Biologie Thema 5: ecologie (klas 5)

BS 1: De organisatieniveaus vd ecologie

Ecologie: leer van relaties tussen organismen en hun milieu. Milieu bestaat uit biotische- en abiotische factoren:

• Abiotisch: levenloze natuur (licht, temperatuur e.d.). Het geheel van alle abiotische factoren in een ecosysteem = biotoop
• Biotisch: levende natuur (voedsel, competitie, predatie (predatoren = roofdieren))

Ecologisch onderzoek is mogelijk op verschillende organisatieniveaus:

• Individu: 1 soort, autecologie
• Populatie: meerdere individuen van 1 soort
• Levensgemeenschap: aantal populaties van meerdere soorten (alle organismen die in het ecosysteem leven).
• Ecosysteem: de levensgemeenschap in zijn abiotisch milieu, natuurlijk begrensde gebieden.
• Biomen (vegetatiegordels) gebieden op aarde met hun specifieke ecosystemen die bepalend is voor de soorten organismen die er kunnen leven.
• Biosfeer: gedeelte vd aarde en de dampkring dat door organismen wordt bewoond

BS 2: Individuen

Tolerantie: het vermogen van organismen om schommelingen/verschillen in abiotische factoren te verdragen.

Ieder organisme bevindt zich in een multidimensionale ruimte van omgevingsfactoren. De mate van tolerantie voor al deze factoren bepaalt het verspreidingsgebied (areaal) ve soort op aarde (waar de soort voorkomt). Organismen kunnen daar buiten terechtkomen, maar zullen hier niet lang kunnen overleven, want er zijn beperkende abiotische factoren: de tolerantiegrens (uiterste waarde waarbij individuen vd soort kunnen overleven) is overschreden. Als het tolerantiegebied ve individu wordt uitgezet in een diagram, ontstaat een optimumkromme: een symmetrisch figuur. Aan de buitenste zijden komen helemaal geen individuen voor. Iets daarbinnen is de stress-zone: er zijn weinig individuen die zich niet voortplanten (alle energie wordt gebruikt voor overleving) en in het midden het tolerantiegebied. Het verspreidingsgebied ve soort hangt samen met het klimaat: combinatie van verschillende abiotische factoren.

• Macroklimaat: grote gebieden waar vrijwel hetzelfde klimaat heerst
• Microklimaat: klimaten binnen het macroklimaat met verschillen in abiotische factoren.

Abiotische factoren:

• Temperatuur
  • Koudbloedige (poikilotherme) planten en dieren.
  • Warmbloedige (homoiotherme) dieren. Warmbloedigen hebben vaak een grote temperatuurtolerantie, maar kunnen bijv. in de winter moeilijk aan voedsel komen.
• Licht
  • Zonplanten groeien het best bij hoge lichtintensiteit.
  • Schaduwplanten groeien het best bij beperkte lichtintensiteit (ze hebben grotere bladeren en meer chlorofyl).
  • De daglengte (tijd dat de zon boven de horizon staat) heeft invloed op voortplanting. Het bepaalt het tijdstip waarop planten in het voorjaar bloemen vormen. Bij vogels vormt de hypofyse bij bepaalde daglengte een hormoon waardoor voortplantingsorganen gaan groeien & in het najaar verschrompelen ze weer. Bij vissen, amfibieën en vogels worden de paring en het tijdstip van eilegging bepaald door de daglengte. Bij vogels beïnvloedt de daglengte het tijdstip vd vogeltrek. In zeeën beïnvloedt het de fotosynthese van fytoplankton (in de bovenste 200m)
• Lucht
  • Luchtbeweging (wind) is vooral van invloed op planten: bij windbloemen zorgt de wind voor bestuiving. Door wind verdampt water sneller uit bladeren.
  • Samenstelling vd lucht (zuurstofgehalte) is van belang voor alle organismen.
  • CO₂ opgelost in water is koolzuur: dit is voor belang van autotrofe organismen die aan fotosynthese doen
• Water
  • Organismen in oppervlaktewateren kunnen te maken hebben met temperatuurschommelingen of samenstelling vh water. Waterplanten hebben weinig stevige delen, huidmondjes aan de bovenkant vd bladeren, wortels ontbreken vrijwel.
  • Landplanten hebben alleen aan de onderkant huidmondjes, om de bladeren is een cuticula.
  • Landplanten in een vochtig milieu hebben veel huidmondjes en dunne cuticula. Kleine wortelstelsels. Hoe droger het milieu, des te beter ontwikkeld het wortelstelsel (die dieper de grond in groeien).
  • Landplanten in een droog milieu hebben weinig huidmondjes en dikke cuticula. Water wordt opgeslagen in speciale weefsels in de stengels.
  • Voor waterdieren zijn het zuurstof- en zoutgehalte belangrijk (stromend water heeft een hoger zuurstofgehalte, eb en vloed zorgen voor afwisselend zout en zoet water)
  • Landdieren leven meestal in een vochtig milieu. Dieren in een droog milieu hebben aanpassingen om zo weinig mogelijk water te verliezen.
• Bodem
  • Textuur vd bodem (korrelgrootte), zand heeft grotere korrels dan klei.
  • Voedselrijkdom (mineralen): reducenten leveren humus, dit levert voedingszouten voor planten en het verbetert de structuur vd bodem. De meeste humus zit in de bovenste laag vd bodem. Bij uitspoeling zakt het regenwater door humusarme bodem naar diepere lagen -> bovenste lagen worden voedselarm.
  • Grondwaterstand
  • pH
  • Chemische samenstelling: bepaalde zouten komen op verschillende plekken in hogere concentraties voor.

