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Heterotroph

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Einleitung

Du lernst, warum Menschen, Tiere, Pilze und viele Mikroorganismen als heterotroph gelten. Der Begriff beschreibt die Kohlenstoffquelle: Heterotrophe nutzen bereits vorhandene organische Verbindungen, um körpereigene Stoffe aufzubauen. Zielgruppe sind Lernende der Klassen 7 bis 10. Nach dem Kurs kannst du Ernährungsweisen unterscheiden, Nahrungsnetze lesen und ökologische Zusammenhänge erklären.

Das englischsprachige Video der Amoeba Sisters erläutert die Unterscheidung von Kohlenstoff- und Energiequelle.

Kohlenstoffquellen und Ernährungsweisen

Heterotroph und autotroph

Heterotrophe Lebewesen beziehen den Kohlenstoff für ihre Biomasse aus organischen Stoffen wie Zucker, Fetten oder Aminosäuren. Autotrophe Organismen können dagegen organische Substanz aus anorganischem Kohlenstoff, meist Kohlenstoffdioxid, aufbauen. Grüne Pflanzen sind bei der Fotosynthese meist photoautotroph. Tiere und Pilze sind typischerweise heterotroph. Nicht jedes heterotrophe Lebewesen frisst: Viele Bakterien nehmen gelöste Stoffe auf.

Kohlenstoff ist nicht Energie

Die Einteilung autotroph oder heterotroph bezieht sich auf die Kohlenstoffquelle. Die Begriffe phototroph und chemotroph bezeichnen dagegen die Energiequelle. Viele Tiere sind chemoorganoheterotroph: Sie gewinnen Energie durch chemische Reaktionen mit organischen Stoffen.

Formen heterotropher Ernährung

Tiere, Pilze und Mikroorganismen

Tiere nehmen Nahrung auf und verdauen sie. Pilze geben häufig Enzyme nach außen ab und nehmen die entstehenden kleinen Moleküle auf. Viele Bakterien bauen tote Biomasse ab, andere leben als Parasiten oder in wechselseitig nützlichen Gemeinschaften. Diese Unterschiede zeigen, dass heterotroph keine einzelne Art der Nahrungsaufnahme bezeichnet.

Besondere Fälle

Manche Protisten wie bestimmte Euglenen können je nach Bedingungen unterschiedliche Ernährungsweisen kombinieren; dies heißt Mixotrophie. Auch eine Pflanze mit Fotosynthese kann organische Stoffe aus ihrer Umgebung aufnehmen. Deshalb sollte man Ernährungsweisen immer für den konkreten Organismus und die Bedingungen betrachten.

Stoffwechsel und Energie

Verdauung, Aufnahme und Zellatmung

Heterotrophe bauen komplexe Nährstoffe zu kleineren Bausteinen ab und verwenden diese für Wachstum und Reparatur. Bei der aeroben Zellatmung werden energiereiche Stoffe mit Sauerstoff umgesetzt; dabei entstehen unter anderem Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die frei werdende Energie wird teilweise in ATP verfügbar gemacht. Andere Organismen gewinnen Energie auch durch Gärung oder anaerobe Atmung.

Stoffe werden umgebaut

Organismen erzeugen weder Kohlenstoff noch Energie aus dem Nichts. Kohlenstoffatome werden in Moleküle eingebaut und wieder freigesetzt. Bei jeder Energieumwandlung wird ein Teil als Wärme abgegeben. Deshalb braucht ein Ökosystem fortlaufend nutzbare Energie, meist aus Sonnenlicht.

Nahrungsnetze und Ökosysteme

Produzenten, Konsumenten und Destruenten

Produzenten stellen organische Stoffe aus anorganischen Ausgangsstoffen her. Konsumenten nutzen andere Organismen als Nahrung. Destruenten wie viele Pilze und Bakterien zerlegen organische Reste und setzen Nährstoffe frei. Die Rollen können sich überschneiden: Auch ein Räuber wird nach seinem Tod abgebaut.

Darstellung eines Nahrungsnetzes in einem Feuchtgebiet.

