Bios Biologi 2

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

BIOS

. . . . . . . .

Biologi 2

BIOS Biologi 2 dekker læreplanen i biologi for

Sletbakk • Håpnes Hessen • Gjærevoll • Røsok Borge • Heskestad

studiespesialiserende utdanningsprogram på Vg3.

Læreverket består av: • Bok som inneholder både grunndel og studiedel • Gratis nettsted

BOKMÅL

ISBN 978-82-02-27676-8

9 788202 276768 www.cappelendamm.no

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

Marianne Sletbakk • Arnodd Håpnes • Dag O. Hessen • Inger Gjærevoll • Øystein Røsok • Ole Johan Borge • Per Audun Heskestad

BIOS Biologi 2 BOKMÅL

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

Sletbakk, Gjærevoll, Håpnes, Hessen, Røsok, Borge og Heskestad Bios Biologi 2 © CAPPELEN DAMM AS, 2008 ISBN 978-82-02-27676-8 2. utgave, 5. opplag Bios biologi 2 følger læreplanene for Kunnskapsløftet i faget biologi og er laget til bruk på vg3 i videregående skole.

Hovedillustratør: Bjørn Norheim Illustrasjoner side 106 og 129: Terje Sundby/Keops Omslagsdesign: Kristine Steen Omslagsfoto: Gv-press: Age photostock/Patrick Frischnecht, Mike Hill, Lorne Resnick, SPL/Andrew Syred, CAMR/A.B. Dowsett Grafisk formgiving: 07 Gruppen a.s., Kristine Steen Bilderedaktør: Anne Muniz Forlagsredaktør: Anne Muniz Trykk og innbinding: Livonia Print SIA, Latvia 2010 Satt med Berling Roman 10,5 punkt og trykt på 100 g G-Print Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser.

Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.

Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel.

www.cappelendamm.no www.bios.cappelendamm.no

. . .2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

28-04-08

09:50

Side 3

INNHOLD

Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1: Naturen som læringsarena . . . . . 7 1.1 Når du er forskeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Artenes levesteder og levevis . . . . . . . . . 11 1.3 Mangfold, navnsetting og klassifikasjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4 Skogøkologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5 Fjelløkologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.6 Akvatiske økosystemer . . . . . . . . . . . . . . . 29 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3: Energiomsetning: enzymer og energibærere

. . . . . 75

3.1 Energiomsetningen i levende organismer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.2 Enzymer – bygning og virkemåte . . . . . . 77 3.3 Faktorer som påvirker enzymaktiviteten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.4 Aktiviteten til enzymene blir regulert i celler og vev . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.5 ATP – en energibærer . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.6 Andre energibærere: NADH, NADPH og FADH2 . . . . . . . . . . . . . 91 3.7 Langtidslagre for energi . . . . . . . . . . . . . . 93 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2: Stoffkretsløp og energistrøm . . 47 2.1 Stoffkretsløp og energistrøm i et økosystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.2 Karbonkretsløpet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.3 Nitrogenkretsløpet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.4 Energistrøm mellom trofiske nivåer . . . . 55 2.5 Miljøgifter i næringskjeden . . . . . . . . . . . 63 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4: Fotosyntesen: en grunnleggende oppbyggingsprosess

. . . . . . . . . . 101 4.1 Alle organismer trenger energi for å kunne leve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2 Pigmenter fanger solenergi . . . . . . . . . . 103 4.3 Bladene og kloroplastene . . . . . . . . . . . 105 4.4 Den lysavhengige reaksjonen . . . . . . . . 107 4.5 Den lysuavhengige reaksjonen . . . . . . . 112 4.6 Ytre faktorer som virker inn på fotosyntesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Innhold

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 4

5: Aerob og anaerob celleånding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.1 5.2 5.3 5.4

Metabolismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Aerob celleånding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Anaerob celleånding . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Kostholdet og omsetning av næringsstoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6: DNA er arvestoffet . . . . . . . . . . . . 151 6.1 De fleste organismer har DNA som arvestoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.2 Strukturen i DNA-et . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 6.3 Kopiering av DNA – replikasjon . . . . . . 157 6.4 Kjernedeling – mitose og meiose . . . . 161 6.5 Fra DNA til RNA – transkripsjon . . . . . . 168 6.6 Fra mRNA til funksjonelle proteiner – translasjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.7 Genregulering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

7: Arven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Genetikkens utvikling . . . . . . . . . . . . . . . 194 Genetiske begreper . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Undersøkelse av nedarvingsmønstre . . 198 Andre nedarvingsmønstre . . . . . . . . . . . 203 Mutasjoner kan forårsake sykdommer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 7.6 Genetiske undersøkelser – muligheter og problemstillinger . . . . 221 7.7 Genterapi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

8: Bioteknologi 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Bioteknologi og genteknologi . . . . . . . . 234 Framstilling av genmodifiserte organismer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Genetiske fingeravtrykk . . . . . . . . . . . . . 242 Genmodifiserte organismer i landbruket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Genteknologisk grunnforskning . . . . . . 247 Hva har genteknologi gitt oss? . . . . . . . 250 Genteknologi og miljø . . . . . . . . . . . . . . 253 Stamceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Kloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

. . .4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

9: 9.1 9.2 9.3 9.4

18-08-08

14:28

Utvikling av livet på jorda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 Evolusjonsteorier . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Charles Darwin og darwinismen . . . . 283 Hvordan oppstod livet på jorda? . . . . 291 Livet på jorda – et historisk tilbakeblikk . . . . . . . . . . 292 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

10: Evolusjon på gennivå 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Side 5

. . . . . . . 303 Populasjonens genlager . . . . . . . . . . . 304 Naturlig og kunstig seleksjon . . . . . . . 313 Horisontal genoverføring . . . . . . . . . . 318 Artsdannelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 DNA-analyser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

11: Populasjonsbiologi 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6

. . . . . . . . . . 333 Populasjonsdynamikk . . . . . . . . . . . . . 334 Populasjonsvekst og regulering . . . . 342 Hvordan miljøfaktorer virker . . . . . . . . 346 Samspill innenfor og mellom arter . . 349 Populasjoner har svingninger . . . . . . 350 Livsstrategier og tilpasninger . . . . . . . 356 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

12: Vårt sårbare naturmiljø

. . . . . 363 12.1 Landskapet – der organismene lever. . . . . . . . . . . . 364 12.2 Forskning og forvaltning . . . . . . . . . . . 369 12.3 Miljøfaktorer forandrer økosystemene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 12.4 Klimaendringer på jorda . . . . . . . . . . . 375 12.5 Miljøutfordringene er mange . . . . . . . 382 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

Stikkordliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 Fotoleverandører . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Innhold

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 6

Forord Biologi er et fagområde som til stadighet dukker opp i dagsaktuelle saker i nyhetsmedier. Det kan være så ulike saker som doping i idrett, nye kloninger og utbrudd av fugleinfluensa. Også i fjernsynsprogrammer som er ment som underholdning, f.eks. i kriminalserier, går ikke sjelden handlingen ut på å anvende biologiske undersøkelsesmetoder knyttet til DNA-funn og gjenkjenning av blod og andre kroppsvæsker.

Andre vesentlige saker er den globale oppvarmingen vi nå opplever som en følge av menneskeskapte karbondioksidutslipp, og en sterk reduksjon i det biologiske mangfoldet på jorda.

Bios biologi 2 er en alt-i-ett-bok med teori, oppgaver og øvinger. Hvert kapittel begynner med de kompetansemålene i læreplanen som er omtalt i kapittelet.

I grunndelen er det margtekster som forklarer vanskelige ord eller utdyper grunnteksten, rammer som oppsummerer sentralt stoff, fordypningsstoff i forlengelsen av læreplanen og sammendrag med en punktvis oppsummering av hele kapittelet. Noen avsnitt inneholder repetisjon fra biologi 1 og er merket med en .

Etter hvert kapittel kommer en studiedel. Der er det både lette repetisjonsoppgaver og vanskeligere og mer krevende arbeidsoppgaver. Arbeidsoppgavene er merket med . Sist i studiedelen står øvingene – noen raske og greie og andre mer tidkrevende.

Læreplanen i biologi 2 har seks hovedområder. Den unge biologen er ett av dem. Der er det tre kompetansemål som ikke er nevnt spesielt i noen av kapitlene i denne boka. De tre kompetansemålene er: • du skal kunne forklare hvorfor publisering og faglig kritikk er nødvendige prosesser i biologi som vitenskap • du skal finne fram til ny kunnskap i biologi fra ulike medier og vurdere informasjon og påstander i mediene på et faglig grunnlag • du skal kunne bruke animasjoner og simuleringsprogrammer til å vise fenomener og biologiske sammenhenger Disse tre kompetansemålene blir dekket gjennom arbeidet med hele Bios biologi 2, Bios-nettstedet og prosjekter i klassen.

R

Du ska itte trø i graset.

Spede spira lyt få stå.

Mållaust liv har og e mening Du lyt sjå og tenkje på.

EINAR SKJÆRAASEN, FRA «DU SKA ITTE TRØ I GRASET», 1954

Lykke til med biologi 2!

Oslo, april 2008 Marianne Sletbakk, Inger Gjærevoll, Arnodd Håpnes, Dag O. Hessen, Øystein Røsok, Ole Johan Borge, Per Audun Heskestad

. . .6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 7

DU SKAL KUNNE

• planlegge og gjennomføre et større feltarbeid med en undersøkelse av biotiske og abiotiske faktorer i et økosystem, og vurdere og presentere resultatene med og uten digitale verktøy • samle, bestemme og klassifisere ulike organismer og knytte opplysningene om levevis og tilpasninger til et utvalg organismer • planlegge og gjennomføre undersøkelser i laboratorium fra alle hovedområdene, rapportere fra arbeidene med og uten digitale verktøy og peke på feilkilder i undersøkelsene

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

1: Naturen som læringsarena

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

Ute i naturen kan vi undre oss over de mest fantastiske fenomener.

Hvorfor dreier fjellplanten issoleie seg med sola gjennom dagen?

Hvordan greier skogsmaurene å organisere seg og få konstruert det mesterverket som en maurtue er? Og hvorfor vandrer rein, torsk og afrikansk gnu tusener av kilometer i evigvarende sykluser?

En nyttig og spennende måte å lære biologi på er nettopp ved å registrere, måle og observere på feltarbeid ute i naturen. Her kan vi studere hvilke arter som lever sammen i forskjellige biotoper i et økosystem. Vi kan finne økologiske faktorer som forklarer artenes forskjellige livskrav, og hvordan de er tilpasset forskjellige levesteder. Gjennom økologiske feltstudier kan vi lettere forstå sammenhengene i naturen.

Samtidig tar vi med oss prøver og gjør forsøk på laboratoriet. Du øver deg som forsker ved å planlegge, undersøke og presentere resultater fra ditt eget feltarbeid, og på den måten får du en aktiv tilegning av biologisk kunnskap.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

. . . .

01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

10-08-09

13:25

Side 8

1.1 Når du er forskeren

?

Hvordan kan bjørnen ligge så lenge i hiet uten at musklene reduseres? •

Bjørnebinne med unge.

Brunbjørnens kompliserte liv er et spennende forskningsfelt for en biolog.

Et godt eksempel på det fascinerende og spennende ved å studere naturen og de biologiske fenomenene er livet til brunbjørnen. Om sommeren og høsten eter brunbjørnen mye bær, planter, åtsler, småpattedyr og annet kjøtt. Utpå seinhøsten finner den et avsidesliggende og lunt hi under ei svær gran, eller den graver ut et hi i jorda eller under ei maurtue. Her legger den seg og har sin vintersøvn i fem–seks måneder. Kroppstemperaturen senkes med noen grader, og forbrenningen senkes betydelig. Tallet på hjerteslag går ned fra 40–60 slag per minutt til bare 8–12 slag per minutt. Bjørnen tærer på oppbygde fettreserver, men mister likevel mye vekt. Den skiller ikke ut urin når den ligger i hiet. Vann gjenvinnes i nyrene og resirkuleres. Det giftige urinstoffet som dannes, brukes i proteinsyntesen, ellers ville bjørnen dødd av forgiftning. Hunnbjørnen, binna, blir befruktet i mai–juni, men har forsinket fosterutvikling slik at fødselen utsettes til i januar. Dermed kan binna bruke høsten til å fete seg opp heller enn å slåss med paringsvillige hannbjørner. I hiet føder binna to–tre blinde og nakne unger som bare veier 300–400 gram, mye mindre enn denne biologiboka.

De lever av den næringsrike morsmelken. Når de er fire måneder gamle og forlater hiet, veier de rundt fire kilo og er godt forberedt til å møte verden utenfor det trygge hiet.

I dette eksempelet kommer vi borti mange forskjellige deler av faget biologi: cellebiologi, fysiologi, genetikk, økologi og evolusjon. Tenk å være biolog og få studere slike fenomener!

. . .8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 9

Biologi er studiet av levende organismer, hvordan de fungerer og lever med hverandre i sitt fysiske og kjemiske miljø. Derfor har vi her et mangfold av fagområder med forskjellige fagspesialister – alt fra cellebiologene som studerer hvordan cellene er bygd opp, og de prosessene som foregår der, til økologene som tar for seg samspillet mellom organismene og miljøet. Og så må vi ikke glemme evolusjonsbiologene og deres forskning, som gjelder utviklingen av livet gjennom millioner av år. Husk at den naturen og de artene vi ser i dag, bare er et øyeblikksbilde – et punkt mellom fortid og framtid.

Fagområder som fysikk, kjemi, medisin, meteorologi og geologi har mange berøringspunkter med biologifaget. Biologi 1 tar for seg hovedområdene cellebiologi, organismenes bygning og funksjon samt biologisk mangfold. I biologi 2 skal vi studere energiomsetning, genetikk og bioteknologi, økologi og evolusjon. Vi skal se hvordan genetiske koder styrer kompliserte prosesser i cellene. Og vi skal studere hvordan utviklingen av det fantastiske biologiske mangfoldet har foregått i et samspill mellom gener, arter og omgivelser.

Biologi er studiet av levende organismer, hvordan disse organismene fungerer, og forholdet de har til hverandre og til sitt fysiske miljø.

Feltarbeid og metoder

Deduksjon (latin): logisk slutning fra det allmenne til det spesielle.

Induksjon (latin): logisk slutning fra enkelttilfeller til det allmenne.

Innenfor biologifaget er det nødvendig å kombinere teoretisk kunnskap og hypoteser med praktiske studier i felt eller laboratorium. I biologi 2 skal du gjøre et større feltarbeid for å lære biologiske arbeidsmetoder og bruk av utstyr for innsamling av data. Du skal samle, bestemme og klassifisere forskjellige arter og undersøke tilpasninger og levevis i økosystemet. I feltarbeidet er det nødvendig å undersøke både biotiske og abiotiske faktorer. Resultatene og konklusjonene skal presenteres på en faglig tilfredsstillende måte.

I praktisk felt- og laboratoriearbeid må du velge metode og tilpasse den etter de hypotesene du setter opp og de problemstillingene du skal finne svar på. I biologi 1 lærte du at en mye brukt arbeidsmetode er den hypotetiskdeduktive metoden. Vi setter da opp en logisk hypotese basert på antagelser eller beregninger. Deretter tester vi hypotesen og ser om den stemmer med observasjoner og eksperimenter. Metoden kan ikke bekrefte eller bevise en hypotese. Vi bruker den for å finne ut om resultatene styrker eller svekker hypotesen. Når vi så gjentar undersøkelsene eller eksperimentene, kan vi luke ut feilaktige antagelser ved hjelp av deduksjon. Da spørs det om resultatene er slik at de styrker hypotesen. Når vi har utsatt en hypotese for mange og kritiske tester uten at disse har resultert i at hypotesen må falsifiseres, dvs. avkreftes, sier vi at vi har en teori. Forskjellen på en hypotese og en teori er ikke alltid så tydelig.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 10

Med deduksjon prøver vi ut fra våre tanker og så med eksperimenter å finne en allmenn lov, en lov som gjelder generelt i naturen. Den motsatte metoden er induksjon. Da begynner vi med enkelttilfeller og prøver å trekke generelle slutninger basert på statistisk sannsynlighet (indusere). Vi kan for eksempel plukke hundre blåveiser og ut fra det trekke den slutningen at alle blåveiser har blå blomster. Det virker jo sannsynlig, ikke sant? Men det finnes også røde og hvite blåveisblomster. De er sjeldne, likevel finnes de. Derfor må vi kanskje observere mange tusen individer for å konstatere at alle blåveiser ikke er blå. Gjennom induksjon, ut fra enkelttilfeller, kan vi sette opp teorier, men resultatene behøver ikke i seg selv å være noe endelig bevis.

Obeservasjon: lommelykta lyser ikke

Hypotese 1: batteriene virker ikke

Hypotese 2: lyspæra virker ikke

Eksperiment: skifte batterier

Eksperiment: skifte lyspæra Ny hypotese

Bruk av hypotetisk-deduktiv metode for å finne ut om det er pæra eller batteriet som er ødelagt i en lommelykt.

Lommelykta lyser ikke

Lommelykta lyser

Hypotesen er falsifisert

Hypotesen er ikke falsifisert

Den hypotetisk-deduktive metoden er en sentral vitenskapelig arbeidsmetode innenfor biologien. Den går ut på at en hypotese blir testet, og ut fra resultatene blir den da styrket eller avkreftet.

Det finnes mange forskjellige måleinstrumenter som kan brukes, alt etter hvilke fenomener som skal undersøkes, og hvor undersøkelsene foregår. Du kan måle, telle og veie, og det finnes mye spesialtilpasset innsamlings- og oppbevaringsutstyr for biologisk feltarbeid. Riktig bruk av håndbøker og bestemmelsesnøkler er nødvendig for å sikre korrekt artsbestemmelse og

. . . 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

Abiotiske (ikke-levende) faktorer: f.eks. vind, temperatur, næringsstoffer, pH-verdi, vann og sollys.

Biotiske (levende) faktorer: de levende organismene.

20:39

Side 11

for å forenkle dette arbeidet. Du skal også lære å vurdere svakheter og feilkilder og være kritisk til metoder, og du skal kunne publisere resultatene på en lettfattelig og korrekt måte. Tidsbruk, tidspunkt for feltarbeidet, områdets størrelse osv. bør være like når du skal sammenlikne resultater.

I biologisk feltarbeid er det utviklet en rekke anvendelige metoder for registrering og innsamling. Metodene avhenger av hvilke organismer og økosystemer vi skal undersøke. Til kartlegging av vegetasjon bruker vi ofte linje- og ruteanalyser. Da legger vi ut en linje i terrenget fra ett punkt til et annet. Langs hele denne linjen legger vi ut jevnstore ruter der vi registrerer arter og gjør forskjellige målinger. Dermed kan vi kartlegge forandringer i abiotiske faktorer og artssammensetning langs linjen. Hvis linjeanalysen går gjennom en granskog, kan det være små forskjeller. Legger vi linjeanalysen fra vann til myr, er det store forskjeller i abiotiske og biotiske faktorer.

Ved å studere de planteartene som vi registrerer, kan vi også finne hvilke spesielle tilpasninger de har til levestedet.

Fugler og pattedyr registrerer vi gjennom direkte observasjon, gjerne ved hjelp av kikkert. Spor og sportegn, f.eks. ekskrementer, gulpeboller, fjær og beitespor, kan også registreres. Insekter på land kan fanges i ulike typer feller (lysfeller, vindusfeller) eller fanges med ulike typer håver som slaghåv og sommerfuglhåv. Du kan også observere dem der de lever – i jord, under bark, under steiner eller på vegetasjonen, og samle dem inn hvis det er nødvendig for nærmere artsbestemmelse. I vann kan vi samle små organismer med planktonhåv eller ferskvannshåv, eller vi kan plukke dem direkte. Fisk kan tas med garn, og vannplanter kan samles ved hjelp av kasterive. Det som er viktig, er at metoder og utstyr er tilpasset hypotesen og det vi ønsker å undersøke.

Levende organismer skal alltid behandles med stor respekt. Vannorganismer skal ligge i plastkar med vann mens vi undersøker dem raskt og effektivt. Alle levende organismer skal settes tilbake til sitt leveområde når vi er ferdige med artsbestemmelsen og har studert tilpasninger og atferd.

1.2 Artenes levesteder og levevis R Deler av dette stoffet er repetisjon fra biologi 1.

Oikos = hus, hjem, logos = lære

I økologien studerer vi organismene, deres tilpasninger og samspill med hverandre og forholdet til miljøet der de lever.

For å forstå bedre hvordan naturen virker, må vi tilegne oss kunnskaper om artenes tilpasninger og utbredelse og hvilke miljøfaktorer og prosesser som styrer dette. Mange viktige prosesser virker på flere nivåer. Det er for eksempel konkurranse om mat både mellom individer av samme art og mellom individer av forskjellige arter. Det viktigste for en organisme er å formere seg og føre sine gener videre. Miljøforholdene på jorda endrer seg hele tiden, og organismene må alltid tilpasse seg disse endringene. I naturen

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 12

handler det om å spise eller å bli spist – eller å unngå å bli spist – og å finne tilfredsstillende leveområder som oppfyller artens krav. Dette er drivkreftene i naturens innviklete samspill.

Økologi er læren om organismene, deres tilpasninger og samspill med hverandre og forholdet til miljøet der de lever.

Fra individ til økosystem Morfologi er læren om kroppsbygningen til en organisme

For å forstå den komplekse naturen bedre skal vi repetere sentrale begreper: individ – art – populasjon – samfunn – økosystem.