BS 3: Populaties

Populaties kunnen gericht zijn op concurrentie of coöperatie. In/tussen populaties is competitie/concurrentie om:

• Voedsel
• Ruimte: door bepaalde gedragingen worden andere individuen uit een territorium geweerd. Door een territorium wordt een zekere hoevh voedsel veilig gesteld.
• Partners: de sterkste mannetjes hebben het recht om met de (leukste) vrouwtjes te paren.
• Licht (bij planten)

Intraspecifieke competitie = binnen populatie
Interspecifieke competitie = tussen soorten populaties

Populatiedichtheid: gemiddeld aantal individuen per oppervlakte-eenheid (land) of per dm³ (water). Bijv. dichtheid aantal broedparen kieviten op NL’se akkers. Hieruit kun je afleiden waar je de individuen vd populatie kan aantreffen (ieder in hun eigen habitat = leefplek) en het verspreidingspatroon bekijken: regelmatig of willekeurig verspreid. Hoe bepaal je de populatiedichtheid?

• Bij planten en kruipende insecten -> kwadrantmethode: tel het aantal planten ve bepaalde soort in een kwadrant. Grootte vh kwadrant hangt af vd vegetatie (bijv bos -> 100m x 100m, mossen -> 20cm x 20cm). Als een kwadrant niet helemaal begroeid is, kan er een variant worden toegepast:
  1. Wanneer de begroeiing een geleidelijke overgang vertoont vh ene vegetatietype naar het anderen wordt een transect (langwerpige proefstrook) gekozen, waarbinnen de begroeiing representatief is voor het hele ecosysteem.
  2. Is de begroeiing onregelmatiger, kiest met de lijntransectmethode. Er wordt een route uitgezet die langs alle soorten vegetatie loopt.
• Bij dieren -> mbv merken en terugvangen: tel het aantal dieren ve bepaalde soort, bijv vlinders in Limburg.
  1. Vang 20 vlinders en merk ze uniek
  2. Vang 1 dag later weer 20 vlinder en tel hoeveel er gemerkt zijn (bijv. 5)
  3. Verhouding gemerkt : ongemerkt is ongeveer 20 : x (x = totale populatie). 5/20 = 20/x dus x = 80

Dit kan ook worden gebruikt voor onderzoek naar leeftijd en migratie van dieren.

Invloeden van factoren die zorgen voor veranderingen in de populatiedichtheid (PPDH):

• Dichtheidsafhankelijke factoren: predatie, parasitisme, ziekte, voedselconcurrentie. Ze beïnvloeden de populatie door negatieve terugkoppeling: hoe groter de PPDH, des te groter is de invloed van factoren die de PPDH laten afnemen. Hierdoor schommelt de PPDH rond een biologisch evenwicht.
• Dichtheidsonafhankelijke factoren: worden vaak veroorzaakt door het klimaat (gunstig klimaat = populatiegroei) en activiteiten vd mens.