Beziehungen erkennen

In einem Nahrungsnetz zeigen Pfeile üblicherweise von der Nahrung zum Verbraucher. Ein Regenwurm nutzt abgestorbenes Material; eine Amsel kann Regenwürmer fressen; ein Greifvogel kann die Amsel erbeuten. Diese Beziehungen sind nur ein Ausschnitt: Ein echtes Ökosystem umfasst viele verzweigte Verbindungen.

Heterotrophie im Alltag und in der Forschung

Kompost, Ernährung und Gewässer

Auf dem Kompost bauen Mikroorganismen und Pilze organische Reste ab. Im Boden trägt das zur Nährstoffverfügbarkeit bei. In Gewässern kann ein großer Eintrag organischer Stoffe die mikrobielle Atmung verstärken und gelösten Sauerstoff vermindern. Du kannst daran erkennen, dass heterotrophe Prozesse für Kreisläufe und Gewässerqualität wichtig sind.

Fachliche Einordnung

Die Begriffe sind in Ökologie, Mikrobiologie und Stoffwechsel zentral. Verwechsle nicht heterotroph mit Fleischfresser: Auch Pflanzenfresser, Allesfresser, Pilze und viele Mikroben sind heterotroph. Ein Nahrungsnetz beschreibt ökologische Beziehungen; es ist nicht identisch mit einer biochemischen Stoffwechselgleichung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste dein Wissen

Was kennzeichnet heterotrophe Organismen? (Sie nutzen organische Kohlenstoffverbindungen als Kohlenstoffquelle) (!Sie fixieren ausschließlich Kohlendioxid) (!Sie betreiben immer Fotosynthese) (!Sie benötigen kein Wasser)

Welches Lebewesen ist typischerweise heterotroph? (Ein Regenwurm) (!Eine grüne Landpflanze bei Fotosynthese) (!Ein Cyanobakterium bei Fotosynthese) (!Eine nitrifizierende autotrophe Bakterienart)

Was bedeutet autotroph? (Aufbau organischer Stoffe aus anorganischem Kohlenstoff) (!Ernährung ausschließlich durch Fleisch) (!Abbau von Laub ohne Energiegewinn) (!Aufnahme nur fertiger Proteine)

Welche Rolle spielen Pilze häufig? (Zersetzer organischer Stoffe) (!Primärproduzenten durch Fotosynthese) (!Ausschließliche Pflanzenfresser) (!Hersteller von Sonnenlicht)

Wofür wird Zellatmung genutzt? (Zur Gewinnung nutzbarer Energie aus Stoffen) (!Zur Erzeugung von Sonnenlicht) (!Zur Herstellung von Kohlenstoffatomen) (!Zur Vermeidung jeder Stoffumwandlung)

Was zeigen Pfeile in einem Nahrungsnetz üblicherweise? (Den Stoff- und Energiefluss von Nahrung zu Verbraucher) (!Immer die Laufrichtung der Tiere) (!Die Richtung des Windes) (!Nur den Wassertransport)

Was ist ein Destruent? (Ein Organismus der organisches Material abbaut) (!Eine Pflanze die Licht einfängt) (!Ein Tier das ausschließlich jagt) (!Ein Mineral ohne Stoffwechsel)

Was ist eine Symbiose? (Eine enge Beziehung zwischen verschiedenen Arten) (!Eine Form der Fotosynthese) (!Ein einzelner Zellkern) (!Ein anorganisches Salz)

Was ist bei mixotrophen Organismen möglich? (Sie kombinieren unterschiedliche Ernährungsweisen) (!Sie besitzen niemals Zellen) (!Sie leben ohne Kohlenstoff) (!Sie betreiben keine Stoffwechselprozesse)

Warum sind Heterotrophe auf Primärproduktion angewiesen? (Organische Stoffe gelangen über Produzenten in viele Nahrungsnetze) (!Weil alle Heterotrophen Licht aufnehmen) (!Weil Konsumenten Kohlenstoff erzeugen) (!Weil Pilze ausschließlich Gestein fressen)

Memory

Heterotrophie	Organischer Kohlenstoff als Quelle
Autotrophie	Anorganischer Kohlenstoff als Quelle
Destruent	Zersetzt organische Reste
Konsument	Nutzt andere Organismen als Nahrung
ATP	Kurzfristig nutzbarer Energieträger