• Et individ er en levende og selvstendig organisme • Generelt kan vi si at en art består av – individer som er svært like hverandre av utseende i karaktertrekk som form og farge, altså et morfologisk basert artsbegrep – individer som kan formere seg og få forplantningsdyktig avkom, altså et artsbegrep for organismer som har kjønnet formering (et reint biologisk artsbegrep) – individer som vi kan bestemme og definere med genetiske metoder (DNA-undersøkelser). Genetisk artsbestemmelse er mest presis, men det er ikke alltid enkelt å avgjøre når de genetiske forskjellene mellom to populasjoner er så store at vi kan kalle dem to forskjellige arter • En populasjon er en samling individer av samme art som lever innenfor et avgrenset geografisk område • Et samfunn består av alt levende (alle populasjoner av alle de forskjellige organismene) innenfor et naturlig avgrenset område, f.eks. alle de levende organismene i ei myr, en innsjø eller en skog • Et økosystem er et geografisk avgrenset område med alle de biotiske og abiotiske faktorene som finnes der

Villreinflokk. Dette er en del av en villreinpopulasjon i et fjelløkosystem.

Populasjonen består også av dyr som vi ikke ser, og som befinner seg andre steder i det samme økosystemet.

. . . 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

18-08-08

14:28

Side 13

Ett eller flere samfunn utgjør til sammen den biotiske delen av det vi kaller et økosystem. Alle de forskjellige levende artene i disse samfunnene, fra de minste encellete organismene til de største planter og dyr, utgjør sammen med jord, vann, næringsstoffer og klima et økosystem. I et økosystem er det ofte mange tusen forskjellige plante- og dyrearter som samvirker med de abiotiske faktorene. Vi kan avgrense et økosystem ut fra hva som skal studeres. For eksempel kan vi snakke om den nordlige barskogen (taigaen) som ett økosystem som strekker seg fra stillehavskysten gjennom hele Sibir og ut til kysten i Norge. Vi kan også definere ei hul, gammel eik som har et helt særegent artsmangfold og miljø, som et eget lite økosystem.

Fra individ til økosystem.

I barskog finnes storfugl.

Hannfuglen (tiur) og hunnfuglen (røy) er ulike i form og farge, men de tilhører samme art. Alle storfuglene i et område utgjør en populasjon. I skogsamfunnet finner vi flere forskjellige trearter, blant annet gran og bjørk. I skogsamfunnet lever også mange forskjellige sopp- og mosearter, blåbær, granbarkbille, tretåspett, bjørn og hønsehauk. Økosystemet har i tillegg abiotiske faktorer som jord, luft, gasser, næringsstoffer, nedbør og varmeinnstråling fra sola.

Økosystem

Samfunn

Populasjon

Individ

Et økosystem er et geografisk avgrenset område der alle biotiske (levende) og abiotiske (ikke-levende) faktorer påvirker hverandre.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 14

Næringskjeder, næringsnett og trofiske nivåer Plantene i en næringskjede kaller vi produsenter. Over produsentene er det flere ledd med konsumenter (forbrukere). Vi kaller dem første-, andre- og tredjekonsumenter etter det konsumentleddet de befinner seg på. Det finnes også et ledd med nedbrytere. Gjennom en næringskjede går det en energistrøm. Hvert energinivå i kjeden kalles et trofisk nivå. Energistrømmen varierer i de forskjellige næringskjedene. Som regel er mange næringskjeder viklet inn i hverandre og danner store næringsnett. Noen næringsnett er kompliserte fordi mange arter påvirker hverandre. Arter kan også opptre på forskjellige steder i det samme næringsnettet og på ulike trofiske nivåer.

Et næringsnett kan forandre seg gjennom året, og en arts plass kan forandre seg med individets alder. For eksempel spiser rypekyllingene insekter og er andrekonsumenter de første leveukene. Så går de over til vegetarisk kosthold og blir førstekonsumenter resten av livet. Prinsippene for energistrømmen i økosystemet kommer vi tilbake til i kapittel 2.

Nedbrytere

Tredjekonsumenter

Nedbryter sopp Fjellrev

Jerv Kongeørn

Andrekonsumenter

Maggott Snøspurv

Steinskvett

Rype Død rein, «åtsel»

Førstekonsumenter

Hare

Gresshoppe

Lemen

Rein Bakterier

Produsenter

Harerug

Fjellrapp

Stivstarr

Sopp

Et forenklet næringsnett fra fjellet med noen få arter. De forskjellige artene virker på ulike ledd i næringskjeden.

Forskjellige næringskjeder er viklet inn i hverandre som kompliserte næringsnett. Hvert ledd kaller vi et trofisk nivå.

. . . 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 15

En næringskjede viser hvem som spiser hvem. En energistrøm viser hvordan næring og energi går gjennom en næringskjede. Næringsstrømmen går fra produsenter til forskjellige konsumentledd. Alle ender i et nedbryterledd. Et næringsnett er sammensatt av mange næringskjeder.

Auto = selv, trofisk – av gresk trofe = mat, næring, heteros – en annen, andre.

Autotrofe organismer som binder solenergi og omdanner den til kjemisk energi i organiske forbindelser som glukose, sier vi er fotoautotrofe. I tillegg blir det dannet oksygen. Denne prosessen kaller vi fotosyntese. Planter, alger og bakterier som inneholder klorofyll, er autotrofe, og de er produsentene i et økosystem. Heterotrofe organismer må spise de autotrofe eller andre heterotrofe organismer for å skaffe seg energi og byggesteiner. Dyr, sopp, de fleste bakterier og noen få planter er heterotrofe organismer. I et økosystem er de konsumentene eller nedbryterne. Alt organisk materiale kan spores tilbake til autotrofe organismer.

Vi bruker forskjellige begreper på de heterotrofe organismene etter hva de spiser.

?

Gruppe

Forklaring

Eksempler på arter

Herbivor

Planteeter. Herba – plante, gras, vorare – ete

Lemen, rein, rype, grashoppe

Karnivor

Kjøtteter. Carn – kjøtt

Kongeørn, fjellrev, jerv

Omnivor

Alteter. Omnis – alle

Mennesket, bjørn

Saprofytt

Heterotrof plante, sopp eller bakterie som lever av dødt organisk materiale.

Sapros – råtten, fyton – plante

Fjellridderhatt, sjampinjonger og koplingssopp (Mucorales, kulemuggordenen)

Parasitt

Snylter på og tar næring direkte fra andre levende organismer. Para – ved siden av, sitos – etende

Bendelorm, reinbrems

Hvor vil du plasserer en førstekonsument i tabellen med inndeling av de heterotrofe organismene? •

Fotoautotrofe organismer binder solenergi og omdanner den til kjemisk energi i fotosyntesen. Heterotrofe organismer spiser andre for å skaffe seg energi og nødvendige byggesteiner.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 16

Artenes fordeling i landskapet

?

Vet du om arter som har en bred økologisk nisje? Vet du om arter som har en smal nisje? •

Ekorn

Når vi studerer naturen, finner vi raskt ut at de forskjellige artene fordeler seg ulikt i landskapet. Tenkt deg at du går fra ei åpen, blaut myr og inn i tett granskog. Mange av myrartene finner vi ikke i skogen, fordi der er viktige miljøfaktorer annerledes. I skogen vokser andre arter som har andre miljøkrav. Ressursene som en art utnytter i et økosystem, kaller vi artens nisje. Jo flere tilgjengelige nisjer det er, desto flere arter er det plass til i økosystemet.

Nærstående arter kan aldri ha samme nisje. Hvis en art mister sin nisje og ikke greier å tilpasse seg en ny, vil den dø ut. Organismens habitat er dens levested i økosystemet, med andre ord det området der den er best tilpasset til å leve. Vi sier at artene har forskjellige nisjer, og at de lever i forskjellige habitater. Generalister er arter som har Grankorsnebb ( ) bred nisje, og som dermed kan leve i flere forskjellige habitater. Spesialister har smale nisjer og Grankorsnebb ( ) svært spesielle miljøkrav. Generalister finner vi oftest langs store deler av en økologisk gradient.

En økologisk gradient vil si en gradvis forandring av en abiotisk faktor fra ett sted til et annet.

Spesialistene har gjerne liten eller en noe mer tilGubbeskjegg feldig utbredelse og finnes ofte bare på et avgrenset område langs en økologisk gradient.

Rimnål Granbarkbille

Med nisje mener vi alle de ressursene en organisme utnytter. Et habitat er levestedet til en organisme, det stedet der den er best tilpasset til å leve. En generalist har bred nisje, en spesialist har smal nisje.

Selv på et enkelt tre finnes det mange nisjer som blir utnyttet av forskjellige arter. Her ser vi noen av dem: en gran med ekorn, granbarkbiller, grankorsnebb og lavartene rimnål og gubbeskjegg.

1.3 Mangfold, navnsetting og klassifikasjon R Deler av dette stoffet er repetisjon fra biologi 1.

Arkeer blir også kalt arkebakterier.

Fra norsk natur er det nå beskrevet omkring 38 500 arter. Mange arter er ennå ikke oppdaget og beskrevet, og forskerne tror at det totalt finnes rundt 60 000 arter i Norge (her er ikke arkeer, bakterier og virus regnet med).

I hele verden er det beskrevet omkring 1,8 millioner arter, og hvert år blir minst 15 000 nye arter beskrevet. Hvor mange arter som finnes i alt, er det ingen som vet, men forskerne anslår at det kan dreie seg om mer enn ti millioner arter.

. . . 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 17

Biologisk mangfold er en samlebetegnelse for all variasjon av liv – både de kjente og alle de ukjente, ubeskrevne artene. Vi snakker om biologisk mangfold på tre nivåer: gennivå, artsnivå og økosystemnivå. Biologisk mangfold kan dermed defineres som summen av gener, arter og økosystemer i et område, eller vi kan snakke om det biologiske mangfoldet på hele jorda.

Først og fremst snakker vi da om levende mangfold, men begrepet omfatter også samspillet mellom alle biotiske og abiotiske faktorer i økosystemene.

Navnsetting av arter

Det vitenskapelige artsnavnet på furu er Pinus sylvestris.

Taksonomi er vitenskapen om navnsetting og klassifisering av levende organismer i et klassifikasjonssystem. Når vi skal undersøke naturområder, må vi kunne gi artene riktig navn, og vi må forstå hvor i klassifikasjonssystemet de hører hjemme. Artsbestemmelse, navnsetting og klassifisering er viktig i feltbiologisk arbeid. Det finnes en rekke håndbøker og bestemmelsesnøkler som sikrer en riktig navnsetting av de artene vi finner og undersøker. De er nyttige både når vi skal drive med forskning, når vi skal plukke sopp til middag, eller til rein hygge og nytte når vi finner en ny, spennende plante som vi ønsker å vite navnet på.

Alle kjente arter er gitt et vitenskapelig artsnavn.

Det var den svenske naturvitenskapsmannen Carl von Linné (1707–1778) som etablerte et system der hver art får et vitenskapelig artsnavn. Navnet er satt sammen som «Slekt art», der slektsnavnet skrives med stor forbokstav, mens artsnavnet skrives med bare små bokstaver. Vitenskapelig artsnavn skrives alltid i kursiv. Det vitenskapelige artsnavnet er likt for den samme arten over hele verden. Slik vet forskere fra ulike land at de snakker om samme art når de sier Pinus sylvestris. Når en ny art blir oppdaget, får den et vitenskapelig artsnavn og plasseres systematisk der den etter strenge regler hører hjemme. I dagligtale kaller vi dem latinske navn. Egentlig er det mange flere greske enn latinske ord, men grammatikken følger latinske regler. Noen ganger beskriver de vitenskapelige navnene organismens form, levested, farge o.l.

Alle kjente arter har et vitenskapelig artsnavn satt sammen som «Slekt art».

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 18

Eksempler på betydningen av noen latinske/greske ord som ofte går igjen i vitenskapelige artsnavn.

Latinsk/gresk ord

Betydning

Vitenskapelig artsnavn

Norsk artsnavn

Alpinus/alpina

Som hører til fjellet

Lactuca alpina Poa alpina

Turt Fjellrapp

Arcticus/arctica

Arktisk eller nordlig

Fratercula arctica Cerastium arcticum

Lunde Snøarve

Glacialis

Som hører til ved isen

Ranunculus glacialis Fulmarus glacialis

Issoleie Havhest

Sylvester/sylvestris

Som vokser i skog

Pinus sylvestris Geranium sylvestris

Furu Skogstorkenebb

Tridactylus

Tri = tre, dactylus = finger

Picoides tridactylus Rissa tridactyla

Tretåspett Krykkje

Klassifikasjon. Tre domener og seks riker Klassifikasjonssystemet er inndelt i flere nivåer. De to høyeste nivåene som brukes innenfor klassifikasjon, er domene og rike. De fleste biologer er enige om å dele inn organismene inn i tre domener og seks riker. Alle nivåer i klassifikasjonssystemet har vitenskapelige navn.

Oversikt over de tre domenene og de seks rikene.

Domener

Riker

Bakterier (Bacteria)

Bakterier (Bacteria)

Arkeer (Archaea)

Arkeer (Archaea)

Eukaryoter (Eucarya)

Protister (Protistaea). Noen biologer deler protistriket inn i flere riker siden det er svært stor variasjon blant de organismene som er plassert her.

Planter (Plantae) Sopp (Fungi) Dyr (Animalia)

Du finner mer om arter, systematikk og klassifikasjon på Bios-nettsidene.

I hvert av domenene bakterier og arkeer er det ett rike. Eukaryoter blir vanligvis inndelt i fire riker, mens protister av og til blir inndelt i flere riker. Mens plante-, sopp- og dyreriket består av relativt ensartete grupper av organismer, er det stor forskjell på organismene i protistriket. Dette riket er et samlerike for mange organismer som ikke har passet inn andre steder, som encellete dyr og alger. Klassifikasjonssystemet har åtte hovednivåer: domene, rike, rekke/divisjon, klasse, orden, familie, slekt og art. På de sju øverste nivåene består navnet av ett ord, mens artsnavnet alltid består av to ord.

. . . 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

Domene: Eukaryoter

23-04-08

Rike: Dyr

20:39

Rekke: Ryggstrengdyr

Side 19

Klasse: Pattedyr

Orden: Rovdyr

Familie: Bjørn

Slekt: Ursus

Art: Brunbjørn

Slik er brunbjørnen (Ursus arctos) plassert i det biologiske hierarkiet med åtte klassifikasjonsnivåer. Vi ser at jo lavere klassifikasjonsnivå vi er på, desto nærmere beslektet er artene.

Alle kjente arter er inndelt etter et klassifikasjonssystem med åtte klassifikasjonsnivåer: domene, rike, rekke/ divisjon, klasse, orden, familie, slekt og art.

Figur 1.5

Mellomnivåer i klassifikasjonssystemet Innenfor systematikkforskning er også noen mellomnivåer i bruk. I botanikk, for eksempel, benyttes seksjon som et nivå mellom slekt og art. Blant annet gjelder dette for den store og kompliserte sveveslekten (Hieracium). Her finner vi også underarter og hybrider, nivåer som ligger under art i klassifikasjonssystemet.

Bjørk (Betula pubescens) er delt i to underarter, dunbjørk (Betula pubescens ssp. pubescens) (t.v.) og fjellbjørk (Betula pubescens ssp. tortuosa) (t.h.), der ssp. står for subspescies = underart. Fjellbjørk er tilpasset fjellskogen, mens dunbjørk vokser i lavlandet. Det finnes også mellomformer av underartene.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 20

1.4 Skogøkologi

Terrestrisk: Terra betyr jord. Terrestriske økosystemer er økosystemer på land.

Skoggrense i Jotunheimen.

Den høstgule bjørka går enda litt høyere enn den mørkegrønne furuskogen.

Boreal betyr nordlig.

Nemoral kommer av nemus (latin), som betyr skog.

Læreplanen sier at du skal planlegge og gjennomføre et større feltarbeid med en undersøkelse av biotiske og abiotiske faktorer i et økosystem. I dette læreverket tar vi med noen eksempler på feltarbeid i forskjellige økosystemer.

Hvilket økosystem den enkelte klassen velger å studere, henger jo sammen med hva som er mest praktisk og kan gjennomføres. Når en skal studere andre økosystemer enn dem som er beskrevet her i boka, kan Bios-nettsidene og andre kilder brukes.

Av terrestriske økosystemer er skog og fjell de mest dominerende økosystemene i Norge. Skogen er et variert økosystem som strekker seg fra kysten og opp til fjellet og fra sør til nord i hele landet. Skog dekker mer enn 38 % av det norske landarealet. Overgangen fra skog til fjell er ofte et tydelig skille som vi kaller skoggrensen. Avhengig av hvor i landet vi er, kan skoggrensen utgjøres av forskjellige treslag. Hvor høyt over havet skoggrensen går, varierer svært mye. Norges høyestliggende skoggrense finner vi i Jotunheimen, der det vokser bjørkeskog 1320 moh. Herfra synker skoggrensen i alle himmelretninger. I Finnmark forsvinner den praktisk talt i havet.

Det finnes forskjellige typer skog, avhengig av hvor vi er i landet. Skogtypene og hvilke arter som lever der, henger sammen med miljøfaktorer som klima, høyde over havet, geografisk beliggenhet og jordsmonn. Den norske skognaturen deler vi inn i tre hovedtyper: boreal barskog, boreal lauvskog og nemoral lauvskog.

. . . 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

10-08-09

13:26

Side 21

Arktisk sone Boreal sone og boreonemoral sone Nemoral sone

Den boreale sonen går fra Atlanterhavet til Stillehavet.

I nord finner vi arktisk sone og i sør den nemorale sonen.

Mellom nemoral og boreal sone er det en overgangssone – boreonemoral sone – som inneholder arter fra begge sonene. De samme sonene finnes på det amerikanske kontinentet.

Boreal barskog Den boreale sonen i Norge er en vestlig utløper av et stort økosystem som vi kaller taigaen eller den nordlige barskogen. Taigaen strekker seg fra Stillehavet i øst gjennom hele russisk Sibir og til den skandinaviske halvøya.

Skogtypen er relativt artsfattig, og av skogdannende bartrær i Norge har vi bare gran og furu. Gran dominerer i det sørøstlige Norge, i Midt-Norge og nord til Saltfjellet. Furu finnes spredt over hele landet. Bartrærne har en rekke tilpasninger til kort vekstsesong, snø og frost. De bartrærne som vokser naturlig i Norge, er vintergrønne.

Boreal lauvskog

?

Hvilke miljøtilpasninger er typiske for gran og furu? •

I det boreale skogbeltet vokser det også en del lauvtrær som stedvis er skogdannende. Dette er arter som dunbjørk, hengebjørk, gråor, rogn, osp og selje.

Stedvis kan dunbjørk være skogdannende over ganske store områder, f.eks. på Vestlandet og opp mot fjellet. Gråor er ofte skogdannende langs elvebredder og andre steder der det er fuktig jord. Oftest ser vi de boreale lauvtrærne som spredte grupper eller som trær som vokser spredt inne i barskogen. De boreale lauvtrærne feller bladene om høsten og får nye om våren.

Ofte får de flotte høstfarger fordi de trekker viktige næringsstoffer inn i stammen før bladene felles. Dermed kommer andre fargepigmenter til syne. Det kan du lese mer på side 105.

Nemoral lauvskog I Norge er det bare et lite område på Sørlandet som defineres som nemoral sone. Dette er den nordlige delen av de europeiske lauvskogene. Her vokser blant annet de sommergrønne treartene eik, alm, lind, ask og bøk, men det er også en rekke andre frøplanter som definerer denne sonen. Typisk for den nemorale sonen er at temperaturen er høyere, vinteren er mye mildere og

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

En lokalitet er et avgrenset geografisk område.

20:39

Side 22

vekstsesongen er lengre enn i boreal sone. Vi sier at artene er varmekjære, og skogtypen kaller vi edellauvskog. Det finnes forskjellige edellauvskoger alt etter hvilke treslag som dominerer.

Mellom nemoral og boreal sone er det en overgangssone – boreonemoral sone – som inneholder arter fra begge sonene. Derfor er det ikke uvanlig å finne varmekjære lauvtrær lenger nord og boreale arter på Sørlandet. Vi kan finne ask i Trøndelag, alm i Nordland og lind i indre Hedmark, men bare på spesielt gunstige lokaliteter. Kanskje er noen av disse flere tusen år gamle restlokaliteter fra den gangen de varmekjære lauvtrærne var mye mer utbredt i Norge?

Skogen i Norge deles i tre hovedtyper: boreal barskog, boral lauvskog og nemoral lauvskog.

Skogøkologi og biologisk mangfold

Mykorrhiza = sopprot.

Samliv mellom plantearter og forskjellige sopparter et svært viktig samspill i våre skoger.

Forskjellige miljøfaktorer skaper mange forskjellige leveforhold og økologiske nisjer. Gjennom lang tid har et særegent artsmangfold tilpasset seg økologien i den enkelte skogtypen. Hvilke organismer vi kan vente å finne akkurat der vi står, avhenger av mange ting. Lys, temperatur, vind, fuktighet og jordbunnsforhold er viktige abiotiske faktorer. Naturlige katastrofer som stormfelling, skogbrann, jordras og oversvømmelse vil dessuten forekomme og virke inn på skogens dynamikk.

