben

Säbelschnäbler

Reinigung von Meerwasser
Krabbenfang (siehe Versuch)

Filtration von Miesmuscheln
Beobachtung des Wassereinstroms

Geräte und Stoffe

  • Glas
  • evtl. Lampe
  • Spritze (oder Pipette von Nasen-/Augentropfen)
  • frische, mehrere Zentimeter lange Miesmuschel (z.B. vom Markt/Restaurant)
  • frisches, klares Wasser
  • Schlicksuspension

Durchführung

Herstellung der Schlicksuspension:
Etwa 100 mL feiner Schlick wird in einem Liter Wasser durch Schütteln gut verteilt. War die Schlickprobe feinkörnig genug, so ist der Überstand nach 10 Minuten noch sehr trübe, kann dekantiert und als Suspension verwendet werden.
Ein Glas wird mit Meerwasser gefüllt und eine Miesmuschel wird in das Seewasser gesetzt. Man wartet, bis sie die Schalenklappen geöffnet hat. Eine Lampe wird hinter das Glas gestellt. Dann wird die vorbereitete Suspension in die Nähe der Schalenöffnung am Hinterende der Muschel eingetropft.

Beobachtung

Bereits bei der geöffneten Muschel ist evtl. die von ihr erzeugte Wasserströmung an der Bewegung feiner Partikel sichtbar. Bei Zugabe der Suspension ist im Gegenlicht die erzeugte Strömung des Wassers aufgrund des Partikelstroms besonders deutlich, so dass man die Einström- und Ausströmöffnung lokalisieren kann. Das trübe einströmende Wasser ist deutlich vom klaren ausströmenden Wasser zu unterscheiden. Bei längerer Beobachtungsdauer kann auch die Abgabe des Scheinkots (Pseudofaeces) beobachtet werden.

Erklärung

Durch Flimmerhärchen auf der Kiemenoberfläche erzeugt die Miesmuschel einen Wassereinstrom. Im Innern der Muschel durchströmt das Meerwasser große Kiemen. Die im Wasser enthaltenen Partikel (z.B. Plankton, Sedimentpartikel) werden durch die Flimmerhärchen der Kiemen zurückgehalten, so dass das Wasser beim Ausströmen klar ist. Dabei werden Partikel mit einem Durchmesser von 1-100 µm (1µm = 0,001 mm) aus dem Wasserstrom herausgefiltert und zur Mundöffnung transportiert. Hier erfolgt wie bereits an den Fransen der Einstromöffnung ein Sortieren: Anorganische Partikel (z.B. Sedimentpartikel), zu sperrige Partikel oder eventuell überschüssige Nahrung werden eingeschleimt und als Scheinkot (Pseudofaeces) an einer Seite der Einstromöffnung abgegeben. Das Plankton gelangt zur Mundöffnung und dient als Nahrung für die Miesmuschel.

Anmerkung

Man kann den inneren Aufbau einer Miesmuschel, die Bewegungen der Flimmerhärchen und den Transport der Partikel auf den Kiemen an geöffneten Miesmuscheln sehr schön beobachten. Auf die Durchführung wird hier verzichtet, da eine Miesmuschel mit geöffneter Schale im Wattenmeer eine leichte Beute für andere Tiere ist. Man kann dies aber sehr schön an einem Film [3] beobachten.

Konzepte

Stoffgemische können getrennt werden (Filtration).
Lebewesen sind an ihren Lebensraum angepasst.




Nahrungserwerb der Seepocke
Beobachtung der Schlagtätigkeit der Beine

Geräte und Stoffe

  • Glas
  • evtl. Lampe
  • Spritze (oder Pipette von Nasen-/Augentropfen)
  • Seepocken, z.B. auf Miesmuscheln, Steinen etc.
  • frisches, klares Wasser
  • Schlicksuspension (Herstellung siehe Versuch "Filtration von Miesmuscheln")

Durchführung

Am besten setzt man die Seepocken vor dem Versuch ohne zusätzliche Nahrung einige Stunden in belüftetes, klares Meerwasser. Zur Beobachtung wird die Belüftung ausgestellt und eine Lampe hinter das Glas gestellt. Ein wenig von der Schlicksuspension wird in die Nähe der Seepocken gespritzt.
Man kann auch die Schlagzahl der Beine pro Minute zählen.