De verandering in PPDH hangt af van:

Geboortecijfer hoeveel individuen per tijdseenheid door voortplanting ontstaan (aantal jongen/jaar/1000 individuen)	Sterftecijfer: hoeveel individuen per tijdseenheid sterven (aantal sterfgevallen/jaar/1000 individuen)
Immigratie	Emigratie

Populatiegroei: een nieuwe soort in een ecosysteem:

Soorten met een hoog geboortecijfer: in het begin zijn de omstandigheden gunstig (hulpbronnen onbeperkt). De groei is exponentieel en het diagram is een J-vormige groeicurve (afb 20, blz 166). Na verloop van tijd worden de omstandigheden minder gunstig, hulpbronnen worden beperkt. De draagkracht (maximale populatiegrootte die over langere tijd in een ecosysteem kan worden gehandhaafd) wordt overschreden. Daarna valt de populatiedichtheid terug op 2 verschillende manieren:

1. Teveel aan individuen sterft tot de draagkracht is bereikt
2. Overschrijden vd draagkracht heeft ernstige gevolgen, het tast het ecosysteem aan (bijv een teveel aan rupsen eet alle planten op, er zijn te weinig planten dus loopt de draagkracht terug), er stelt zich een nieuw biologisch evenwicht in

Soorten met een laag geboortecijfer: groei is aanvankelijk exponentieel, maar neemt af -> S-vormige groeicurve. Ook wanneer er ongunstige factoren aanwezig zijn, is er een S-vormige curve (evenwicht onder de draagkracht).

BS 4: Levensgemeenschappen

Voedselketen: reeks soorten waarbij elke soort voedselbron is voor de volgende soort. Elke schakel is een trofisch niveau. Voedselweb/voedselnet: geheel van voedselrelaties in een levensgemeenschap.

• 1^e trofische niveau: autotrofen, producenten (planten)
• 2^e trofische niveau: consumenten vd 1^e orde
• 3^e trofische niveau: consumenten vd 2^e orde enz

Daarna:

• Detritivoren (afvaleters), eten afval 1^e 3 trofische niveaus
• Reducenten: breken alle dode resten (uit de 1^e 3 trofische niveaus en detritivoren), dit proces heet demineralisatie. Reducenten maken de kringloop van stoffen sluitend.

Te sterke competitie wordt tegengegaan door specialisatie. Relaties tussen populaties zijn ingewikkelder dan ze lijken. Een predator-prooirelatie lijkt nadelig voor de prooi, maar wanneer men de predator wegvangt, blijkt dat een soort vd prooien de overhand neemt.

Symbiose: langdurig samenleven van individuen van verschillende soorten (kan voor-, nadelig of neutraal zijn). Mutualisme: beide soorten hebben voordeel vd samenwerking. Commensalisme: de samenwerking is neutraal (geen voor- of nadeel voor elk van beide soorten). Parasitisme: een individu (parasiet) leeft op of in individu ve andere soort (gastheer) en onttrekt er voedsel aan. Sommige parasieten zijn soortspecifiek: ze leven op of in een gastheer van 1 bepaalde soort.

BS 5: Ecosystemen

Niche/Nis: vroeger was het de plaats ve organisme in een ecosysteem (statisch). Nu is het de rol ve organisme in een ecosysteem (dynamisch). Hoe soortenrijker een ecosysteem, des te gespecialiseerder zijn nissen in het ecosysteem. Omdat ecosystemen dynamisch zijn, zijn de niches daarin dynamisch: ze kunnen verschuiven (bijv. ratten worden geïntroduceerd op een eiland en creëren een eigen niche).

De aantallen individuen per trofisch niveau kunnen grafisch worden weergegeven in een piramide van aantallen. Het is niet zo dat het trofisch niveau meer individuen telt dan volgende (weinig bomen zijn voedsel voor veel planteneters).

Biomassa: het totale gewicht van alle organische stoffen die gevormd worden bij de fotosynthese van producenten. In een piramide van biomassa wordt de biomassa van elk trofisch niveau grafisch weergegeven (dit is wel altijd een piramidevorm).

Piramide van energie geeft van elk trofisch niveau de energie-inhoud weer = hoeveel energie in de schakel is vastgelegd (de moleculen vd organische stoffen in organismen bevatten een hoevh energie). Een deel wordt steeds doorgegeven aan het volgende niveau, dit zorgt voor een energiestroom. Bruto primaire productie: alle energie die in een ecosysteem door producenten wordt vastgelegd in biomassa. Een deel wordt door de producenten verbruikt bij dissimilatie. Netto primaire productie is wat door de producenten wordt benut bij vorming van nieuwe weefsels. Er gaat energie verloren dmv.