«Død skog er levende skog,» sier skogøkologen. Gamle, døende og døde trær er viktige fordi de utgjør et relativt stabilt leveområde for spesialiserte arter. Det er særlig insekter, sopp, lav og moser som er avhengige av gamle trær og et intakt skogmiljø. I levende og døde trestammer lever insektarter som igjen er mat for andre insekter og fugler. Fugler bygger reir i trærne.

Mår og flaggermus finner yngleplass i hakkespetthull eller naturlig hule trær. Spesialiserte, sjeldne lavarter kan vokse på bark og greiner, noen bare på de aller eldste trærne. Sopparter i mange farger og varianter lever i jorda.

Blant dem er livsviktig mykorrhizasopp, som er nødvendig for at trær og andre frøplanter skal kunne skaffe nok vann og næring. Andre bryter ned organisk materiale, alt fra svære trestammer til små barnåler. Dette samspillet av biotiske og abiotiske faktorer er med og gjør ett skogområde litt annerledes enn det neste.

To tredeler av Norges 38 500 kjente arter har skogen som levested, og omtrent halvparten av alle de truete artene i Norge lever i skog. Hogst og annen menneskelig påvirkning fører til en omforming av naturskog til kulturskog, og dette har stor betydning for utforming og artssammensetning i skogen. Skogen hogges lenge før den er biologiske gammel. En granskog er biologisk gammel når den er 300 år, men hogges som regel før trærne er

. . . 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:39

Side 23

Naturskog kjennetegnes ved en variert alderssammensetning av trær som er framvokst ved naturlig foryngelse av treslagene i området. Små hogstinngrep kan ha forekommet uten at det har hatt negativ innvirkning på naturlige økologiske prosesser.

Kulturskog kjennetegnes ved at trærne er ofte like i høyde og alder, og ved at skogen er tett og lite variert. Hogst har hatt stor negativ innvirkning på naturlige økologiske prosesser, og det vil være økologisk påviselig i mange tiår.

100 år. Dermed blir gamle trær og død ved mangelvare. Dette er livstruende for arter som er avhengige av et slikt livsmiljø. Skogen har vært hogd hardt gjennom flere hundre år. Samtidig har sur nedbør påført stor skade på deler av skogene i Sør-Norge, der det er påvist betydelige forandringer i sammensetningen av arter. Og det er hevet over tvil at vi nå står overfor vesentlige klimaforandringer. De skjer svært raskt og vil i faretruende grad omforme våre stabile skogøkosystemer. I kapittel 12 kommer vi tilbake til dette.

Feltarbeid i skog En skog kan være ganske forskjellig fra ett sted til et annet når det gjelder sammensetningen av plantearter og økologiske forhold. Derfor er det stor forskjell på hvilke plantearter som finnes i en kalkgranskog sammenliknet med en sumpgranskog eller en blåbærgranskog. Dette skyldes at de økologiske forholdene kan variere mye når det gjelder fuktighet og næringsinnhold i jorda. En fattig og tørr granskog inneholder andre plantearter enn en fuktig og næringsrik granskog. Når det gjelder frøplanter, kan det ved første øyekast se ut som om det bare er arten gran som finnes begge steder. Vi sier da at grana har en relativt bred økologisk nisje siden den både kan vokse ganske tørt og relativt fuktig, og siden den kan vokse nede ved kysten og helt opp mot fjellet, tusen meter over havet.

Vi skal se på forskjellene i sammensetning av plantearter langs en linje fra en kolle i skogen og ned i en dalbunn. Utvalget av arter blir annerledes,

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

En linjeanalyse er en definert linje fra et punkt A til et punkt B. Linjen går gjennom den naturen som vi ønsker å studere.

20:39

Side 24

og det skyldes en kombinasjon av blant annet forandringer i fuktighet, jorddybde og næringsinnhold fra kollen og ned til den frodige granskogen i dalbunnen. En gradient er en gradvis forandring av biotiske og/eller abiotiske faktorer mellom to punkter. Figuren nedenfor viser en kombinert gradient der flere abiotiske faktorer endres. Som vi snart skal se, vil forskjellige arter ha sine optimale levesteder på forskjellige steder. Husk at artsutvalget også vil variere etter hvor i landet vi befinner oss.

Lavfuruskog Blåbærgranskog Tørt Næringfattig Solrikt Skrint jordsmonn

Storbregnegranskog

Gr

ad

ien

t

Høgstaudegranskog

Fuktig Næringrikt Skygge Dypt jordsmonn Teoretisk figur som viser en linjeanalyse fra kolle til dalbunn. Her er det flere gradienter og forskjellige økologiske faktorer som forandrer seg langs linjen, f.eks. slik: tørt–fuktig (fuktighetsgradient), fattig–rik (næringsgradient) og skrint–dypt jordsmonn (jorddybdegradient). Variasjonen i de økologiske faktorene fører også til at sammensetningen av arter forandres langs linjen. Figuren viser en typisk innlandsbarskog i Norge.

Øverst på kollen kan det være så tørt og skrint at grana er utkonkurrert av furua. Her vokser tørketålende lavarter som kvitkrull, lys og grå reinlav samt frøplanter som tyttebær og røsslyng. Lenger nede i lia tar grana over, og her kommer blåbær inn som en dominerende art. I tillegg finner vi arter som smyle, maiblom, nikkevintergrønn og perlevintergrønn samt gjøksyre.

Blir det enda litt fuktigere og mer næringsrikt, kommer de lavtvoksende småbregnene fugletelg og hengeving inn. I enda mer næringsrik og fuktig skog vil vi finne meterhøye urter som turt, tyrihjelm, mjødurt og skogstorkenebb i det vi kaller høgstaudegranskog. Vi deler også skogen inn vertikalt i fire forskjellige sjikt avhengig av plantenes høyde: bunnsjikt, feltsjikt, busksjikt og tresjikt.

. . . 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 25

Tabellen viser hvordan de fire sjiktene i en skog defineres.

Sjikt

Definisjon

Tresjikt

Trær over 2 m. Sjiktet utgjør mye av biomassen i en skog siden det er her den største produksjonen av organiske stoff foregår.

Busksjikt

Omfatter forvedete busker og små trær fra 0,3 til 2 m.

Feltsjikt

Alle planter mindre enn 0,3 m.

Bunnsjikt

Moser og lav.

Her ser vi tresjikt, busksjikt og feltsjikt i en skog. Bunnsjiktet består av lav- og mosearter.

Sjiktningen er av betydning for blant annet nedbør og solinnstråling.

En fersk hogstflate vil mangle både tresjikt og busksjikt, mens en ti år gammel hogstflate vil ha et svært godt utviklet busksjikt. Tenk på hvilken økologisk betydning slike ting får for artene som lever på bakken.

Når vi vil studere de økologiske forholdene i et skogøkosystem, kan vi for eksempel tenke oss to hypoteser som vi kan gå ut fra: 1. Planteartene varierer langs økologiske gradienter, og fra kollen og ned i dalbunnen vil det være en tilnærmet total utskiftning av arter.

2. Noen plantearter har bredere økologiske nisjer enn andre arter. Vi tror gran, bjørk og blåbær har ganske brede nisjer, mens tyttebær, skogstorkenebb og tyrihjelm har smalere nisjer.

Vi kan studere dette i en granskog ved å legge en linjeanalyse fra kollen og ned i en dalbunn og foreta jevnlige ruteanalyser langs denne linjen.

Det er en fordel å hente inn noe mer bakgrunnsstoff om arter, økologi og vegetasjonstyper i skog før du skal begynne med et feltarbeid. Det finnes mye på Internett, og nyttige lenker ligger også på Bios-nettsidene.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 26

1.5 Fjelløkologi Vi skal kort beskrive noen hovedtrekk ved feltarbeid i fjellet. Det er vanlig å definere fjellet (den alpine regionen) som de områdene som ligger over skoggrensen. Fjellet deles inn i tre soner: lavalpin, mellomalpin og høyalpin sone.

Lavalpin sone begynner der skoggrensen slutter (nordboreal sone). I høyalpin sone lever det få arter, og her kan vi si at vi er ved livets yttergrense.

Snø og is

Lav og moser Soneinndeling i fjellet. I den lavalpine sonen dominerer lyng, dvergbjørk og vierarter.

De forsvinner i den mellomalpine sonen, der gras, starr og rabbesiv dominerer. Arten blåbær og naturtypen myr finnes ikke i den mellomalpine sonen. I den høyalpine sonen er det ikke noen sammenhengende vegetasjon, og der dominerer lavog mosearter.

Høyalpin Gras, starr, rabbesiv Mellomalpin Vier, dvergbjørk, einer, lyng Lavalpin Fjellbjørk Skoggrense

Bartrær

Nordboreal sone

Klimaet er en viktig abiotisk faktor i fjellet. Gjennomsnittstemperaturen er lav også om sommeren, men sterk solinnstråling kan gi svært høy temperatur ved bakken. Vekst- og formeringssesongen er kort og vinden ofte sterk.

I tillegg fører frost til tørke og ustabil jord. Vinteren er lang og kald. Snømengden og fordelingen av snø i terrenget er en viktig abiotisk faktor for utbredelsen av plantearter og vegetasjonstyper. Snøfordelingen er ganske lik fra år til år siden vindretningene gjerne er relativt stabile. På rabbene, som vi kaller forhøyningene i terrenget, er det lite snø. Der er det tidlig bart om våren og tørt. Nede i søkkene (snøleiene) er det mye snø, kort vekstsesong og fuktigere forhold. Naturlig nok er det stor forskjell på hvilke planter som vokser på næringsfattig mark, og hvilke som vokser på næringsrik mark.

. . . 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 27

Vindretning

Vindretning Økt snømengde

Greplyng

Økt snømengde

Rabbetust

Dvergbjørk

Reinrose Rabb

Rabb Blåbær

Fjellrapp

Smyle

Polarvier Musøre

Planmose

Snøfrostmose Næringsfattig mark

Snøleie

Næringsrik mark

Snøleie

Rabb – snøleie-gradient på næringsfattig (t.v.) og næringsrik (t.h.) mark.

Det er store forskjeller på hvilke arter som vokser på næringsfattig mark og på næringsrik mark.

?

Hvilke abiotiske faktorer forandrer seg langs en rabb – snøleie-gradient? •

?

Finn fem planter og dyr som er typiske fjellarter, og fem som lever i fjellet, men som også finnes i andre økosystemer. •

Dyr og planter som lever i fjellet, har utviklet gode tilpasninger til dette barske miljøet. Vegetasjonen sammen med de abiotiske faktorene vil totalt sett være styrende for hvordan dyrene fordeler seg i fjelløkosystemet. Rabbene er ofte de eneste tilgjengelige vinterbeitene for villrein, for der er det lite snø. Her kan også fjellrypa finne mat om vinteren, eller den søker ned til fjellskogen for å spise bjørkeknopper. Om vinteren lever smågnagerne i ganger under snøen, oftest der det ligger et tykt, isolerende snølag. På kalde sommerdager er det ikke mange insekter å se i fjellet. På varme sommerdager, derimot, kan det vrimle av fluer, mygg, biller, sommerfugler, humler og andre insekter i fjellet. Insekter uten vinger er mer vanlige i fjellet enn i lavlandet fordi det ofte blåser. Insekter som lever på frostutsatte steder (f.eks. rabber), kvitter seg med vann og produserer glyserol. Den fungerer som frostvæske.

Når du er på feltarbeid i fjellet, er det viktig å kunne vurdere hvordan klimaet er på andre årstider. Er du på en rabb på barmark, så forsøk å vurdere hvordan det er med jordfuktighet, snødybde og vindforhold på andre årstider. Legg vekt på hvilke tilpasninger de forskjellige organismene du studerer, har for å klare seg i de spesielle økologiske leveforholdene i fjellet.

Du kan gjøre registreringer og drive innsamling/fangst av dyr. Og du kan gjøre botaniske studier og vegetasjonsøkologiske analyser som i skog, med rute- og gradientanalyser.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 28

Tilpasninger hos arter i fjellet: fjellrev og fjellplanter Fjellrevens latinske navn Alopex lagopus betyr «reven på hareføtter». Navnet viser til at pelsen på føttene er svært tett og isolerende, slik den er hos harer. Ved hjelp av motstrømsprinsippet blir varmetapet mellom snø og føtter gjort minst mulig.

Varmt blod som renner fra kroppen (i arterier) og ut til føttene, gir fra seg varme til blodet som kommer fra føttene og inn mot kroppen (i vener). Dermed er føttene kaldere enn resten av kroppen. Det samme gjelder også snute og ører.

Fjellreven har hvit kamuflasjepels om vinteren. Sommerpelsfargen er gråbrun overside og gråhvit underside. Pelsen isolerer svært godt mot kulde, og revens vinterpels har den høyeste isolasjonsevnen som er målt hos pattedyr. Den kan rulle seg sammen med snuten under halen og la seg snø ned.

Snøen isolerer også godt. Fjellreven trenger ikke å spise hver dag, og den går i perioder på 10–14 dager uten mat. Smågnagere og særlig lemen er hovedkosten, men den spiser også fugl, hare og åtsler. Fjellreven får som regel valpekull bare i smågnagerår, og tilgangen til lemen avgjør om ungene vokser opp. Dødeligheten hos valpene er ofte på 70–90 %.

Fjellreven er ekstremt godt tilpasset et liv i fjellet.

Fjellplantene lever under barske og svært varierende forhold.

Vinden påfører plantene slitasje og virker uttørkende. Jordsmonnet er utsatt for mye frysing og tining, og frostsprengning fører til at steiner beveger seg og skaper ustabil jordoverflate. Dermed kan planterøttene bli skadet, og i verste fall slites røttene av. Hos fjellplanter finner vi mange tilpasninger til et liv under slike forhold. Fjellplantene er lavvokste fordi det beskytter mot vind og snøkrystaller, og fordi det er varmere ved bakken. Mange arter vokser i tette tuer eller matter som reduserer vanntap, beskytter nye skuddanlegg og holder bedre på varmen. Behåring av plantedeler reduserer også varmetapet. Nåleformete, robuste blad med liten overflate reduserer fordampningen. Bladtykkelsen kan være opp mot 40 % større i fjellet enn i lavlandet. Spalteåpninger er ofte nedsenket i forhold til overflaten, og sammenrullete blad reduserer også vanntapet. Mange fjellplanter formerer seg vegetativt, dvs. ukjønnet, fordi det gjør reproduksjonen lettere. Ulempen er at det gir liten genetisk variasjon. Mange arter har store eller iøynefallende blomster, noe som er viktig for å kunne tiltrekke seg pollinerende insekter. Noen planter har parabolformete blomster som snur seg med sola for å konsentrere mest mulig varme inn mot frøene, slik at de kan modnes raskest mulig.

Issoleie (Ranunculus glacialis) tilhører soleiefamilien og er den frøplanten som vokser høyest oppe i fjellet. Den er funnet hele 2370 m over havet. Issoleia har en parabolformet blomst som samler varmen for å sikre raskere frømodning, og den kan sette modne frø etter bare 17 dagers blomstring. Kronbladene skifter farge fra hvit til purpurrød etter befruktning. Den mørke fargen absorberer mer varmestråling, og det bidrar til raskere frømodning. Alt dette er tilpasninger til et liv høyt til fjells.

. . . 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 29

1.6 Akvatiske økosystemer Akvatisk: kommer av aqua, som betyr vann Marin: som lever i havet Limnisk: av limne, som betyr innsjø.

Vann utgjør nesten 75 % av jordas overflate. Av dette er 72 % saltvann med marine økosystemer. Her finnes det forskjellige økosystemer som åpent hav, kontinentalsokkel, korallrev, strandsoner, laguner osv. Bare 3 % er limniske økosystemer som ferskvann, elver og våtmarker.

De akvatiske økosystemene er svært viktige både når det gjelder biologisk mangfold og biomasseproduksjon. De står for omkring halvparten av primærproduksjonen (se side 56) på jorda. De har stor betydning for de terrestriske økosystemene og er drivkraften i meteorologiske fenomener som vind, strøm og nedbør.

Forskjeller på marine og limniske organismer Det er mange forskjeller på et liv i saltvann og et liv i ferskvann. Derfor er det også stor forskjell på hvilke organismer som lever i saltvanns- og ferskvannsøkosystemer. Artsantallet er generelt sett høyere i havet. En grunn til det er at havøkosystemene er mye eldre. Organismer som pigghuder (sjøstjerner ofl.), flerbørstemark og nesledyr (maneter, koralldyr ofl.) finnes nesten bare i havet. Det er også et marint trekk at mange arter har et pelagisk larvestadium. Det vil si at larvene flyter i de frie vannmassene, mens de i ferskvann ofte er fastsittende på bunnen eller på strandvegetasjonen. Når de er pelagiske, kan de lettere spre seg over store havområder. Frøplanter og moser finnes nesten bare i ferskvann.

Fastsittende alger har sine nisjer i havet.

Fastsittende dyr er mye mer vanlige i havet, og marine dyr er ofteste større enn tilsvarende ferskvannsdyr. Marine dyr er som regel også mye mer fargerike og varierte enn de oftest grå og brune ferskvannsdyrene, med unntak av småkreps og vannmidd. Noen arter lever både i saltvann og ferskvann i løpet av livet. Ålen er katadrom, dvs. at den vokser i ferskvann og gyter i saltvann. Det motsatte er anadrom. Eksempler på det er laks og sjøørret.

Elv og hav er to svært ulike økosystemer selv om begge har vann som fellesnevner.

Bildet er fra Catalonia i Spania.

Akvatiske økosystemer utgjør nesten 75 % av jordas overflate. Av dette utgjør 72 % saltvann med marine økosystemer. 3 % er limniske økosystemer som ferskvann, elver og våtmarker.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 30

Ålen er katadrom og vandrer til havet når den skal gyte.

Gytingen skjer i Sargassohavet, et område i Karibhavet. Noen av de nyklekte larvene flyter over 4000 km med Golfstrømmen hele veien opp til Nord-Europa.

Når ålelarvene kommer til norskekysten, er de så store at de kan vandre opp i ferskvann via de store elvene.

Der vokser de seg store før de returnerer til Sargassohavet for å føre slekten videre.

Svalbard Grønland

Barentshavet

Atlanterhavet Europa

NordAmerika Sargassohavet

Ekvator Afrika

Havet, kysten og litoralsonen Havet, det marine miljøet, er artsrikt, og vi kjenner fortsatt ikke alle artene som lever der. Havet omfatter egentlig flere forskjellige økosystemer.

I Norge kan vi dele inn havet fra litoralsonen. Det er der vi har tidevannssone, strender, klipper og svaberg langs land, som blir påvirket av flo og

Land

Høyvann Lavvann Nære kystTideområder vannssone Kontinentalsokkel

Åpent hav

Litoralsone Oseanisk dyphavsområde Korallrev Dyphavsslette Skjematisk inndeling av åpent hav, kystnære områder og litoralsonen.

. . . 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

?

23-04-08

Hvordan kan organismer leve dypt nede i havet uten sollys? •

20:40

Side 31

fjære. Så kommer de nære kystområdene (kontinentalsokkelen ned til noen hundre meter). De går ut til de oseaniske dyphavsområdene, der det er frie vannmasser og mørklagte dyphavssletter og korallrev. I tillegg kan vi ta med fuglefjellene som et marint økosystem, siden fuglene er avhengige av næring fra havet, og vegetasjonen her er sterkt påvirket av tilførsel fra de marine næringskjedene.

Golfstrømmen Norges kyst strekker seg over 1740 km fra sør til nord. Medregnet alle fjordene og øyene har vi en total kystlinje på over 21 000 km.

Langs nesten hele norskekysten går Golfstrømmen. Den gjør at fastlands-Norge har et relativt mildt klima. På samme breddegrad i NordAmerika er det permafrost. Bakken der er permanent frosset, bortsett fra de øverste centimeterne av jordlaget som tiner om sommeren.

Golfstrømmen fører med seg varmt vann og mengder med raudåte (Calanus finmarchicus). Raudåte er en hoppekreps som er viktig næring for mange fisk og sjøpattedyr. Styrken i Golfstrømmen varierer, og når den er svakere, blir det også en tydelig lavere produksjon av viktige fiskearter som torsk, laks og sild de påfølgende årene. Temperatur og produksjon reduseres jo lenger nord vi kommer, men også lokalt er det variasjoner avhengig av strømmens styrke og temperatur. Vi kan si at Golfstrømmen og nøkkelarten raudåte har hatt avgjørende betydning for både naturen, menneskene og bosetningen langs norskekysten.

Beregninger har vist at klimaet langs norskekysten trolig ville vært mellom fem og ti grader kaldere hvis Golfstrømmen ikke hadde eksistert.

Spørsmålet har vært reist om Golfstrømmen kan forsvinne, bli svekket eller forandret som følge av menneskeskapte klimaforandringer.

Polhavet

Svalbard Grønland Barentshavet

Atlanterhavet Europa

NordAmerika Ekvator Afrika

Golfstrømmen begynner i Mexicogolfen, krysser Atlanterhavet nord for Storbritannia og går langs hele norskekysten før den ebber ut i Polhavet og Barentshavet.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 32

Tidevannssonen som økosystem En biotop (fra gresk bios = liv, topos = sted) er levestedet til dyr og planter som lever naturlig sammen. Eksempler er bjørkeskog, myr og sandstrand.

I grunne fjorder blir store arealer tilgjengelige ved fjære sjø. Dette er svært viktige beiteområder for vadefugler.

?