Beobachtung

Die Seepocken öffnen sich und man kann die Schlagbewegung der Beine beobachten. Durch die Schlicksuspension wird die Richtung des Wasserstroms sichtbar. Wenn sie vor Zugabe der Schlicksuspension schon geschlagen haben, erhöht sich die Schlagzahl in der Regel nach der Zugabe.

Erklärung

Seepocken nutzen ihre 6 umgestalteten Beinpaare zur Erzeugung eines Wassereinstroms. Mit jedem Schlag wird das umgebende Wasser in Bewegung gesetzt. Die langsame Entfaltungsbewegung der Beine ist ohne nennenswerten Einfluss. Die schnelle, kräftige Einholbewegung treibt jedoch das Wasser über das Gehäuse der Seepocke hinweg. Durch die Entfaltung der fein verästelten Beine entsteht eine Fangreuse, so dass Partikel darin zurückbleiben. Dabei werden noch Partikel von 1 µm (= 0,001 mm) Durchmesser aus dem Wasser filtriert. Die Partikel werden in der Höhle der Seepocke abgestreift und dem kegelförmigen Mund zugeleitet.
Seepocken haben je nach Nahrungs- und Sauerstoffangebot eine veränderte Beinschlagrate. Sie variiert in der Regel zwischen 20 bis 60 Beinschlägen pro Minute. Ist das Nahrungsangebot verbessert (z.B. durch die Schlicksuspension) erhöhen die Seepocken ihre Schlagfrequenz.

Anmerkung

Bei Betrachtung der Reusenbeine denkt man zunächst eher an ein Netz, mit dem das Wasser gesiebt wird. Allerdings ist dieses „Netz“ so engmaschig, dass die Größe der zurückbleibenden Partikel im technischen Vergleich nur mit Filtern abgetrennt werden kann. Daher sollte man diese Form des Nahrungserwerbs mit dem Filtrieren und nicht mit dem Sieben vergleichen, so dass noch einmal beide Trennverfahren gegenübergestellt werden können.
Man kann diesen Versuch leicht selber durchführen. Es gibt aber auch Filme[4], die das Schlagen der Beinpaare zeigen. Allerdings sollte die Originalbeobachtung immer dem Film vorgezogen werden, wenn es irgendwie möglich ist.

Konzepte

Stoffgemische können getrennt werden (Filtration).
Lebewesen sind an ihren Lebensraum angepasst.


Krabbenfang
Nutzung des Siebverfahrens

Geräte und Stoffe

  • Netze oder Siebplatten mit unterschiedlichen Maschenweiten
  • Holzkugeln mit unterschiedlichem Durchmesser, Gardinenringe, Kronkorken etc.
  • Schale

Durchführung

Herstellung der Siebplatten:
Man baut zwei identische Holzrahmen. Auf den einen wird Maschendraht mit einer bestimmten Maschenweite genagelt. Der zweite Holzrahmen wird oben auf genagelt. Man stellt mehrere Siebplatten mit unterschiedlichen Maschendrähten her. Die kleinste Maschenweite sollte so gewählt werden, dass die Kugeln mit dem geringsten Durchmesser durchfallen.
Die verschiedenen Netze bzw. Siebplatten werden übereinander gelegt. Dann wird ein Gemisch der Holzkugeln, Kronkorken, Gardinenringe usw. auf die Netze gegeben und leicht geschüttelt. Eine untergestellte Schale dient zum Auffangen der Kugeln.

Beobachtung

Die Gardinenringe, Kronkorken und Holzkugeln mit unterschiedlichem Durchmesser werden in verschiedenen Siebplatten zurückgehalten. Die kleinsten Kugeln fallen durch alle Siebe hindurch in die Schale.

Erklärung

Die Gegenstände werden jeweils in den Siebplatten zurückgehalten, deren Maschenweite kleiner als der Durchmesser der Gegenstände ist. So kann man ein Gemisch von Gardinenringen, Kronkorken, Holzkugeln usw. mit unterschiedlichem Durchmesser voneinander trennen.

Anmerkung

Dieses Prinzip wird beim Krabbenfang eingesetzt. Das Netz mit dem Fang wird auf Schüttelsiebe gegeben, die unterschiedliche Maschenweiten haben. Die Siebe bewegen sich automatisch hin und her, so dass die kleinen Krabben durch die Maschen fallen. Größere Fische hingegen verbleiben auf den Sieben, so dass sie wieder zurück ins Meer gegeben werden können.

Konzepte

Stoffgemische können getrennt werden (Siebe).




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