1. Dissimilatie
2. Afgestorven weefsel (dode organismen)
3. Onverteerd voedsel (ontlasting)

In de piramide heeft elk niveau zijn eigen productiviteit: hoevh energie die wordt vastgelegd in organische stoffen (altijd maar een deel vd opgenomen energie).

Successie: opeenvolging van soorten organismen (levensgemeenschappen) in een zich ontwikkelend ecosysteem. De best aangepaste soorten overleven (o.a. natuurlijke selectie). Tijdens successie is de netto primaire productie groter dan de afbraak van weefsels -> biomassa neemt toe.

Bijv. beginsituatie rotsblok.

• Door wind, regen en vorst ontstaat verwering vh rotsblok.
• Er ontstaat een pionierecosysteem: korstmossen creëren een verweringslaag
• Er ontstaat humus: mengsel van organische en anorganische stoffen en micro-organismen (reducenten). Hierdoor treedt bodemvorming op.
• Mossen en andere kruidachtigen kunnen groeien op verweringslaag -> er kunnen dieren leven.

Successie kan uitmonden in een eindstadium: abiotische factoren, soortensamenstelling en biomassa blijven ongeveer gelijk, het is een gesloten kringloop van stoffen. Als bij zulke climaxecosystemen (tropisch regenwoud, koraalriffen e.d.) de abiotische factoren veranderen (bijv. alle bomen worden gekapt), vindt er secundaire successie plaats: het ecosysteem hoeft niet helemaal van voren af te beginnen, want er is al humus in de grond. Het is een open kringloop: soorten uit de omgeving kunnen zich makkelijk vestigen.

• Er verschijnen eerst eenjarige planten, dit duurt maar korte tijd.
• Ze worden verdrongen door tweejarige en overblijvende planten.
• Successie naar het climaxecosysteem verloopt snel.

Tijdens successie neemt de diversiteit aan soorten (biodiversiteit) toe dus neemt de complexiteit vh voedselweb toe. De vegetatie gaat gelaagdheid vertonen: laag bij de bodem zijn kruidachtigen en mossen, hoger het struweel (struikgewas) en nog hoger de bomen. De diversiteit in op z’n hoogtepunt in het climaxecosysteem en hangt af vh klimaat. De diversiteit wordt versterkt wanneer er veel predatoren leven en als er hevige voedselcompetitie is.

Climaxecosystemen kunnen kwetsbaar zijn voor veranderingen. In tropische regenwouden zijn veel soorten detrititvoren en reducenten, waardoor mineralisatie van dode planten- en dierenresten snel verloopt. Deze worden vrijwel gelijk opgenomen door planten waardoor er weinig humus in de grond zit.

Wanneer in een ecosysteem de bodem bloot komt te staan (bijv. bomen worden gekapt) kan er erosie op treden. De bodem bevat geen humus meer en de successie moet van voren af aan beginnen (primaire successie).

Er zijn 5 soorten ecosystemen in NL:

1. Duinen: zandheuvels die door wind zijn aangewaaid. Stadia van successie:
   • Biestarwegras en helm (bestand tegen barre omstandigheden)
   • Kruidachtige planten door meer humus in de bodem
   • Evt verstoring door storm of konijnen die holen graven
   • Duinstruweel (duindoornstruiken)
   • Duinbos (berken, wilgen, vlierstruiken)
2. Loofbos: natuurlijke ecosysteem van NL (er zijn aangeplante loofbossen). Verschillende lagen in een loofbos (van laag naar hoog):
   • Strooisel: afgevallen takjes en bladeren, kleine dieren
   • Moslaag: mossen en paddenstoelen
   • Kruidlaag
   • Struiklaag
   • Boomlaag
3. Naaldbos komt niet in NL voor, anders aangeplant voor hout. Groeit veel sneller dan loofbos en minder soortenrijk.
4. Heidevelden: mensen begonnen loofbossen te kappen en zo ontstond struikhei. Op de grens tussen bos en hei is er veel concurrentie tussen bomen en heideplanten. In de vorige eeuwen graasden er schapen op de heiden die de boompjes opaten waardoor de heidevelden intact werden gehouden. Tegenwoordig zijn dat vaker runderen.
5. Als de mens niet ingrijpt, vindt er verlanding plaats in de plassen. 4 stadia:
   • Waterplanten: leven drijvend of hun stengels lopen vd bodem naar het oppervlak
   • Oeverplanten groeien langzaam wanneer de bodem verhoogd wordt door slib en modder (dode plantenresten)
   • Moerasplanten: door de oeverplanten wordt de bodem aan de rand verder opgehoogd.
   • Broekbos

