Ökosysteme benötigen zur Existenz Energie. Als Hauptenergiequelle fungiert meist die ein- gestrahlte Sonnenenergie. Weiterhin sind dazu Nährstoffe nötig, je nach Art des Ökosystems in sehr unterschiedlich großer Menge. Beide Faktoren, Energie und Nährstoffe, bewegen sich innerhalb eines Ökosystems in verschiedenen Kreisläufen. Durch die Aufklärung dieser Kreisläufe und ihrer Größenordnungen gewinnt man wichtige Erkenntnisse über die Funktion eines Ökosystems und kann dadurch außerdem verschiedene Ökosysteme unter unterschiedlichen Blickwinkeln miteinander vergleichen.

Die Pflanzen können die Sonnenenergie mit Hilfe der Photosynthese, bei der aus anorganischen Verbindungen organische geschaffen werden, in Form bestimmter chemischer, energiereicher Moleküle binden. Erst dadurch wird überhaupt Energie für die Lebewesen eines Ökosystems verfügbar. Pflanzen können im Durchschnitt nur etwa ein bis fünf Prozent der eingestrahlten Sonnen- energie in chemische Energie umsetzen. Diese chemische Energie wird von den Pflanzen genutzt, um Kohlenhydrate her- zustellen, die sie zum Aufbau ihrer Zellen und als weitere Energie- lieferanten benötigen. Im Ökosystem wird die Energie von den Pflanzen über eine Reihe von Zwischenschritten an andere Organismen weitergegeben. Dies beinhaltet das Fressen und Gefressenwerden, sowie die Tätigkeit von Parasiten und Zersetzern, die schließlich den ab- gestorbenen Pflanzenkörper wieder dem Boden zuführen. Insgesamt bezeichnet man dies als Nahrungsnetz, ein System untereinander verknüpfter Nahrungsketten. Die Lebewesen eines Ökosystems sind in ihrer Ernährung voneinander abhängig und bilden dabei diese Nahrungsketten.

Als pflanzliche Nahrungskette bezeichnet man diejenige, die bei den Pflanzen beginnt und über die Pflanzenfresser (Herbivoren) bis hin zu zwei oder drei verschiedenen Ebenen von Fleischfressern(Carnivoren) verläuft. Die Nahrungskette der abbauenden Organismen (Destruenten) beginnt dagegen mit der abgestorbenen pflanzlichen, tierischen oder sonstigen organischen Substanz. Beispiele dafür sind herabgefallene Blätter und Zweige, tote Wurzeln, Baumstümpfe, abgestoßene Tierhäute und Kadaver von Tieren.

Von diesen Stoffen ernährt sich eine Vielzahl an Bakterien, Pilzen, Strahlen pilzen (Prokaryonten) und Kleintieren,die wiederum von anderen Lebewesen gefressen werden. Beide Nahrungsketten sind auf komplexe Weise miteinander verbunden, denn durch die Tätigkeit der Destruenten entsteht letztlich Humus. Dieses von toten Tieren oder Pflanzen stammende organische Material benötigen wiederum die Pflanzen zum Wachstum.

Geradlinige Nahrungsketten, wie sie eben dargestellt wurden, existieren nur selten, etwa in artenarmen Ökosystemen. Die tat- sächlichen Verhältnisse werden z. B. durch das Vorhandensein von Parasiten oder so genannten Saprophagen (Tiere, die sich von toten oder verwesenden Tieren oder ihren Ausscheidungen ernähren) komplexer und weiter verfeinert, so dass die Vorstellung eines Nahrungsnetzes der Wirk- lichkeit deutlich näher kommt. In einer anderen Betrachtungsweise spricht man von einer so genannten Nahrungspyramide, die aus mehreren Ernährungs- oder trophischen Ebenen aufgebaut ist. An der Basis dieser Pyramide stehen die Pflanzen, an der Spitze ein Fleischfresser wie der Tiger oder der Schwertwal, der selbst keine Feinde besitzt und daher ausschließlich eines natürlichen Todes – oder durch Krankheiten – stirbt.

Insgesamt nutzt die Natur durch den Aufbau vielfältiger Nahrungsnetze in größtmöglichem Umfang die Energie, die ur- sprünglich von den Pflanzen gebunden wird.

Die Zahl der trophischen Ebenen ist in beiden Nahrungsketten begrenzt, weil bei jedem Übergang von einer

Ebene zur nächsten der größte Teil der Energie verloren geht, vorwiegend durch die Atmung und andere Stoffwechselvorgänge, aber auch durch Wärmeverluste und verschiedene Ausscheidungsprodukte. Im Durchschnitt beträgt der Energieverlust bei jeder Stufe meist über 90 Prozent. Bezieht man sich auf die Vorstellung der Nahrungspyramide, enthält daher jede trophische Ebene stets weniger Energie als die jeweils vorhergehende, und der Energiegehalt nimmt von unten nach oben stark ab. Aus diesem Grund gibt es etwa mehr Hirsche und Karibus (Pflanzenfresser) als Wölfe oder Luchse (Fleischfresser).

Der Energiefluss treibt die verschiedenen biogeochemischen Kreisläufe oder Nährstoffkreisläufe an. Der Kreislauf der Nährstoffe beginnt mit ihrer Freisetzung aus organischer Materie durch die Zersetzung und ihrer Umwandlung in eine Form, die von den Pflanzen aufgenommen werden kann. Pflanzen nehmen die Nähr- stoffe auf, die im Boden und im Wasser (teilweise auch in der Luft) vorhanden sind und speichern diese in ihrem Gewebe. Von einer trophischen Ebene zur nächsten gelangen die Nährstoffe über das Nahrungsnetz zu verschiedenen Organismen und werden beim Absterben schließlich wieder freigesetzt. Pilze, Bakterien und andere Destruenten spalten die komplexen, organischen Verbindungen und wandeln sie in einfache, anorganische Verbindungen um, die den Pflanzen erneut zur Verfügung stehen.