Hvorfor vokser det ikke tang og tare på bløt bunn? •

Vi skal se nærmere på tidevannssonen, som er et lett tilgjengelig marint økosystem for feltarbeid. Tidevannet varierer som regel med to fjæreperioder (lavvann) og to perioder med flo sjø (høyvann) gjennom døgnet. Det lønner seg å legge feltarbeidet til en lavvannsperiode, for da kan du arbeide i hele tidevannssonen. Tidevannstabeller finner du i avisa eller på Internett.

En undersøkelse kan være å gjøre en linjeanalyse fra vannkanten ved fjære sjø og inn på land. Du kan beskrive forskjeller i abiotiske og biotiske faktorer langs linjen og hvordan forskjellige arter er tilpasset de forskjellige levestedene. Du kan også sammenlikne løsbunn og fastbunn og organismene som lever i de ulike biotopene hvis begge typer finnes i praktisk nærhet. De artene som lever med konstant tidevannsforskjell, må være tilpasset neddykking og tørrlegging to ganger i døgnet, mens de artene som lever nær havet, må tåle jevnlig sjøsprøyt.

Saltpåvirkningen, dvs. endringen i saltgradienten, er viktig fra hav og inn på land. Arter som lever nærmest sjøen, tåler mest saltpåvirkning. Det er også forskjell på om det er en sandstrand eller en klippestrand du jobber med. På sandstranda vil bunnen være løs, og dermed kommer det inn mest planter med dype rotsystemer som gir godt feste. På klippene vokser tang som har utviklet gode festeorganer. Festeorganet holder tangen fast til underlaget, men vi regner ikke dette som røtter. På klippene lever det mange dyr som rur, blåskjell og strandsneglearter.

Litoralsonen – strand og tidevannssone Litoralsone er den biologiske benevnelsen på tidevannssonen og de delene av land, både strender, svaberg og klipper, som påvirkes direkte og jevnlig av saltvann. Litoralsonen deles i to, supralitoralen og eulitoralen. Den øverste sonen er supralitoralen eller sprøytesonen. Supralitoralen er mer terrestrisk enn akvatisk fordi den strekker seg godt opp på land. Artene som vokser her, må tåle sjøsprøyt og salt. Derfor har mange salt i navnet sitt, slik som salturt og saltgras. I flomålet, dit sjøen normalt går ved flo sjø, vil det på flatere strender bli skylt opp mye nitrogenrik tang, og her vokser nitro-

. . . 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

?

23-04-08

Hvilke tilpasninger finner vi hos frøplanter som må tåle mye saltvannspåvirkning? •

20:40

Side 33

genelskende (nitrofile) plantearter som tangmelde og strandmelde samt strandstjerne.Tanglopper er små krepsdyr som det også er vanlig å finne her.

Der det er fjell, kan vi finne messinglav og grønnalger i sprøytesonen.

Den svarte laven marbek vokser ned til grensen for høyeste vannstand ved flo sjø. Liten strandsnegl (Littorina saxatilis) er vanlig på fastbunn nederst i supralitoralen.

Den nederste delen av litoralsonen kalles eulitoralen. Det er den egentlige tidevannssonen. Her lever arter som godt tåler både neddykking og tørrlegging. Flere arter av grønnalger og brunalger lever her. Særlig brunalgene har en tydelig sonering etter den tålegrensen de forskjellige artene har for de døgnvariasjonene som flo og fjære skaper. Sauetang vokser øverst. Lenger nede kommer henholdsvis kaurtang, spiraltang, blæretang og grisetang. Av dyr lever vanlig strandsnegl, albueskjell og krepsdyret rur i eulitoralen. Helt nede mot grensen til laveste vannstand ved fjære sjø lever dyr som blåskjell og purpursnegl.

På bløt bunn finner vi en del bunndyr som graver seg ned, slike som hjertemuslinger, sandskjell og fjæremark. Strandkrabbe er en vanlig art på bløt og steinete grunn. Få frøplanter tåler å leve i saltvann, men ålegras er en art som kan vokse ned til 10 meters dyp.

Under litoralsonen finner vi sublitoralen. Denne sonen er ikke direkte påvirket av flo og fjære. Her vil det på fastbunn komme inn brunalger som fingertare, martaum, sukkertare og stortare. Disse tåler ikke å bli helt tørrlagt, Strandstjerne (Tripolium pannonicum ssp. maritimum) og de abiotiske faktorene er her mer stabile. Her finnes også dyr som sjøer en typisk strandplante. piggsvin (kråkebolle) og sjøstjerner. Dypere nede i sublitoralen kommer rødalger. Rødalgene utnytter de delene av lysspekteret som når lengst ned i vannet, og kan leve ned mot 50 meters dyp.

Det er flere viktige abiotiske faktorer i tidevannssonen. Neddykkings- og tørkeperioder på grunn av tidevannsforskjeller er en viktig faktor. Nivåforskjellen kan variere fra noen titalls centimeter til 18 m i Sør-England. ForSkjematisk inndeling av supralitoralen og eulitoralen skjellen på flo og fjære i Norge varierer fra ca. 25 cm ved Lindesnes til ca. (litoralsonen) samt sublito3,5 m ved Vardø. Temperaturforskjellene er også store mellom det å være ralsonen med noen artseksempler. i neddykket tilstand eller være tørrlagt med vinterfrost eller sterk sommervarme. Organismene må tåle bølgeslag og mekanisk slitasje av for eksempel is SupraMarbek litoralen om vinteren. Saltpåvirkningen er også TarmFlo grønske en betydelig faktor over flomålet, og Litoralsonen arter som lever i supralitoralen, må Sauetang Eulitoralen tåle mye salt. Målinger du kan gjøre, er Blæretang Fjære for eksempel å ta vannanalyser for å finne saltholdighet, pH-verdi, temperaFingertare Sublitoralen tur, ledningsevne, hardhet og oksygenSukkertare innhold.

Fagerving

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 34

Tabellen viser hva som er typisk for de ulike sonene i litoralsonen samt sublitoralen.

Sone

Beskrivelse

Eksempler på arter

Supralitoralen

Den øverste delen av litoralsonen. Kalles også sprøytesonen og er mer terrestrisk enn akvatisk. Artene her må tåle sjøsprøyt og salt.

Salturt, saltgras, tangmelde, strandstjerne, messinglav, marbek, tangloppearter, liten strandsnegl

Eulitoralen

Den nederste delen av litoralsonen, og den egentlige tidevannssonen. Artene som lever her, må tåle både neddykking og tørrlegging.

Artssammensetningen avhenger av bunnforholdene.

Grønnalger som tarmgrønske.

Brunalger som sauetang, blæretang og grisetang, vanlig strandsnegl, purpursnegl, blåskjell, hjertemusling, strandkrabbe, fjæremarkarter

Sublitoralen

Sonen under eulitoralen. Er ikke direkte påvirket av flo og fjære.

Brunalger som sukkertare og fingertare, sjøpiggsvin, sjøstjernearter

Ferskvann Limnologi er læren om ferskvann. Ferskvannskildene på jorda er innsjøer og dammer, elver og bekker, grunnvann og regn. Ferskvann er livsviktig, og tilgangen på ferskvann bestemmer vegetasjonstyper, dyreliv og menneskenes bosetnings- og levemønstre.

Ferskvann er unge økosystemer. Næringsrike innsjøer kan gro igjen, og nye kan bli dannet i løpet av 50–100 år. I økosystemsammenheng deler vi ferskvann inn i to hovedtyper: rennende vann (elver og bekker) og stillestående vann (innsjøer og dammer). Det er stor forskjell på innsjøer, og de geologiske forholdene betyr mye for hvilke organiske og uorganiske stoffer som Ferskvann er en viktig ressurs for alt liv på jorda.

Her henter befolkningen vann fra en brønn i delstaten Gujarat i India.

. . . 34. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

Humus = delvis nedbrutt organisk materiale.

20:40

Side 35

finnes i forskjellige ferskvannssystemer. Næringsstoffene kommer fra jordog berggrunn, grunnvann og vegetasjon. Smeltevann fra snø og breer inneholder ofte en del mineraler. Bekker som renner gjennom myr og skog, tilføres humusstoffer.

Vann som renner, får høyere oksygeninnhold enn stillestående vann. Her blir også næringsstoffer og de minste organismene lett vasket vekk med strømmen. Det er tre store forskjeller på rennende og stillestående vann: • Strøm er en langt mer dominerende faktor i rennende vann, dvs. bekker og elver, enn i stillestående vann.

• En elv påvirkes mer av sine terrestriske omgivelser enn stillestående vann gjør. Organisk materiale som vaskes ut i elva fra land, har ofte større betydning for elva som økosystem enn elvas egen biologiske produksjon.

• Det er ingen lagdeling av vannmassene i rennende vann slik vi finner det i stillestående vann, og som regel er elva oksygenrik året rundt.

Rennende vann er effektivt når planter og dyr skal spre frø, egg og larver. Arter som er tilpasset til å leve i rennende vann, kan være flate eller små. Det er viktig at de har gode festeorganer. Flatmark, f.eks. ikter, fester seg til steiner eller under planter. Leddyr kan leve på undersiden av eller mellom steiner. Noen har en gunstig, strømlinjeformet kropp slik som laksen.

Laksefisk graver ned de befruktete eggene i en gytegrop på bunnen.

Innsjøer

En vårfluelarve har bygd et beskyttende hus av gruskorn og plantematerialer.

Oligo betyr få. Trofe betyr næring. Dys betyr feil eller mangelfullt.

Eu betyr god.

Innsjøer er stillestående vann som verken bunnfryser eller tørker ut. Det er vanlig å dele inn innsjøene etter hvor næringsrike de er.

Oligotrofe innsjøer er næringsfattige og artsfattige. Vannet er ofte krystallklart fordi det er lite organiske stoffer i det, og det er oksygenrikt helt ned til bunnen fordi forbruket er lite. Mange innsjøer på fjellet er oligotrofe innsjøer.

Dystrofe innsjøer er næringsfattige myr- og skogstjern som får tilført store mengder organisk materiale. Slike vann blir ofte kalt brunvannsjøer eller myrvannsjøer og har pH-verdi ned mot 3. Vannet er ofte oksygenfattig på grunn av mye nedbrytning av organisk materiale.

Eutrofe innsjøer er meget næringsrike og produktive med et rikt planteog dyreliv. Slike vann er ofte oksygenfattige og har en pH rundt 7.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

En næringsfattig (oligotrof) innsjø i fjellet.

Fra Bygdin i Jotunheimen.

Side 36

En næringsrik (eutrof) innsjø med mange vannplanter i lavlandet. Fra Gølsjøen i Østfold.

Solstrålingen og tilgangen på næringsstoffer er viktige faktorer i en innsjø.

Næringsfattige innsjøer får som regel godt med lys om sommeren, mens det i næringsrike innsjøer blir lite lys nedover i vannmassene på grunn av høy biomasseproduksjon. Ofte er fosfor en begrensende faktor. I Norge fryser mange vann om vinteren, de fleste bare i overflaten, og det reduserer lystilgangen betydelig i denne perioden.

Limnologi er læren om ferskvann. Ferskvann deles gjerne i rennende vann (elver og bekker) og stillestående vann (dammer og innsjøer).

Innsjøer deles i oligotrofe, dystrofe og eutrofe.

En innsjø vil sjelden eller aldri bunnfryse eller tørke inn slik små dammer kan gjøre. Innsjøer deles inn i tre forskjellige soner, men ikke alle sonene trenger å være til stede. Det avhenger av hvor dyp og stor innsjøen er. Små, grunne innsjøer har bare én sone. Store, dype innsjøer har alle tre sonene.

Litoralsonen eller strandsonen kalles de områdene som er grunne og landnære. Både bunn og vannmasser tilhører denne sonen. Her finner vi den største artsrikdommen i en innsjø. Det vokser planter på bunnen, og vannet har gunstig temperatur og gunstige kjemiske forhold. Denne sonen er artsrik med høy produksjon fordi lysforhold, oksygentilgang og næringstilgang er gode. Her finner vi planter som er tilpasset til å leve på forskjellige dyp. Lengst inn mot land vokser sumpplanter (takrør, elvesnelle og bukkeblad), så kommer flytebladplanter (nøkkeroser og tjørnaks), langskuddsplanter (blærerot og tusenblad) og lengst ute kortskuddsplanter (brasmegras,

. . . 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 37

botnegras og sylblad), slik figuren nedenfor viser. Noen arter finnes bare i oligotrofe innsjøer, andre bare i eutrofe. Forskjellige krepsdyr som linsekreps og marflo, snegler og muslinger lever i litoralsonen. Døgnfluer, vårfluer, steinfluer og øyenstikkere er insekter som har larvestadiene i vann, mens de voksne individene lever på land.

Vegetasjon i litoralsonen i en innsjø.

Sumpplanter

Flytebladplanter

Langskuddsplanter

Kortskuddsplanter Mikroalger

Litoralsone

Den limnetiske sonen er de frie vannmassene som ikke har kontakt med Limnetisk sone bunnen eller strandområdene. I grunne vann kan denne sonen mangle. I større Kompensasjonsnivå vann er den limnetiske sonen den viktigste med stor biologisk produksjon.

Profundalsone Her finnes mange arter planteplankton, som igjen er mat for dyreplankton og andre konsumenter i økosystemet.

Den nederste, mørklagte delen av Ferskvann deles inn i forskjellige soner. Litoralsonen er det grunne, landnære med bunn og vannmasser. Den limnetiske sonen består av en innsjø kaller vi den profundale sonen. frie vannmasser uten kontakt med land eller bunn. Her er det godt Her er det så godt som null fotosyntese med lys og stor produksjon av plante- og dyreplankton.

Kompensasjonsnivået markerer området der fotosyntesen for planog ingen frøplanter. Temperaturen er tene er lik celleåndingen, dvs. at nettoproduksjonen er lik null. Lyset relativt lav, og det kan ofte være oksygår ikke dypere ned. Dypere nede har vi den profundale sonen, og genmangel her. Bunnen består ofte av der foregår det ingen fotosyntese. et næringsrikt slamlag.

Profundalsonen er artsfattig. Det er få nisjer her og ugunstige forhold for mange dyr. Her kan vi finne noen arter av småmuslinger, fjærmygg (larver) og fåbørstemark og anaerobe mikroorganismer. Fisk er innom i perioder på matsøk.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 38

Tabellen viser hva som er typisk for de ulike sonene i en innsjø.

Sone

Beskrivelse

Eksempler på arter

Litoralsonen (strandsonen)

Grunne og landnære områder. Stor artsrikdom og høy biologisk produksjon.

Takrør, nøkkerose, bukkeblad, blærerot, brasmegras

Den limnetiske sonen

De frie vannmassene som ikke har kontakt med bunnen eller litoralsonen. Her er det høy biologisk produksjon.

Plante- og dyreplankton, abbor, mort, sik

Den profundale sonen

Den nederste, mørklagte delen av en innsjø.

Her er det ingen fotosyntese, lav temperatur og ofte lavt oksygennivå.

Arter av småmuslinger, fjærmygglarver, fåbørstebark, anaerobe mikroorganismer

Hvit nøkkerose (Nymphaea alba).

Innsjøer deles inn i soner. Litoralsonen er de områdene som er grunne og landnære. Den limnetiske sonen er de frie vannmassene som ikke har kontakt med bunn- eller strandområder. Den profundale sonen er den nederste, mørklagte delen av en innsjø.

Årstidsveksling med vår- og høstomrøring i innsjøer Temperatur og oksygenmengde varierer mye i en innsjø i løpet av et år.

Vann er tyngst (har størst tetthet) ved 4 oC. Seinhøstes, når isen legger seg, er vannet under isen rundt frysepunktet, mens det tyngre og litt varmere vannet ligger ned mot bunnen. Det hindrer at vannet bunnfryser. Det foregår likevel en viss nedbrytning av organisk materiale på bunnen, og da forbrukes oksygenet. Bunnvannet blir mer oksygenfattig, noe som i verste fall kan føre til fiskedød. På vårparten smelter isen, og overflatevannet varmes opp. En kort periode vil alt vannet holde ca. 4 ºC og veie like mye. Når vind rører om vannet, blir oksygenfattig bunnvann erstattet med oksygenrikt

. . . 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

Årstidsvekslinger med vårog høstomrøring i en innsjø.

20:40

Side 39

Vår

Sommer

4° 4° 4°

22° 18° Sprangsjikt 8° 6° 4°

Vinter

Høst

0°

4°

2° 4°

4° 4°

overflatevann. Dette kalles våromrøring. Den fører også til at næringsstoffene fra nedbrytningen på bunnen blir tilgjengelige i hele vannet.

Overflatevannet blir oppvarmet om sommeren, og det varme vannet er lettest og legger seg øverst. Lenger nede er vannet fremdeles kaldt. Mellom de to lagene danner det seg et sprangsjikt med stor temperaturforskjell over kort avstand. Vind kan fremdeles røre om i øvre lag, men sprangsjiktet hindrer sirkulasjon mellom lagene. Dermed kan bunnvannet igjen bli oksygenfattig. Hvor sprangsjiktet ligger, varierer med lufttemperaturen, størrelsen og dybden på vannet. Det er lett å kjenne denne overgangen når vi bader.

Utover høsten blir overflatevannet kaldere igjen. Det synker, og dermed forsvinner sprangsjiktet. Til slutt får vi en høstomrøring når alt vannet holder omkring 4 ºC. Nytt oksygenrikt vann blir igjen ført ned til bunnen. Høstomrøringen fortsetter til isen legger et lokk på økosystemet.

Feltarbeid i ferskvann Når du skal ha feltarbeid ved eller i vann, er det viktig å beskrive observasjoner av abiotiske og biotiske faktorer. Av abiotiske faktorer kan lysforhold, pH-verdi, oksygeninnhold og temperatur måles på forskjellige dyp. Også her kan det gjøres linjeanalyse fra vannet og inn på land. Planter og dyr kan samles og artsbestemmes. Insekter kan samles inn på forskjellige måter etter hvilke biotoper de lever i. Metoder finner du på Bios-nettsidene.

Det finnes andre spennende økosystemer og naturtyper i Norge som kan være like interessante og lett tilgjengelige. Eksempler er kulturlandskap, myrtyper, andre skogtyper og svært spesielle økosystemer som urskog og grotter. Bakgrunnsinformasjon om slike kan du finne på Internett.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 40

SAMMENDRAG

•

•

• •

•

•

•

•

Biologi er studiet av levende organismer, hvordan disse organismene fungerer, og forholdet de har til hverandre og til sitt fysiske miljø.

En sentral vitenskapelig arbeidsmetode innenfor biologien er den hypotetiskdeduktive metoden. Da tester vi en hypotese og ser om hypotesen da blir styrket eller avkreftet. Økologi er læren om organismene, deres tilpasninger og samspill med hverandre og forholdet til miljøet der de lever.

Et økosystem er et geografisk avgrenset område der alle biotiske (levende) og abiotiske (ikke-levende) faktorer påvirker hverandre.

En næringskjede viser hvem som spiser hvem. En energistrøm viser hvordan næring og energi går gjennom en næringskjede.

Næringsstrømmen går fra produsenter til forskjellige konsumentledd. Alle ender i et nedbryterledd. Et næringsnett er sammensatt av mange næringskjeder.

Fotoautotrofe organismer binder solenergi og omdanner den til kjemisk energi i fotosyntesen. Heterotrofe organismer spiser andre for å skaffe seg energi og nødvendige byggesteiner.

Med begrepet nisje mener vi alle ressursene en organisme utnytter.

Et habitat er levestedet til en organisme, det stedet der den er best tilpasset til å leve. En generalist har bred nisje, en spesialist har smal nisje.

Alle kjente arter har et vitenskapelig artsnavn satt sammen som «Slekt art».

•

• •

•

•

•

•

Alle kjente arter er inndelt etter et klassifikasjonssystem med åtte klassifikasjonsnivåer: domene, rike, rekke/divisjon, klasse, orden, familie, slekt og art.

Skogen i Norge deles inn i tre hovedtyper: boreal barskog, boral lauvskog og nemoral lauvskog.

Fjellet deles inn i tre soner: lavalpin, mellomalpin og høyalpin sone. Lavalpin sone begynner der skoggrensen slutter (nordboreal sone). I høyalpin sone lever det få arter, og her kan vi si at vi er ved livets yttergrense.

Akvatiske økosystemer utgjør nesten 75 % av jordas overflate. Av dette er 72 % saltvann med marine økosystemer. 3 % er limniske økosystemer som ferskvann, elver og våtmarker.

I tidevannssonen må artene tåle både neddykking og tørkeperioder, foruten stor saltpåvirkning. Også bunnforholdene avgjør hvilke arter som lever der.

Limnologi er læren om ferskvann.

Ferskvann deles gjerne i rennende vann (elver og bekker) og stillestående vann (dammer og innsjøer). Innsjøer deles i oligotrofe, dystrofe og eutrofe.

Innsjøer deles inn i soner. Litoralsonen er det grunne og landnære området. Den limnetiske sonen er de frie vannmassene som ikke har kontakt med bunn- eller strandområder. Den profundale sonen er den nederste, mørklagte delen av en innsjø.

. . . 40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 41

OPPGAVER

1.1 Når du er forskeren 1.1.1 1.1.2 1.1.3

1.1.4 1.1.5 1.1.6

Hva handler biologi om? Definer faget biologi med dine egne ord.

Finn en økologisk og en fysiologisk tilpasning hos brunbjørn og beskriv dem.

Forklar hvorfor det biologiske mangfoldet som vi ser i dag, bare er et øyeblikksbilde.

Hvordan virker den hypotetisk-deduktive metoden?

Beskriv induktiv metode.

Forklar framgangsmåten når du skal benytte en rute- og linjeanalyse.