Drag and Drop

Ordne den Begriff der passenden Beschreibung zu.	Beschreibung
Pilz	Nimmt häufig nach äußerer Verdauung Stoffe auf
Regenwurm	Frisst organisches Bodenmaterial
Pflanze	Baut bei Fotosynthese Kohlenstoffdioxid ein
Räuber	Ernährt sich von erbeuteten Tieren
Bakterium	Kann gelöste organische Stoffe abbauen

Kreuzworträtsel

Kohlenstoff	Welches Element steckt in allen organischen Verbindungen?
Nahrung	Was nehmen viele Tiere zur Versorgung auf?
Pilze	Welche Organismengruppe verdaut häufig außerhalb des Körpers?
Energie	Was wird bei Stoffwechselprozessen umgewandelt?
Kompost	Wo werden Gartenreste biologisch zersetzt?
Sauerstoff	Welches Gas benötigt die aerobe Atmung?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Ernährungsweise: Erkläre den Begriff heterotroph mit zwei eigenen Beispielen.
Begriffskarte: Zeichne eine Karte zu autotroph und heterotroph.
Alltagsbeobachtung: Suche drei heterotrophe Lebewesen in deiner Umgebung und begründe deine Auswahl.
Nahrungskette: Skizziere eine Nahrungskette mit drei Gliedern und beschrifte die Pfeile.

Standard

Kompost: Dokumentiere ungefährliche Beobachtungen an einem Komposthaufen ohne unbekannte Organismen zu berühren.
Nahrungsnetz: Erstelle ein Netz aus mindestens sechs Organismen und markiere Produzenten und Konsumenten.
Pilze: Recherchiere, wie Pilze Nährstoffe aufnehmen, und gestalte eine Infografik.
Vergleich: Vergleiche die Kohlenstoffquellen eines Baums, eines Regenwurms und eines Pilzes.

Schwer

Gewässerökologie: Erkläre, warum organische Abwässer Sauerstoffmangel auslösen können.
Mixotrophie: Recherchiere ein Beispiel und beschreibe die Bedingungen unterschiedlicher Ernährungsweisen.
Stoffkreislauf: Entwickle ein Modell des Kohlenstoffkreislaufs mit mindestens zwei heterotrophen Prozessen.
Forschungsfrage: Plane eine sichere Beobachtungsstudie zur Zersetzung von Laub und benenne Kontrollbedingungen.

Lernkontrolle

Erklärung: Begründe, warum ein Pflanzenfresser heterotroph ist, obwohl er nur Pflanzen frisst.
Transfer: Beschreibe mögliche Folgen, wenn in einem Wald viele Zersetzer ausfallen.
Analyse: Interpretiere die Pfeilrichtung eines selbst gezeichneten Nahrungsnetzes.
Bewertung: Prüfe die Aussage, alle heterotrophen Organismen seien Räuber.
Anwendung: Erkläre den Unterschied zwischen Kohlenstoffquelle und Energiequelle anhand zweier Beispiele.

Lernnachweis

Du kannst die Begriffe Heterotrophie und Autotrophie korrekt definieren, typische Organismen begründet zuordnen und Kohlenstoff- und Energiequelle unterscheiden. Als Lernprodukte dienen ein beschriftetes Nahrungsnetz, eine fachlich geprüfte Erklärung zur Zersetzung und eine reflektierte Transferaufgabe zur Gewässerökologie.

OER und Wikipedia

Wikipedia: Heterotrophie – fachlicher Überblick.
Wikipedia: Heterotroph – ergänzender englischer Überblick.
Commons: Food web diagram.svg – LadyofHats, CC0 1.0.
Commons: Close up amanita.jpg – PatriciaVNes, CC BY-SA 4.0.
Commons: Food web.gif – Mark Sharp / EPA, gemeinfrei als US-Bundesbehördenwerk.
Amoeba Sisters: Autotrophs and Heterotrophs – Lehrvideo, eingebettet von YouTube; keine freie Nachnutzungslizenz behauptet.