Ver. Stof 1
Het klimaat bepaalt de verspreiding van biomen op aarde. De hoeveelheid neerslag is de belangrijkste factor; deze bepaalt of het gebied woestijn, grasland of bos is:
< 25 cm per jaar → woestijn
25 tot 75 cm per jaar → grasland
> 75 cm per jaar → bossen.
De op een na belangrijkste factor is de temperatuur; hierdoor krijgen we verschillen binnen graslanden, bossen en woestijnen.
Tropische regenwouden (hoge temp, veel neerslag) komen rond de evenaar voor. De abiotische factoren zijn ghele jaar vrij constant. Vegetatie groeit ook in lagen boven elkaar (van veel licht tot weinig). De diversiteit is groot (qua bomen maar ook qua dieren). De meeste mineralen bevinden zich in de vegetatie (niet in de grond, zoals bij andere biomen).
Savannen (hoge temp, gemiddelde neerslag) zijn graslanden aan weerzszijden van de evenaar. Hebben een regenperiode en een periode van droogte. Er zijn veel kuddes dieren.
Hete woestijnen (hoge temp, weinig neerslag) lijken op koude woestijnen (gemiddelde temp, weinig neerslag). Het verschil is: Hete woestijnen hebben overdag hoge temp, 's nachts lage temp; Koude woestijnen hebben koude winter, hete zomer.
Dan zijn er nog gematigde graslanden en gematigde loofbossen (gemiddelde temp, gemiddelde/veel neerslag). De vegetatie groeit bij de loofbossen in minder lagen dan in tropische regenwouden.
Taiga's zijn naaldbossen (lage temp, veel neerslag). Vooral bij meren te vinden. Veel insecten.
Toendra's (lage temp, weinig neerslag) is waar de bodem bevroren is; permafrost. De planten groeien langzaam en blijven klein; ze hebben maar 3 maanden onafgebroken zonlicht.

Ver. Stof 2
Er is een verschil tussen uitwendige parasieten en inwendige parasieten; binnen of buiten het lichaam.
Uitwendige parasieten:
– Vlooien: zuigen bloed uit organisme (vooral huisdier of mens). Als ze zich volgezogen hebben
verlaten ze het lichaam. Leggen eieren in stofnesten in tapijten, kleding etc.
– Luizen: leggen eieren (neten) die aan de haren op het hoofd plakken.
– Teken: larven voeden zich met het bloed van dieren. Vallen uit boom op passerende dieren/mensen. Zetten zich vast aan de huid met uitsteeksels (weerhaken). Zuigen zich vol met bloed en laten zich vervolgens vallen; kunnen ziekteverwekkers overbrengen.
– Mijten: graaft gangen in de huid van de mens; is voedsel voor de mijt. Legt in die gangen eieren.

Inwendige parasieten; vooral darmparasieten:
– Spoelwormen: 25 cm lengte. Eieren komen met uitwerpselen naar buiten.
– Lintwormen: hebben behalve mens nog 2e gastheer nodig; varken of een koe. De lintworm produceert eieren die met uitwerpselen naar buiten gaan. Uitwerpselen kwamen vroeger op het platteland terecht, waar de koe en het varken gras aten. Deze kregen het in hun maag; dus in hun vlees; waarna de mens het weer at.
– Malariaparasieten: Twee gastheren: mug en een mens. 1. Door steek van de mug komt de parasiet in het lichaam. 2. Na ongeslachtelijke voortplanting in de lever komen de nakomelingen in het bloed (bloedarmoede). 3. Vormt hier geslachtscellen (gameten). 4. Nog een keer gestoken door malariamug, dan komen de gameten in de maag van de mug terecht; geslachtelijke voortplanting. De nakomelingen komen in de speekselklier van de mug en de cirkel is rond.