1.3.3

1.3.4 1.3.5

a) Fra hvilke språk stammer de vitenskapelige navnene? b) Hvilke hovednivåer består klassifikasjonssystemet av?

Hvilke domener og riker har vi på jorda etter den vanlige inndelingen nå? a) Sett opp klassifikasjonen fra art til domene for planten liljekonvall. b) Velg deg en annen art, gjerne fra et annet rike, og gjør det samme for denne arten.

1.4 Skogøkologi 1.4.1

1.2 Arters levesteder og levevis 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5

1.2.6

Hva er de viktigste livsoppgavene for et individ?

Beskriv ved hjelp av tekst og figur hvordan et økosystem er bygd opp.

Hva er abiotiske og biotiske faktorer?

Gi eksempler.

Forklar begrepene næringskjede, næringsnett og trofisk nivå. a) Nevn tre fotoautotrofe organismer.

Hvilken rolle har de i et økosystem? b) Hva er forskjellen på autotrofe og heterotrofe organismer?

Hva er forskjellen på begrepene nisje og habitat?

1.3 Mangfold, navnsetting og klassifikasjon 1.3.1 1.3.2

1.4.2 1.4.3

1.4.4

1.4.5 1.4.6 1.4.7

1.4.8

Hvor i verden finner vi den boreale sonen?

Hvilke bartrearter vokser naturlig i Norge?

Finn noen forskjeller mellom gran og furu når det gjelder bygning og krav til voksested.

Hvilke lauvtrær er de vanligste i den boreale sonen, og hvilke finner vi i den nemorale sonen?

Hva mener vi med at døde trær gir en levende skog?

Hva er forskjellen mellom kulturskog, naturskog og urskog? a) Hva er en økologisk gradient?

Nevn de viktigste gradientene fra kollen og ned i dalbunnen i en boreal skog. b) Hvilke konsekvenser får dette for artssammensetningen?

Hvilke sjikt deles en skog inn i?

Hvor mange arter tror vi det finnes i Norge og i verden?

Hvordan er et vitenskapelig artsnavn bygd opp, og hvorfor får artene slike navn?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 42

1.5 Fjelløkologi 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6

1.6.6

Hva kjennetegner de forskjellige sonene som vi deler fjellet inn i?

Hva er de viktigste abiotiske faktorene i fjellet?

Hvorfor er det mer vanlig å finne insektarter uten vinger i fjellet enn i lavlandet?

Forklar motstrømsprinsippet ved hjelp av blodstrømmen i en fjellrevfot. Tegn figur.

Nevn noen spesielle tilpasninger hos issoleie, Ranunculus glacialis.

Nevn tre spesielle tilpasninger som vi finner hos fjellplanter. Hva er dette tilpasninger til?

1.6 Akvatiske økosystemer 1.6.1 1.6.2

1.6.3 1.6.4

1.6.5

Forklar hovedforskjellene mellom marine og limniske økosystemer.

Hva vil det si at en art er a) katadrom? b) anadrom?

Beskriv hvordan vi deler inn de ulike delene av havet. Bruk tekst og figur. a) Hva er spesielt med tidevannssonen som økosystem? b) Hvilken betydning har bunnforholdene i tidevannssonen for hvilke arter som lever der?

Ta for deg en av algeartene på figuren og finn ut mer om den, f.eks. bygning, utbredelse, formering.

Marbek Tarmgrønske Sauetang Blæretang Fingertare Sukkertare

a) Hva kjennetegner litoralsonen? b) Hva kjennetegner supralitoralen, eulitoralen og sublitoralen?

1.6.7 Hvordan er fordelingen av de forskjellige algegruppene fra flomålet og nedover i havet?

1.6.8 a) Ferskvannsøkosystemer deles inn i to hovedtyper. Hvilke? b) Forklar de viktigste forskjellene på disse to hovedtypene.

1.6.9 Finn eksempler på hvordan organismer er tilpasset rennende vann.

1.6.10 Innsjøer er delt inn i tre hovedtyper, hvilke? Hva er forskjellen på de tre hovedtypene?

1.6.11 Forklar forskjellen mellom de ulike sonene i ferskvann. Bruk gjerne figuren til hjelp.

Litoralsone

Limnetisk sone Kompensasjonsnivå Profundalsone

1.6.12 Hvilke miljøtilpasninger har de forskjellige plantene i strandsonen?

1.6.13 Hva er kompensasjonsnivået?

1.6.14 Hvorfor kan det bli oksygenmangel på bunnen av en innsjø?

1.6.15 a) Forklar hvordan abiotiske og biotiske faktorer varierer i en innsjø i løpet av et år. b) Hvorfor oppstår det vår- og høstomrøringer i en innsjø?

Fagerving

. . . 42. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 43

ØVINGER

Ø 1.1 Feltarbeid i skog

UTSTYR Håndbøker/duker til artsbestemmelse av karplanter og trær (lav og mose hvis dere har tid), tommestokk, målebånd, merkebånd, skrivesaker, spade, jorddybdemåler, plastposer, lysmåler, hygrometer, luft- og jordtermometer, pH-meter

Del A: Metodikk og innsamling av feltdata • Linjeanalyse: Velg et område i skogen der det er en tydelig gradient fra fuktig dalbunn til tørr kolle. Beskriv området. Hva slags skog står der, hvordan ser skogen ut, er det en plantet skog, har det foregått hogst her, finnes det bekker og vann her og andre faktorer som kan ha betydning for undersøkelsen?

Lag en linjeanalyse ved å strekke ut målebåndet fra bunnen til toppen. Bruk merkebånd langs linjen og marker hver 5. eller 10. meter, avhengig av total lengde, der det skal gjøres ruteanalyser. Dere skal også legge ut en rute ved starten og slutten av linjen. Rutene kan gjerne være 1 · 1 eller 2 · 2 meter. Tegn en skisse, noter lengde og nummerer ruteanalysepunktene.

• Skogens sjiktning skal beskrives ved start, midt på og ved slutten av linjen. Dekningsgraden i prosent, dvs. hvor dominerende hvert sjikt er, registreres for hvert sjikt.

• I hver rute skal det gjøres en vegetasjonsanalyse. Alle karplantene skal registreres, og for de dominerende artene registrerer dere dekningen i prosent. Dekningsgraden i prosent angis samlet for mosearter og for lavarter. Jorddybden måler dere som gjennomsnittet av fem stikk på tilfeldige, men representative steder i ruten.

Ta jordprøver fra starten, midten og slutten av linjen. Grav et jordprofil omkring 50 cm dypt og tegn det dere ser. Ta prøver på ca. 100 g fra hvert lag som avdekkes i de tre jordprofilene. Prøvene analyserer dere i en laboratorieøvelse (se metode under laboratorieøvelse).

Det skal tas målinger av jord- og lufttemperatur, lys, vind og fuktighet samme sted som det er tatt jordprøver. Jordtemperaturen måles på 2 cm og 15 cm dyp med jordtermometer. Lufttemperaturen måles både i busk-, felt- og bunnsjiktet med et termometer. Med en vindmåler måler dere vinden i busk-, felt- og bunnsjikt. Lys og fuktighet måler dere på samme måte med henholdsvis en lysmåler og en fuktighetsmåler. Alle vind-, lys- og fuktighetsmålingene må foregå innenfor et så kort tidsrom som mulig fordi forholdene kan forandre seg raskt.

Resultater og konklusjon Alle resultatene settes inn i tabeller og figurer og vurderes samlet. Er det store artsforandringer langs gradienten? Hva skyldes forandringene?

Hvilke karplanter har bred nisje, og hvilke har smal nisje? Hvilke økologiske faktorer er det som er viktigst for de forskjellige artene?

Hva er sammenhengen mellom de målte faktorene? Er det stor forskjell mellom arter?

Er det store forskjeller på de abiotiske faktorene langs gradienten og i de forskjellige sjiktene?

Lag en 5-minutters presentasjon for resten av klassen. Det kan være en presentasjon av resultatene, en metodikkpresentasjon, en presentasjon av noen spesielle arter som dere fant, eller liknende.

Feilkilder?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 44

Del B: Jordprøveanalyse på laboratoriet Følgende gjøres med de innsamlete jordprøvene: Vanninnhold: Vei opp nøyaktig 25 g jord og legg den i en petriskål eller i aluminiumsfolie.

Plasser prøven i et varmeskap ved 100–120 oC og la den stå natten over. Vei prøven på nytt.

Differansen mellom målingene utgjør vanninnholdet i prøven. Finn vanninnholdet i prosent. pH: Tørk litt av jordprøven. Ta ut 25 g, tilsett 50 cm3 destillert vann og rør rundt med en glassstav. La det stå i 5 minutter før du heller litt av væsken i et begerglass. Mål pH-verdien enten med et digitalt pH-meter eller et pH-papir.

Organiske stoff (glødetap): Mål opp nøyaktig 5 g jord i en digel. Varm digelen med en gassbrenner i 10–15 minutter til jorda gløder. Jordprøvene kan også glødes i en keramikkovn.

Rør litt et par ganger slik at alt organisk stoff brenner opp. Vei det som er igjen etter glødingen, og regn ut innholdet av det organiske stoffet i prosent. Hva slags jordtype har du? Bruk tabellen nedenfor.

Moldrik jord

6–15 % organisk stoff

Moldholdig jord

3–6 % organisk stoff

Moldfattig jord

3 % organisk stoff

Måling av nitrogen (N), fosfor (P) og andre stoffer: Det finnes ferdige analysesett med oppskrifter å få kjøpt.

Leireinnhold: Tilsett litt vann i noe av jordprøven til det blir en tykk grøt. Rull ut massen med hendene til en så tynn pølse som du greier.

Mål tykkelsen og finn ut av tabellen hvor mye leire det er i jorda. Mye leire betyr tynn pølse.

Leirfri jord

Under 2 % leire

Utrulling umulig

Svakt leirfri jord

2–5 % finleire

4–6 mm tykke tråder

Leirholdig jord

5–15 % finleire

3 mm tykke tråder

Skjør leire

15–25 % finleire

2 mm tykke tråder

Middels skjør leire

25–40 % finleire

1,5 mm tykke tråder

Stiv leire

40–60 % finleire

Tynnere

Ø 1.2 Feltarbeid i ferskvann Studer abiotiske og biotiske miljøfaktorer. Vannprøver kan tas fra samme dyp for å måle pHverdi og oksygeninnhold. Med planktonhåv og ferskvannshåv kan du studere organismer i frie vannmasser og forskjellige steder langs bunnen.

Dermed kan du finne både bunndyr, pelagiske dyr og dyr som lever i tilknytning til vann.

Beskriv hvordan organismene er tilpasset stedene der de lever. Hvis det er praktisk mulig, er det spennende å sammenlikne to forskjellige vann eller et vann gjennom forskjellige tider av året.

Noen av undersøkelsene er det naturlig å utføre på stedet, mens andre med fordel kan gjøres på laboratoriet etter selve feltarbeidet.

I denne øvingen finner du en del forslag til miljøfaktorer som kan undersøkes. Hvilke du velger, er avhengig av hva slags utstyr som finnes på skolen, hvor lang tid dere har til rådighet, og hva slags ferskvann som er tilgjengelig i nærområdet.

Resultatene kan framstilles i tabeller eller med figurer. Rapporten skal også inneholde kart der det er avmerket hvor prøvene er tatt, og tegninger av arter du har funnet. En konklusjon må du også ta med til slutt. Husk litteraturhenvisninger.

Framgangsmåte for å måle lysforhold og oksygeninnhold i vannet finner du på Bios-nettsidene.

. . . 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 45

Del A: Vannets surhetsgrad

UTSTYR Vannhenter, pH-meter med bufferløsninger, plastflasker med lokk (dersom du skal ta med deg vannprøvene til skolen), pHkomparator

Del B: Planktonorganismer i ferskvann

UTSTYR Planktonhåv, prøveglass, fikseringsvæske (96 % sprit eller rødsprit), båt, mikroskop eller stereolupe, objekt- og dekkglass, pipette

Teori og hensikt

Teori og hensikt

Lav pH-verdi i vannet kommer enten av at vannet renner gjennom områder som naturlig er sure, f.eks. spesielle bergarter, blåbærgranskog eller myr, eller det kan være sur nedbør fra fabrikker langt unna. Hvis det er sur nedbør som er årsak til forsuringen, kan det lett sjekkes ved også å måle pH-verdien i regnvannet.

Finn ut om noen organismer i vannet er tilpasset lav eller nøytral pH. Surhetsgraden kan variere med avstanden fra strand eller med dybden.

• Registrere hvilke arter som lever i ditt vann.

• Vurdere artssammensetningen med næringsinnholdet.

Framgangsmåte • Ta vannprøver fra forskjellige steder og dybder.

• Husk at pH-meteret må være kalibrert, og at plastflaskene må være reine.

• Mål pH-verdien direkte med pH-meteret.

Det beste er om du kan måle pH ute i felt, for pH-verdiene forandrer seg ved lagring.

• Dersom du bare har en pH-komparator, får du ikke like nøyaktige resultater, men de blir mer nøyaktige enn ved bruk av pH-papir.

• Mål også eventuelt pH-verdi i nedbør.

Framgangsmåte • Ta prøver fra forskjellige dyp. Trekk håven langsomt etter båten.

• Tilsett fikseringsvæske bare dersom prøvene ikke skal analyseres samme dag.

• Når prøvene skal mikroskoperes, må du ta opp en dråpe med pipette og legge den på objektglasset med et dekkglass over. Dersom prøven inneholder lite plankton, kan du filtrere den gjennom et filtrerpapir i en trakt først.

• Legg objektglasset under mikroskopet.

Resultater og konklusjon • Bruk en bestemmelsesnøkkel og prøv å finne ut hvilke arter du ser. Tegn de vanligste artene.

• Drøft hvilke arter det er mest og minst av, og hvorfor.

Resultat og konklusjon Sett resultatene dine inn i en tabell. Drøft årsakene til at vannet har denne pH-verdien. pH-verdien er viktig for hva slags organismer som kan leve i vannet. Drøft hvordan surheten vil virke på forskjellige arter.

Drøft nødvendige tiltak for eventuelt å redusere negativ virkning av lav pH-verdi.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 • Naturen som læringsarena

v4-01Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:40

Side 46

Del C: Innsamling av dyr og planter

Ø 1.3 Biotopstudie og miljøfaktorer Teori og hensikt

UTSTYR Ferskvannshåv, plastbakker, bøtter, plastposer, pinsett, pipette, prøveglass og fikseringsvæske (96 % sprit eller rødsprit)

En biotop forandrer seg gjennom året fordi det skjer forandringer i de biotiske og de abiotiske faktorene. Følg en biotop i nærmiljøet ditt gjennom hele eller deler av skoleåret. Registrer hvilke arter som lever der, og hvilke forandringer som skjer.

Teori og hensikt

Framgangsmåte

• Registrere hvilke arter som lever i og ved vannet.

• Bruke artene til å vurdere miljøet og kvaliteten på vannet.

Velg et vann, et skogområde, en myr, en bekk eller en annen spennende biotop.

Registrer dyre- og plantearter som er knyttet til den valgte biotopen. Planter kan du registrere med en rute- eller linjeanalyse. Fugler og pattedyr kan registreres gjennom periodiske observasjoner.

Insekter kan fanges med slaghåv, fallfeller eller vindusfeller.

Ved å foreta samme innsamling/observasjoner i forskjellige perioder kan du registrere om det skjer artsforandringer gjennom året. Hvilke arter forsvinner? Registrer hvilke typer av menneskelige aktiviteter som påvirker biotopen. Undersøk om noen av de endringene som du observerer, kan skyldes menneskelig påvirkning. Mål forskjellige økologiske parametere, f.eks. nedbør, temperatur, snødybde, vanntemperatur, pH-verdi og lysinnstråling ved forskjellige tidspunkter. Du bør foreta observasjoner og økologiske målinger minst en gang i måneden. Er det andre faktorer som kan være viktige å undersøke i den biotopen du velger?

Framgangsmåte • Rot rundt langs bunnen, rundt plantene og mellom steinene på forskjellige steder med en håv for å samle dyr.

• Fisk må som regel tas med garn. (Pass på å undersøke om det er tillatt å bruke garn i innsjøen, og at fiskeavgiften er betalt.)

• Plantene kan som regel plukkes langs stranda og litt lenger ute med båt.

• Bruk pinsett eller pipette for å skille dyrene fra hverandre.

• Det er mulig å holde mange av de minste dyrene levende i et akvarium sammen med noen av plantene i flere dager, eller du kan fiksere dem.

• Ta også med små steiner, røtter o.l. Mange organismer, f.eks. moser og alger, sitter festet til underlaget.

• Registrer også hvilke fugler som lever ved innsjøen.

Resultater og konklusjon • Bruk bestemmelseslitteratur for å finne ut hvilke arter du har funnet.

• Er innsjøen næringsfattig eller næringsrik?

Både dyrelivet og resultatet av andre prøver vil gi deg en god oversikt over innsjøens tilstand.

Resultater og konklusjon Velg ut noen av organismene som du har registrert.

Beskriv og forklar hvilke tilpasninger de har utviklet for å være godt tilpasset til å leve i biotopen.

Forklar de viktigste økologiske faktorene som er registrert i biotopen, og beskriv hvordan disse faktorene påvirker de registrerte organismene.

Hvordan blir miljøfaktorene forandret gjennom registreringsperioden? Lag kurver og figurer over den utviklingen du registrerer.

Tips: Bruk fotoapparat eller videokamera for å dokumentere noen av de forandringene som skjer.

. . .46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

28-04-08

09:53

Side 47

DU SKAL KUNNE

• gjøre greie for kretsløpet til karbonet og nitrogenet i et økosystem og hvordan miljøgifter blir konsentrert i næringskjeder • gjøre greie for hvordan energistrømmen mellom trofiske nivåer påvirker økosystemet

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

2: Stoffkretsløp og energistrøm

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

Et økosystem er sammensatt og variert. De fysiske og kjemiske omgivelsene blir påvirket av mange miljøfaktorer. Det er to prosesser som er svært viktige i ethvert økosystem: stoffkretsløp og energistrøm.

De fleste økosystemene får energien fra sollyset. Energien fra sola blir omdannet til kjemisk energi av produsentene, som regel i form av glukose. De kjemiske stoffene som trengs for å kunne danne organiske stoffer i alle levende organismer, går i et kretsløp mellom de ulike delene av økosystemene. Disse stoffene blir ført tilbake til luft, vann og jord etter at de har deltatt i reaksjoner i de levende organismene, og kan brukes om igjen. Økosystemene må stadig få ny energi fra sola fordi energien forsvinner ut som varme.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 48

2.1 Stoffkretsløp og energistrøm i et økosystem

Sopp er viktige nedbrytere og gjør at stoffer i f.eks. døde trær blir tilgjengelige i næringkjeden igjen.

Bildet viser rødrandkjuke (Fomitopsis pinicola).

Mange kjemiske stoffer, som f.eks. grunnstoffene karbon, nitrogen og fosfor, sirkulerer mellom de abiotiske og de biotiske delene av økosystemet. Produsentene tar opp stoffene som ioner eller molekyler fra jord, luft og vann, og de blir til byggesteiner i levende organismer. Noen av stoffene skilles ganske raskt ut igjen, mens andre blir værende i organismen i hele dens liv, enten til den dør av seg selv eller blir mat for andre. Stoffene kommer før eller seinere tilbake til jorda, lufta og vannet når nedbryterne, for eksempel bakterier og sopp, bryter ned avfallsstoffer og dødt organisk materiale. Denne sirkuleringen av stoffer kaller vi stoffkretsløp.

Vann sirkulerer også slik. Denne sirkuleringen av stoffene mellom den abiotiske og den biotiske delen av økosystemet krever eller gir energi. Energien til å drive stoffkretsløpet kommer hovedsakelig fra sola, og energien blir overført fra ledd til ledd i næringskjedene. Energistrøm kaller vi det.

Vi definerer vanligvis energi på følgende måte: Energi er det som får noe til å skje. Alle levende organismer trenger energi, blant annet til å vokse, skaffe seg mat og en partner og til bevegelse. Energiloven sier at energi ikke kan forsvinne eller skapes. Den kan bare overføres til andre former. Samtidig sier loven at i en energioverføring synker den samlete energikvaliteten.

For hvert ledd i næringskjeden synker mengden energi som overføres.

Energien går ut av økosystemene blant annet i form av varme. Det er grunnen til at energien ikke sirkulerer slik de kjemiske stoffene gjør. Alle økosystemene må hele tiden få tilført ny energi.

Stoffer sirkulerer i et stoffkretsløp mellom de abiotiske og biotiske delene av et økosystem. Energien til å drive stoffkretsløpene kommer fra sola, og energien blir overført fra ledd til ledd i næringskjeden før den til slutt går tapt for næringskjedene.

. . . 48 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 49

2.2 Karbonkretsløpet Atmosfæren inneholder bare små mengder karbon, det meste i form av karbondioksidgass (CO2). Det er dette karbonet som sirkulerer globalt og er tilgjengelig for produsentene til bruk i fotosyntesen. I dag regner vi med at det er ca. 0,037 % CO2 i atmosfæren. Midt på 1800-tallet var det bare ca.

0,029 %. Kanskje synes du ikke at denne økningen er så veldig stor. I kapittel 12 kan du lese mer om hvordan økningen har påvirket klimaet vårt.

Både fotosyntesen, der produsentene omdanner CO2 til enkle karbohydrater, og celleåndingen, der både produsenter, konsumenter og nedbrytere frigjør CO2, er viktige kjemiske reaksjoner som bidrar til å opprettholde balansen i karbonkretsløpet. På land får produsentene CO2 fra atmosfæren, mens produsenter i vann får nok CO2 av det som er oppløst i vannet. Faktisk er mer CO2 lagret i havet enn i atmosfæren. Havet inneholder omtrent 500 ganger så mye karbon som atmosfæren, for det meste i form av hydrogenkarbonationer (HCO3–).

Ikke alt CO2 som blir brukt i fotosyntesen, kommer tilbake til atmosfæren eller havet ved celleånding. Karbohydratene blir brukt til byggesteiner i produsentene og lagres midlertidig i næringskjedene. De kan være lagret Urfuru (Pinus aristata) en av de organismene som lever lengst. Det er funnet trær som er mer enn 5000 år gamle.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

10-08-09

CO2 i lufta

1

Fotosyntese

13:29

Side 50

CO2

Celleånding

Forbrenning

Tar opp

Celleånding

Gir fra seg

2 5

1 CO2

3 4 Fossilt brensel

1. Produsenter bruker CO2 i fotosyntesen til å danne glukose. Overskuddet av glukosen blir omdannet til andre organiske stoffer som produsentene trenger, f.eks. andre karbohydrater, fett og proteiner.

2. Produsentene blir spist av konsumentene, og karbonforbindelsene blir ført videre til de neste leddene i næringskjedene. I celleåndingen hos alle levende organismer blir glukosen brutt ned, og CO2 blir frigjort til atmosfæren.

Planteplankton er små vannlevende protister og blågrønnbakterier som inneholder klorofyll og har fotosyntese.

Dyreplankton har ikke klorofyll.

Akkumulere = samle opp, sedimenter = bunnfall og avleiringer av sand og leire

Marin = som har med havet å gjøre

3. Når organismene dør, brytes de ned av sopp, bakterier og andre nedbrytere som frigjør CO2 ved celleånding.

4. Noe av det organiske materialet blir ikke brutt ned.

Det skjer når det ikke er nok oksygen til celleåndingen. Da blir karbonet lagret og vil etter noen millioner år bli til nye forbindelser som gass, olje og CaCO3.

5. Når vi brenner de fossile brennstoffene, blir karbonforbindelsene igjen frigitt til atmosfæren som CO2.

i korte perioder hos organismer som bare lever noen få dager som voksen (planteplankton, døgnfluer), eller de kan være lagret i hundrevis av år (trær, skilpadder).

I anaerobe omgivelser (omgivelser uten oksygen) f.eks. i myrer og i bunnen av stillestående og oksygenfattig vann, der det er få nedbrytere, vil nedbrytningen være så liten og langsom at organisk materiale sakte blir akkumulert. Etter millioner av år finner vi derfor de største karbonlagrene på havbunnen og i grunnfjellet som sedimenter. Vi regner med at de kan inneholde mer enn 1,6 · 1010 tonn karbon. Det er stort sett her vi finner de fossile lagene med olje, gass og kull. Til sammenlikning er det regnet ut at levende organismer inneholder ca. 3 · 1012 tonn karbon.

Forskere trodde lenge at når dødt plankton synker ned til bunnen, blir store mengder karbon tatt ut av sirkulasjon. Men nyere forskning har vist at hovedmengden av det døde planktonet blir spist av bakterier som finnes dypere i havet, ofte fra 100 til 1000 meter under havflaten. Ved celleånding hos disse bakteriene skilles CO2 raskt ut igjen og kommer tilbake til atmosfæren. Resten av det døde planktonet synker ned og blir en del av de karbonholdige sedimentene på havbunnen sammen med marine organismer som har kalkholdige hus av forskjellige typer, f.eks. skjell og sneglehus.

. . . 50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

De opptil 500 m høye kalksteinsklippene ved Dover i Sør-England er dannet av skall fra en type plankton som kalles dinoflagellater.

20:44

Side 51

Havbunner kan enkelte steder bli tørt land etter mange millioner av år.

Kalkklippene i Sør-England er et eksempel på det. De består av flere millioner år gamle karbonholdige sedimenter, dannet av forskjellige marine organismer. En stor del av sedimentene er kalsiumkarbonat, CaCO3, i porøse, over hundre meter tykke lag. Også i havbunnen er det sedimenter som inneholder karbon fra levende organismer som levde på jorda for omtrent 150 millioner år siden. I de mest porøse lagene her finner geologene olje og gass.

Karbon kan også finnes i grunnfjellet som marmor. Marmor er forsteinete og hardt sammenpressete karbonholdige forbindelser (vesentlig CaCO3) som vi kan se som hvite striper blant andre bergarter eller som store sammenhengende marmorbrudd. Det vil normalt ta millioner av år før dette karbonet igjen blir tilgjengelig for en ny fotosyntese. Denne delen av karbonkretsløpet er derfor ekstremt langsom. Vi mennesker påvirker nedbrytningsprosessene ved at vi slipper ut stoffer som danner sur nedbør.

Da brytes kalsiumforbindelsene ned, og dermed kommer karbonet raskere tilbake i kretsløpet.

Hvor mye karbon som sirkulerer, kan variere fra år til år avhengig av klimaet. Som vi nå etter hvert vet, er klimaet også sterkt avhengig av menneskelig aktivitet. Nedhoggingen og brenningen av regnskogene fører til redusert fotosyntese og økt CO2-mengde i atmosfæren.

Også bruken av kalk til produksjon av sement og ikke minst bruken av fossilt brensel er med på å øke CO2-mengden i atmosfæren. Noe CO2 slipper også ut til atmosfæren ved vulkanutbrudd.

Hvert år omdanner plantene ca.

12 % av det atmosfæriske karbonet til karbohydrater og andre organiske molekyler som flytter seg gjennom næringskjedene. Karbonet holder seg stort sett i økosystemet så lenge det er i organiske molekyler.

Alle levende organismer bryter ned karbonforbindelsene til CO2, og til slutt havner CO2 igjen i atmosfæren eller i havet.

Karbondioksid tas opp i næringskjedene ved fotosyntese hos produsentene og frigjøres ved celleånding hos alle levende organismer og ved forbrenning av fossile brennstoffer. Noe blir lagret i kortere eller lengre tid.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 52

2.3 Nitrogenkretsløpet Proteiner består av lange kjeder av aminosyrer.

ATP er en energibærer.

Det kan du lese mer om i kapittel 3.

DNA og RNA er nukleinsyrer. Det kan du lese mer om i kapittel 6.

Alle organismer behøver nitrogen for å bygge aminosyrer, proteiner, ATP og nukleinsyrer. Det er mye nitrogen i lufta, hele 78 % av gassene i atmosfæren er nitrogengass, N2. Atomene i nitrogengass holdes sammen av en sterk trippel elektronparbinding (kovalent binding), og det er svært energikrevende å bryte denne bindingen. Noe av det atmosfæriske nitrogenet blir likevel tilgjengelig for produsentene ved hjelp av såkalte nitrogenfikserende bakterier. Å fiksere nitrogen vil si å omdanne N2 til nitrogenforbindelser som produsentene kan ta opp direkte. De nitrogenfikserende bakteriene inneholder spesielle enzymer som er i stand til å bryte elektronparbindingene slik at det dannes ammoniakk (NH3), som straks reagerer med vann. Da får vi ammoniumioner (NH4+) som produsentene tar opp. Noe av ammoniakken fordamper til atmosfæren. Også der reagerer ammoniakken med vann og blir vasket ned igjen med regnet.

Noen nitrogenfikserende bakterier lever i symbiose med en plante. Eksempler på planter som bakterier kan leve i symbiose med, er kløver- og erteplanter og or. Plantene skiller ut kjemiske stoffer i jorda som tiltrekker de symbioselevende bakteriene. De trenger seg inn i rothårene og videre inn i barken.

Barkcellene i røttene hos vertsplanten deler seg og danner små knoller der bakteriene lever og formerer seg.

Bakteriene får energirike karbohydrater og andre næringsstoffer fra plantene. Slik skaffer de energi til å fiksere nitrogen. Symbiose der begge organismer tjener på samlivet, kaller vi mutualisme.

Bakteriene får nitrogenet fra luftfylte hulrom i jorda. Ved hjelp av enzymer får de nitrogenet til å reagere med hydrogen, og det blir dannet NH3, som så danner NH4+.

Bakteriene produserer mer NH4+ enn de selv trenger. Overskuddet diffunderer inn i vertsplanten og forsyner planten med NH4+. Noe diffunderer også ut i jorda slik at andre

Bakterier fra slekten Rhizobium fikserer nitrogen i rotknoller hos kløver.

. . . 52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 53

Diffundere vil si at et stoff sprer seg fra et sted med høyere konsentrasjon til et sted med lavere konsentrasjon.

bakterier og planter i nærheten kan dra nytte av fikseringen. I enkelte tilfeller kan bakterier som lever i symbiose med planter i erteblomstfamilien, bidra med så mye som 100 ganger mer fiksert nitrogen enn det frittlevende nitrogenfikserende bakterier kan produsere.

I akvatiske økosystemer fikserer noen blågrønnbakterier (cyanobakterier) nitrogen.

Blågrønnbakterier er ofte vannlevende bakterier med klorofyll som kan drive med fotosyntese.

Noen lever i symbiose med sopp og danner lav.

Noen aerobe bakterier omdanner NH4+ til nitrittioner, NO2–, mens andre aerobe bakterier omdanner NO2– videre til nitrationer, NO3–. Disse prosessene kaller vi nitrifisering, og bakteriene som utfører disse prosessene, kalles nitrifiseringsbakterier. Planter kan ta opp nitrat sammen med vannet, og de blir fraktet i vedrørene til steder der det dannes aminosyrer, proteiner, ATP og nukleinsyrer.

Under anaerobe forhold skaffer noen bakterier seg oksygen til sin celleånding ved å spalte nitrationer til oksygengass, O2, og nitrogengass, N2.

Denne prosessen kaller vi denitrifisering, og de bakteriene som gjør dette, kalles denitrifiseringsbakterier. Da kommer litt nitrogen tilbake til atmosfæren som N2. Selv om det er hele 78 % nitrogen i atmosfæren, er det små mengder av dette nitrogenet som blir tilført næringskjedene gjennom nitrogenfisering. Lite går også tapt ved denitrifisering. Det meste av det tilgjengelige nitrogenet sirkulerer i næringskjedene som proteiner, ATP og nukleinsyrer i organismene.

Noe av det atmosfæriske nitrogenet kan ved lynutladninger reagere med oksygen og vann og bli omdannet til nitrationer.

De fleste planter, dyr og andre organismer kan bare ta opp nitrogen i form av ammoniumioner, NH4+, eller nitrationer, NO3–.

Det er tre typer bakterier som inngår i nitrogenkretsløpet.

Bakterietype

Oppgave

Nitrogenfikserende bakterier (Eks.: Slektene Aztobacter og Clostridium er frittlevende bakterier. Rhizobium lever i symbiose med erteplanter.)

Enzymer får N2 til å reagere med H2 til NH3, som straks reagerer med H2O til NH4+. Finnes både hos frittlevende bakterier og hos bakterier i rotknoller.

Nitrifiseringsbakterier (Eks.: Frittlevende arter i slekten Nitrosomonas omdanner NH4+ til NO2–, og slekten Nitrobacter som omdanner NO2– til NO3–.)

Aerobe bakterier som omdanner NH4+ til NO2–- og NO3–.

Denitrifiseringsbakterier (Eks.: Frittlevende arter som Pseudomonas denitrificans og Thiobacillus denitrificans .)

Omdanner NO3– tilbake til N2-gass og O2-gass.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 54

De fleste plantene vokser best når de har tilgang på både NH4+ og NO3–, men dersom jorda er sur, er det en overvekt av planter som tar opp NH4+, og dersom jorda er mer basisk, tar de fleste plantene opp NO3–.

Som vi har sett, får de fleste produsentene NH4+ og NO3– fra jorda og dekker på den måten sitt nitrogenbehov. Når konsumentene spiser produsentene eller dem som spiser produsentene, får også de dekket sitt behov for nitrogen. Hos konsumentene blir proteinene hele tiden brutt ned i fordøyelsen til aminosyrer og bygd opp til nye proteiner. Noe lekkasje er det underveis når dyr skiller ut nitrogenholdig avfall som urin og kvitter seg med ekskrementer. Når planter og dyr dør, blir nitrogenet ført tilbake til jorda. Nitrogenet i avfallsstoffer, ekskresjonsprodukter, ekskrementer og døde organismer blir brutt ned av nedbrytere som bakterier, sopp og blågrønnbakterier til aminosyrer og videre til NH3 og NH4+.

Biologi sk

i atmosfæren

78 % N2

ing ser fik

NOx

Industriell nitrogenfiksering

Nitrogenfiksering g ved lyn og ved rin is e forbrenning f i r nit De

nitr og en

5 Gjødsel Bakterier

NH3 Protein

N2 + O2

NOx

H+ 2

NO3– Avrenning til vann

3 Nitrifisering (nitratbakterier)

Nedsiving til grunnvann

1. Nitrogenfikserende bakterier i symbiose med blant annet erteplanter og frittlevende bakterier omdanner N2 fra lufta til ammoniakk (NH3) som løses i vann til ammoniumioner (NH4+).

2. Produsentene tar opp NH4+ som de bruker til byggestoffer, blant annet til nukleinsyrer og proteiner.

Konsumentene spiser produsentene, og nitrogenforbindelsene overføres fra ledd til ledd i næringskjedene.

1

NO2–

NH4+ 4 Nitrifisering (nitrittbakterier)

3. Nitrogenet i avfallsstoffer, ekskresjonsprodukter, ekskrementer og døde organismer blir brutt ned av nedbrytere som bakterier, sopp og blågrønnbakterier til aminosyrer og videre til NH3 og NH4+.

4. Nitrifiseringsbakterier omdanner NH4+ til nitrittioner (NO2–) og videre til nitrationer (NO3– ).

5. Denitrifiseringsbakterier omdanner nitrationer tilbake til atmosfærisk nitrogen, N2. Dermed er nitrogenkretsløpet fullført.

. . . 54 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 55

Nitrogen fra atmosfæren blir fiksert til ammoniumioner av bakterier som enten er frittlevende, eller som lever i symbiose med planter.

Ammoniumionene blir omdannet til nitritt- og nitrationer av forskjellige nitrifikasjonsbakerier. Denitrifikasjonsbakterier omdanner nitrationer til atmosfærisk nitrogen- og oksygengass. Nedbrytere sørger for at nitrogen i avfallsstoffer og døde organismer kommer tilbake til kretsløpet.

NOx er en samlebetegnelse for flere gasser som inneholder nitrogen og oksygen, f.eks. NO, N2O og NO2.

Eutrof fra gresk, eu = ekte, god og trof = næring.

Når vi forbrenner fossilt brensel, blir det produsert forskjellige nitrogenoksider, NOx. Oppløst i vann gir disse nitrogenoksidene nitrat- og nitrittioner (NO3–- og NO2–-ioner). Regnet tar med seg disse ionene fra lufta og ned til bakken.

I dag foregår det så mye forbrenning av fossile brennstoffer at disse ionene nå dominerer nitrogenkretsløpet. Det gir store forurensningsproblemer. NO3–- og NO2–-ioner gjør at vannet får lavere pH-verdi, og det blir forsuring av både ferskvann og skog. For mye nitrogenioner kan dessuten føre til økt næringstilgang (eutrofiering) i ferskvann. Det kan først gi en kraftig økning i mengden av planteplankton, og deretter oksygenmangel på grunn av mye nedbrytning når planteplanktonet dør.

Nitrogen er så viktig for de levende organismene, og ikke minst for produksjonen av matvarer, at store mengder ammoniumnitrat (NH4NO3) og urea (CO(NH2)2) blir produsert industrielt og brukt til gjødsling. Mengden av industrielt framstilte nitrogenforbindelser er etter hvert like stor som de som blir fiksert naturlig. Hvordan dette vil påvirke biosfæren, vet vi foreløpet relativt lite om, selv om vi vet en del om lokale virkninger av økt næringstilgang. Tareskogene langs kysten vår er enkelte steder i ferd med dø ut på grunn av for mye nitrogen. Det kan du lese mer om i kapittel 12.

2.4 Energistrøm mellom trofiske nivåer Sola er vår viktigste energikilde Levende organismer krever energi til vekst, varme, arbeid, formering og utskilling av avfallsstoffer. Det går en energistrøm fra ledd til ledd i næringskjedene i et økosystem. Hvert energinivå i næringskjeden kaller vi et trofisk nivå.

Den energien som holder de fleste økosystemene i gang, kommer fra sola. Hver dag blir jorda bombardert med mer enn 1019 kJ solenergi. Det tilsvarer energimengden i 100 millioner Hiroshima-bomber. Omtrent 99 % av solenergien blir reflektert eller absorbert av atmosfæren. Det betyr at bare ca. 1 % når bakken. Omtrent 0,1 % av denne energien treffer produ-

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 56

Regnskogene er jordas mest produktive økosystem.

Ørkenområder har svært lav produksjon av organisk materiale.

sentene, og av dette igjen blir bare mellom 0,5 og 1 % brukt til fotosyntesen. Produsentene produserer totalt omtrent 170 milliarder tonn organisk materiale per år ved fotosyntese. Det kaller vi primærproduksjon. Den totale vekten av alle organismer i et økosystem kaller vi biomassen. Noen bakterier og protister bruker andre stoffer enn CO2 og solenergi til å produsere organisk materiale. De er kjemoautotrofe organismer.

Ulike økosystemer varierer mye i produktivitet. Til de mest produktive hører tropiske regnskoger og våtmarksområder. Blant de minst produktive er ørkener og tundraer. En regnskog kan i gjennomsnitt produsere 2000 g organisk materiale/m2/år, mens en ørken produserer mindre enn 40 g organisk materiale/m2/år.

En tredel av økosystemene finnes på land. De tar opp omtrent halvparten av den tilgjengelige solenergien. Økosystemene i vann tar opp resten.

Dyrkete områder tar opp noe mer i vekstsesongen enn i resten av året, men ofte er veksten begrenset til deler av året. Til en viss grad kan vi øke den energien som tilføres næringskjedene, ved å bearbeide vekstforholdene. For å binde mer av solenergien kan vi for eksempel plante flere planter, vanne der det ikke er nok vann, eller gjødsle der det ikke er nok næring.

Sola er vår viktigste energikilde. Det organiske materialet som produsentene lager per år ved fotosyntese, kaller vi primærproduksjonen. Den totale vekten av alle organismene i et økosystem kaller vi biomasse.

. . . 56 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 57

Trofisk effektivitet

100 %

35 % Celleånding

15 %

Vekst

50 % Ekskrementer

Larven som spiser blad, bruker ca. 35 % av energien til celleånding. 50 % av energien blir skilt ut som ekskrementer. Bare ca. 15 % går til vekst, og det er dette som vil være tilgjengelig for neste ledd i næringskjeden.

Plantene bruker ikke alt det organiske materialet de produserer til vekst.

Noe bryter de ned igjen. Også plantene trenger energi til å holde seg i live: til transport gjennom cellemembraner, til å frakte forskjellige stoffer i ledningsvevet og til å produsere blomster og frø. Denne energien får de fra nedbrytning av organisk materiale i celleåndingen (se kapittel 5). Det som blir igjen, er netto primærproduksjon. Det er den vi og alle andre konsumenter lever av.

Når en produsent blir spist av en primærkonsument, sier vi at energien er overført til et høyere trofisk nivå. Bare en liten del av energien blir overført fra ett trofisk nivå til neste nivå. Dette har flere årsaker. For det første blir ikke alle produsentene spist. På ei eng med kyr vil for eksempel busker, tistler og giftige planter bli stående igjen. For det andre blir ikke alt fordøyd.

Selv om drøvtyggere har flere mager og lang tarm der maten kan utnyttes godt, vil mye av maten bli skilt ut som avføring. Av det som blir fordøyd, blir mye avgitt som varme eller bevegelsesenergi. Det som blir igjen til egen vekst (eller reproduksjon), vil normalt bare være fra 10 til 20 % av det som ble produsert eller spist. Dette kaller vi trofisk effektivitet.

Den trofiske effektiviteten er høyere hos rovdyr enn hos planteetere fordi kjøtt er lettere fordøyelig enn plantekost. Effektiviteten er som regel også høyere i vann enn på land. Vannplanter er lettere å fordøye (de har ikke stamme og bark), og planktonalgene er små, svømmer saktere og er lette å få tak i. Den viktigste årsaken til at konsumenter i vann har høyere trofisk effektivitet enn de på land, er likevel at de fleste konsumentene i vann er vekselvarme, og de har derfor lavere forbrenning. Hos likevarme dyr er den trofiske effektiviteten lavere fordi så mye energi blir brukt til å holde en jevn kroppstemperatur.

Energien strømmer gjennom næringskjedene ved at produsentene blir spist av førstekonsumentene, som så blir spist av andrekonsumentene, osv.

Det meste av energien blir til varme og avfallstoffer i løpet av organismenes levetid. Til slutt går resten av energien til nedbryterne.

Energitap ved celleånding Stoffkretsløp og energistrøm i en næringskjede. Legg merke til at pilene går begge veier mellom andre- og tredjekonsumentene og nedbryterne. Det betyr at konsumentene kan spise levende nedbrytere, mens nedbryterne lever av døde konsumenter.

Produsent

1. konsument

2. konsument

3. konsument

Nedbrytere Energistrøm Stoffkretsløp

Energitap ved celleånding

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 58

Den trofiske effektiviteten er den energien som blir igjen til vekst og reproduksjon hos organismen. Normalt er dette 10–20 % av den energien som ble produsert eller spist. Når en produsent er spist av en primærkonsument, sier vi at energien er overført til et høyere trofisk nivå.

Økologiske pyramider «Three hundred trout are needed to support one man for a year. The trout, in turn, must consume 90 000 frogs, that must consume 27 million grasshoppers that live off 1000 tons of grass.»

G. TYLER MILLER JR., AMERIKANSK KJEMIKER (1971) Denne uttalelsen beskriver godt energioverføringen i en næringskjede.

Materiale eller energi går tapt i overføringen fra ett trofisk nivå til det neste.

For å synliggjøre dette framstilles ofte næringskjeder grafisk som økologiske pyramider. Det gir greie oversikter over hvem som spiser hvem, og hvor stor den trofiske effektiviteten er i økosystemet. Den trofiske effektiviteten avgjør hvor bratt en slik pyramide er, og hvor mange etasjer som finnes.

Hvert trofisk nivå representerer ett ledd i næringskjeden. Det er vanlig å bruke tre forskjellige former for økologiske pyramider: • Tallpyramidene viser hvor mange individer det er på hvert trofisk nivå.

• Biomassepyramidene viser biomassen på hvert trofisk nivå basert på vekten av organismene.

• Energipyramidene viser energiinnholdet på hvert trofisk nivå.

Dette er en tallpyramide der små blomsterplanter er produsentene.

Tallpyramider

For å kunne konstruere en pyramide som viser antall individer, må alle i et område telles, og de må inndeles i trofiske nivåer. Så lager vi et diagram der arealet på hvert nivå er proporsjonalt med antall individer. Som du ser på figuren til venstre, blir det 3. konsument færre individer jo høyere opp i de trofiske nivåene vi kommer. Det første nivået er størst fordi her telles mange 2. konsument små planter som larvene lever av. Figuren øverst på neste side viser en tallpyramide fra en skog der trærne utgjør de fleste produsentene. I tallpyramider vil ett tre kunne telle like mye som for eksempel en hvitveis eller et 1. konsument planteplankton i et annet økosystem. Det første leddet i denne pyramiden har langt færre produProdusenter senter enn en pyramide fra et økosystem der blomster eller planteplankton er produsentene.

. . . 58 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 59

Ofte er det mange feilkilder og usikkerhet knyttet til tallpyramider. Antallet individer kan være så stort at det er vanskelig å telle, og sesongvariasjonene kan være svært store. Det blir for eksempel stor forskjell i resultatene om du teller i januar i stedet for i juli i Norge.

3. konsument

2. konsument

1. konsument

Biomassepyramider En viktig egenskap i et økosystem er den totale biomassen. Rektanglene i en biomassepyramide representerer biomassen for hvert trofisk nivå i et gitt område på et visst tidspunkt. For å få en slik oversikt kreves det veiing i tillegg til telling. Derfor er det en arbeidskrevende metode. I et terrestrisk økosystem er det produsentene som har den største biomassen, og den minker mot toppen av pyramiden. I et akvatisk økosystem er det ikke alltid slik. Her kan pyramiden bli snudd opp ned. Det skyldes at produsentene, som regel planteplankton, vokser svært fort og formerer seg raskt i perioder av året. Disse periodene kalles oppblomstringsperioder. Planteplanktonet blir spist eller dør omtrent like fort som de formerer seg. Vi sier at planteplanktonet har en høy utskiftningstakt. Dersom vi sammenlikner produksjonen til en gitt biomasse av dette planktonet på et gitt tidspunkt med et tre med samme biomasse, ser vi at planteplanktonet har en mye større produktivitet.

I et akvatisk økosystem vil dyreplankton som spiser planteplankton, ha en større biomasse enn planteplanktonet. Slik er det i visse vann i visse perioder av året i forbindelse med oppblomstring av planteplankton.

Produsent

Denne tallpyramiden er fra en skog der trærne utgjør de fleste produsentene.

Denne biomassepyramiden viser en tydelig overgang mellom produsenter og konsumenter. Biomassen er her målt i g/m2 tørrvekt.

1,5 g/m2 5 g/m2 Nedbrytere

3. konsument

10 g/m2

2. konsument 35 g/m2

1. konsument

800 g/m2 Produsenter

Biomassepyramiden i et akvatisk økosystem er snudd opp ned fordi planteplankton har kort levetid, og det har derfor ikke noen stor biomasse i det tidsrommet da veiingen ble foretatt.

1. konsument 21 g/m2 (dyreplankton og bunndyr) 4 g/m2

Produsent (planteplankton)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

Planteplankton kalles også mikroalger. De store algene, makroalgene, er tang og tare.

20:44

Side 60

Dersom rektangelet for planteplankton er større enn rektangelet for dyreplankton, kan det gi verdifulle opplysninger om tilstanden i et akvatisk økosystem, f.eks. i ferskvann. Det kan bety at vannet er utsatt for eutrofiering.

Eutrofiering gir større produksjon av alger, både planteplankton og store alger, og sammensetningen av biomassen blir annerledes. En mindre del av primærproduksjonen blir spist, og den trofiske effektiviteten blir lav. Dette fører så til at mye av den produserte biomassen synker ned på bunnen, der den blir brutt ned og kan føre til oksygenmangel fordi nedbryterne bruker oksygen til celleåndingen.

Energipyramider Enheten for energi er joule = J.

Når vi skal vise avhengighet mellom organismer på ulike trofiske nivåer, er den beste måten å bruke energipyramider. Det er fordi energistrømmen vanligvis blir regnet for å være det vesentligste i næringskjedene. Hvert nivå i en energipyramide representerer den energimengden per arealenhet eller volum som strømmer gjennom dette trofiske nivået i et gitt tidsrom. Energiinnholdet i de næringsstoffene en organisme består av, varierer mye. Karbohydrater kan inneholde ca. 17 J/g tørrvekt, fettstoffene omtrent det dobbelte. Det betyr at ulike organismer inneholder ulike mengder energi alt etter hvilke næringsstoffer de inneholder mest av.

Energipyramider kan aldri være snudd opp ned, for mengden energi kan ikke øke fra ett nivå til det neste. Men pyramidene kan ha ulik form avhengig av hvilket økosystem vi ser på, og hvilke arter som inngår i økosystemet.

Bjørner spiser både planter og kjøtt i tillegg til fisk, og finner dermed mat på ulike trofiske nivåer.

. . . 60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 61

Energipyramider krever enda mer målinger enn biomassepyramidene, men en av de største utfordringene ved å bruke energipyramider er å fastsette hvilket trofisk nivå en organisme tilhører. Vansken ligger i at mange organismer finner mat på ulike nivåer. En bjørn kan for eksempel både være planteeter (dvs. førstekonsument) og kjøtteter (dvs. andrekonsument eller høyere). Den kan spise både blåbær, fisk, sau og smågnagere.

Studier av forskjellige økosystemer viser at det er netto overføring av energi på omtrent 10 % mellom de trofiske nivåene på land, selv om denne prosentdelen alt i alt kan variere mye. Det betyr at den energien som er lagret i førstekonsumentene, utgjør omtrent 10 % av energien i produsentene, og at bare 10 % av energien i førstekonsumentene blir overført til andrekonsumentene. Av en total mengde på 1 000 000 J fra sola blir bare 10 J lagret i tredjekonsumentene. Dette er grunnen til at næringskjeder på land vanligvis ikke har mer enn fire–fem ledd. Økosystemer i vann er mer effektive. Som den nederste figuren viser, kan nesten 20 % av energien her overføres fra produsentene til førstekonsumentene.

Dette er en terrestrisk energipyramide. Selv om vi regner et gjennomsnittlig energitap på 90 % mellom nivåene, kan dette tapet i praksis variere en god del avhengig av hvilket økosystem vi undersøker. Tallene er angitt i kJ/m2/år.

25

3. konsument

300

2. konsument

2400

1. konsument 21 000 Produsenter

Dette er en akvatisk energipyramide. Nesten 20 % av energien overføres fra produsentene til førstekonsumentene, slik at energitapet blir på 80 %. Tallene er angitt i kJ/m2/år.

10

4. konsument

80

3. konsument

500

2. konsument 4000

1. konsument 21 000 Produsenter

Det er vanlig å bruke tre ulike former for økologiske pyramider: tallpyramider, biomassepyramider og energipyramider.

Energipyramider regnes som den beste måten å beskrive en næringskjede på fordi de har energistrømmen som det vesentligste.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

10-08-09

13:33

Side 62

Mennesket plass i næringskjeden Det blir stadig flere mennesker på jorda. Skal det bli nok mat til alle, må vi bli mer energieffektive. Det betyr at vi må spise mer av produsentene eller mer av organismene i havet eller begge deler. Næringskjedene er lengre i vann enn på land. Mens det vanligvis ikke er mer enn fire til fem ledd på land, er det ofte både fem og seks ledd i vann. Det er vanlig å regne et energitap på ca. 90 % mellom hvert trofisk nivå på land og ca. 80 % i vann.

Til tross for at primærproduksjonen på land og i vann er like stor, får vi i Norge i snitt bare 1 % av energien fra vannlevende dyr. For å kunne forstå dette må vi se på hvor menneskene står i næringskjeden på land og i vann.

I næringskjedene på land spiser vi først og fremst produsentene (korn, poteter, ris og grønnsaker), og det vi har av kjøtt i maten, er i hovedsak fra primærkonsumenter (storfe, sau, geit, og fugl). Vi er 80 % vegetarianere og står mellom 1. og 2. ledd i næringskjeder på land, men nærmest det første leddet.

Næringskjedene i vann er annerledes. Her spiser vi vanligvis verken produsenter eller primærkonsumenter, men rovdyrene. Spiser vi kveite eller makrell fra havet eller gjedde fra ferskvann, kan vi være i det 6. leddet i næringskjeden. I gjennomsnitt er vi mellom 4. og 5. ledd i næringskjedene i vann, som tilsvarer at vi spiser ulver eller spiser dem som spiser ulver (hvem nå det måtte være?) i næringskjedene på land.

Dersom det skal bli mat til alle i framtiden, må vi spise mer energieffektiv mat.

Bildet er fra Manhattan i New York.

1,2 kg sau

13 kg gris

20 kg kylling

65 kg oppdrettslaks Dyr utnytter energien i kraftfôr veldig ulikt. Dette bør kanskje ha konsekvenser for oss og vårt kosthold. Mens fôring av sau gir 1,2 kg kjøtt av 100 kg fôr, gir samme mengde fôr hele 65 kg oppdrettslaks. I tillegg viser dette tydelig en forskjell mellom dyr som lever på land, og dyr som lever i vann. Fordelen med sau er at de ikke spiser så mye ferdigprodusert kraftfôr. De lammene som slaktes om høsten, har gått ute i marka og spist. Det er likevel klart at oppdrettsfisk utnytter fôret best og mye bedre enn noen av de andre dyrene.

Det blir stadig flere mennesker på jorda. Dersom vi skal ha mat til alle i framtiden, må vi være mer energieffektive. Det betyr at vi må spise mer av produsentene og mer av organismene i havet.

. . . 62 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 63

2.5 Miljøgifter i næringskjeden Bioakkumulering

Statens forurensningstilsyn (STF) definerer miljøgifter slik: «stoffer som selv i små konsentrasjoner kan gi skadeeffekter på naturmiljøet ved at de er giftige og kan oppkonsentreres til skadelige konsentrasjoner i næringskjeden og/eller har særlig lav nedbrytbarhet».

Oppkonsentrering av kjemiske stoffer i levende organismer er normalt og livsnødvendig. Det kalles bioakkumulering. Alle organismer må kunne akkumulere viktige næringsstoffer som aminosyrer, fett og mineraler som kalsium og jern. Aminosyrer skal brukes til å lage proteiner, nukleinsyrer og ATP. Fett inngår i alle membraner og er viktig for isolasjon mot kulde og for beskyttelse av organer. Kalsium skal brukes til skjelettet, og jern trenger vi for at blodet skal kunne frakte oksygen. Konsentrasjonen av slike kjemiske stoffer kan bli vesentlig høyere inni organismene enn i omgivelsene.

I tillegg til de nødvendige næringsstoffene og mineralene kan organismer også få i seg og akkumulere stoffer som er skadelige i større eller mindre konsentrasjoner. Disse stoffene kaller vi med en samlebetegnelse for miljøgifter. Miljøgiftene brytes ofte langsomt ned og har også en tendens til å binde seg til spesielle proteiner eller til å bli lagret i fettvevet.

Mennesker produserer et stort antall miljøgifter som ikke finnes i naturen. Miljøgiftene dumpes i store mengder i økosystemene uten at det er undersøkt hvilke konsekvenser de kan få for miljøet. Mange av miljøgiftene er såkalte persistente (ikke-nedbrytbare) organiske forbindelser, ofte kalt POP (persistent organic pollution), dessuten tungmetaller som kvikksølv og bly. De blir derfor værende i økosystemene i årevis. I noen tilfeller kan miljøgiftene i utgangspunktet være relativt ufarlige fordi konsentrasjonen er lav, men konsentrasjonene blir ofte høyere oppover i næringskjedene, eller de kan reagere med andre stoffer utenfor eller inne i levende organismer og gi nye giftige forbindelser.

Sprøyting av en åker for å hindre ugras i å vokse opp.

Mange miljøgifter er sprøytemidler.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 64

Mange miljøgifter er sprøytemidler (pesticider) som blir brukt i landbruket for å drepe uønskete sopper (fungicider), ugras (herbicider) og insekter (insekticider). De er ment å drepe, forårsake sterilitet eller hemme veksten hos spesielle arter som reduserer og ødelegger avlingene for bøndene. I land med sykdommer som malaria og sovesyke, som overføres med henholdsvis malariamygg og tsetsefluer, har det vært en utstrakt bruk av insekticider.

Mange steder blir pesticidene også brukt til å bevare mat, ull, treverk eller andre naturprodukter.

I tillegg til pesticidene er det også svært mange andre miljøgifter som kommer ut i økosystemene – fra forbrenning av organiske stoffer, fra gruvedrift, fra søppelfyllinger eller fra andre former for utslipp. Alle slike stoffer sirkulerer også i økosystemene.

En økning i konsentrasjonen av stoffer i en organisme kalles bioakkumulering. Stoffene kan være nødvendige, eller de kan skade organismene. Miljøgifter er stoffer som er giftige eller skadelige når de blir oppkonsentrert og/eller når de nedbrytes svært langsomt.

Pesticider Annonsen fra 1947 i Time Magazine viser tydelig at man trodde universalmiddelet DDT skulle redde både jordbruk, mennesker og dyr fra hungersnød og annen elendighet. I årene etter at pesticidene var utviklet, ble de brukt svært ukritisk. Man visste ingen ting om langtidsvirkninger eller om akutte giftvirkninger på andre organismer enn det de var ment å virke på. Det var en vanlig oppfatning av pesticidene ikke var skadelige for mennesker og husdyr.

Et eksempel på at dette ikke helt var tilfellet, er sprøytingen av et åkerlandskap i staten Illinois i USA i årene 1954 til 1958. Ved hjelp av insekticidet diedrin prøvde de å utrydde en bille som spiste av avlingen. Resultatet var at kyr og sauer ble akutt forgiftet, 90 % av kattene og et ukjent antall hunder døde, og i tillegg ble også et stort antall fugler og ville pattedyr syke. Diedrin forårsaket kvalme og kramper hos mennesker. I verste fall kunne det også føre til koma og åndedrettsstans. Om sprøytingen gjorde at billene ble utryddet, sier imidlertid historien ingenting om.

Biomagnifisering Miljøgifter som brytes langsomt ned, vil øke i konsentrasjon oppover i de trofiske nivåene i næringskjedene ved at de blir akkumulert i de enkelte organismene. Dette kalles biomagnifisering. Slik oppkonsentrering gjelder først og fremst fettløselige forbindelser som ikke kan skilles ut gjennom

. . . 64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 65

urinen. I urinen er det bare vannløselige forbindelser som skilles ut. De fettløselige forbindelsene blir derfor lagret i fettvevet, der det som regel ikke finnes enzymer som kan bryte dem ned.

Biomagnifisering begynner når for eksempel en åker blir sprøytet med et herbicid. Insekter som spiser blad, nektar eller pollen, vil få i seg giftstoffet.

Insektene blir spist av småfugl, som så blir spist av rovfugl. Giftstoffene blir mer og mer konsentrert oppover i de trofiske nivåene i næringskjedene fordi biomassen til en organisme på et høyt trofisk nivå er produsert av en mye større biomasse enn biomassen til en organisme på et lavere nivå. På hvert nivå blir miljøgiftene akkumulert og lagret i fettvevet. På denne måten får organismene på det øverste trofiske nivået, rovdyrene, en mye høyere konsentrasjon av giftige stoffer enn det som opprinnelig ble tilført miljøet.

Næringskjeder i vann er vanligvis lengre enn næringskjeder på land, derfor er dyr som spiser vannlevende organismer, mer utsatt enn dyr på land, spesielt de på toppen av næringskjedene. Mange av miljøgiftene kommer også før eller seinere ut i luft og i vann igjen, og de blir spredt over hele kloden langt fra de stedene der de opprinnelig ble sprøytet ut.

Figuren viser hvordan konsentrasjonen av PCB øker kraftig oppover på de trofiske nivåene i en næringskjede i havet. Tallene er angitt i ppm, «parts per million», dvs. 1 milliondel eller ml/m3.

2200 ppm

4. konsument

200 ppm

3. konsument

100 ppm

2. konsument

45 ppm

1. konsument

0,3 ppm

Produsenter

0,000001 ppm i havvannet

En økning i konsentrasjonen av miljøgifter oppover i næringskjeden kalles biomagnifisering.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

Ringsel (Phoca hispida) lever i hovedsak av fisk. I ringsel som lever i arktiske områder, er det påvist økende nivåer av miljøgifter.

20:44

Side 66

Blant de miljøgiftene som regnes som de farligste, er tungmetaller som kvikksølvforbindelser, bly og kadmium, og miljøgifter som dioksiner, DDT, PCB, PAH, PBDE og PFOS. Miljøgifter kan akutt påvirke livsviktige funksjoner, eller de kan gi sykdommer og nedsatt funksjonsevne over lengre tid. Vi kaller dem da kroniske sykdommer eller forgiftninger. Miljøgiftene kan påvirke forplantning og arveanlegg. Det betyr at kanskje hele bestander av planter og dyr kan bli utryddet. Stoffene kan også føre til skader på foster, eller de kan være kreftframkallende. Stoffer som i utgangspunktet ikke er giftige, kan reagere med andre og bli giftige. Kvikksølv blir for eksempel omdannet til ekstremt giftige kvikksølvløsninger av bakterier. De nye stoffene påvirker både nervesystemet og forplantningsevnen.

Tabellen på neste side viser noen av de vanligste miljøgiftene, bruk og skadevirkninger.

Både mennesker og dyr som lever i kalde arktiske områder, er ekstra utsatt for miljøgifter fordi organismene her inneholder mer fett, og fordi miljøgiftene konsentreres i fettvevet.

Bruk av PCB ble forbudt i Norge i 1980, men fortsatt er mye PCB-holdige materialer i bruk, og PCB-forurensning i for eksempel industriområder og på avfallsplasser gir utslipp. Totalt sett er PCB-nivået på vei ned. DDT ble forbudt i Norge allerede i 1969 og i USA i 1972, men det brukes fremdeles i mange land, særlig i den tredje verden.

Vi kan fremdeles måle høye konsentrasjoner av stoffet i Norge etter 40 år uten sprøyting, selv om forholdene er blitt noe bedre. Du kan lese mer om miljøgifter i kapittel 12.

Miljøgifter er kjemikalier som er lite nedbrytbare og giftige, og som kan hope seg opp i levende organismer. De kan påføre miljø og helse omfattende skader som ikke kan repareres, f.eks. skader på nerve- og hormonsystem og formeringsorganer. Mange miljøgifter er kreftframkallende. Eksempler på miljøgifter er tungmetaller, DDT og PCB.

. . . 66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 67

Miljøgift / navn

Bruk / kilde

Skadevirkninger

Kvikksølv og kvikksølvforbindelser (Hg)

Fra industri (vei- og skipstrafikk), avløp, kloakkslam og fra amalgam i tannfyllinger.

Svært giftig, kan gi nyreskader og skader på sentralnervesystemet (mentale og motoriske forstyrrelser), fosterskader og allergier.

Bly (Pb)

Blybatterier og blyakkumulatorer. Blyhagl og elektriske kabler, maling og lakk, tidligere også i bensin.

Gir kroniske giftvirkninger. Skader immunforsvaret og beinmargen der blodceller dannes. Fosterskader, nedsatt forplantningsevne og forstyrrelser i barns intellektuelle utvikling.

Kadmium (Cd)

Oppladbare nikkel-kadmium-batterier i mobiltelefoner, verktøy og annet elektronisk utstyr.

Kreftframkallende. Kan gi nyre- og lungeskader.

Konkurrerer med kalsium i skjelettet, kan gi deformasjoner.

Dioksiner

Forbrenningsprosesser der karbon og klor forekommer; branner, forbrenningsanlegg, industri.

Kan skade immunforsvaret, forplantningsevnen, fosteret (hormon- og nervesystemet under utvikling). Kreftframkallende. Gir utslett.

Diklordifenyltrikloretan (klorert hydrokarbon) (DDT)

Insekticid.

Dreper lett insekter, men er ikke dødelig for voksne mennesker. Påvirker nervesystemet og hormonsystemet hos pattedyr. Gir skader på kjønnsceller og kjønnsutvikling. Kan forårsake sterilitet. Problemer med egglegging og reproduksjon hos rovfugler. Hindrer lagring av kalsium i skallet.

Polyklorerte bifenyler (PCB)

Tilsetningsstoffer i maling, olje og trykksverte. Brukt som plastmykner.

Forstyrrer hormonproduksjonen, svekker immunsystemet, skader nervesystemet og forplantningsevnen hos pattedyr. Kreftframkallende. Det er påvist at barn som har vært utsatt for PCB på fosterstadiet, får dårligere hukommelse og dårligere læreevne.

Polyaromatiske hydrokarboner (PAH)

Fra ufullstendig forbrenning av organiske stoffer fra oljeindustrien.

Kan forårsake skader på arvestoffet; kreftframkallende. Hormonhermere (stoffer som likner hormoner og kan påvirke hormonstyrte prosesser hos dyr og mennesker).

Polybromerte difenyletere (PBDE)

Flammehemmende tilsetninger i elektriske artikler, tekstiler og bygningsmaterialer.

Ubalanse i stoffskiftehormoner og atferdsendringer hos dyr. Vi vet ikke så mye som skadevirkninger hos mennesker, men foster og spedbarn kan være utsatt for de samme skadene som små dyr.

Perfluoroktansulfonat (PFOS) (Tilhører en stor gruppe stoffer som kalles PFC-er)

Har vært brukt i industriprodukter siden 1950-årene. Finnes fremdeles som skum i gamle brannslukningsapparater, spesielt i industrien. Ikke produsert i Norge. Kommunale fyllinger og avløp er kilder for utslipp.

Kan binde seg til proteiner i blodet. Bioakkumuleres i lever og galleblære. Giftig, kreftframkallende, kan gi nedsatt forplantningsevne hos pattedyr.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 68

SAMMENDRAG

•

•

Stoffer sirkulerer i et stoffkretsløp mellom de abiotiske og biotiske delene av et økosystem.

Energien til å drive stoffkretsløpene kommer fra sola, og energien blir overført fra ledd til ledd i næringskjeden før den til slutt går tapt for næringskjedene.

Karbondioksid tilføres næringskjedene ved fotosyntese hos produsentene. Det frigjøres ved celleånding hos alle levende organismer og ved forbrenning av fossile brennstoffer.

Noe blir lagret i kortere eller lengre tid.

•

Når en produsent er spist av en primærkonsument, sier vi at energien er overført til et høyere trofisk nivå.

•

Det er vanlig å bruke tre forskjellige økologiske pyramider: tallpyramider, biomassepyramider og energipyramider. Energipyramider regnes som den beste måten å beskrive en næringskjede på fordi energistrømmen blir sett som det vesentligste.

•

Det blir stadig flere mennesker på jorda.

Dersom vi skal ha mat til alle i framtiden, må vi være mer energieffektive. Det betyr at vi må spise mer av produsentene og av organismene i havet.

•

De fleste planter, dyr og andre organismer kan bare ta opp nitrogen i form av ammoniumioner, NH4+, eller nitrationer, NO3–.

•

Nitrogen fra atmosfæren blir fiksert til ammoniumioner av nitrogenfikserende bakterier som enten er frittlevende, eller som lever i symbiose med en plante. Ammoniumionene blir omdannet til nitritt- og nitrationer av forskjellige nitrifiseringsbakterier. Denitrifiseringsbakterier omdanner nitrationer til atmosfærisk nitrogen- og oksygengass.

Nedbrytere sørger for at nitrogen i avfallsstoffer og døde organismer kommer tilbake til kretsløpet.

•

En økning i konsentrasjonen av stoffer i en organisme kalles bioakkumulering. Stoffene kan være nødvendige, eller de kan skade organismen. Miljøgifter er stoffer som er giftige eller skadelige når de blir oppkonsentrert og/eller når de nedbrytes svært langsomt.

•

En økning i konsentrasjonen av miljøgifter oppover i næringskjeden kalles biomagnifisering.

•

Sola er vår viktigste energikilde. Primærproduksjonen måler hvor mye organisk materiale produsentene lager per år ved fotosyntese.

Den totale vekten av alle organismene i et økosystem kaller vi biomasse.

•

•

Den trofiske effektiviteten er den energien som blir igjen til vekst og reproduksjon hos organismene. Normalt er dette 10–20 % av den energien som ble produsert eller spist.

Miljøgifter er kjemikalier som er lite nedbrytbare og giftige, og som kan hope seg opp i levende organismer. De kan påføre miljø og helse omfattende skader som ikke kan repareres, f.eks. skader på nerve- og hormonsystem og formeringsorganer.

Mange er kreftframkallende. Eksempler er tungmetaller, DDT og PCB.

. . .68 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 69

OPPGAVER

2.1 Stoffkretsløp og energistrøm i et økosystem 2.1.1

2.1.2

2.1.3

a) Hva vil det si at stoffer går i et stoffkretsløp? b) Gi eksempler på stoffer som går i et kretsløp.

Hvorfor blir overføring av energi i et økosystem kalt energistrøm og ikke energisirkulasjon?

Nevn reaksjoner i en levende organisme som krever energi.

2.3 Nitrogenkretsløpet 2.3.1

2.3.2 2.3.3

2.3.4

2.2 Karbonkretsløpet 2.2.1

2.2.2 2.2.3

2.2.4

2.2.5

2.2.6

Hvilken rolle spiller CO2 i a) fotosyntesen? b) celleåndingen?

Hva tror du vil skje med karbonkretsløpet dersom alle nedbryterne forsvinner?

Beskriv karbonkretsløpet med dine egne ord. Lag gjerne en enkel figur som støtter forklaringen din.

En liter av hydrokarbonet oktan veier under 0,8 kg. Likevel vil hver liter forbrent oktan frigjøre vel 2,5 kg CO2 til atmosfæren. Undersøk reaksjonslikningen nedenfor og forklar hvorfor vekten av frigjort CO2 er så mye høyere enn vekten av oktanet.

2C8H18 + 25O2 씮 16CO2 + 18H2O Kontakt et oljeselskap eller bruk Internett og finn ut hvordan fossilt brensel er lagret i sedimenter.

Nesten hver dag står det artikler i avisene om klimaet og drivhuseffekten. Diskuter i klassen hvordan klimaet vårt blir påvirket av økt CO2-mengde, og kom med forslag til hvordan vi kan være med og redusere utslippene av drivhusgasser.

2.3.5

2.3.6 2.3.7 2.3.8

2.3.9

a) Hvor stor andel av atmosfæren er nitrogengass? b) Hvorfor er det lite tilgjengelig nitrogen i næringskjeden når andelen nitrogen i atmosfæren er så høy?

Hvilke former for nitrogenholdige forbindelser kan planter og dyr ta opp?

Hvorfor er det sannsynlig at tilførsel av store mengder nitrogenholdige næringsstoffer til en innsjø vil utrydde det meste av fisken?

Hva er forskjellen på fiksering av nitrogen, nitrifisering og denitrifisering?

Noen nitrogenfikserende bakterier lever i symbiose med en plante. Beskriv dette samlivet.

Under hva slags forhold lever denitrifiseringsbakterier?

Hvorfor gjør drenering og pløying at vi får større avlinger?

Bønder som driver økologisk, sår av og til åkrene med rød- og hvitkløver som de pløyer ned. Hvorfor gjør de det?

Beskriv nitrogenkretsløpet med dine egne ord. Lag gjerne en enkel figur som støtter forklaringen din.

2.4 Energistrøm mellom trofiske nivåer 2.4.1

2.4.2 2.4.3

Forklar hva vi mener med a) primærproduksjon b) biomasse Hvorfor tror du biomassen alltid blir oppgitt i tørrvekt av organisk materiale? a) Hva er forskjellen på primærproduksjon og netto primærproduksjon? b) Hva mener vi med trofisk nivå i næringskjeden?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

2.4.4

10-08-09

13:34

Side 70

a) Hva er trofisk effektivitet? b) Forklar hva figuren viser.

2.5 Miljøgifter i næringskjeden 2.5.1 2.5.2

2.5.3 100 %

35 % Celle-

2.4.5

2.4.6

2.4.7

2.4.8

2.4.9

2.4.10 2.4.11

2.4.12

2.4.13

2.4.14

15 %

50 % Ekskre-

2.5.4

Vk

Hvorfor bruker vi økologiske pyramider til å framstille materiale eller energi i næringskjeder?

Forklar forskjellen mellom en tallpyramide, en biomassepyramide og en energipyramide.

Diskuter hvilke forandringer det kan bli i en biomasse- eller tallpyramide etter om du veier eller teller om vinteren eller om sommeren Forklar hvorfor en energipyramide alltid er smalest på toppen, mens en biomassepyramide ikke alltid er det.

Forklar hvorfor biomassen til akvatiske produsenter kan være mindre enn biomassen til konsumentene som lever av dem.

Hva er eutrofiering? Hvilke konsekvenser får eutrofiering i et vann?

Hvilken enhet er det vanlig å bruke når vi måler energi i økosystemer – kJ/m2, kJ/m2/år, kg/m2 eller kJ? Gi et eksempel på et økosystem der det er stor forskjell på formen på en tallpyramide og formen på en energipyramide. Forklar. a) Hvorfor har næringskjeder på land sjelden mer enn fire ledd? b) Hvorfor er næringskjeder i vann ofte lengre enn næringskjeder på land?

Hvorfor er 1 kg kjøtt dyrere enn 1 kg mel?

2.5.5

2.5.6 2.5.7

2.5.8 2.5.9

Forklar forskjellen på bioakkumulering og biomagnifisering.

Hva kjennetegner miljøgifter?

Gi noen eksempler på miljøgifter og den virkningen de har i økosystemene.

En jordbærbonde behandler åkeren sin med en gift som skal drepe muggsopp, men giften dreper alle bakteriene i jorda også. Hva kan bonden gjøre slik at jordbærplantene får nok nitrogen?

Ved sprøyting med DDT har man til å begynne med tilsynelatende fått utryddet skadeorganismer. Etter noen år kan det være like mange skadeorganismer som før, men nå virker ikke giften lenger.

Kan du forklare hva som har skjedd?

Kan du finne eksempler på andre miljøgifter enn dem som er nevnt i boka, som også kan gi varige skader på miljøet?

Lag et kort foredrag om alternative måter å bekjempe skadeorganismer på.

Flere miljøgifter fører til problemer i Arktis. Blant annet er det registrert tvekjønnete sterile isbjørner på Svalbard. a) Hvordan kommer miljøgiftene til Arktis? b) Hvilke typer stoffer er det snakk om? c) Hvilke skader kan disse stoffene føre til på pattedyrene som lever i Arktis? d) Hvilken virkning tror du disse stoffene kan ha på oss mennesker?

Hva er hormonhermere?

Bruk oppslagsverk eller Internett og svar på disse oppgavene. a) Hva kjennetegner bromerte flammehemmere som PBDE? b) Hvordan blir de et miljøproblem? c) Hvordan kan bromerte flammehemmere virke på mennesker?

. . . 70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 71

ØVINGER

Ø 2.1 Celleånding og fotosyntese hos landplanter

UTSTYR Datologgere med CO2- (og O2-) sensor Ferske, hele spinatblad Et respirasjonskammer eller en stor gjennomsiktig plastpose Lyskilde Termometer Aluminiumsfolie Vekt

Teori og hensikt Både fotosyntesen, der produsentene omdanner CO2 til enkle karbohydrater, og celleåndingen, der både produsenter, konsumenter og nedbrytere frigjør CO2, er viktige kjemiske reaksjoner som bidrar til å opprettholde balansen i karbonets kretsløp. En viktig forutsetning for fotosyntesen er at det er nok lys til stede. Da blir det tatt opp CO2 og skilt ut O2. Når produsentene trenger energi og karbohydratene brytes ned i celleåndingen, blir det tatt opp O2 og skilt ut CO2.

Hensikten med forsøkene er å vise hvordan CO2-mengden varierer i løpet av et kortere eller lengre tidsrom. Når mengden CO2 varierer, er det et mål for graden av celleånding og fotosyntese. Forsøket kan også utvides til å måle hvor mye O2 som blir utskilt i fotosyntesen og tatt opp i celleåndingen.

Framgangsmåte Forsøkene med måling av karbondioksid og oksygen kan enten gjøres parallelt eller etter hverandre. Det er avhengig av hvor mye utstyr dere har på skolen.

Del A: • Ta 5–10 gram ferske, hele spinatblad. Tørk dem forsiktig mellom to tørkepapir. Noter vekten. For å kunne sammenlikne resultatene er det viktig at du bruker den samme mengden med blad til alle forsøkene. Plasser bladene i respirasjonskammeret/plastposen.

• Plasser CO2-sensoren inne i kammeret/plastposen. Tett den ved at du teiper eller knyter igjen. Det er viktig at det er helt lufttett.

La det gå 5 minutter før du starter målingene.

Plasser kammeret et sted det er helt mørkt, eller dekk det helt til med aluminiumsfolie.

• Du kan la dataloggeren registrere CO2-innholdet i f.eks. en halv time før du tar bort loggeren.

• Når målingene er avsluttet, vil du kunne skrive ut en graf som viser hvordan CO2mengden i kammeret/plastposen har variert i måleperioden.

Del B: • Nullstill begge sensorene slik at du kan gjøre nye målinger.

• Fyll et 1 liters begerglass omtrent halvfullt med vann. Sett respirasjonskammeret med den samme mengden spinatblad ned i begerglasset. Vannet skal beskytte bladene mot for høy temperatur og gi vann til fotosyntesen.

Dersom du bruker plastposer, må du sette lyskilden et stykke unna begerglasset slik at bladene ikke blir ødelagt.

• Tenn lampen og plasser den ved siden av begerglasset så nær som mulig. La det gå 5 minutter før du starter målingene av CO2-innholdet.

• Plasser CO2-sensoren i kammeret, tett igjen og start målingen. La det gå i en halv time.

Avslutt og skriv ut grafen.

Sammenlikn de grafene du har fått, og trekk konklusjoner.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 72

Del C: Gjør de to forsøkene om igjen med lik mengde spinatblad, men denne gangen skal du registrere O2-innholdet. Husk å rengjøre kammeret (bruk eventuelt nye plastposer) og annet utstyr mellom hver gang du starter opp målinger.

Sammenlikn de grafene du har fått, og trekk konklusjoner.

Dersom du har gjort alle registreringene, har du nå til sammen fire grafer som skal sammenliknes og kommenteres. Det er også viktig at du skriver en konklusjon.

Forsøket kan varieres ved at du varierer temperaturen, eller du kan la forsøket gå i ett døgn med naturlig dagslys og mørke.

Oppgaver • Regn ut hvor mye rent karbon per kilogram blad som ble skilt ut når bladene var plassert i mørket. (For å finne hvor mye karbon som er skilt ut, må du sammenlikne massen av CO2 og reint karbon. Bruk atommassen til stoffene.)

• Regn ut hvor mye reint karbon per kilogram blad som ble tatt opp når bladene var plassert i lys.

• Regn ut netto opptak for ett kilogram blad i løpet av ett døgn.

• Dersom du utvider forsøket til å omfatte oksygenmålinger, må du regne ut tilsvarende tall for oksygen og beregne hvor stor nettomengde oksygen som blir skilt ut i løpet av forsøksperiodene.

Feilkilder?

Ø 2.2 CO2- og O2-innhold i ferskvann UTSTYR Dataloggere som kan måle CO2 og O2 Vann med planter og dyr fra et eutroft (næringsrikt) vann, min. 2 liter Plantehenter Skrape for å samle dyr Planktonhåv Filterpapir Fire store begerglass

Teori og hensikt I et ferskvann er det både små og store planter og dyr. Planteplankton og større planter driver med fotosyntese og skaffer dyreplanktonet og større dyr karbohydrater og andre organiske forbindelser. Ved å bruke dataloggere som måler CO2 og O2, kan du sammenlikne hvordan planter og dyr påvirker gassmengdene i vannet.

Framgangsmåte • Bruk en plantehenter og ta opp en del planter fra vannet. (Du kan også kjøpe vasspest eller andre akvarieplanter.)

• Skrap på bunnen av vannet og/eller bruk håven for å samle noen dyr (snegler, forskjellige larver, rundormer, dafnier m.m.)

• Nummerer de fire begerglassene. Bruk et filterpapir og sil fra ca. 1½ liter vann som du fordeler i glassene 1–3 slik at du får vann uten planter og dyr i. Sett begerglass 1 til side. I begerglass 2 plasserer du noen av plantene. I begerglass 3 plasserer du noen av dyrene. I begerglass 4 heller du ½ liter vann med både planter og dyr.

Dette vannet trenger du ikke å sile. Du skal nå ha fire begerglass med like mye vann, ett med bare vann, ett med bare planter, ett med bare dyr og ett med både planter og dyr.

. . . 72 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 73

• Nå skal du begynne å registrere CO2- og O2mengden i vannet. Vent i 10 minutter før du begynner å måle. Registreringene bør gå i en periode. Perioden kan du bestemme selv avhengig av når du har timer.

• Skriv ut grafene og sammenlikn resultatene.

Ø 2.3 Planter med nitrogenfikserende bakterier

UTSTYR Del av rot fra en erteplante eller fra or Stereolupe

Oppgaver • Hvordan er utviklingen av gasskonsentrasjonene i forhold til det du hadde regnet med?

• Hva vil skje med plantene dersom det ikke er dyr til stede? Forklar hvorfor.

• Hva vil skje med dyrene dersom det ikke er planter til stede? Forklar hvorfor.

• Hva vil skje med gasskonsentrasjonen dersom det er både produsenter og konsumenter til stede?

Trekk konklusjoner og skriv noe om eventuelle feilkilder. Dersom du bruker planktonhåv eller skraper, er det sannsynlig at du får med noe planteplankton sammen med dyrene. Hvordan vil dette påvirke resultatene?

Forsøket kan utvides ved å variere temperatur og lys.

Teori og hensikt Mange arter har utviklet et samliv med andre arter. Dette samlivet kalles symbiose. Symbiose kan være til fordel for begge parter, eller det kan være nyttig for den ene og skadelig eller uten betydning for den andre. Noen planter som erteplanter og or har rotknoller der det lever nitrogenfikserende bakterier. Plantene har fordel av dette samlivet ved at de får nitrat fra bakteriene, mens bakteriene får energiholdige karbohydrater.

Et slikt samliv kalles en mutualistisk symbiose.

Framgangsmåte • Grav opp en del av rota på ei or eller på en erteplante (f.eks. rødkløver). Studer og tegn det du ser. Dersom du har tilgang til or som vokser ved et vann eller en bekk/elv, kan du se røttene uten å grave opp treet.

• Tegn rotsystemet og knollene. Hvor store er knollene?

Oppgaver • Hvorfor holder orebladene seg grønne helt til de felles?

• De nitrogenfikserende bakteriene tar ut nitrogen fra lufta. Hvordan kommer nitrogenet tilbake til lufta?

• Finn ut mer om andre nitrogenfikserende mikroorganismer.

• Finn flere eksempler på planter som inngår i symbioseforhold med nitrogenbindende mikroorganismer.

Formuler til slutt en fornuftig konklusjon.

Er det feilkilder i forsøket?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 • Stoffkretsløp og energistrøm

v4-02Bios-Biologi2.qxp:Layout 1

23-04-08

20:44

Side 74

Ø 2.4 Ekskursjon til et renseanlegg (åpent forsøk) Teori og hensikt I industribedrifter foregår det produksjon som gjør at det også blir laget avfallsstoffer. Disse avfallsstoffene kan føre til forurensende og svært skadelige utslipp til vann, til land eller til luft.

For å fjerne eller redusere skadelige stoffer blir det brukt forskjellige renseprosesser. Vi skiller mellom kjemiske, mekaniske og biologiske renseprosesser.

Hensikten med denne ekskursjonen er å • få innblikk i renseprosessene • finne ut hvilke stoffer som blir renset • forstå hvordan de kunne ha påvirket kretsløpene i naturen • finne ut hvilke skader disse stoffene kunne ha påført levende organismer • finne ut hvor store mengder med skadelige stoffer som blir renset og samlet opp per år • finne ut hva som blir gjort med de stoffene som samles opp • få oversikt over utslippsmengden de siste årene

Resultater og konklusjon Ta utgangspunkt i de sju punktene. Hvis bedriften har oversikt, kan det være ekstra spennende å finne ut hvilke stoffer og hvor store mengder som renses per år nå sammenliknet med for ett, tre, fem, ti og tjue år siden. Velg ut to av de skadelige stoffene fra renseanlegget som fordypningstema i rapporten.

Feilkilder Var målemetodene i 1990 like gode som de metodene vi har i dag? Har vi fått ny kunnskap?

Stoffer som vi trodde var ufarlige for noen år siden, kan i dag bli betegnet som helsefarlige, eller motsatt. Hvordan kan det slå ut på dine kurver? Andre feilkilder?

Framgangsmåte Be om å få en grundig innføring og omvisning i en lokal bedrift eller renseanlegg. Alternativt kan dere besøke det lokale kloakkrenseanlegget eller vannrenseanlegget. Gjennom det dere får se og høre ved omvisningen i bedriften (eller teoretisk gjennom brosjyrer, Internett osv. etter avsluttet ekskursjon), skal dere få kunnskap om de problemstillingene som er skissert ovenfor.

. . .74 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .