GENIE Biologie 4.1 - Leerschrift (ed. 2025)

GENIE

Biologie

Dit leermiddel is onderdeel van de lesmethode GENIE Biologie van Uitgeverij VAN IN. Het is ontwikkeld met de intentie dat iedere leerling zich herkent en thuis voelt in beeld en tekst. Heb je op- of aanmerkingen, dan kun je contact opnemen met Uitgeverij VAN IN.

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën. Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hen dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen. Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be.

Ook voor het digitale lesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www.ididdit.be.

© Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2025. Alle rechten voorbehouden. Tekst- en datamining (TDM) niet toegestaan.

De uitgever heeft ernaar gestreefd de relevante auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen.

Wie desondanks meent zekere rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht zich tot de uitgever te wenden.

Credits

p. 39 Gistcellen © Imageselect/Scimat Science Source, p. 54 Evolutie walvisachtigen © Science Photo Library/Isopix/Mikkel Juul Jensen, p. 55 Tabaksmozaïekvirus © Imageselect/Alamy/The Book Worm, p. 55 Adenovirus © Imageselect/Omikron Science Source, p. 55 Bacteriofaag © Imageselect/Biology Pics Science Source, p. 75 Clostridium tetani © Imageselect/Science Source/James Cavallini, p. 75 Spasmen tetanusinfectie © Imageselect/Science Source/New York Public Library, p. 81 SARSCoV-2-virus © Imageselect/BSIP, p. 82 Hiv-virus © Imageselect/Image Source/Callista Images, p. 82 Hiv-virus uitvergroting © Imageselect/CAVALLINI JAMES BSIP, p. 82 Poliovirus © iStock/selvanegra, p. 109 Schapen © Imageselect/Alamy/Nick Upton, p. 113 Bremraap © Johan Boonefaes, p. 114 Penicilline © Science Photo Library/Isopix/St Mary’s Hospital Medical School, p. 117 Honinggids © Imageselect/Alamy/Nick Greaves, p. 122 Mondmaskers © Shutterstock/Jose Hernandez, p. 132 Nikolaas Tinbergen © Imageselect/Alamy/BNA Photographic, p. 148 Duif in Skinnerbox © Imageselect/Science Source/ Photo Researchers, Inc., p. 150 Politiepaarden © Shutterstock/Alexandros Michailidis, p. 169, 170 en 181 Uitwerpselen leeuw © Imageselect/Alamy/Ulrich Doeri, p. 189 Campus Universiteit Delft © Shutterstock/Frans Blok, p. 199 Drooglegging moerasvijver © Karel Hemerijckx

Eerste druk 2025

Vormgeving en ontwerp cover: Shtick ISBN 978-94-647-0795-3

Tekeningen: Geert Verlinde, Julie Lefevre D/2025/0078/123

Zetwerk: D'hondt-Ravijts bvba Art. 608541/01 NUR 126

INHOUD INHOUD

THEMA 01: HORMONALE

REGELING VAN DE VOORTPLANTING

1 Hoe ontstaat nieuw leven? 10

1.1 Hoe ontstaat een baby uit voortplantingscellen? 10

1.2 Hoe komen de mannelijke en vrouwelijke geslachtsdelen tot uiting? 13

2 Hoe wordt de vorming van voortplantingscellen geregeld? 15

2.1 Waar worden de eicellen gevormd? 15

2.2 Hoe wordt de vorming van de eicellen geregeld? 16

2.3 Waar ontstaan de mannelijke voortplantingscellen? 21

2.4 Hoe wordt de vorming van de zaadcellen geregeld? 22

2.5 Hoe verklein je de kans op een zwangerschap? 25

3 Hoe wordt de menstruatie verhinderd na een bevruchting? 26

02:

` HOOFDSTUK 1: Hoe onderscheiden verschillende organismen zich van elkaar? 32

1 Welke verschillen kun je waarnemen tussen organismen? 33

1.1 Hoe kunnen we orde scheppen in de biodiversiteit? 33

1.2 Wat is een soort? 35

1.3 Hoe kun je organismen overzichtelijk classificeren? 38

1.4 Wat is de tree of life? 45

1.5 Wat is leven? 54

2 Waar passen virussen in de tree of life? 55

` HOOFDSTUK 2: Welk belang hebben micro-organismen voor de mens? 60

©VANIN

1 Welke eigenschappen hebben schimmels en gisten, en wat is hun belang? 61

1.1 Welke eigenschappen hebben schimmels? 61

1.2 Welke eigenschappen hebben gisten? 63

1.3 Wat is het belang van schimmels en gisten? 65

2 Welke eigenschappen hebben bacteriën en wat is hun belang? 67

2.1 Welke eigenschappen hebben bacteriën? 67

2.2 Wat is het belang van bacteriën? 72

2.3 Hoe kan men bacteriën bestrijden? 78

3 Welke eigenschappen hebben virussen en wat is hun belang? 81

3.1 Welke eigenschappen hebben virussen? 81

3.2 Wat is het belang van virussen? 87

THEMA

03: INTERACTIES

TUSSEN ORGANISMEN

` HOOFDSTUK 1: Welke interacties bestaan er tussen soortgenoten? 98

1 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar positief? 98

1.1 Paarvorming 99

1.2 Groepsvorming 100

1.3 Samenwerking 102

2 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar negatief? 103

` HOOFDSTUK 2:

Welke interacties bestaan er tussen organismen van verschillende soorten? 106

1 Hoe beïnvloeden organismen van verschillende soorten elkaar positief? 106

1.1 Mutualisme 106 1.2 Commensalisme 108

2 Hoe beïnvloeden organismen van een verschillende soort elkaar negatief? 110

2.1 Predatie 110

2.2 Parasitisme 112

2.3 Amensalisme 114

` HOOFDSTUK 3:

Welke factoren verstoren het dynamisch evenwicht tussen micro-organismen? 119

1 Welke interacties tussen microorganismen verstoren het dynamisch evenwicht in de omgeving? 119

2 Welke interacties tussen microorganismen verstoren het dynamisch evenwicht in je lichaam? 120

2.1 Hoe word je ziek? 120

2.2 Hoe kunnen interacties tot ziekte leiden? 124

` HOOFDSTUK 4:

Wat is de invloed van gedrag op organismen? 131

1 Wat is gedrag? 131

1.1 Welke prikkels lokken gedrag uit? 132

1.2 Wat is de functie van gedrag? 134

1.3 Welke signalen gebruiken dieren om te communiceren? (uitbreiding) 137

1.4 Vertonen planten gedrag? 138

2 Is gedrag aangeboren of aangeleerd? 140

2.1 Wat is aangeboren gedrag? 141

2.2 Wat is aangeleerd gedrag? 146

THEMA 04: ECOSYSTEMEN IN EVENWICHT

©VANIN

` HOOFDSTUK 1: Wat is een ecosysteem? 160

1 Welke invloeden spelen een rol in een ecosysteem? 160

2 Welke factoren zijn noodzakelijk om een ecosysteem in evenwicht te houden? 165

2.1 Wat is het belang van voedsel voor een evenwichtig ecosysteem? 165

2.2 Wat is het belang van energie voor een evenwichtig ecosysteem? 179

2.3 Waarom is biodiversiteit noodzakelijk voor een evenwichtig ecosysteem? 186

2.4 Wat is het belang van biodiversiteit voor de mens? 189

3 Welke voordelen bieden ecosystemen voor de mens? 191

` HOOFDSTUK 2: Hoe geraken ecosystemen uit evenwicht? 198

1 Welke veranderingen kunnen ecosystemen beïnvloeden? 198

1.1 Hoe worden kringlopen verstoord door stikstofverrijking? 200

1.2 Hoe wordt de biodiversiteit verstoord door monoculturen? 205

2 Hoe kunnen natuurlijke veranderingen ecosystemen verstoren? 212

2.1 Naar een climax door successie 212

2.2 Natuurlijke klimaatverandering 214

Als er binnen een paragraaf verdieping is, dan duiden we dat aan met een oranje lijn.

Notities

WERKEN MET GENIE

GENIE is een hybride leermiddel. Het bestaat uit een leerschrift én een digitaal aanbod op iDiddit.

Dit overzicht geeft je inzicht in welke onderdelen je waar kunt terugvinden.

GENIE Biologie bestaat uit 4 thema’s. Elk thema is op dezelfde manier opgebouwd.

1 CHECK IN

2 HOOFDSTUKKEN + VERKEN

3 AAN DE SLAG

4 SYNTHESE

5 CHECK IT OUT

De CHECK IN, VERKEN en CHECK IT OUT vind je uitsluitend online.

©VANIN

CHECK IN THEMA

In de HOOFDSTUKKEN verwerf je de nodige kennis en vaardigheden om uiteindelijk een antwoord te geven op de centrale vraag of het probleem uit de CHECK IN.

Op iDiddit vind je alle informatie die ook in je boek terug te vinden is: alle teksten, illustraties en opdrachten. Je kunt dus kiezen hoe je met GENIE aan de slag gaat.

Op iDiddit vind je ook:

• begrippenlijsten;

• instructiefilmpjes;

• vademecum;

• adaptieve oefenreeksen;

• STEM-projecten;

• kennisclips;

• labo’s.

TIP: op iDiddit kun je ook je eigen notities bijhouden.

VERKEN

De CHECK IN laat je kennismaken met het onderwerp en eindigt met een probleem of een vraag die je enkel op iDiddit vindt.

START HOOFDSTUK 1 AAN DE SLAG

Kennis vatten we samen in de rode kenniskaders. Handig zijn de verwijzingen naar de AAN DE SLAG-oefeningen waarmee je zelf kunt nagaan of je de leerinhouden begrepen hebt.

Via de AAN DE SLAG kun je individueel de leerstof van het hoofdstuk inoefenen. Je leerkracht beslist of je de oefeningen pas op het einde van het thema maakt of tijdens de lessen.

VOLGEND HOOFDSTUK

VERKEN

In de thema’s:

- vind je verschillende manieren om een SYNTHESE te maken: mindmap, schema, Cornell … - vind je een checklist die je laat reflecteren over de leerstof. Je gaat na welke leerdoelen je al dan niet onder de knie hebt. - denk je bewust na over je leerproces, interesses en vaardigheden.

CHECK IT OUT

CHECK IN VOLGEND THEMA SYNTHESE

Wetenschap maakt deel uit van jouw leefwereld, al weet je het soms niet. In de verkenfase zul je merken dat je best al wat kennis hebt uit het dagelijks leven over het onderwerp dat in een hoofdstuk aan bod komt. We activeren je voorkennis bij de start van elk hoofdstuk op iDiddit.

In elke CHECK IT OUT pas je de vergaarde kennis en vaardigheden toe om terug te koppelen naar de vraag uit de CHECK IN

LABO

Ga zelf op onderzoek! Op iDiddit staan een aantal labo’s om experimenten uit te voeren.

Mijn lesmateriaal

H e t o n li ne l ee rplatfor m bij GENIE Biologie 4

Hier vind je alle inhouden uit het boek, maar ook meer, zoals lmpjes, labo’s, extra oefeningen ...

Extra materiaal

Bij bepaalde stukken theorie of oefeningen kun je extra materiaal openen. Dat kan een bijkomend videofragment zijn,een extra bron of een leestekst.

Kortom, dit is materiaal dat je helpt om de leerstof onder de knie te krijgen.

Adaptieve oefeningen

In dit gedeelte kun je de leerstof inoefenen op jouw niveau.

Hier kun je vrij oefenen of de oefeningen maken die de leerkracht voor je heeft klaargezet.

Opdrachten

Hier vind je de opdrachten die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

Evalueren

Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten

Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en toetsen? Hier vind je een helder overzicht van al je resultaten.

Notities

Heb je aantekeningen gemaakt bij een bepaalde inhoud? Via je notities kun je ze makkelijk terug oproepen.

Meer weten?

Ga naar www.ididdit.be

Ga zelf op onderzoek! Doorheen de thema’s vind je de verwijzing naar de labo’s op iDiddit.

Dit icoon geeft aan dat er aanvullend lesmateriaal of een extra opdracht op iDiddit staat.

Soms is het handig dat je extra lesinformatie of een videofragment zelf kunt bekijken of beluisteren op je smartphone. Als je dit icoon ziet, open dan de VAN IN Plus-app en scan de pagina.

LABO 01

THEMA 01 HORMONALE REGELING VAN DE VOORTPLANTING

Al voor de geboorte kun je met een echografie op basis van de primaire geslachtskenmerken zien of de nieuwe baby een jongen of een meisje is. Voor het overige is er weinig verschil tussen het lichaam van beide geslachten. Tijdens de hele kindertijd verloopt de fysieke ontwikkeling van jongens en meisjes vrij gelijkaardig, maar vanaf de puberteit ontplooit het lichaam zich duidelijk anders. Wanneer de secundaire geslachtskenmerken ontstaan, groeit het lichaam van jongens en meisjes op meerdere vlakken verschillend, zoals bij de ontwikkeling van de spieren en het skelet, de haargroei of de borst.

` Hoe beïnvloeden hormonen het geslacht van een baby?

` Waar worden zaadcellen en eicellen gevormd?

` Hoe verloopt de hormonale regeling van de vorming van eicellen bij de vrouw?

` Hoe wordt de vorming van zaadcellen bij de man geregeld?

We zoeken het uit!

Î Hormonale regeling van de voortplanting

LEERDOELEN

Je kunt al:

M de belangrijkste organen van het mannelijk en vrouwelijk voortplantingsstelsel lokaliseren en benoemen;

M de functie van de belangrijkste organen van het voortplantingsstelsel toelichten;

M de primaire en secundaire geslachtskenmerken onderscheiden.

Je leert nu:

©VANIN

M waardoor het geslacht van de baby wordt bepaald;

M de invloed van de hormonen LH, FSH, oestrogeen en progesteron bij de productie van de eicellen en het verloop van de menstruatiecyclus uitleggen;

M op een tijdlijn van de menstruatiecyclus de eicelrijping, de eisprong, de vruchtbare periode en de menstruatie situeren;

M de invloed van LH, FSH en testosteron uitleggen bij de productie van de zaadcellen;

M de werking van hormonale anticonceptiemiddelen uitleggen.

Het voortplantingssysteem van de mens is essentieel om nieuw leven te creëren. Het voortplantingssysteem komt tot ontwikkeling nog voordat je wordt geboren, maar het wordt pas actief tijdens de puberteit onder invloed van bepaalde hormonen. De productie van de voortplantingscellen bij mannen en vrouwen verschilt van elkaar.

1 Hoe ontstaat nieuw leven?

Bij alle zoogdieren, dus ook bij de mens, ontstaat nieuw leven door een bevruchting in het lichaam van een vrouwelijk individu. Al tijdens de ontwikkeling van een embryo tot een baby wordt het geslacht van de toekomstige baby gevormd. Hoe gebeurt dat?

1.1 Hoe ontstaat een baby uit voortplantingscellen?

Om een nieuwe mens te laten ontstaan, moeten mannelijke voortplantingscellen of zaadcellen tot bij de vrouwelijke voortplantingscellen of eicellen in het vrouwelijk voortplantingsorgaan komen. Bij de mens en andere zoogdieren kan dat gebeuren dankzij de geslachtsgemeenschap. S Afb. 1 Door geslachtsgemeenschap worden zaadcellen zo dicht mogelijk bij de eicel gebracht.

Zo kan er een bevruchte eicel of zygote ontstaan. Als die bevruchte eicel zich deelt, ontstaan er twee cellen, die zich elk op hun beurt opnieuw zullen delen.

In het begin van die delingen vormen de nieuwgevormde cellen samen een klompje van identieke cellen, maar in de loop van de ontwikkeling gaan ze steeds meer van elkaar verschillen. Het klompje cellen noem je dan een embryo. Daarin ontstaan er vanaf ongeveer de tweede week na de bevruchting verschillende weefsels en organen. Het hart ontstaat bijvoorbeeld in de derde week na de bevruchting.

Op het eind van de achtste week na de bevruchting zijn alle organen en systemen aangelegd. Vanaf dan spreek je van een foetus. In de resterende tijd van de zwangerschap zullen de organen groeien, verfijnen en in werking treden. Hoewel de foetus vanaf week 22 levensvatbaar is, treedt de geboorte doorgaans op rond week 38. Gewoonlijk telt men voor de duur van de zwangerschap 40 weken, omdat men rekent vanaf de eerste dag van de laatste menstruatie.

©VANIN

OPDRACHT 1

Plaats de onderstaande begrippen op de juiste plaats bij de afbeelding.

viercellig stadium – foetus – bevruchting – baby – achtcellig stadium – tweecellig stadium –embryo – zygote

bevruchtingzygotetweecellig stadium viercellig stadium achtcellig stadium embryo foetus baby

S Afb. 2

VERDIEPING

Hoe wordt het geslacht van een baby bepaald?

Bij de bevruchting versmelten de mannelijke en de vrouwelijke voortplantingscellen met elkaar. Elke voortplantingscel bevat de helft van het erfelijk materiaal (DNA) van de lichaamscellen van de ouder. In de zygote komt er dus erfelijk materiaal van beide ouders terecht. Dat DNA bevindt zich in de chromosomen. Elke cel van je lichaam bezit dezelfde chromosomen, want al die cellen zijn ontstaan uit de zygote. Twee van die chromosomen bepalen welk geslacht je hebt. Dat zijn de geslachtschromosomen

Als je een vrouw bent, bevatten je cellen twee identieke geslachtschromosomen, de X-chromosomen. Daardoor zal elke eicel een X-chromosoom bevatten.

Een man bezit gewoonlijk in elke cel een X- én een Y-chromosoom. De zaadcellen kunnen daarom van elkaar verschillen in de aard van het geslachtschromosoom dat ze bevatten: in de helft van de zaadcellen zit een X-chromosoom, in de andere helft een Y-chromosoom.

vrouwelijke lichaamscellen: XXmannelijke lichaamscellen: XY

S Afb. 4

eicel: X

zaadcel: X of Y

dochter: XX zoon: XY

Eicellen bevatten altijd een X-chromosoom, zaadcellen een X- of een Y-chromosoom. Als een zaadcel met een Y-chromosoom de eicel bevrucht, bevat de eicel de erfelijke informatie voor de ontwikkeling tot een mannelijk individu.

Het geslacht van een embryo wordt bij de bevruchting bepaald door het geslachtschromosoom in de zaadcel die de eicel bevrucht. Als de eicel wordt bevrucht door een zaadcel met een Y-chromosoom, dan bevat de bevruchte eicel (zygote) de erfelijke informatie voor de ontwikkeling tot een mannelijk individu. Bevat de zaadcel een X-chromosoom, dan is in de bevruchte eicel de erfelijke informatie aanwezig voor de ontwikkeling tot een vrouwelijk individu. Al bij de bevruchting is het geslacht dus genetisch vastgelegd.

S Afb. 3

1.2 Hoe komen de mannelijke en vrouwelijke geslachtsdelen tot uiting?

Elk embryo bevat inwendig zowel de structuren waaruit de mannelijke voortplantingsorganen kunnen ontstaan, als andere structuren waaruit de vrouwelijke voortplantingsorganen zich kunnen ontwikkelen. Daardoor zullen de geslachtsklieren en de uitwendige geslachtsdelen in het embryo aanvankelijk niet van elkaar verschillen. Ze zijn ongedifferentieerd. Pas na negen weken ontwikkelt een embryo zich tot een biologische jongen of een biologisch meisje.

De teelballen produceren hormonen, waaronder testosteron, dat nodig is om de mannelijke voortplantingsorganen te ontwikkelen. Andere hormonen zorgen ervoor dat de structuren waaruit de vrouwelijke voortplantingsorganen zich kunnen ontwikkelen, worden afgebroken.

eileider

©VANIN

inwendige geslachtsdelen

eierstok baarmoeder zaadleider

bijbal teelbal

9 weken 6 weken

9 weken

vrouwelijke ontwikkeling ongedifferentieerd mannelijke ontwikkeling

clitoris

buitenste schaamlip binnenste schaamlip

penis

balzak geen testosteron testosteron

uitwendige geslachtsdelen

S Afb. 5 De vorming van de vrouwelijke en mannelijke geslachtsorganen

WEETJE

Zodra een baby geboren is, kun je meestal het geslacht duidelijk zien aan de lichamelijke kenmerken. Als de initiële geslachtsorganen van het embryo zich niet volledig tot mannelijke geslachtsorganen ontwikkelen, kan het individu vanaf de geboorte zowel mannelijke als vrouwelijke primaire geslachtskenmerken vertonen. Zo kan iemand geboren worden met een niet-volgroeide penis en een vagina-ingang, of een clitoris die zo groot is dat ze op een penis lijkt. Dat noem je een intersekse persoon. Soms komt dat verschijnsel pas in een latere levensfase tot uiting, zoals tijdens de puberteit, en is dat uitwendig helemaal niet zichtbaar: een jongen kan dan eierstokken blijken te hebben, of een meisje kan geen baarmoeder hebben.

6

Dat is ongeveer evenveel als het aantal tweelingen dat in België

S Afb.

Elke dag worden er in België een vijftal kinderen geboren met een variatie in geslachtskenmerken.

wordt geboren.

3D-beeld mannelijk voortplantingsorgaan VIDEO

3D-beeld vrouwelijk voortplantingsorgaan VIDEO

zaadleider

penis zwellichamen

S Afb. 7

Testosteron regelt de ontwikkeling van de interne en externe delen van de mannelijke voortplantingsorganen:

• de bijbal (epididymis), waarin zaadcellen tijdelijk worden opgeslagen;

• de zaadleider (vas deferens), die zaadcellen van de bijbal tot in de buitenwereld vervoert;

• de balzak (scrotum), waarin de teelballen liggen;

• de penis met zwellichamen, waarmee zaadcellen tot in de buurt van de baarmoederhals kunnen worden gebracht.

In afwezigheid van testosteron verdwijnen de voorlopers van de mannelijke voortplantingsorganen en komen de vrouwelijke voortplantingsorganen tot ontwikkeling:

• de eileiders (oviducten), die eicellen naar de baarmoeder brengen;

• de baarmoeder (uterus), waarin een bevruchte eicel zich kan ontwikkelen tot een foetus;

• de baarmoederhals (cervix), die de baarmoeder verbindt met de vagina;

• de vagina (schede), die een verbinding vormt tussen de baarmoeder en de buitenwereld, en die de meer naar binnen gelegen delen van het voortplantingsstelsel beschermt tegen schadelijke micro-organismen;

• de buitenste en de binnenste de vulva

balzak bijbal teelbal

De mannelijke voortplantingsorganen

©VANIN

eierstok

baarmoeder

eileider

clitoris

binnenste schaamlip buitenste schaamlip

S Afb. 8

De vrouwelijke voortplantingsorganen

baarmoederhals vagina

De teelballen produceren het hormoon testosteron, waardoor er zich mannelijke voortplantingsorganen vormen. In afwezigheid van testosteron ontstaan er vrouwelijke voortplantingsorganen

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 27.

2 Hoe wordt de vorming van voortplantingscellen geregeld?

Na de geboorte duurt het nog zo’n tiental jaar vooraleer de puberteit start. Vanaf dan heeft je lichaam nog eens ongeveer tien jaar nodig om uit te groeien tot een volwassene. In die periode treedt er een hele reeks veranderingen op. Zo kent je lichaam een groeispurt en komen de secundaire geslachtskenmerken tot uiting. Doordat je hersenen zich blijven ontwikkelen tijdens de puberteit, krijg je ook andere ideeën en opvattingen. Je vormt een eigen identiteit en zelfbeeld. Bovendien krijg je ook interesse in romantische relaties. Vanaf dan ben je immers in staat om je voort te planten.

Al die veranderingen worden bepaald door hormonen. Die stoffen sturen niet enkel veranderingen op fysiek, cognitief en emotioneel vlak aan, maar regelen ook je vruchtbaarheid.

2.1 Waar worden de eicellen gevormd?

©VANIN

WEETJE

Omdat een eicel zeer veel cytoplasma bevat, is ze bijna honderdduizend keer groter dan een zaadcel. Daarmee is de eicel een van de grootste cellen van de mens.

De vorming van de vrouwelijke voortplantingscellen of eicellen gebeurt in de vrouwelijke geslachtklieren of de eierstokken (ovaria). De eierstokken bevinden zich binnen in het vrouwelijk lichaam, aan weerszijden van de baarmoeder in de buikholte. De vorming van de eicellen start al voor de geboorte. In een eierstok zijn bij de geboorte al zeer veel onrijpe eicellen aanwezig. In een latere levensfase voltooien er maandelijks één of meer eicellen het rijpingsproces. Vrouwen zijn niet hun hele leven vruchtbaar: tussen de leeftijd van veertig tot zestig jaar zijn er niet meer voldoende onrijpe eicellen en stopt het rijpingsproces.

Alle eicellen in de eierstokken zijn omgeven door cellen die voeding en bescherming leveren aan de eicel. Die cellen noem je de follikelcellen. Het geheel van een eicel met de follikelcellen noem je een follikel

S Afb. 9 Een eicel is omgeven door een of meerdere lagen van follikelcellen. Het geheel noem je een follikel.

baarmoederslijmvlies

2.2 Hoe wordt de vorming van de eicellen

geregeld?

De vorming en de rijping van eicellen wordt geregeld door hormonen. Dat proces begint vanaf de puberteit. Onder invloed van hormonen start bij vrouwen op dat moment de maandelijkse menstruatiecyclus. Tijdens die cyclus beginnen er meerdere eicellen in de eierstok te rijpen. Intussen ondergaat ook het baarmoederslijmvlies veranderingen. Doorgaans zal één eicel het rijpingsproces voltooien en uit de eierstok vrijkomen: dat is de eisprong of ovulatie. De cyclus duurt gemiddeld 28 dagen, maar kan ook langer of korter zijn.

baarmoeder

©VANIN

Daarbij ondergaat het baarmoederslijmvlies ook veranderingen.

van hormonen.

De hormonen die de vorming van de eicellen (oögenese) regelen, worden geproduceerd in hormonale klieren. De hypothalamus, de hypofyse en bepaalde cellen van de eierstokken spelen daarbij een belangrijke rol. De hormonen die ze produceren, worden via het bloed naar alle delen van het lichaam vervoerd en hebben een effect op plaatsen waar de passende doelwitcellen aanwezig zijn.

De volgende hormonen zijn betrokken bij het aansturen van de menstruatiecyclus en bij de regeling van de productie van eicellen:

• GnRH is een hypothalamushormoon dat de hypofyse aanstuurt.

• FSH en LH zijn twee hypofysehormonen die de eierstokken beïnvloeden.

• Oestrogeen en progesteron, aangemaakt in de eierstokken, beïnvloeden het baarmoederslijmvlies.

eierstok

eileider

ovulatie

rijpe eicel

S Afb. 10

Eicellen komen maandelijks tot rijping in de eierstokken onder invloed

OPDRACHT 2

De afbeelding stelt de hormonale regeling van de menstruatiecyclus voor. Beantwoord de vragen.

een lage concentratie aan oestrogeen stimuleert de productie van GnRH en daarmee ook de eigen productie

S Afb. 11

eierstokken

oestrogeen progesteron

De hormonale regeling van de menstruatiecyclus met feedbacksystemen

1 In welke hormonale klier wordt GnRH geproduceerd?

2 Welke klier wordt aangestuurd door GnRH?

3 Welke hormonen worden geproduceerd in de hypofyse?

een hoge concentratie aan oestrogeen en progesteron remt de productie van GnRH en daarmee ook de eigen productie ++ stimulatie door hormonenconcentratie negatieve feedback positieve feedback

4 Welke organen worden beïnvloed door de bovenstaande hormonen?

5 Welke hormonen kunnen zowel een stimulerend als een remmend effect uitoefenen op de hypofyse en de hypothalamus?

6 Hoe noem je een systeem waarbij de concentratie van stoffen een stimulerend of remmend effect uitoefent op zijn eigen productie?

Je leerde al dat de productie van bepaalde hormonen kan worden gestimuleerd door de concentratieveranderingen van andere hormonen. Ook hier is dat het geval. De hypothalamus produceert het hormoon GnRH. Dat hormoon stimuleert (zie ++ op afbeelding 11) de hypofyse om de hypofysehormonen LH en FSH af te scheiden. Bij de vrouw spelen feedbacksystemen van die hormonen een rol. Zij regelen de menstruatiecyclus.

De delen van de follikel die overblijven na de eisprong, vormen een structuur die een gele kleur krijgt. De wetenschappelijke naam daarvan is corpus luteum, dat letterlijk ‘geel lichaam’ betekent. De gele kleur is het gevolg van hoge vetreserves, die worden gebruikt om de hormonen oestrogeen en progesteron te vormen.

Het verloop van de menstruatiecyclus kan worden ingedeeld in drie fasen:

1 de folliculaire fase; 2 de luteale fase; 3 de menstruatiefase.

1 De folliculaire fase

• De folliculaire fase start na de menstruatie. Op dat moment is de concentratie aan oestrogeen en progesteron in het bloed laag. Die lage concentratie fungeert als prikkel voor de hypothalamus om GnRH af te scheiden. De concentratie van dat hormoon stijgt daardoor, en dat signaal stuurt de hypofyse aan om meer FSH en LH af te geven aan het bloed.

©VANIN

De menstruatie treedt enkel op als er na de ovulatie geen bevruchting en geen innesteling hebben plaatsgevonden.

• FSH stimuleert een aantal follikels in de eierstokken om te rijpen. De follikelcellen rond de eicel produceren daarbij oestrogeen

• De combinatie van oestrogenen, FSH en LH blijft de ontwikkeling en de rijping van de follikel ondersteunen. Naarmate de follikel rijpt, komen er steeds meer follikelcellen bij. Doordat die cellen oestrogenen produceren, stijgt de concentratie aan oestrogenen in het bloed. De follikel neemt ook toe in omvang door de opstapeling van vocht dat de follikelcellen aanmaken.

• Het hormoon oestrogeen zorgt ervoor dat het baarmoederslijmvlies aangroeit, als voorbereiding op een mogelijke zwangerschap.

• Ongeveer op de twaalfde tot de veertiende dag van de cyclus bereikt de oestrogeenspiegel een kritische drempel. Bij een bepaalde concentratie stimuleert oestrogeen de hypothalamus om meer GnRH af te scheiden.

• Dat stimuleert op zijn beurt de hypofyse, wat enkele dagen later resulteert in een sterk verhoogde afscheiding van FSH en LH. FSH stimuleert de follikel om meer oestrogeen te produceren. Via een keten van reacties stimuleert oestrogeen zijn eigen productie: een lage concentratie aan oestrogeen fungeert als prikkel om die concentratie te verhogen. Dat is een voorbeeld van een positieve feedback

• De piek in LH f ungeert als de uitlokkende factor voor de eisprong of ovulatie. Die vindt plaats rond de veertiende dag van de cyclus.

2 De luteale fase

• De delen van de follikel die achterblijven na de ovulatie, vormen het gele lichaam. Het gele lichaam vormt tijdens de luteale fase de hormonen oestrogeen en progesteron.

• Door de toenemende hoeveelheid progesteron in het bloed ontwikkelen er zich bloedvaten en talrijke slijmkliertjes in het baarmoederslijmvlies. Zo brengt progesteron het baarmoederslijmvlies in een toestand die optimaal is voor de mogelijke innesteling van een embryo.

• Progesteron bevordert ook de stofwisseling en leidt tot een stijging van de lichaamstemperatuur Je kunt dat ervaren als een periode waarin je veel energie hebt.

• De hoge concentraties aan de hormonen oestrogeen en progesteron oefenen samen een negatieve feedback uit op de hypothalamus: de secretie van GnRH wordt afgeremd. Een verlaagde afscheiding van GnRH vermindert de secretie van FSH en LH. Omdat het hormoon LH nodig is om het gele lichaam in stand te houden, zal de lage concentratie aan LH ervoor zorgen dat het gele lichaam wordt afgebroken.

• Als gevolg daarvan dalen ook de concentraties aan oestrogeen en progesteron. Hier zie je hoe een hoge concentratie aan oestrogenen en progesteron de prikkel vormt om via een keten van reacties de eigen productie af te remmen. Je spreekt daarom van negatieve feedback.

• Als een embryo zich in het baarmoederslijmvlies nestelt, verhindert een ander hormoon de afbraak van het gele lichaam, waardoor de zwangerschap kan doorgaan.

3 De menstruatiefase

• De zeer lage concentratie aan de hormonen oestrogeen en progesteron zorgt ervoor dat het baarmoederslijmvlies afbrokkelt en wordt afgestoten.

• Dat gaat gepaard met bloedingen, de menstruatie. De menstruatie begint gewoonlijk veertien dagen na de ovulatie en duurt gemiddeld vijf dagen.

• Wanneer de concentratie aan oestrogenen en progesteron in het bloed afneemt, valt ook de remmende werking op de hypothalamus weg. De secretie van GnRH begint opnieuw en de folliculaire fase van een nieuwe cyclus start weer op.

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

L1

L2

L3

L4

L5

OPDRACHT 3

Lees de tekst op de vorige pagina. Plaats de symbolen F1, F2 … van de verschillende fasen in de menstruatiecyclus op juiste plaats op de afbeelding.

menstruatie

folliculaire fase

luteale fase

menstruatie

12345678910 11 121314151617181920 21 22 23 24 2526 27128

hypothalamus

FSH en LH

hypofysehormonen hypofyse

follikelcellen geel lichaam

ovulatie drempel

oestrogeen oestrogeen progesteron progesteron

groeifase secretiefase

baarmoederslijmvlies

lichaamstemperatuur

12345678910 11 121314151617181920 21 22 23 24 2526 27128

S Afb. 12

De hormonale invloeden tijdens de menstruatiecyclus

ovariële cyclus

ovariumhormonen baarmoedercyclus

38 °C 37 °C 36 °C

Menstruatiepijn kan voorkomen net voor de start van en/of tijdens je maandstonden. Je kunt last hebben van pijn en krampen in de onderbuik, pijn in de rug, hoofdpijn, pijnlijke borsten en/of een opgeblazen gevoel. Bijna alle vrouwen hebben af en toe last van menstruatiepijn. Bij 5 % tot 15 % zijn de klachten zo ernstig dat ze zelfs aanleiding geven tot schoolof werkverzuim. Wie naar de dokter gaat, hoort vaak: ‘Menstruatiepijn hoort er nu eenmaal bij’, en als oplossing voor het lijden: ‘Neem de pil’. Steeds meer vrouwen nemen geen genoegen met dat antwoord en gaan op zoek naar alternatieven, in het bijzonder omdat de pil mentale en fysieke bijwerkingen heeft. Onderzoek toont aan dat de hormonen in het anticonceptiemiddel onder andere van invloed zijn op de hersenen.

S Afb. 13 Menstruatiepijn

©VANIN

De meeste vrouwen hebben een cyclus die vrij regelmatig is: ze duurt telkens even lang. Dat betekent dat de dag waarop de eisprong plaatsvindt, en ook de dag waarop de menstruatie begint, goed voorspelbaar zijn. Bij vrouwen met een onregelmatige cyclus is de periode tussen twee menstruaties de ene keer (veel) langer dan de andere keer. Aangezien de eisprong meestal veertien dagen voor de volgende menstruatie gebeurt, is het dan ook moeilijker om te voorspellen wanneer de eisprong plaatsvindt.

De menstruele cycli volgen elkaar op gedurende een periode van gemiddeld 35 tot 40 jaar. Daarna raakt de voorraad eicellen uitgeput en wijzigt de hormonale cyclus van de vrouw. Dat zorgt voor veranderingen in de menstruatiecyclus. De hormonale veranderingen veroorzaken lichamelijke en mentale ongemakken, zoals slapeloosheid, vermoeidheid en stemmingswisselingen. Die periode wordt de perimenopauze genoemd en kan meerdere jaren duren. Als de menstruele cyclus volledig is stilgevallen, wordt er een nieuw hormonaal evenwicht bereikt. Dan spreek je van de menopauze

Bij de vrouw ontstaan er voor de geboorte al onrijpe eicellen in de eierstokken. Vanaf de puberteit zullen er eicellen tijdens de menstruatiecyclus het rijpingsproces voltooien. De menstruatiecyclus wordt geregeld door feedbacksystemen tussen de hormonen GnRH, FSH, LH, oestrogeen en progesteron. Er kunnen drie fasen in de cyclus worden onderscheiden:

• de folliculaire fase, waarin follikels rijpen en het baarmoederslijmvlies dikker wordt;

• de luteale fase, waarin het baarmoederslijmvlies zich voorbereidt op de innesteling van een embryo;

• de menstruatiefase, waarin het baarmoederslijmvlies wordt afgestoten als er zich geen embryo heeft ingenesteld.

Na een periode van 35 à 40 jaar met menstruele cycli komt de vrouw in de perimenopauze. Tijdens die periode wijzigt de hormonale cyclus als gevolg van een te klein aantal onrijpe eicellen. Na enkele jaren valt de menstruele cyclus stil en treedt er een nieuw hormonaal evenwicht in. Dat is de menopauze

` Maak oefening 5, 6 en 7 op p. 27.

2.3 Waar ontstaan de mannelijke voortplantingscellen?

Net zoals bij de vrouw de eicellen ontstaan in de eierstokken, worden de mannelijke voortplantingscellen of zaadcellen gemaakt in de mannelijke geslachtsklieren of de teelballen (testes). Die liggen buiten de buikholte in de balzak. In elke teelbal liggen er 600 tot 800 zaadbuisjes. Dat zijn sterk gekronkelde en dunne buisjes, elk ongeveer 50 cm lang. Het is in die zaadbuisjes dat er zaadcellen worden aangemaakt. Het grote aantal zaadbuisjes is nodig om de enorme aantallen zaadcellen aan te maken die bij een zaadlozing of ejaculatie naar buiten worden gestuwd: een zaadlozing bevat gemiddeld 400 miljoen zaadcellen.

teelbal bijbal

zaadleider zaadbuisje

©VANIN

balzak

OPDRACHT 4

Een zaadcel moet tot bij de eicel geraken om ermee te kunnen versmelten.

Bestudeer de afbeelding, bekijk de video en beantwoord dan de vragen.

blaasje kern zweepstaart

middenstuk kop

S Afb. 15

Zaadcellen zijn de kleinste menselijke cellen. Ze bestaan uit een kop, een middenstuk en een zweepstaart.

1 Waarmee is de zaadcel uitgerust waardoor hij zich kan voortbewegen? Verklaar.

W Afb. 14

Een doorsnede van een teelbal. In een teelbal bevinden zich honderden zaadbuisjes, waarin zaadcellen worden gemaakt.

video: zaadcel

VIDEO

2 Welk celonderdeel is extra goed ontwikkeld om de cel van voldoende kinetische energie te voorzien?

WEETJE

Doordat er in zaadcellen zeer weinig cytoplasma aanwezig is, behoren ze tot de kleinste cellen van de mens.

De mannelijke voortplantingscellen of zaadcellen zijn beweeglijk, zodat ze zich naar de eicel toe kunnen verplaatsen. Als de zweepstaart beweegt, wordt de kop van de zaadcel vooruit gestuwd. Die kop bevat de kern met het erfelijk materiaal, maar ook een blaasje gevuld met stoffen die helpen om de eicel binnen te dringen.

OPDRACHT 5

2.4 Hoe wordt de vorming van de zaadcellen geregeld?

In tegenstelling tot de vorming van de eicellen van de vrouw start de productie van de zaadcellen in de teelballen vanaf de puberteit en loopt ze verder tijdens het hele leven van de man. Mannen zijn dus, in tegenstelling tot vrouwen, hun hele leven vruchtbaar.

Bestudeer de afbeelding met de hormonale regeling van de vorming van zaadcellen.

Beantwoord de vragen.

hypothalamus

hypofyse

testosteron

testosteron inhibine

teelballen

cellen van zaadbuisjes

(hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

S Afb. 16

De hormonale regeling van de vorming van zaadcellen met stimulatie en negatieve feedbacksystemen

1 Welke hormonen spelen een rol bij de zaadcelvorming?

++ stimulatie door hormonenconcentratie negatieve feedback

2 Vergelijk de regeling van de zaadcelvorming met die van de eicelvorming bij de vrouw (zie afbeelding 16). Wat gelijkenissen stel je vast? Leg uit.

3 Vul telkens het passende hormoon in.

De hormoonproducerende cellen tussen de zaadbuisjes worden gestimuleerd door om het hormoon aan te maken. Het hormoon stimuleert de cellen van de zaadbuisjes om het hormoon op te nemen. Dat is nodig voor de vorming van zaadcellen.

OPDRACHT 5 (VERVOLG)

4 De cellen van de zaadbuisjes produceren het hormoon inhibine.

Welke invloed heeft dat hormoon bij een voldoende hoge concentratie?

Markeer de juiste antwoorden.

Inhibine heeft een remmende / stimulerende invloed op de hypofyse.

Daardoor wordt er meer / minder FSH afgescheiden.

Dat heeft op zijn beurt als gevolg dat er meer / minder inhibine aanwezig is.

Je noemt dat een positief / negatief feedbacksysteem.

5 Wanneer er een overmaat aan testosteron ontstaat, zorgt dat ervoor dat de productie van dat hormoon wordt afgeremd.

Leg uit aan de hand van het schema.

Net zoals bij de vrouw wordt de vorming en de rijping van zaadcellen geregeld door hormonen. Een aantal van die hormonen zijn dezelfde als diegene die de vorming van de eicellen bij de vrouw regelen.

• GnRH is een hypothalamushormoon dat, net zoals bij de regeling van de vorming van de eicellen, de hypofyse aanstuurt.

• FSH en LH zijn hormonen van de hypofyse, die bij de man de teelballen beïnvloeden.

• De hormonen testosteron en inhibine, die aangemaakt worden in de teelballen, regelen de productie van zaadcellen.

Ook bij de man spelen feedbacksystemen van die hormonen een rol (zie afbeelding 16). De hypothalamus produceert het hormoon GnRH. Dat hormoon stimuleert (zie ++) de hypofyse om de hypofysehormonen LH en FSH af te scheiden.

Het hormoon LH stimuleert op zijn beurt bepaalde cellen die tussen de zaadbuisjes in de testes liggen, om het hormoon testosteron aan te maken. Het hormoon FSH stimuleert de opname van testosteron door de cellen van de zaadbuisjes. Dat is nodig voor de vorming van de zaadcellen Net zoals de follikelcellen bij de vrouw zijn er dus ook bij de man bepaalde cellen in de teelballen die hormonen produceren.

De cellen van de zaadbuisjes spelen een belangrijke rol in de vorming van de zaadcellen: ze ondersteunen en voeden ze, maar produceren ook het hormoon inhibine. In een voldoende hoge concentratie remt inhibine de afscheiding van FSH door de hypofyse. Dat is een voorbeeld van een negatief feedbacksysteem. Er wordt dus minder FSH afgescheiden en minder inhibine geproduceerd als er te veel inhibine aanwezig is.

Een overmaat aan testosteron remt de afscheiding van GnRH door de hypothalamus en de vorming van LH, wat ervoor zorgt dat productie van testosteron daalt. Die twee processen zijn ook voorbeelden van een negatieve terugkoppeling.

Je kunt dus besluiten dat de concentraties aan GnRH, FSH en LH worden geregeld door negatieve feedbacksystemen.

©VANIN

WEETJE

Testosteron speelt niet alleen een rol in de hormonale regeling van de voortplantingscellen bij de man en de ontwikkeling van het mannelijk geslacht. Ook andere cellen in je lichaam kunnen als doelwitcellen reageren op de aanwezigheid van testosteron. Testosteron stimuleert ook de groei van spieren, verhoogt het uithoudingsvermogen en het herstel van spieren, vermindert de vetmassa en onderdrukt de vermoeidheid, maar verhoogt de focus en de agressie. Daarom wordt testosteron in bepaalde sporten, zoals atletiek, gewichtheffen, bodybuilding en wielrennen, gebruikt als doping. Het gebruik van testosteron is niet zonder gevaar. Het verhoogt niet alleen het risico op hart- en vaatziekten en beroertes, maar veroorzaakt ook leverschade, groeistoornissen, verschrompeling van de teelballen en onvruchtbaarheid. Testosterongebruik kan ook leiden tot stemmingswisselingen en psychoses.

Vanaf de puberteit start de vorming van zaadcellen in de zaadbuisjes van de teelballen.

Dat proces wordt geregeld door verschillende hormonen:

• het hypothalamushormoon GnRH;

• de hypofysehormonen FSH en LH;

• de hormonen testosteron en inhibine, die in de teelballen worden gevormd.

Negatieve feedbacksystemen spelen een rol bij de hormonale regeling van de vorming van de zaadcellen.

` Maak oefening 8 t/m 11 op p. 28.

S Afb. 17

Testosteron stimuleert de groei van spieren.

2.5 Hoe verklein je de kans op een zwangerschap?

OPDRACHT 6 ONDERZOEK

Welke manieren zijn er om een zwangerschap te voorkomen? Ga naar Labo 01 op .

S Afb. 18

Het condoom (links) is een niet-hormonaal anticonceptiemiddel. De anticonceptiepil (rechts) is de bekendste vorm van hormonale anticonceptie.

©VANIN

Wie het risico op een zwangerschap wil beperken, kan gebruikmaken van natuurlijke methoden en geslachtsgemeenschap vermijden in de periode voor en na de eisprong. Het moment van de eisprong kun je bepalen op basis van je basale temperatuur (je lichaamstemperatuur wanneer je ontwaakt) of je kennis van je eigen menstruele cyclus. Die natuurlijke methoden zijn echter niet heel betrouwbaar, omdat het niet altijd vanzelfsprekend is om het moment van de eisprong te voorspellen.

Om een zwangerschap te vermijden, kun je ook gebruikmaken van anticonceptiemiddelen. Sommige anticonceptiemiddelen, zoals het condoom en het pessarium, maken gebruik van fysieke barrières: ze zorgen ervoor dat de zaadcellen niet bij de eicellen kunnen.

Andere anticonceptiemiddelen werken op basis van hormonen Het bekendste en wellicht meest gebruikte anticonceptiemiddel bij de vrouw is de pil. Daar bestaan verschillende varianten van, zoals de minipil en de prikpil. De pil bevat synthetische varianten van de vrouwelijke geslachtshormonen. De synthetische varianten van de geslachtshormonen hebben dezelfde werking als de natuurlijke hormonen. Als een vrouw de pil correct inneemt, wordt er een zeer hoge concentratie aan natuurlijke hormonen nagebootst. Afhankelijk van de soort pil wordt, door negatieve feedback, de rijping van nieuwe eicellen of de verdikking van het baarmoederslijmvlies afgeremd. Daardoor kan een eventuele bevruchte eicel zich niet innestelen.

Je kunt een zwangerschap vermijden door anticonceptiemiddelen te gebruiken.

Sommige anticonceptiemiddelen werken op basis van fysieke barrières Hormonale anticonceptiemiddelen verhinderen de vorming van voortplantingscellen door gebruik te maken van negatieve feedbacksystemen.

3 Hoe wordt de menstruatie verhinderd na een bevruchting?

OPDRACHT 7

Gebruik afbeelding 19 om de vragen te beantwoorden.

1 Welk hormoon wordt geproduceerd door het embryo?

2 Wat is het effect van dat hormoon?

3 Wat is de functie van het gele lichaam?

4 Wat is dan uiteindelijk het gevolg van stap 2 en 3?

1 productie

2 tegenwerking afbraak 3 productie hCG progesteron oestrogeen

embryo

geel lichaam

Wanneer er een bevruchting is opgetreden en het embryo zich in het baarmoederslijmvlies nestelt, zou het ingenestelde embryo uit het lichaam worden verwijderd als de menstruatie plaatsvond.

Als een embryo zich heeft ingenesteld, wordt de menstruatie vermeden dankzij het hormoon hCG. Dat hormoon wordt door het embryo geproduceerd en zorgt ervoor dat het gele lichaam niet wordt afgebroken. De hormonen oestrogeen en progesteron blijven dus aanwezig in hoge concentraties, waardoor er geen nieuwe cyclus start en het baarmoederslijmvlies, samen met het ingenestelde embryo, niet wordt afgestoten. In een latere fase van de zwangerschap neemt de moederkoek of placenta de productie van oestrogeen en progesteron over.

Wanneer na een bevruchting het embryo zich in het baarmoederslijmvlies innestelt, zorgt het hormoon hCG ervoor dat het gele lichaam blijft bestaan en de menstruatie uitblijft.

2 3 4 5 6 7

Welk hormoon zorgt ervoor dat een embryo zich ontwikkelt tot een jongen?

FSH hCG oestrogeen testosteron

Rangschik de volgende stadia in chronologische volgorde.

baby – zygote (bevruchte eicel) – foetus – embryo

Noem drie delen van het vrouwelijk voortplantingsorgaan die tot ontwikkeling komen in afwezigheid van het hormoon testosteron.

Beschrijf de rol van testosteron in de ontwikkeling van het biologisch geslacht.

Van welk hormoon of welke hormonen is er rond het tijdstip van de eisprong een sterk verhoogde concentratie merkbaar in het bloed?

Welke invloed heeft oestrogeen op ...

a het baarmoederslijmvlies?

b de hypothalamus?

Wat gebeurt er op hormonaal vlak bij de luteale fase en de menstruatie?

a Welke hormonen worden door het gele lichaam aangemaakt in de luteale fase?

b Leg uit hoe het gele lichaam afsterft door hormonen die het zelf produceert.

c Wat is het gevolg van het afsterven van het gele lichaam?

9 10 11

Op welke plaats in het mannelijk voortplantingsorgaan worden de zaadcellen gevormd?

Duid aan met een pijl.

Sommige sporters nemen testosteron om hun spieren sterker te laten ontwikkelen.

Een neveneffect van het gebruik van testosteron is een verminderde vruchtbaarheid.

Leg uit waarom de inname van testosteron kan leiden tot een verminderde vruchtbaarheid.

Welke hormonen spelen een rol bij de vorming van de zaadcellen?

Noteer de juiste hormonen bij de nummers op het schema.

hypothalamus

hypofyse

teelballen cellen van zaadbuisjes (hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

Welke hormonen die de vorming van eicellen bij de vrouw regelen, spelen ook een rol bij de regeling van de vorming van zaadcellen?

Meer oefenen? Ga naar .

HORMONALE REGELING VAN DE VOORTPLANTING

Bij de vrouw ontstaan er voor de geboorte al onrijpe eicellen in de eierstokken. Vanaf de puberteit zullen er eicellen tijdens de menstruatiecyclus het rijpingsproces voltooien. Die cyclus wordt geregeld door feedbacksystemen tussen de hormonen GnRH, FSH, LH, oestrogeen en progesteron

©VANIN

++ stimulatie door hormonenconcentratie

negatieve feedback positieve feedback hypothalamus

hypofyse

eierstokken

oestrogeen progesteron

Er kunnen drie fasen in de cyclus worden onderscheiden:

• de folliculaire fase, waarin follikels rijpen en het baarmoederslijmvlies dikker wordt;

• de luteale fase, waarin het baarmoederslijmvlies zich voorbereidt op de innesteling van een embryo;

• de menstruatiefase, waarin het baarmoederslijmvlies wordt afgestoten als er zich geen embryo heeft ingenesteld.

De menstruele cyclus loopt door tot aan de menopauze

Tijdens de zwangerschap speelt het hormoon hCG een rol om het baarmoederslijmvlies in stand te houden, waardoor de menstruatie stopt en de zwangerschap kan doorgaan.

Bij de man begint de productie van zaadcellen in de puberteit. De productie gaat door gedurende het hele leven. De zaadcellen worden geproduceerd in de teelballen. Dat proces wordt geregeld door feedbacksystemen van hormonen zoals GnrH, LH, FSH en testosteron.

hypothalamus

hypofyse

++ stimulatie door hormonenconcentratie negatieve feedback

teelballen cellen van zaadbuisjes (hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

JANOG OEFENEN

Begripskennis

• Ik kan uitleggen hoe nieuw leven ontstaat.

• Ik kan uitleggen hoe het geslacht van een baby wordt bepaald.

• Ik kan de begrippen ‘zygote’, ‘embryo’ en ‘foetus’ uitleggen

• Ik kan de bouw van de voortplantingsorganen bij de man en de vrouw benoemen en vergelijken

• Ik kan de invloed van de hormonen LH, FSH, oestrogeen en progesteron bij de productie van de eicellen en het verloop van de menstruatiecyclus uitleggen.

• Ik kan op een tijdlijn van de menstruatiecyclus de eicelrijping, de eisprong, de vruchtbare periode en de menstruatie situeren.

• Ik kan uitleggen wat de menopauze is.

• Ik kan de invloed van LH, FSH en testosteron bij de productie van zaadcellen uitleggen.

• Ik kan de functie van feedbacksystemen bij de hormonale regeling van de voortplanting uitleggen.

• Ik kan een voorbeeld geven van anticonceptie en uitleggen hoe je het correct gebruikt.

• Ik kan uitleggen hoe de menstruatie wordt verhinderd na een bevruchting.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

THEMA 02 VERSCHEIDENHEID AAN LEVEN EN BIODIVERSITEIT

Deze zoetwatervlo is amper 1 mm groot, maar kan algen uit het water opeten en daarmee overwoekerde zoetwaterplassen weer gezond maken. Andere zoetwatervlooien staan dan weer op een dieet van restjes dode vissen of uitwerpselen. Nog andere soorten zoetwatervlooien kunnen als indicator voor de hoeveelheid zuurstofgas in water dienen: deze schaaldieren kleuren immers rood in een zuurstofarm milieu. Bij schaarste aan zuurstofgas maken ze extra hemoglobine aan. Die rode stof helpt om O2 efficiënter te transporteren. Soms tref je zo veel zoetwatervlooien aan dat het vijverwater bloedrood kleurt. Wat een diversiteit: zoetwatervlooien in alle maten en kleuren, met elk hun overlevingsstrategie.

` Welke verschillen tussen soorten zijn belangrijk om organismen overzichtelijk in te delen?

` Wat is de relatie tussen eigenschappen van micro-organismen en hun rol in de natuur?

` Wat is het belang van biodiversiteit?

We zoeken het uit!

Î Hoe onderscheiden verschillende organismen zich van elkaar?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M de bouw en functie van plantaardige en dierlijke cellen herkennen en verduidelijken;

M de begrippen autotroof en heterotroof uitleggen.

Je leert nu:

M wat een soort is;

M dat er relevante criteria nodig zijn om organismen te groeperen;

M het ontstaan van het vijfrijkensysteem begrijpen in de zoektocht naar orde in de biodiversiteit;

M wat prokaryoten en eukaryoten zijn;

M organismen in het driedomeinensysteem indelen;

M wat de tree of life is;

M waar de virussen thuishoren.

Wanneer je naar een tropisch eiland op expeditie gaat, je aan een spoorwegberm veldonderzoek doet of een cultuur kleine organismen onder een microscoop bestudeert, telkens weer kom je een oogverblindende diversiteit aan levende wezens tegen. Die verscheidenheid aan soorten organismen, ook wel biodiversiteit genoemd, is immens en indrukwekkend mooi. Welke mechanismen gaan er schuil achter het ontstaan van die variatie? Hoe onderscheid je al die levende wezens van elkaar? Wat zijn soorten en hoe ontstaan ze? Hoe schep je orde in de veelheid van al die levende wezens? En welk belang heeft biodiversiteit voor de natuur en de mens?

1 Welke verschillen kun je waarnemen tussen organismen?

Bij een onderzoek van een natuurgebied, zoals een bos of een vijver, kun je heel wat verschillende organismen waarnemen. Als je een onbekende plant, een vreemd dier of nog een ander organisme tegenkomt, dan kun je met je smartphone snel achterhalen wat je voor je lens hebt. Er bestaan heel wat apps die je met één klik vertellen om welk organisme het gaat. Voorbeelden van zo’n apps zijn ObsIdentify en Pl@ntnet.

Het aantal soorten op aarde is immens: er zouden zo’n 8,7 miljoen wezens op onze planeet leven. Ze worden ingedeeld in groepen om een goed onderscheid te kunnen maken.

1.1 Hoe kunnen we orde scheppen in de biodiversiteit?

OPDRACHT 1 ONDERZOEK

Ontdek de biodiversiteit in een hooi-rijst-aardecultuur aan de hand van Labo 02 op .

S Afb. 20 Apps zoals ObsIdentify herkennen dieren en planten. Alle natuurwaarnemingen worden verzameld, zodat onderzoekers ermee aan de slag kunnen gaan.

OPDRACHT 2

Bij het onderzoek van een hooi-rijst-aardecultuur werden de onderstaande organismen gedetermineerd. De aangetroffen organismen werden in kolommen gesorteerd volgens de onderstaande criteria.

groenwier

amoebe

RIJSTAARDECULTUUR

Criteria

1 grootte

rondworm

1 millimeter (mm) = 1 000 micrometer (μm)

Organisme

• minimaal 1 mm groot C, G, H

• kleiner dan 1 mm A, B, D, E, F, I

2 inwendige organen, skelet, weefsels: bv. bloedvatenstelsel

• met bloedvatenstelsel C

• zonder bloedvatenstelsel A, B, D, E, F, G, H, I

3 gedrag, bv. kunnen bewegen in water

• bewegen dankzij trilhaartjes B, E, H

• bewegen dankzij spiertjes C, G

• bewegen dankzij schijnvoetjes F

• kunnen niet bewegen A, D, I

4 manier van voedsel verzamelen

• autotroof en dus aan fotosynthese doen A, D

• heterotroof en dus voedsel opnemen door andere organismen of hun afval op te eten B, C, E, F, G, H, I

1 Wat stel je vast?

2 Wat kun je besluiten?

Elke soort krijgt een wetenschappelijke naam, die bestaat uit twee delen en die in gedrukte tekst cursief wordt geschreven. Op ontdek je hoe die naamgeving tot stand komt.

Vaak wordt een biotoopstudie gestart met het zoeken, determineren en oplijsten van soorten. Daarmee wordt dus ook de biodiversiteit onderzocht. Je leerde al over biodiversiteit, een term om de rijkdom aan voorkomende organismen in de natuur aan te geven. De aangetroffen soorten zijn vaak erg divers. In opdracht 2 stel je meteen vast dat, afhankelijk van het gekozen criterium, de indeling telkens anders gebeurt. Het is dus niet gemakkelijk om de juiste criteria te vinden om organismen te groeperen.

Om te groeperen is het nodig om duidelijke regels vast te leggen, die gebaseerd zijn op gemeenschappelijke kenmerken. Een veelgebruikte groep waarin organismen worden samengebracht, is de soort (zie 1.2).

Biodiversiteit is een term om de rijkdom aan voorkomende organismen in de natuur aan te geven.

Om de veelheid aan organismen overzichtelijk te groeperen, is het nodig om gepaste criteria vast te leggen op basis van gemeenschappelijke kenmerken

` Maak oefening 1 op p. 58.

1.2

Wat is een soort?

Een soort (species of afgekort sp.) is een groep van individuen die zich in natuurlijke omstandigheden samen kunnen voortplanten en vruchtbare nakomelingen hebben. Meestal lijken die individuen sterk op elkaar, maar dat is niet altijd het geval. Andersom is het niet omdat ze op elkaar lijken dat ze tot eenzelfde soort behoren.

Organismen van eenzelfde soort komen vaak in groep voor. Zo kennen we een kudde paarden en een roedel wolven. Een groep organismen van dezelfde soort die samen voorkomt, is een populatie

WEETJE

OPDRACHT 3

Lees de tekst en beantwoord de vraag.

Muildieren worden gekweekt door elke keer opnieuw een ezelhengst en een paardenmerrie te laten paren. Zo worden de rustige stappen en de intelligentie van een ezel gecombineerd met de trekkracht en het doorzettingsvermogen van een paard. Muildieren zijn populair als lastdier in bergachtige streken. Ze lijken op paarden, maar hebben de oren en het typische stemgeluid van een ezel.

Behoren ezels en paarden tot dezelfde soort? Verklaar.

©VANIN

Afb. 21

In 1955 werd

S Afb. 22

De chihuahua werd door de mens gekweekt door telkens kleine, snoezelige honden met een kort muiltje en puiloogjes te laten voortplanten.

Wanneer je een wolf en een hond, bv. de Europese wolf en een Duitse herder, met elkaar kruist, krijg je wolfshonden. Dat zijn organismen met kenmerken van de hond en de wolf. De nakomelingen van twee wolfshonden zijn wel vruchtbaar. Zo kan de Tsjecho-Slovaakse wolfshond of ‘Tsjech’, de meest bekende wolfshond in Europa, wel degelijk kinderen krijgen. De Europese wolf en de Duitse herder behoren daarom tot dezelfde soort, ook al geven we ze in het Nederlands een andere naam.

De Tsjech en de chihuahua verschillen sterk van elkaar, zowel in kleur, grootte, bouw en gedrag. Toch kunnen ze onderling vruchtbare nakomelingen krijgen. Ze behoren dus tot dezelfde soort. Zo’n verschillen binnen eenzelfde soort noemen we variatie

Ontdek hoe variatie ontstaat bij het extra materiaal op

Een soort is een groep van individuen die zich in natuurlijke omstandigheden samen kunnen voortplanten en vruchtbare nakomelingen hebben. Binnen een soort kan er heel wat variatie bestaan: individuen van een soort kunnen verschillen in kleur, grootte, bouw, gedrag ...

` Maak oefening 2 op p. 58.

geslacht soort

ras

VIDEO afbeeldingen paard, ezel en muilezel

S

geprobeerd een sterke waak- en legerhond te creëren. Zo ontstond de vruchtbare Tsjech uit een Duitse herder en een wilde OostEuropese wolf.

WEETJE

VERDIEPING

Op basis van sterke gelijkenissen in uiterlijke kenmerken, bouw en/of gedrag kun je binnen de soort nog kleinere groepjes maken. Je spreekt dan van een ras of erfelijke variëteit. Als we de soort ‘hond’ als voorbeeld nemen, kunnen we verschillende rassen onderscheiden: de Duitse herder, de poedel, de golden retriever, de Tsjech, de chihuahua ... zijn allemaal voorbeelden van zo’n hondenras.

Een hondenras ontstaat meestal doordat mensen selectief op welbepaalde kenmerken fokken. Ze laten dus enkel individuen met welbepaalde kenmerken onderling voortplanten, net om die kenmerken nadrukkelijk te behouden of te versterken.

Op de onderstaande afbeelding vind je een aantal rassen terug die tot dezelfde soort behoren. Je vindt op diezelfde afbeelding ook andere soorten terug, zoals de jakhals en de coyote. Die soorten kunnen onderling geen vruchtbare nakomelingen krijgen. Je kunt die soorten echter wel samenbrengen in een grotere groep met meerdere soorten die op elkaar lijken. Zo’n grotere groep heet een geslacht of genus.

geslacht: Honden

soort: hond

golden retriever de Tsjech poedel

S Afb. 23

soort: jakhals

Aziatische jakhals

Europese jakhals

soort: coyote

coyote

Het geslacht ‘Honden’ bevat drie verschillende soorten: de soort ‘hond’, de soort ‘jakhals’ en de soort ‘coyote’. Die drie verschillende soorten behoren tot hetzelfde geslacht door bepaalde gemeenschappelijke kenmerken, zoals de grootte van hun schedel en gelijkende tanden.

wolf chihuahua

1.3 Hoe kun je organismen overzichtelijk classificeren?

A Op zoek naar gepaste criteria om overzicht te bewaren

De biodiversiteit is immens: wetenschappers schatten dat er op aarde ongeveer 8,7 miljoen verschillende soorten organismen bestaan. Om orde te scheppen in die veelheid is het nuttig om ze in te delen in groepen. Dat doen wetenschappers door gelijkenissen bij organismen op te sporen en daarna organismen met vele overeenkomsten samen te groeperen.

WEETJE

Van dat groeperen maakte de farmacoloog Johan Buchner handig gebruik. In 1828 ging hij binnen het al beschreven geslacht van wilgen (Salix) op zoek naar de soort die het meest effectief was in het maken van de stof salicine. Die stof werd al eeuwen geëxtraheerd en gebruikt als pijnstiller, koorts- of ontstekingsremmer. Buchner ontdekte dat de witte wilg (Salix alba) een erg grote concentratie aan salicine bevat. Vanuit die stof werd later aspirine (acetylsalicylzuur) ontwikkeld. De gestructureerde ordening van soorten maakt het dus mogelijk om soorten met een geneeskundige werking, of een andere voor de mens nuttige eigenschap, terug te vinden.

de schors van de witte

©VANIN

grote

Afb. 25

Het bestuderen van de fossielkenmerken van een Archaeopteryx lithographica kon de evolutie van reptielen naar vogels ondersteunen. Het verklaart in één keer waarom krokodil naar kip smaakt of struisvogels dinosauriërpoten lijken te hebben.

Daarnaast kunnen door ordening recent ontdekte levende soorten of teruggevonden fossielen makkelijk worden toegewezen aan een al bestaande groep of nieuw op te richten verzameling. Zo toonden de fossiele kenmerken van een Archaeopteryx (die ongeveer 150 miljoen jaar geleden leefde in Midden-Europa) dat het om een soort tussen een uitgestorven dinosauriër en een eerste vogel gaat. Die soort vertoonde immers kenmerken van zowel reptiel (tanden, geklauwde vingers …) als vogel (veren, vleugels). De soort is daarmee een overgangsvorm.

S Afb. 24

Uit

wilg kan men

hoeveelheden salicine extraheren. Vanuit salicine werd aspirine ontwikkeld.

S

Bij dat groeperen van soorten op basis van gelijkende kenmerken was het initieel niet meteen duidelijk welke criteria men daarvoor het best gebruikte. Er kunnen immers heel wat criteria worden vooropgesteld om organismen in groepen onder te brengen. Vaak hebben die met hun morfologie (vorm/ bouw) of gedrag te maken:

• groeperen op basis van overeenkomsten in uiterlijke kenmerken;

• groeperen op basis van overeenkomsten in inwendige organen, skelet, weefsels (groepen cellen met een gelijkaardige functie) …;

• groeperen op basis van overeenkomsten in gedrag;

• groeperen op basis van overeenkomsten in voedingswijze.

In de jaren zeventig startte men met het groeperen van organismen in grotere groepen, waarin dan meerdere soorten samen werden ondergebracht. De groepen werden gevormd op basis van het celtype en de celkenmerken.

Met de vijf onderstaande criteria op niveau van de celstructuur kon men vele soorten in een beperkt aantal grote groepen onderbrengen, die men rijken noemde:

• de aan- of afwezigheid van een celkern;

• het een- of meercellig zijn van een organisme;

• het voorkomen van een pigment (kleurstof) om aan fotosynthese te doen: vaak komt dat pigment voor in één deel van de cel: een bladgroenkorrel; soms bevatten cellen datzelfde pigment dan weer elders;

• het autotroof of heterotroof zijn;

• de aan- of afwezigheid van een celwand en de samenstelling daarvan.

Met behulp van die vijf criteria bracht men de organismen onder in drie groepen: het plantenrijk, het dierenrijk of het rijk der schimmels.

©VANIN

OPDRACHT 4 ONDERZOEK

Welke criteria kunnen worden gebruikt om planten, dieren en schimmels in te delen?

Ga naar naar Labo 03 op .

OPDRACHT 5

Welke van de bovenstaande criteria zijn van toepassing op planten, dieren en schimmels?

1 Omcirkel de gepaste antwoorden in de tabel.

2 Celwanden van organismen in deze groepen kunnen cellulose of chitine bevatten. Zoek online welke celwanden een van die stoffen bevatten en vul aan in de tabel.

3 Bekijk aandachtig de foto van gistcellen die behoren tot de schimmels. Vul de tabel aan op basis van je vaststellingen.

celmembraan

Schimmels

Dieren

50 µ m

vacuole

celwand

celmembraan

50 µ m

Planten

celwand celmembraan

50 µ m

vacuole

cytoplasma zonder bladgroenkorrels

celkern met erfelijk materiaal

celkern met erfelijk materiaal

cytoplasma zonder bladgroenkorrels

celkern met erfelijk materiaal

cytoplasma met bladgroenkorrels

voorstelling cel

eencellig/meercellig

©VANIN

celkern ja/nee ja/nee ja/nee

eencellig/meercellig

aanwezig/afwezig

autotroof/heterotroof

eencellig/meercellig

eenof meercellig

aanwezig/afwezig

autotroof/heterotroof

aanwezig/afwezig

celwand van cellulose/chitine/geen van beide

aanwezig/afwezig

celwand van cellulose/chitine/geen van beide

aanwezig/afwezig

bladgroenkorrels in cytoplasma

autotroof/heterotroof

aanwezig/afwezig

celwand van cellulose/chitine/geen van beide

autotroof/ heterotroof

celwand

Omdat de

paprika’s dragen.

Omdat cellen van dieren geen celwand bevatten, zijn dieren zoals

28

Gistcellen zijn eencellige schimmels die erg goed energierijke suikers tot ethanol en koolstofdioxide kunnen afbreken. Dat is handig voor het brouwen van bier of het bakken van brood.

S Afb. 29

Om je champignonsaus niet te waterachtig te laten worden, snijd je je champignons best in drie delen en bak je ze meteen goed dicht. Zo vermijd je dat je vele vacuolen opensnijdt en er veel vocht vrijkomt.

Organismen die thuishoren in de groep van de planten vertonen een duidelijk aanwezige celkern in elke cel. Dat wil zeggen dat ze met een inwendig membraan het erfelijke materiaal samenhouden binnen de cel. Alle planten zijn meercellig en hun cellen bevatten bladgroenkorrels in hun cytoplasma. Daarmee kunnen ze aan fotosynthese doen: planten zijn dus autotroof. Naast een celmembraan hebben ze ook een dikke celwand rond hun cellen. Die zorgt voor extra stevigheid.

Ook alle dieren bevatten een celkern en zijn meercellig. Hun cellen bevatten geen bladgroenkorrels of fotosynthesepigment in de cel. Ze kunnen dus niet aan fotosynthese doen: alle dieren zijn daarom heterotroof. Ze moeten hun voedsel in de omgeving gaan zoeken. Ze hebben ook geen celwand rond hun cellen: dat zou bewegen moeilijk maken en dat is nodig om naar voedsel te kunnen zoeken.

De vertegenwoordigers van de schimmels zijn paddenstoelen, schimmels en gisten. Ook zij hebben een celkern. Schimmels kunnen een- of meercellig zijn: zo zijn paddenstoelen meercellig en gistcellen eencellig (bv. gisten waarmee je brood kunt laten rijzen).

Schimmels bevatten geen fotosynthesepigment. Ze kunnen dus niet aan fotosynthese doen en zijn daarom ook heterotroof. Ze nemen voedsel op uit hun omgeving en leven vaak van afgestorven materiaal (zoals dode bomen en rottende bladeren). Champignons kunnen dus in donkere kelders worden geteeld: ze hebben geen licht nodig. Ook schimmels hebben een celwand. Die celwand heeft echter een andere samenstelling dan die van planten: hij wordt verstevigd met chitine, een stof die niet bij planten voorkomt.

Zowel planten, dieren als schimmels bestaan uit best grote cellen. Hun grootte ligt vaak rond 50 μm, maar ze kan oplopen tot zelfs 500 μm (= 0,500 mm). Naast de vijf criteria valt het ook op dat volwassen planten- en schimmelcellen een grote centrale vacuole hebben. Dat is een blaasje binnenin de cel. Het bevat vaak reservevoedsel of is gevuld met een waterige vloeistof om de cel stevigheid te bezorgen. Dierlijke cellen kunnen meerdere kleine vacuolen bevatten.

S Afb. 26

cellen uit de stengel van een paprikaplant (Capsicum annuum) stevige celwanden hebben, kan de plant de zware

S Afb. 27

Kiwa hirsuta (ook wel ‘yetikrab’ genoemd) vaak erg beweeglijk.

Ze kunnen makkelijk op zoek naar voedsel. Dat is nodig, want ze zijn heterotroof.

S Afb.

OPDRACHT 6

In de hooi-rijst-aardecultuur maakte je kennis met heel wat micro-organismen. Bestudeer de onderstaande voorbeelden.

amoebe bacterie groenwier

1 Kun je de amoebe bij de dieren indelen? Waarom wel/niet?

2 Kun je het voorgestelde groenwier bij de planten indelen? Verklaar.

3 Welke organismen zijn autotroof?

4 Bij de bouw van de cel bij planten, dieren en schimmels kon je eerder al vaststellen dat cellen over een celkern beschikken. Vergelijk de drie tekeningen. Wat stel je vast?

Het mag dan wel duidelijk zijn wat de criteria zijn om tot het rijk van de planten, de dieren of de schimmels te behoren, toch vonden heel wat soorten in geen van die drie rijken een plek. Het was dus nodig om enkele bijkomende rijken te bedenken.

In een eerste bijkomend rijk werden alle organismen geplaatst die wel een kern hadden, maar uit slechts één cel bestaan. Dat werd het rijk van de protisten

Een tweede bijkomend rijk werd gevormd door alle eencellige organismen zonder celkern, zoals de bacteriën. Bij die organismen wordt het erfelijke materiaal dus niet door een kernmembraan omgeven. Zij vormen samen het rijk van de moneren.

celwand met eventueel kapsel of slijmlaagje

S Afb. 30

cytoplasma erfelijk materiaal

celmembraan

De moneren vertonen onderling allemaal dezelfde celopbouw:

• kleine organismen tussen 0,1 en 10 μm;

• erfelijk materiaal los in het cytoplasma: er zit geen inwendig membraan rond;

• stevige celwand die bescherming biedt tegen veranderende

• omgevingsfactoren.

Op die manier ontstond het vijfrijkensysteem, waarbij alle organismen werden ondergebracht bij de moneren, de protisten, de planten, de dieren of de schimmels.

©VANIN

0,1-10 µm

Bouw en structurele kenmerken van een bacterie

Naargelang er meer geavanceerde technieken ontstonden, kon men organismen nauwkeuriger bestuderen en bleken de bovenstaande vijf criteria op niveau van de celstructuur niet voldoende om de organismen op die manier in te delen.

De eigenschappen van de moneren bleken onderling te sterk te verschillen om ze allemaal in één groep te plaatsen. Zoals je op de afbeeldingen in de onderstaande tabel kunt zien, bleek dat ook voor de protisten het geval. Er is dus nood aan meer doeltreffende indelingscriteria.

Om orde te scheppen in de grote hoeveelheid aan soorten geven wetenschappers elk organisme een naam en ordenen ze de levende wezens ook in groepen. Het groeperen op basis van celtype en kenmerken van de cellen van organismen resulteerde in een vijfrijkensysteem, dat gevormd werd door de moneren, de protisten, de planten, de dieren en de schimmels

Voor planten, dieren en schimmels blijven de volgende classificatiecriteria interessant:

• de aan- of afwezigheid van een celkern;

• het een- of meercellig zijn van een organisme;

• het voorkomen van pigment (kleurstof) om aan fotosynthese te doen: vaak komt dat pigment voor in één deel van de cel: een bladgroenkorrel; soms bevatten cellen datzelfde pigment elders;

• het autotroof of heterotroof zijn;

• de aan- of afwezigheid van een celwand en de samenstelling daarvan.

Toch blijken heel wat soorten niet eenduidig onder te brengen in één rijk. Meer doeltreffende indelingscriteria blijken nodig om ook hen bij gelijkaardige soorten onder te brengen.

` Maak oefening 3 en 4 op p. 58.

B Ordenen op basis van erfelijk materiaal

Dankzij de ontwikkeling van nieuwe technieken beschikt men over een steeds toenemende hoeveelheid gegevens. Men weet nu dat de kenmerken van organismen voor een groot deel worden bepaald door hun erfelijk materiaal, het DNA in de celkern. De vergelijking van dat erfelijk materiaal helpt om soorten in gelijkaardige groepen onder te brengen.

©VANIN

De

Op afbeelding 31 geven de grijze balkjes de verschillen in erfelijk materiaal aan. Je merkt dat het kleurrijke patroon van opeenvolgende stukjes erfelijk materiaal voor de wolf en de coyote erg overeenstemt. De grijze balkjes zijn voor hen beperkt. De coyote en de gewone vos vertonen veel meer verschillen. Zo kun je na onderzoek van die verschillen en overeenkomsten in erfelijk materiaal de wolf, de coyote, de gewone vos en de poolvos in duidelijke groepen onderbrengen. De wolf en de coyote breng je onder in dezelfde groep, het geslacht ‘Honden’, omdat ze heel wat gelijke stukjes erfelijk materiaal bevatten. Ook de gewone vos en de poolvos breng je samen in een groep onder, in het geslacht ‘Vossen’, omdat de gelijkenissen in erfelijk materiaal voor die beide soorten zo opvallend zijn.

Omdat het erfelijke materiaal de kenmerken van een organisme bepaalt, kan het worden gebruikt om organismen te groeperen. Hoe sterker het erfelijke materiaal overeenkomt, hoe meer organismen op elkaar lijken. Voor wetenschappers is de overeenkomst in erfelijk materiaal een algemeen aanvaard indelingscriterium voor soorten.

wolf poolvos vos coyote

S Afb. 31

grijze balkjes geven de verschillen in erfelijk materiaal aan.

Uit de hoeveelheid verschillen in erfelijk materiaal kun je ook afleiden hoelang geleden twee organismen een gemeenschappelijke voorouder hadden. Hoe meer gelijkenissen er bestaan in het erfelijke materiaal van twee individuen, hoe minder lang geleden er een gemeenschappelijke voorouder bestond voor die twee individuen. Op die manier kon men door het vergelijken van het erfelijke materiaal van heel wat overblijfselen van giraffenvoorouders de stamboom en dus ook het ontstaan van de soort van de giraf in kaart brengen. De stamboom van afbeelding 32 laat zien hoe uit een gemeenschappelijke voorouder heel wat soorten zijn voortgekomen vooraleer de hedendaagse giraf en okapi zijn ontstaan.

herkauwende voorouder

giraf

W Afb. 32

Deze stamboom geeft weer hoe uit een herkauwende voorouder heel wat uitgestorven soorten, maar ook de hedendaagse okapi en giraf zijn ontstaan.

1.4

Wat is de tree of life?

A Diversiteit aan verwante soorten: tree of life

Door het erfelijke materiaal van honderdduizenden huidige soorten en ook van duizenden teruggevonden resten van fossielen te vergelijken, kon men achterhalen welke soorten recent een gemeenschappelijke voorouder hadden, en welke soorten langer geleden een gemeenschappelijke voorouder vertoonden. Dat puzzelwerk resulteerde in een evolutionaire tijdschaal: de tree of life. Die boomstructuur geeft de evolutie van alle leven op aarde weer. De tree of life toont daarmee heel erg mooi de verwantschappen en de voorouders van een heel grote hoeveelheid soorten in één grote stamboom. WEETJE

©VANIN

okapi

OPDRACHT 7

Bekijk aandachtig afbeelding 33.

steeltjeszwammen

SCHIMMELS

zakjeszwammen

DIEREN

nematoden neteldieren

lagere schimmels slijmzwammen

©VANIN

PLANTEN

amoeben levermossen mossen wolfsklauwen

varens en paardenstaarten naaktzadigen bedektzadigen

geleedpotigen

stekelhuidigen weekdieren ringwormen platwormen

sponzen

Homo sapiens

chordadieren

Sulfolobus

methanogene archaea halofiele archaea thermofiele archaea

meest primitieve voorloper (oercel)

Waaruit zijn alle levende wezens geëvolueerd?

groenwieren roodwieren

ciliaten

dinoflagellaten kiezelwieren (diatomeeën)

Euglena Trypanosoma

groene niet-zwavelbacteriën

(mitochondria) spirocheten

Chlamydia

Escherichia groene zwavelbacteriën cyanobacteriën (chloroplasten)

W Afb. 33 De tree of life

De zogenaamde oercel ontstond ongeveer 3,5 miljard jaar geleden, vrij kort na het ontstaan van de planeet. Van die cel weten we niet zo heel veel, maar wel dat ze aan de basis lag van alle diverse leven zoals we dat nu kennen. In de tree of life geeft de afstand tussen twee takken de mate van verwantschap weer, en dus de overeenkomst in erfelijk materiaal. Naarmate die afstand toeneemt, zal het verschil in erfelijk materiaal, en dus ook in kenmerken, groter zijn.

B Drie domeinen

OPDRACHT 8

Hieronder zie je beelden van drie micro-organismen die in de menselijke darm aanwezig zijn.

1 Welke micro-organismen zou jij in één groep samen zetten? Verklaar je antwoord.

©VANIN

2 In welk rijk werden organismen zoals A en B vroeger ondergebracht?

3 In 1977 ontdekte de microbioloog Carl Woese dat de celwand van A een andere chemische samenstelling had dan de celwand van B. Ze verschillen dus in moleculaire samenstelling en zijn minder verwant dan verwacht op basis van hun bouw. Hoe zou jij het toenmalige rijk van de moneren indelen na die ontdekking?

Prokaryoot komt van het Griekse pro (voor/ voorafgaand aan) en karyos (kern). Eukaryoot komt van eu (goed (zichtbaar)) en karyos (kern).

Op basis van verwantschappen heeft men de indeling in vijf rijken aangepast. Zoals we eerder leerden, werden de eencellige organismen zonder celkern ondergebracht in het rijk van de moneren. Omdat ze geen kern hebben, noemen we die organismen prokaryoot. Dankzij nieuwe gegevens over hun moleculaire eigenschappen kon men die groep in twee nieuwe groepen onderverdelen: het domein van de bacteriën en van de archaea.

Alle andere organismen hebben een kernmembraan rond hun kern; ze zijn eukaryoot. Zij vormen een derde domein: de eukaryoten. In dat laatste domein horen planten en dieren thuis, en dus ook de mens. We bespreken hieronder de gemeenschappelijke kenmerken van organismen voor elk van de drie domeinen.

A C B

WEETJE

WEETJE

Wil je meer weten over bacteriën? Ga dan naar

DIEREN

SCHIMMELS

PLANTEN

B1 Domein van de bacteriën

Bacteriën zijn allemaal prokaryoot. Ze hebben dus geen celkern en dragen hun erfelijke materiaal los in het cytoplasma. De groeperingscriteria om tot het domein van bacteriën te behoren, zijn:

• er is geen celkern;

• een celcompartimentering ontbreekt;

• het zijn eencellige organismen;

• ze zijn autotroof of heterotroof;

• er is een celwand aanwezig;

• het zijn kleine organismen (1-10 μm).

S Afb. 34

Een elektronenmicroscopische foto van een naaldpunt toont in welke aantallen bacteriën voorkomen en hoe klein ze zijn.

©VANIN

BACTERIËN

ARCHAEA

S Afb. 36

Archaea in de tree of life

SCHIMMELS

BACTERIËN

meest primitieve cel (oercel)

S Afb. 35 Bacteriën in de tree of life

B2 Domein van archaea

Ook de archaea zijn prokaryoot. Een archaeon beschikt niet over een celkern en heeft geen inwendige membraanstructuren in het cytoplasma. De groeperingscriteria om tot het domein van archaea te behoren, zijn heel erg gelijkend aan die van bacteriën:

• er is geen celkern aanwezig;

• een celcompartimentering ontbreekt;

• het zijn eencellige organismen;

• ze zijn autotroof of heterotroof: sommige archaea bevatten een pigment (kleurstof) om aan fotosynthese te doen. Dat komt niet voor in bladgroenkorrels, maar los in het cytoplasma;

• er is een celwand aanwezig, die verschilt van die van bacteriën;

• het zijn kleine organismen (0,1 tot enkele μm).

Archaea verschillen van bacteriën doordat ze een andere chemische samenstelling van het celmembraan hebben en een ander soort omhulsel rond dat celmembraan. In hun celmembraan komen bijvoorbeeld andere soorten vetten voor, waardoor ze extreem hoge temperaturen of heel zure omstandigheden kunnen trotseren. In tegenstelling tot bacteriën zijn er (voorlopig) geen ziekteverwekkende archaea bekend.

DIEREN

PLANTEN

Homo sapiens

EUKARYOTEN

SCHIMMELS

PLANTEN

DIEREN

Homo sapiens meest primitieve cel (oercel)

S Afb. 37

ARCHAEA

Eukaryoten in de tree of life

BACTERIËN

erfelijk materiaal in een celkern cytoplasma

celmembraan

celorganellen

mitochondrium

B3 Domein van eukaryoten

Alle organismen die opgebouwd zijn uit cellen met een celkern worden samen gegroepeerd in het domein van de eukaryoten. Dat domein bevat dus het plantenrijk, het dierenrijk, het rijk van de schimmels en alle protisten. Het erfelijke materiaal wordt met een inwendig membraan samengehouden.

De groeperingscriteria om tot het domein van eukaryoten te behoren, zijn:

• er is een celkern aanwezig;

• er is een celcompartimentering aanwezig: inwendige membranen scheiden delen binnenin de cel van elkaar;

• het zijn eencellige of meercellige organismen;

• ze zijn autotroof of heterotroof: sommige eukaryoten bevatten een pigment (kleurstof) om aan fotosynthese te doen. Dat komt voor in bladgroenkorrels;

• er is soms een celwand aanwezig, soms ook niet;

• de cellen van de organismen zijn groot (15 tot soms meer dan 500 μm).

Naast een celkern bevatten eukaryote cellen ook nog andere celcompartimenten. Al die celstructuren, die specifieke taken (specifieke chemische reacties) binnen de cel uitvoeren, noemen we celorganellen Die celorganellen zijn erg divers. Zo bevatten alle eukaryoten bijvoorbeeld mitochondriën, aparte energiefabrieken in de cel. Plantencellen vertonen daarnaast ook bladgroenkorrels waarin het pigment zit om aan fotosynthese te doen.

©VANIN

S Afb. 38

Vereenvoudigde voorstelling van een eukaryote cel met celorganellen als gevolg van compartimentering door inwendige membranen. Sommige eukaryoten, zoals planten en schimmels, hebben cellen met een celwand; bij dierlijke cellen is er nooit een celwand aanwezig.

S Afb. 39

Deze lichtmicroscopische foto’s (links amoebe, midden plantencel, rechts rode bloedcel) laten je telkens eukaryote cellen zien. Je treft een diversiteit aan celorganellen voor een diversiteit aan eukaryoten uit de tree of life. Sommige organismen zijn eencellig, andere weer meercellig.

OPDRACHT 9

Welke kenmerken kunnen we gebruiken om organismen in drie domeinen in te delen?

Vul de tabel aan.

Bacteriën Archaea Eukaryoten

celkern aanwezig ja/nee prokaryoot/eukaryoot ja/nee prokaryoot/eukaryoot ja/nee prokaryoot/eukaryoot

celcompartimentering ja/nee ja/nee ja/nee

eencellig of meercellig

autotroof of heterotroof celwand aanwezig ja/nee/soms ja/nee/soms ja/nee/soms

grootte

voorbeelden

WEETJE

• heterotroof: ziekmakende bacteriën

• autotroof: cyanobacteriën

Wil je meer weten over archaea?

Ga dan naar

• heterotroof: thermoacidofiele archaea

• heterotroof: dieren, schimmels, ciliata

• autotroof: planten, groenwieren

EUKARYOTEN

zakjeszwammen steeltjeszwammen

lagere schimmels slijmzwammen

SCHIMMELS

geleedpotigen

nematoden

ringwormen platwormen

Homo sapiens

weekdieren

neteldieren

DIEREN

chordadieren sponzen

stekelhuidigen

amoeben

levermossen mossen wolfsklauwen

PLANTEN

groenwieren roodwieren

varens en paardenstaarten naaktzadigen bedektzadigen

ciliaten

dinoflagellaten

kiezelwieren (diatomeeën)

Euglena Trypanosoma

thermofiele archaea

halofiele archaea

©VANIN

S Afb. 40

Sulfolobus

ARCHAEA meest primitieve voorloper (oercel)

methanogene archaea

groene niet-zwavelbacteriën (mitochondria) spirocheten

Chlamydia

Escherichia groene zwavelbacteriën cyanobacteriën

BACTERIËN

(chloroplasten)

De tree of life: alle organismen stammen af van één oercel. Ze worden in drie domeinen ingedeeld. Binnen het domein van de eukaryoten onderscheiden we drie rijken. Protisten verschillen onderling te sterk om ze in één groep samen te brengen.

OPDRACHT 10

Bekijk afbeelding 40.

1 Welke rijken herken je binnen het domein van de eukaryoten?

©VANIN

2 In het systeem van de vijf rijken waren de protisten de eencellige eukaryoten met een kern. Vergelijk de afbeeldingen van enkele protisten. Wat stel je vast?

roodwier trilhaardiertje groenwier euglena

• autotroof

• meercellig

• heterotroof

• eencellig

• autotroof

• eencellig of meercellig

• autotroof of heterotroof

• eencellig

3 Vergelijk de afstand tussen de takken waarop de protisten staan. Wat kun je daaruit besluiten in verband met hun verwantschap?

4 Wat kun je besluiten in verband met de vertegenwoordigers van de protisten?

Ondanks de grote verscheidenheid bleven wetenschappers het begrip protisten gebruiken voor al die organismen. Het is dus een containerbegrip, een overkoepelende term. Dat maakt dat groepen organismen zoals groenwieren of ciliaten (trilhaardiertjes) toch tot de protisten gerekend worden, maar omdat ze onderling te weinig verwantschap vertonen, noemen we de groep van de protisten geen rijk.

Door het erfelijke materiaal van honderdduizenden huidige soorten en fossielen te vergelijken, kon men een boomstructuur opmaken die de evolutie van alle leven op aarde weergeeft: de tree of life. De afstand tussen twee takken in de tree of life geeft de mate van verwantschap weer, en dus de overeenkomst in erfelijk materiaal. Uit die stamboom blijkt dat alle levende wezens uit één eerste, eenvoudige cel zijn geëvolueerd, de oercel

De tree of life wordt in drie grote domeinen van organismen onderverdeeld: de bacteriën, de archaea en de eukaryoten. Elk domein vertoont zijn typische kenmerken.

Binnen het domein van eukaryoten zijn de typische celkenmerken voor planten, dieren en schimmels eenduidig: ze worden ondergebracht in rijken. Voor protisten kan dat niet omdat de celkenmerken te verschillend zijn.

` Maak oefening 5, 6 en 7 op p. 59.

Ze kunnen opgenomen stoffen omzetten tot bouwstoffen.

Ze kunnen opgenomen stoffen verbranden als energievoorziening.

Ze kunnen afvalstoffen weer naar de buitenwereld brengen.

1.5 Wat is leven?

Ondanks de vele verschillen vertonen alle organismen uit de tree of life drie opvallende gemeenschappelijke kenmerken.

Ze kunnen in interactie gaan met de omgeving: dat betekent dus ook ontvankelijk voor prikkels zijn om zo homeostase te kunnen garanderen.

Interactie :

Groei en herstel : Ze vertonen processen die het individu opbouwen en/ of die opbouw behouden.

Ze hebben een eigen stofwisseling.

Stofwisseling :

1a Ze zijn in staat om hun inwendige milieu (ten minste tijdelijk) te behouden, dus homeostase te vertonen.

Ze kunnen zich zelfstandig vermeerderen of voortplanten. Dat kan geslachtelijk of ongeslachtelijk gebeuren.

1b

Ze kunnen allemaal zelfstandig voortbestaan . Met behulp van inwendige processen houden ze zichelf in stand.

1

©VANIN

Ze vertonen allemaal een cellulaire organisatie : ze zijn opgebouwd uit een of meerdere cellen.

2

Ze vertonen allemaal evolutionaire aanpassingen : ze bevatten erfelijk materiaal dat zorgt voor aangepaste kenmerken.

3

In de tree of life staan alle levende organismen. We definiëren ‘levend’ aan de hand van drie kenmerken.

1 De organismen kunnen zelfstandig voortbestaan

2 De organismen zijn opgebouwd uit een of meerdere cellen.

3 De organismen bevatten erfelijk materiaal dat evolutionair is aangepast.

2 Waar passen virussen in de tree of life?

WEETJE

1 nanometer

= 0,001 μm

= 0,000 001 mm

= 10-9 m

Virussen zijn 10 tot 100 keer kleiner dan bacteriën, die op hun beurt al veel kleiner zijn dan eukaryote cellen: virussen zijn 10 tot 200 nm groot. Virussen zijn geen cellen, want ze hebben geen celmembraan. Een virus is opgebouwd uit een hoeveelheid erfelijk materiaal (DNA of RNA) dat door een eiwitmantel omsloten is. Dat is een verpakking van eiwitten.

©VANIN

Virussen hebben geen eigen stofwisseling. Ze nemen geen stoffen zoals voeding op en geven geen afvalstoffen af.

Voor hun vermeerdering doen virussen een beroep op de cellen die ze aanvallen en infecteren, de gastheercellen. Lichaamscellen van mensen, maar ook cellen van andere organismen, zoals bacteriën of plantencellen, kunnen door virussen worden aangevallen. Die gastheercellen zorgen ervoor dat er nieuwe virussen worden bijgemaakt , want virussen kunnen zich niet zelfstandig voortplanten.

Tijdens dat proces kunnen er kopieerfoutjes gebeuren, waardoor het DNA van die virussen lichtjes verandert. Men zegt dat het virus gemuteerd is. Dat zorgt ervoor dat virussen van elkaar gaan verschillen.

S Afb. 41 Schematische voorstelling van verschillende typen virussen

S Afb. 42 Het tabaksmozaïekvirus

S Afb. 44 Structuur van een bacteriofaag

S Afb. 43 Het adenovirus

besmetting door het virus

maken van nieuwe virussen

gastheercel

virus besmet gastheercel

S Afb. 45

nieuwe virussen (ongeveer 200 per cel) gemuteerd virus

cel scheurt open

©VANIN

gastheercel breekt open

Vermenigvuldiging van een virus dat zich door bacteriën laat vermenigvuldigen. De cyclus duurt ongeveer 20 minuten.

OPDRACHT 11

Lees de tekst op de vorige pagina en bestudeer de afbeeldingen om de volgende vragen te beantwoorden.

1 Voldoet een virus aan de eerste voorwaarde voor leven? Kan het zelfstandig voortbestaan? Motiveer met één reden die je uit de tekst kunt afleiden.

2 Is een virus opgebouwd uit een of meerdere cellen?

3 Gebruik het bovenstaande antwoord om af te leiden of een virus homeostase kan vertonen.

4 Kunnen virussen evolutionaire aanpassingen vertonen?

Virussen staan niet vermeld in de tree of life, omdat ze niet als levende wezens beschouwd worden. In het schema hieronder vind je meerdere redenen waarom virussen geen organismen zijn:

1

Ze kunnen zelfstandig voortbestaan.

1a

Ze zijn in staat om hun inwendige milieu te behouden, dus homeostase te vertonen.

2 Ze vertonen een cellulaire organisatie.

3 Ze vertonen evolutionaire aanpassingen.

©VANIN

1b

Ze kunnen zich zelfstandig vermeerderen of voortplanten.

Virussen bestaan uit erfelijk materiaal omgeven door een eiwitmantel

Virussen worden niet als levend wezen beschouwd en vinden geen plek in de tree of life. Dat komt omdat virussen:

• geen zelfstandige inwendige processen vertonen (voeding, stofwisseling, groei en herstel, interactie);

• zich niet zelfstandig kunnen voortplanten. Ze moeten daartoe eerst een gastheercel binnendringen en zich door die cel laten kopiëren;

• geen cellulaire organisatie vertonen.

Virussen bevatten wel erfelijk materiaal dat aan veranderingen onderhevig kan zijn en kunnen daarmee evolueren tot nieuwe vormen.

` Maak oefening 8 en 9 op p. 59.

Waarom is het belangrijk om kenmerken vast te leggen om organismen te groeperen?

Zijn de volgende stellingen waar of niet waar? Kruis aan.

Individuen van dezelfde soort hebben meerdere gemeenschappelijke kenmerken.

Als twee individuen nakomelingen kunnen krijgen, behoren ze tot dezelfde soort.

Soortgenoten kunnen afwijkende kenmerken in bouw en gedrag vertonen.

Als je een Siamese kater laat paren met een Britse korthaar kattin dan zijn de nakomelingen onvruchtbaar.

Wetenschappers zijn al eeuwen gefascineerd door de enorme verscheidenheid aan organismen. Om orde te scheppen in de grote hoeveelheid aan soorten ging men ordenen in groepen. Heel wat verschillende systemen werden gehanteerd. Een daarvan was het vijfrijkensysteem.

a Som de vijf rijken op.

WaarNiet waar

b Twee van de vijf rijken bestonden uit eencellige organismen. Welk kenmerk werd gebruikt om ze in twee aparte groepen in te delen?

c Geef één kenmerk waarom je een paardenbloem in een ander rijk plaatst dan een champignon?

d Een wolf en een vliegenzwam werden toch in een ander rijk ingedeeld, terwijl ze beide heterotroof zijn. Welk celkenmerk maakt hier het verschil?

e Waarom gebruikt men het vijfrijkensysteem vandaag niet meer?

Een organisme is meercellig met een celkern, heeft een celwand van chitine en voedt zich altijd heterotroof.

Tot welk rijk behoort het organisme?

Kruis de correcte antwoorden aan.

Bacteriën en archaea verschillen van eukaryoten, omdat … ze opgebouwd zijn uit een prokaryote cel. ze een heel ander celtype hebben. ze maar een heel kleine kern hebben.

ze geen echte celkern hebben. ze geen celwand hebben.

Dit eencellige organisme leeft in de darmen van de mens en kan je erg ziek maken. Je krijgt er dysenterie van. Dat veroorzaakt o.a. stoelgang met bloed in.

a Tot welk domein behoort dit organisme? Leg uit.

b Wat weet je over het voedingspatroon (autotroof/heterotroof) van het organisme?

Dit meercellige organisme leeft in grotten op hopen van paardenmest en zand. De cellen vermeerderen zich in die ondergrond, en af en toe komt er een wit vruchtlichaam uit de grond.

a Verklaar tot welk domein dit organisme behoort.

b Wat weet je over het voedingspatroon (autotroof/heterotroof) van het organisme?

c Hoe groot is één cel van het organisme?

Waarom zijn virussen – in tegenstelling tot bacteriën – niet te kweken op een kunstmatige en steriele voedingsbodem?

Verklaar waarom schimmels een apart rijk kregen in de tree of life. Ze groeien toch ook gewoon op en in de grond, waarom konden ze niet in het rijk van de planten worden opgenomen?

Î Welk belang hebben micro-organismen voor de mens?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M uitleggen dat micro-organismen in de voedingsindustrie gebruikt worden;

M uitleggen dat bewaartechnieken in de groei van die micro-organismen ingrijpen.

Je leert nu:

M de typische kenmerken van de verschillende micro-organismen toelichten;

M uitleggen hoe de kenmerken van microorganismen hun positieve of negatieve invloed in de natuur bepalen;

M voor elke groep micro-organismen een voorbeeld geven van het belang.

Op en in ons lichaam zitten biljoenen microscopisch kleine organismen. Om die organismen te kunnen waarnemen, heb je een microscoop nodig. Vandaar de naam microorganismen. Micro-organismen overstijgen in aantal alle verbeelding. Ze komen overal voor: in de bodem, in de lucht, van de evenaar tot aan de polen, in en op organismen. Van al die micro-organismen zijn ongeveer 1 400 soorten menselijke ziekteverwekkers. Dat lijkt veel, maar dat is maar een zeer klein percentage (veel kleiner dan 1 %) van het totale aantal geschatte microbiële soorten op aarde. De meeste micro-organismen zijn essentieel voor de gezondheid van de mens en zijn omgeving.

Je leerde al dat micro-organismen onderling sterk kunnen verschillen. Je kunt de micro-organismen in drie groepen indelen.

niet-cellulaire structuren: virussen 3 1

eukaryoten: protisten, schimmels en gisten

MICRO-ORGANISMEN

prokaryoten: bacteriën en archaea 2

1 Welke eigenschappen hebben schimmels en gisten, en wat is hun belang?

1.1 Welke eigenschappen hebben schimmels?

Vele schimmels leven van afgestorven materiaal; het zijn saprofyten. Je kent zeker de schimmels die op brood verschijnen als je het verkeerd bewaart, of schimmels op andere voedingswaren die te lang openstaan. Die schimmels zijn niet eetbaar en kunnen je zelfs ziek maken. Andere schimmels, zoals die op schimmelkazen, zijn wel eetbaar. Ze zijn typisch voor elke kaas en geven de kaas een eigen geur en smaak.

©VANIN

Om het belang en het gebruik van schimmels beter te begrijpen, bekijk je eerst de typische kenmerken en de voortplanting van schimmels.

A Bouw van schimmels

In hoofdstuk 1 leerde je al de bouw van schimmelcellen kennen. Schimmelcellen zijn vergroeid tot schimmeldraden of hyfen. Die schimmeldraden zijn verweven en vormen het mycelium of de zwamvlok. De zwamvlok groeit ondergronds en kan een enorme oppervlakte in beslag nemen.

Het grootste organisme op aarde is een schimmel! Het mycelium van die gigantische schimmel in de staat Oregon, in het westen van de Verenigde Staten, bestrijkt een oppervlakte van maar liefst 1665 voetbalvelden. Deze reus, de Armillaria ostoyae of sombere honingzwam, werd in 1998 ontdekt en stootte meteen de blauwe vinvis (33 m lang en 200 ton) als grootste organisme ter wereld van de troon. Op basis van de huidige groeisnelheid schat men de schimmel 2 400 jaar oud, maar hij zou ook veel ouder kunnen zijn, tot zelfs 8 650 jaar oud. Daardoor zou hij ook meteen een plaats krijgen tussen de langstlevende organismen.

Bron: scientificamerican.com

S Afb. 46 Schimmel op brood

S Afb. 47

Hyfen zijn verweven en vormen de zwamvlok.

WEETJE

Deze leerstof is uitbreiding.

B Voortplanting van schimmels

Schimmels doen aan ongeslachtelijke voortplanting met behulp van sporen. De sporen worden gevormd in de sporendrager (sporofyt) zoals een paddenstoel, en komen vrij bij het openbarsten van het sporendoosje. Waar de sporen terechtkomen, kunnen ze kiemen en uitgroeien tot een nieuwe, identieke schimmel.

©VANIN

S Afb. 48

De paddenstoel is eigenlijk de bovengrondse sporendrager van een schimmel. Wanneer je een champignon onder zijn hoed bekijkt, zie je allemaal plaatjes die van de steel naar de buitenkant van de hoed lopen. Tussen de plaatjes zitten de sporen.

S Afb. 49

Broodschimmel (Rhizopus stolonifer): De kleine zwartje bolletjes op een broodschimmel zijn sporendragers.

Schimmels planten zich meestal ongeslachtelijk voort bij gunstige omstandigheden, zoals vocht en warmte. Schimmels kunnen zich ook geslachtelijk voortplanten. Geslachtelijke voorplanting treedt alleen op in ongunstige milieuomstandigheden. Zo kunnen de schimmels zich gemakkelijker en sneller aanpassen aan de gewijzigde omgeving.

Schimmels zijn meercellige eukaryote organismen. De cellen zijn vergroeid tot schimmeldraden of hyfen. Die schimmeldraden zijn verweven en vormen het mycelium of de zwamvlok. De zwamvlok groeit ondergronds en kan een enorme oppervlakte in beslag nemen.

` Maak oefening 1 op p. 90.

celkern

litteken knopvorming

1.2 Welke eigenschappen hebben gisten?

A Bouw en levenswijze van gisten

celwand

celmembraan

cytoplasma

Afb. 50

Structuur van een gistcel

Afb. 51

Eencellige schimmel: gist

Gisten zijn eencellige schimmels en zijn dus ook eukaryoten. Ze hebben dezelfde cellulaire opbouw als schimmels. Gisten voeden zich door suikers af te breken. Dat afbraakproces kan gebeuren met zuurstofgas, maar als dat niet voorhanden is, gebeurt het via fermentatie.

Fermentatie is het proces waarbij suikers in voedingsmiddelen door micro-organismen gebruikt worden als voedingsbron. Zo worden suikers in fruit en zetmeel in granen door micro-organismen omgezet in alcohol en CO2, of suiker in melk kan worden omgezet in melkzuur. Fermentatie geeft voedsel niet alleen een goede smaak, textuur en geur, maar de chemische veranderingen zorgen ook voor een milieu dat de groei van ongewenste micro-organismen afremt. Dat verbetert de houdbaarheid van het voedsel.

GIST

suikers alcohol + koolzuur

brood bier rijzen wijn

©VANIN

FERMENTEREN

SCHIMMELS

tofu tempeh natto soja

MELKZUURBACTERIËN

suikers melkzuur kaas yoghurt

S Afb. 52

SCHIMMELS + BACTERIËN salami

camembert

vacuole

S

S

Deze leerstof is uitbreiding.

B Voortplanting van gisten

Ongeslachtelijke voortplanting bij gisten gebeurt meestal door knopvorming maar kan ook door celdeling. Bij knopvorming ontstaat er op de moedercel een uitstulping die met cytoplasma gevuld wordt. Ondertussen verdubbelt de kern en dus ook het erfelijke materiaal van de cel. Eén van de kernen migreert in de knop. De knop groeit en splitst zich uiteindelijk af van de moedercel. Op de plaats waar de afsplitsing gebeurt, vormt zich op de moedercel en op de dochtercel een litteken.

©VANIN

Wanneer de gistcellen over onvoldoende voeding beschikken of in andere ongunstige omstandigheden terechtkomen, kunnen ze zich ook geslachtelijk voortplanten. Daardoor maken de gisten meer kans om in de nieuwe omstandigheden te overleven.

Bij celdeling deelt de gistcel in tweeën, waarbij twee identieke dochtercellen ontstaan die elk een kopie krijgen van het erfelijke materiaal.

Gisten zijn eencellige schimmels. Gisten voeden zich door suikers af te breken. Dat kan met zuurstofgas of zonder zuurstofgas (via fermentatie) gebeuren.

celkern

Dochterkern migreert in knop.

knopvorming

litteken knopvorming dochterkern

vacuole

dochtercel

W Afb. 53

Ongeslachtelijke voortplanting door knopvorming

1.3 Wat is het belang van schimmels en gisten?

A Positieve invloed en toepassingen van schimmels en gisten

OPDRACHT 12

Bekijk de video over schimmels en beantwoord de vragen.

1 Welke rol spelen schimmels in de natuur?

2 Noem vier toepassingen van schimmels uit de voedingsindustrie.

video: schimmels

3 Hoe spelen schimmels een belangrijke rol in de gezondheidssector?

4 Noem één toepassing die toont hoe schimmels kunnen worden ingezet voor een duurzamere wereld.

De voedingsindustrie maakt ook gebruik van het fermentatieproces van gisten. Saccharomyces cerevisiae is de gist die men gebruikt om brood (bakkersgist), bier (biergist) en wijn (wijngist) te maken.

• Bij de bereiding van brood gebruikt de gist de suikers in het mengsel als voeding. De gasbelletjes zorgen ervoor dat het deeg uitzet bij voldoende warmte. Wanneer het deeg gebakken wordt, worden de gisten door de hitte gedood en stopt het brood met rijzen. De alcohol die tijdens de fermentatie gevormd werd, verdampt tijdens het bakken van het brood.

• Bij het maken van bier en wijn worden de aanwezige suikers door dezelfde gist gefermenteerd tot koolzuurgas en alcohol. Omdat bier en wijn niet verhit worden tijdens dat proces blijft de alcohol wel in het product aanwezig.

S Afb. 54

Om brood en bier te maken, gebruikt men gist.

B Negatieve invloed en toepassingen van schimmels en gisten

OPDRACHT 13

Welke eigenschappen van schimmels zorgen ervoor dat ze een negatieve invloed uitoefenen op de omgeving, voeding en de mens?

Lees aandachtig elk voorbeeld en ga op zoek naar een verklaring.

S Afb. 55 Maïs geïnfecteerd door een schimmel

S Afb. 56 Zwarte schimmel in een huis kan gezondheidsklachten veroorzaken, zoals astma.

S Afb. 57 Beschimmelde kaas

S Afb. 58 Voetschimmel of zwemmerseczeem ontstaat vaak tussen de tenen.

1 Schimmels vormen een van de grootste bedreigingen voor landbouwgewassen. Maïs, rijst, aardappelen, granen en fruit zijn allemaal gewassen die wereldwijd lijden aan verschillende soorten schimmelinfecties. Dat kan leiden tot voedseltekorten en tot grote economische schade. Hoe komt het dat in natte periodes vaak hele velden worden aangetast?

©VANIN

2 Als de zwarte schimmel Stachybotrys chartarum in huis voorkomt, dan kan die huidirritatie en allergische reacties, zoals hooikoorts, bij de mens veroorzaken. Hoe gebeurt dat?

3 Sommige schimmels produceren giftige stoffen, mycotoxinen, die je behoorlijk ziek kunnen maken. Wanneer kaas of andere voedingswaren beschimmeld zijn, kun je ze het best meteen weggooien. Waarom mag je het resterende deel niet meer opeten?

4 Veelvoorkomende schimmels bij de mens zijn bijvoorbeeld candidiasis en de voetschimmel of zwemmerseczeem. Waarom is de huid, bijvoorbeeld tussen de tenen, een gunstige plek voor de schimmel om te groeien? Wat kun je doen om zo’n schimmel te vermijden?

• Sommige schimmels zijn een voedselbron en kunnen worden gebruikt bij de bereiding van voeding.

• Schimmels en gisten zijn ook belangrijk bij de productie van geneesmiddelen

• Schimmels kunnen ook infecties en ziekten veroorzaken. Een correcte hygiëne is belangrijk bij preventie en behandeling.

` Maak oefening 2 op p. 90.

2 Welke eigenschappen hebben bacteriën en wat is hun belang?

Bacteriën zitten in de lucht, in de bodem, in planten en dieren, op je huid, in je mond, in je darmen, ronduit overal. Ze kunnen zelfs leven in extreme omstandigheden zoals bij temperaturen hoger dan 100 °C of duizenden meters onder de grond. In aantal overtreffen ze alle andere levende organismen op aarde. Naar schatting zijn er in de wereld 1000 miljard (1012) soorten bacteriën, samen goed voor vijf quintiljoen (5.1030) bacteriën. De meeste bacteriën zijn ongevaarlijk voor de mens en vele zijn zelfs nuttig. Om te begrijpen wat bacteriën betekenen voor de mens, bestudeer je eerst de kenmerken en de voortplanting van bacteriën.

2.1 Welke eigenschappen hebben bacteriën?

A Bouw van bacteriën

Je leerde al dat bacteriën eencellige organismen zijn en tot de prokaryoten behoren. Sommige bacteriën hebben rond de celwand nog een derde laag, het kapsel. Het kapsel heeft meerdere functies. Het biedt bescherming tegen uitdroging, maar daarnaast bepaalt het ook of een bacterie zich op een bepaalde gastheercel kan vasthechten. Het kapsel beschermt de bacterie tegen de witte bloedcellen van ons afweersysteem. Het kapsel is dus mee verantwoordelijk voor de ziekteverwekkende eigenschappen van de bacterie.

Soms hebben bacteriën flagellen, waarmee ze zich kunnen voortbewegen. De kleinere haarvormige uitsteeksels noemt men fimbria of aanhechtingspili

Die heeft de bacterie nodig om zich vast te hechten. Zonder de fimbria kunnen ziekteverwekkende bacteriën zich niet vasthechten waardoor ze hun ziekteverwekkende eigenschap verliezen.

©VANIN

OPDRACHT 14

Plaats de onderstaande termen bij de afbeelding van een bacterie.

Kies uit:

celmembraan – erfelijk materiaal – celwand – fimbria – cytoplasma – flagel – kapsel

Bacteriën behoren tot de prokaryoten. Deze eencellige organismen hebben een eenvoudige structuur. Veel soorten bacteriën bezitten een kapsel rond hun celwand, waardoor ze worden beschermd en zich kunnen vasthechten op andere cellen. Sommige bacteriën hebben een flagel om zich te bewegen, of fimbria om zich vast te hechten.

` Maak oefening 3 op p. 90.

B Metabolisme van bacteriën

Bacteriën hebben energie en bouwstenen nodig om te overleven. Die energie en bouwstenen halen ze, net als eukaryoten, uit energierijke organische stoffen

Onder de bacteriën zijn er heterotrofe en autotrofe bacteriën. Heterotrofe bacteriën gebruiken energierijke stoffen uit de omgeving, terwijl autotrofe bacteriën zelf energierijke stoffen opbouwen:

• Sommige autotrofe bacteriën bezitten bladgroen en bouwen de energierijke stoffen op door aan fotosynthese te doen.

• Andere autotrofe bacteriën gebruiken geen lichtenergie, maar chemische energie om aan hun energierijke stoffen te komen.

Hoe bacteriën de energie die nodig is voor levensverrichtingen, vrijmaken uit de energierijke organische verbindingen, hangt af van het milieu waarin de bacteriën leven. Bacteriën die leven in een zuurstofrijk of aeroob milieu, maken energie vrij door celademhaling, terwijl bacteriën die in een zuurstofloos of anaeroob milieu leven, de nodige energie verkrijgen door fermentatie. De moleculen die nodig zijn voor die processen, liggen vrij in het cytoplasma en niet, zoals bij eukaryote organismen, in chloroplasten of mitochondriën.

Tijdens metabole processen produceren bacteriën gassen, zoals CO2, H2 en CH4. Bepaalde bacteriën produceren ook toxische stoffen. Sommige toxische stoffen maken deel uit van de bacterie en beschermen tegelijk het organisme tegen aanvallen van buitenaf. Andere toxische stoffen worden door de bacteriën afgescheiden in de omgeving. Ze zijn vaak zeer krachtig en kunnen ernstige schade berokkenen aan de gastheer.

C

Voortplanting van bacteriën

OPDRACHT 15

Bacteriën vermenigvuldigen zich door celsplitsing, dat wil zeggen dat de bacterie zich in twee deelt en er na de splitsing twee nieuwe exemplaren ontstaan. Bij sommige soorten duurt dat proces slechts tien minuten. Boots aan de hand van de volgende instructies dat proces na.

Benodigdheden

A4-blad

Werkwijze

1 Elke leerling neemt een A4-blad. Alle A4-bladeren van de leerlingen in de klas stellen een groepje bacteriën voor dat je via een besmet voedingsmiddel binnenkrijgt.

2 Stel een timer in om elke tien seconden een signaal te geven.

3 Als de timer de eerste keer afgaat, scheur je je blad in twee. Je hebt nu twee blaadjes.

4 Ieder volgende keer dat de timer gaat, scheur je alle blaadjes die op dat moment op je tafel liggen in twee. Je scheurt ze het best in één keer om dat snel genoeg te kunnen doen.

5 Doe dat gedurende één minuut.

6 Tel het totaal aantal bacteriën na één minuut. (In werkelijkheid is dat dan na één uur.)

Besluit

Wat stel je vast?

©VANIN

Het erfelijke materiaal verdubbelt.

Elke dochtercel krijgt een kopie van het erfelijke materiaal. Er ontstaan twee dochtercellen die dezelfde kenmerken als de moedercel hebben.

Bacteriën vermenigvuldigen zich door celsplitsing. De bacteriën verdubbelen hun erfelijke materiaal zodat bij splitsing elke dochtercel hetzelfde erfelijke materiaal krijgt. Bij elke vermenigvuldiging verdubbelt het aantal bacteriën. De tijd die nodig is voor één celsplitsing noemt men de generatietijd of verdubbelingstijd. Aangezien de dochtercellen identiek zijn aan de moedercel en er slechts één ouder betrokken is bij de voortplanting noemen we dit ongeslachtelijke of aseksuele voortplanting

In gunstige omstandigheden kan de vermenigvuldiging van bacteriën heel snel gaan. Dat is echter ook afhankelijk van de soort. Sommige bacteriën splitsen zich elke tien minuten zoals bepaalde bacteriën die in voedsel kunnen voorkomen en een voedselvergiftiging veroorzaken. Andere bacteriën delen zich gelukkig slechts om de zestien uur.

S Afb. 59

Binaire splitsing bij bacteriën

WEETJE

Een exponentiële toename is een groeiwijze waarbij een hoeveelheid steeds sneller toeneemt naarmate de tijd vordert. Dat gebeurt omdat de toename afhankelijk is van de huidige waarde: hoe groter de waarde, hoe sneller de groei.

©VANIN

Deze leerstof is uitbreiding.

OPDRACHT 16 DOORDENKER

S Grafiek 1

In optimale omstandigheden brengt elke bacterie bij celsplitsing twee nieuwe bacteriën voort. Het aantal bacteriën neemt zo exponentieel toe: uit één bacterie kunnen er in tien uur tijd wel een miljard nieuwe ontstaan (zie grafiek 1).

Bij bacteriën komt geslachtelijke voortplanting niet voor. Bacteriën kunnen wel erfelijk materiaal aan andere bacteriën doorgeven. De bacterie die het erfelijke materiaal ontvangt, krijgt dan andere eigenschappen. Bacteriën kunnen die techniek gebruiken om bijvoorbeeld resistentie tegen antibiotica aan elkaar door te geven.

In de onderstaande afbeelding ontdek je hoe dat kan. Noteer in de tabel het overeenkomstige nummer bij elke stap in de afbeelding.

erfelijk materiaal

Erfelijk materiaal wordt overgedragen van bacterie A naar bacterie B.

Bacterie A bevat onder andere cirkelvormig erfelijk materiaal met informatie over resistentie tegen een bepaald antibioticum. Bacterie B is niet resistent tegen dat antibioticum.

Beide bacteriën zijn resistent tegen het antibioticum.

Tussen beide bacteriën wordt een conjugatiekanaal of pilus aangelegd.

pilus

Het doorgeven van erfelijk materiaal gebeurt via conjugatie. Bacteriën maken contact met elkaar via een conjugatiekanaal of pilus. Langs het conjugatiekanaal wordt het erfelijke materiaal doorgegeven.

WEETJE

Bacteriën en zuurstofgas

Het is handig om te weten in welke omstandigheden bacteriën kunnen overleven, want aften bijvoorbeeld worden door anaerobe bacteriën veroorzaakt. Een op de vijf volwassenen heeft wel eens last van die pijnlijke zweertjes in het mondslijmvlies. De zweertjes zijn grijswit of geel met een ontstoken rand. Als je een mondspoeling met waterstofperoxide (zuurstofwater) gebruikt, kun je de bacteriën snel doden. Waterstofperoxide gaat dan spontaan over in water en O2-gas volgens de reactie: 2 H2O2 → 2 H2O + O2

Door het vrijkomen van O2-gas in de mond sterven de anaerobe bacteriën snel af.

©VANIN

Bacteriën vermenigvuldigen zich door eenvoudige celsplitsing. Elke generatietijd verdubbelt het aantal bacteriën. De aangroei verloopt daardoor exponentieel. Als uit één moedercel identieke organismen ontstaan, noemen we dat ongeslachtelijke of aseksuele voortplanting.

W Afb. 60 Aften bevinden zich vaak aan de binnenkant van de lip of wang, op het tandvlees of onder de tong.

2.2 Wat is het belang van bacteriën?

A Positieve invloed van bacteriën

A1 Positieve invloed op het milieu

Bacteriën spelen een essentiële rol in de natuur. Reducenten zijn belangrijk voor de omzetting van organische resten, resten van planten en dieren, tot anorganische stoffen. Die anorganische stoffen zijn dan opnieuw bruikbaar voor organismen. In thema 04 ga je daar dieper op in.

consumenten

van de eerste orde

organische stoffen

lichtenergie

©VANIN

organische stoffen

consumenten

van de tweede orde

producenten

organische (afval)stoffen

anorganische stoffen

S Afb. 61 Kringloop van materie

organische (afval)stoffen

reducenten

A2 Positieve invloed op de gezondheid

De meeste bacteriën zijn nuttige bacteriën; sommige zijn zelfs noodzakelijk voor je gezondheid. In elke mens zitten meer dan 39 triljoen verschillende bacteriën, in totaal goed voor ongeveer 1,5-2,0 kg bacteriën.

Samen met andere micro-organismen vormen ze je microbioom

De bacteriën zitten op plaatsen die in contact staan met het externe milieu. Ze beschermen je lichaam tegen ziekteverwekkende bacteriën of pathogenen. Zo vormen darmbacteriën een belangrijke bescherming tegen ziektemakers in je darmen, ze regelen je immuunsysteem en helpen bij de vertering van je voedsel. Bovendien zijn ze een bron van bepaalde vitaminen, zoals vitamine K, een vitamine die noodzakelijk is voor een goede bloedstolling. Ook bacteriën op de huid heb je nodig; zij vormen een eerste barrière tussen pathogenen en je inwendige milieu. Je leerde in thema 01 bijvoorbeeld dat de pH van de vagina zuur is, tussen 4 en 4,5. Daarvoor zorgen de lactobacillen. Zij vormen melkzuur en beschermen zo de vagina tegen infecties.

De bacteriën in je microbioom hebben niet alleen een positieve invloed op je lichaam. Ze zijn noodzakelijk om normaal te functioneren (en te overleven).

Bacteriën op de huid en in de vagina beschermen tegen pathogenen. Bacteriën in je darmen produceren foliumzuur, verschillende B-vitamines en vitamine K, dat nodig is voor een goede bloedstolling. Ze helpen ook bij de vertering (fermentatie) van vezels en spelen een rol in de verdediging tegen pathogenen.

©VANIN

Er zijn aanwijzingen dat er een verband bestaat tussen de samenstelling van het microbioom en bepaalde ziekten, hoewel er verder onderzoek nodig is om dat te bevestigen.

WEETJE

Supplementen om het microbioom te stimuleren, zijn zeer populair. Probiotica zijn ‘goede’ bacteriën die je darmbacteriën ondersteunen. De meeste onderzoeken vinden weinig tot geen effect op het darmmicrobioom. Prebiotica zouden daarentegen wel een effect hebben. Prebiotica vormen voeding voor de darmbacteriën. Het zijn onverteerbare voedingsbestanddelen die de groei van nuttige bacteriën stimuleren. Dat zou de gezondheid bevorderen, omdat de schadelijke bacteriën zich dan moeilijker kunnen vestigen en in aantal kunnen toenemen, doordat ze voor voedsel en ruimte in competitie moeten treden met de nuttige bacteriën.

Afb. 63 De meest voorkomende soorten probiotica zijn zuivelproducten.

W Afb. 62

Bacteriën in je lichaam vormen je microbioom.

S

Van alle uitstoot van broeikasgassen wereldwijd is naar schatting 14,5 % tot 18 % afkomstig van de veehouderij. Dat aandeel is groter dan het aandeel van de totale transportsector.

B Negatieve invloed van bacteriën

B1 Negatieve invloed op het milieu

Een aanzienlijk deel van de emissie van broeikasgassen (CO2, CH4, N2O) is afkomstig van bacteriën. Methaan (CH4) is een sterk broeikasgas. Methaan in de landbouw is hoofdzakelijk afkomstig van bacteriën in de pens en de dikke darm van herkauwers. Organische stoffen in voeder worden in de pens anaeroob gefermenteerd, waarbij er H2 en CO2 wordt gevormd. Methaanbacteriën in de pens van de koe zetten die stoffen om tot methaan en water. Het gevormde methaan wordt door de koe opgeboerd of opgenomen in het bloed en uitgeademd. Een melkkoe produceert zo'n 200 tot 500 g methaan per dag.

S Afb. 64

In de pens van de koe vindt 90 % van de methaanproductie plaats. De overige 10 % wordt gevormd in de dikke darm.

©VANIN

B2 Negatieve invloed op de gezondheid

Er zijn ook heel wat bacteriën die ziekteverwekkers of pathogenen zijn. Je kunt ziek worden van de bacterie zelf, of van de giftige stoffen of toxinen die de bacterie produceert.

OPDRACHT 17

Lees de verschillende voorbeelden van bacteriën die ziekten verwekken en beantwoord de vragen.

Als je voedsel besmet is met een bacterie, kun je een voedselinfectie oplopen. Een veelvoorkomende voedselinfectie is salmonella, veroorzaakt door salmonellabacteriën. Salmonellabacteriën zijn staafvormige bacteriën en vormen geen endosporen. De bacterie wordt gedood door verhitting boven 7 °C. De bacteriën maken deel uit van de natuurlijke darmflora van warmbloedige dieren, zoals pluimvee, varkens, runderen en huisdieren, maar komen ook voor in oppervlaktewater en in de bodem. Levensmiddelen kunnen door contact met ongedierte of insecten met salmonella worden besmet. Door het eten van onvoldoende doorbakken en besmet kippenvlees of eieren kun je een salmonella-infectie oplopen. Wanneer je besmet voedsel gegeten hebt, komt de bacterie in je maag-darmstelsel terecht. De bacterie kan zich in de darm exponentieel vermenigvuldigen en een infectie veroorzaken. Bij een infectie probeert je lichaam om de ziekteverwekker te verwijderen. Dat proces kan gepaard gaan met bepaalde ziekteverschijnselen, zoals braken, koorts en pijn. 1

S Afb. 65

Salmonella: Na 6 tot 72 uur treden de eerste symptomen op: darmkrampen, misselijkheid, braken en diarree. Soms kan ook koorts en hoofdpijn optreden.

WEETJE

OPDRACHT 17 (VERVOLG)

In zetmeelrijke producten, zoals rijst en pasta, komt vaak een sporenvormende bacterie voor die een voedselvergiftiging veroorzaakt. De bacterie scheidt in het voedsel een toxine of giftige stof af.

Bij een voedselvergiftiging is het niet de bacterie zelf, maar de toxine die je ziek maakt. De toxine van die bacterie is heel stabiel bij hoge temperaturen. Die sporenvormende bacterie heeft ook geen problemen met lage temperaturen: de laatste jaren vindt men stammen die bij koelkasttemperaturen nog kunnen groeien. Wanneer bacteriën in het gerecht aanwezig zijn, vormen ze bij invriezen endosporen die bij opwarmen weer geactiveerd worden. Daardoor kan het aantal bacteriën sterk toenemen. Daarom raadt men af om bereide rijst- en pastagerechten of afhaalgerechten in de koelkast te bewaren of in te vriezen en opnieuw op te warmen. Vaak worden die gerechten onvoldoende verwarmd zodat de toxine niet afgebroken wordt.

©VANIN

4

De boosdoener bij tetanus is Clostridium tetani, een sporenvormende bacterie. De bacterie komt voor in vuil (vuile nagel, straatvuil), stof, mest of gewoon in/op de grond, maar ze leeft ook als reducent in de darm van de mens en andere zoogdieren, zoals de koe en het paard.

Je loopt een infectie op wanneer de bacterie via een wondje je lichaam binnenkomt. Je kunt dus besmet raken bij een val, maar ook als je gebeten wordt door een dier met een bevuilde muil. Omdat het een sporenvormende bacterie is, kan die lange tijd overleven.

De bacterie maakt je ziek door de productie van een giftige stof, tetanustoxine. Die komt vrij en wordt via de bloedsomloop (en lymfestelsel) door het lichaam verspreid. De eerste symptomen zijn onduidelijk en variëren van lichte hoofdpijn tot spierstijfheid rond de wonde. Na enkele dagen treden pijnlijke spierkrampen op. Die toxine beïnvloedt het hele zenuwstelsel en leidt tot verlamming. Als de infectie niet wordt behandeld, kan ze een dodelijke afloop hebben.

De bacterie die difterie of kroep veroorzaakt, is een bacil.

Difterie is een erg besmettelijke infectieziekte. Je wordt besmet via contact met speeksel, slijm of een wonde van een besmet persoon. De bacterie produceert een toxine dat vooral de bovenste luchtwegen maar ook het hart, het zenuwstelsel en de nieren kan beschadigen.

Difterie tast het maag-darmstelsel aan en vaak krijgt de patiënt ademhalingsproblemen. Bij bijna een vijfde van de patiënten leidt dat tot verstikkingsgevaar. Voor 1959 stierf ongeveer een op de acht baby’s en kinderen aan difterie. Dankzij vaccinatie is difterie in ons land bijna volledig verdwenen.

A

A Gezonde keel

B Grijze aanzetting in de keel bij difterie. Die wordt veroorzaakt door Corynebacterium diphtheriae

S Afb. 66 Clostridium tetani veroorzaakt tetanus.

S Afb. 67 Typische stand van het lichaam bij spasmen die optreden bij een tetanusinfectie.

S Afb. 68

OPDRACHT 17 (VERVOLG)

5 video: kinkhoest

Kinkhoest is een bacteriële infectie veroorzaakt door de bacterie Bordetella pertussis, een aerobe bacil. Net als bij difterie gebeurt de overdracht via speekseldruppeltjes. De bacterie nestelt zich in de bovenste luchtwegen waar het verschillende toxinen produceert. Een aanvankelijk lichte hoest gaat na een tijdje over in een kenmerkende zware, blaffende hoest. Vooral bij baby’s kan kinkhoest ernstige complicaties geven, zoals longontsteking en ademstops. Daarom raadt men zwangere vrouwen aan zich tussen de 24e en 32e zwangerschapsweek te laten vaccineren.

1 Wat is het verschil tussen een voedselinfectie en een voedselvergiftiging?

2 Wat kun je doen om een voedselinfectie met salmonella te vermijden?

3 Hoe kun je een tetanusbesmetting oplopen?

4 Kinkhoest veroorzaakt een blaffende hoest. Hoe gebeurt de overdracht van een infectie bij hoesten?

5 Hoe komt het dat difterie nagenoeg geen doodsoorzaak meer is bij jonge kinderen?

Wat is het verband tussen botox en voedselvergiftiging?

Botox is een giftige stof die door de bacterie Clostridium botulinum uitgescheiden wordt en gebruikt wordt als behandeling tegen onder andere rimpels. De bacterie is overal aanwezig maar ze is strikt anaeroob, dus ze overleeft enkel in een omgeving zonder zuurstof. Ze produceert de toxine botuline. Botuline is een van de giftigste stoffen die er bestaan en kan de oorzaak zijn van voedselvergiftiging. De toxine verhindert de prikkeloverdracht tussen zenuwen en spieren waardoor verlamming optreedt. Bij een botoxbehandeling worden de aangezichtsspieren verlamd zodat de rimpelspiertjes niet meer kunnen samentrekken. Het resultaat is een strakkere, gladdere huid.

WEETJE

S Afb. 69

Een botoxbehandeling wordt uitgevoerd om rimpels te verminderen.

Sommige bacteriële infectieziekten kunnen zulke zware gevolgen hebben dat baby’s ertegen worden gevaccineerd. Vaccinatie is essentieel in de strijd tegen infecties. Het stimuleert je immuunsysteem of afweersysteem en zorgt ervoor dat je immuunsysteem de ziekteverwekker leert kennen. Dankzij het geheugen van je immuunsysteem wordt de boosdoener herkend wanneer je op een later tijdstip met de bacterie in aanraking komt. Je kunt haar dan meteen uitschakelen. Vaccinatie is ook belangrijk voor de groepsimmuniteit. Als er voldoende mensen gevaccineerd zijn, wordt de kans immers kleiner dat de ziekte zich verspreidt tot kwetsbare personen, zoals baby’s en oude of verzwakte mensen. Vaccinatie tegen een aantal bacteriële en virale infecties zit in Vlaanderen in het basisvaccinatieschema van elk kind. Het vaccin tegen tetanus moet om de tien jaar worden herhaald. In dat herhalingsvaccin zijn ook difterie en kinkhoest opgenomen. Ons afweersysteem heeft af en toe een opfrissing nodig. De vaccinatie wordt in Vlaanderen volledig terugbetaald.

©VANIN

S Afb. 70

8 WEKEN

• difterie, tetanus, kinkhoest, polio, Haemophilus influenzae type B, hepatitis B

• pneumokokken

16 WEKEN

• difterie, tetanus, kinkhoest, polio, Haemophilus influenzae type B, hepatitis B

• pneumokokken

12 WEKEN

• difterie, tetanus, kinkhoest, polio, Haemophilus influenzae type B, hepatitis B

• pneumokokken

12 MAANDEN

• mazelen, bof, rubella • pneumokokken

15 MAANDEN

12 JAAR

6 JAAR humaan papillomavirus

difterie, tetanus, kinkhoest, polio

• difterie, tetanus, kinkhoest, polio, Haemophilus influenzae type B, hepatitis B

• meningokokken C

Basisvaccinatieschema tegen infecties door bepaalde bacteriën en virussen voor kinderen in Vlaanderen

14 JAAR

10 JAAR difterie, tetanus, kinkhoest

mazelen, bof, rubella

De meeste bacteriën zijn onschadelijk, en vele zijn zelfs nuttig voor de mens.

Het microbioom, de verzameling van alle micro-organismen in en op je lichaam, is onontbeerlijk voor je gezondheid. Het beschermt je lichaam tegen ziekteverwekkende bacteriën en stimuleert je immuunsysteem. Bacteriën zijn ook onmisbaar voor een goed evenwicht in de natuur.

Sommige bacteriën zijn ziekteverwekkers of pathogenen. Je kunt ziek worden van de bacterie zelf of van de toxine die de bacterie produceert. Tegen sommige bacteriële infectieziekten kunnen baby’s worden gevaccineerd.

` Maak oefening 4, 5 en 6 op p. 90.

2.3 Hoe kan men bacteriën bestrijden?

Om de groei van bacteriën af te remmen, kan men ervoor zorgen dat het milieu ongunstig wordt, in de hoop dat de bacteriën afsterven.

A Bacteriën in voedsel

OPDRACHT 18

Hoe kun je besmettingen met bacteriën en het vermenigvuldigen van bacteriën in voedsel vermijden? Zoek het op.

Noteer enkele bewaartechnieken voor voedsel die ervoor zorgen dat bacteriën zich minder kunnen vermenigvuldigen.

Het meeste voedsel dat we aankopen bevat kleine hoeveelheden microorganismen. Die kleine hoeveelheden zijn niet schadelijk en veroorzaken geen voedselbederf. Maar als de bacteriën zich vermenigvuldigen, kunnen ze de kwaliteit van het voedsel wel verminderen. Daarom is op veel voedingswaren een ‘uiterste gebruiksdatum’ aangegeven. Verder zie je op de verpakking nummers zoals E250 en E220. Zoek de betekenis op van die twee nummers.

Een van de technieken om melk beperkt te bewaren, is pasteurisatie. Daarbij wordt de melk gedurende enkele seconden op een temperatuur lager dan 100 °C verwarmd. De meeste bacteriën worden dan gedood, maar eventuele endosporen kunnen overleven. De smaak wordt goed bewaard. Welke andere hittebehandelingen bestaan er nog? Wat is het verschil?

B Bacteriën in je omgeving

In ziekenhuizen en laboratoria moet materiaal en sommige ruimten vrij zijn van bacteriën. Het doden van micro-organismen in de omgeving kan op verschillende manieren gebeuren: door warmte, door chemische stoffen en door straling.

VOORBEELD STERILISATIE VAN MATERIAAL

Warmtebehandeling

• sterilisatie van materiaal

• warmtebehandeling kan in de vorm van hete lucht, heet water of stoom

W Afb. 71 Sterilisatie van medisch materiaal

Chemische stoffen

• sterilisatie van materiaal en oppervlakken

• o.a. gebruik van alcohol

Ioniserende straling en uv C-licht

• sterilisatie van materiaal en ruimten

OPDRACHT 19

W Afb. 72 Voor ziekenhuismateriaal dat niet kan worden verhit, gebruikt men bacteriedodende chemische stoffen. Zo ontsmet men onder andere endoscopen, materiaal dat inwendig onderzoek en kijkoperaties mogelijk maakt.

W Afb. 73 Uv C-lampen vind je terug in operatiezalen maar ook in bakkerijen en voedingsbedrijven.

Wat kun jij thuis doen om de groei van bacteriën en besmetting te vermijden?

OPDRACHT 20

C Bacteriële infecties

Als je toch een bacteriële aandoening hebt, kun je geneesmiddelen gebruiken om de groei van bacteriën te onderdrukken (vertragen) of om bacteriën te doden. Je kent die geneesmiddelen als antibiotica. Zij verstoren de stofwisseling van de bacteriële cellen, waardoor die afsterven.

Het is belangrijk dat we met antibiotica voorzichtig en bedachtzaam omgaan. Lees de info op de website om de volgende vragen te beantwoorden.

1 Welke richtlijnen moet je volgen bij het gebruik van antibiotica?

--

website: antibiotica

2 Wat is het resultaat van te vaak voorgeschreven antibiotica of het niet opvolgen van de bovenstaande richtlijnen?

3 Sommige superbacteriën, ook wel ziekenhuisbacteriën genoemd, kunnen niet meer met antibiotica worden gedood of afgeremd. Hoe noemen we dat verschijnsel?

Om de kans op resistentie van bacteriën te verkleinen, is het van belang om:

• het doktersvoorschrift over het gebruik van het antibioticum op te volgen, bv. de volledige kuur afmaken, ook al heb je het gevoel genezen te zijn;

• de dokter te waarschuwen als er na een paar dagen geen verbetering optreedt;

• geen antibiotica te bewaren voor later gebruik.

Om de houdbaarheid van voedsel te verlengen zorgt men ervoor dat het milieu ongunstig wordt voor de groei en vermenigvuldiging van bacteriën. Materiaal en ruimten kunnen kiemvrij worden gemaakt door hittebehandeling, chemische stoffen en door ioniserende straling. In de bestrijding van bacteriën primeert het voorkomen van een infectie. Een goede hygiëne is hier van essentieel belang.

Bacteriële infecties worden behandeld met antibiotica. Door overmatig en verkeerd gebruik van antibiotica worden steeds meer bacteriën antibioticaresistent

` Maak oefening 7 op p. 91.

3

Welke eigenschappen hebben virussen en wat is hun belang?

In tegenstelling tot bacteriën zijn virussen de ultieme ziekteverwekkers! Virussen hebben geen eigen stofwisseling, ze kunnen niet waarnemen, kunnen zich niet voeden en kunnen zichzelf niet voortplanten. Ze vermeerderen zich door gebruik te maken van levende cellen. Ze zijn gastheerafhankelijk en gedoemd tot een parasitair bestaan.

3.1 Welke eigenschappen hebben virussen?

A Bouw van virussen

In hoofdstuk 1 van dit thema leerde je al dat virussen geen ‘cellen’ zijn. Het zijn niet-cellulaire structuren die eenvoudig zijn opgebouwd uit een hoeveelheid erfelijk materiaal (DNA of RNA) dat omsloten is door een eiwitmantel. Sommige virussen hebben rond de eiwitmantel nog een omhulsel, de enveloppe, dat afkomstig is van het celmembraan van de gastheercel. Het SARS-CoV-2 is daar een voorbeeld van.

eiwitmantel

S Afb. 74

Structuur complexe virussen: heeft rond de eiwitmantel nog een extra enveloppe.

enveloppe eiwit

erfelijk materiaal

S Afb. 75

Voorbeeld: SARS-CoV-2-virus

Virussen verschillen van elkaar door de aanwezigheid van specifieke eiwitmoleculen in de eiwitmantel of in de virale enveloppe bij complexe virussen. De vorm en eigenschappen van de eiwitten bepalen welke cellen er worden geïnfecteerd.

VOORBEELD HIV

Hiv (human immunodeficiency virus) zal enkel witte bloedcellen binnendringen en aantasten (en zo aids veroorzaken). Specifieke eiwitmoleculen in de enveloppe van het hiv-virus kunnen uitsluitend binden met specifieke membraanreceptoren in het celmembraan van witte bloedcellen.

VOORBEELD POLIOVIRUS

Het poliovirus herkent zenuwcellen en tast enkel die cellen aan, waardoor spieren en gewrichten verkeerd gebruikt worden.

VOORBEELD SARS-COV-2

Ook het SARS-CoV-2-virus richt zich op cellen met een specifieke membraanreceptor. Die receptoren zijn aanwezig in heel wat celtypen verspreid over het lichaam, onder andere in de longen, hart, blaas, pancreas, nieren en neus.

S Afb. 76 Hiv (human immunodeficiency virus)

S Afb. 77 Het poliovirus

eiwit in enveloppe virus

membraanreceptoren gastheercel

W Afb. 78 Het SARS-CoV-2-virus

OPDRACHT 21

B De vermenigvuldiging van virussen

Je leerde al dat virussen geen eigen stofwisseling hebben en zich niet zelf kunnen vermenigvuldigen. Ze laten zich door hun specifieke gastheercel vermenigvuldigen. De nieuwe virussen worden aangemaakt ten koste van de celactiviteiten van de gastheercel.

Een bacteriofaag is een virus dat uitsluitend bacteriën infecteert. Hij vermenigvuldigt zich ten koste van een bacterie; wanneer de bacterie openbarst, komen de nieuwe virussen vrij. Als voorbeeld wordt hieronder de vermenigvuldiging van een bacteriofaag beschreven. In eukaryoten verloopt de vermenigvuldiging van vele virussen op een gelijkaardige manier.

Noteer bij elk van de vijf stadia de passende omschrijving.

Kies uit:

productie van virale eiwitten en viraal erfelijk materiaal –vorming van nieuwe virussen – binnendringen van het erfelijke materiaal – nieuwe virussen komen vrij –aanhechting van het virus aan de gastheercel

1 De : virale eiwitten in het eiwitkapsel of de virale enveloppe binden aan specifieke receptoren van de gastheercel.

2 : bepaalde eiwitten van het virus boren een gaatje in het celmembraan van de gastheercel waarlangs het virale erfelijke materiaal wordt binnengebracht.

3 : materiaal herprogrammeert de gastheercel. Daardoor blokkeert de gewone werking van de cel. De gastheercel maakt nu virale eiwitten en viraal erfelijk materiaal aan.

4 : de virale eiwitten en het virale erfelijke materiaal worden samengevoegd tot nieuwe virussen.

5 : Door het vormen van nieuwe virussen, die omgeven zijn door een eiwitmantel, barst de gastheercel open en komen de nieuwe virussen vrij. In dat proces sterft de gastheercel.

Na de vorming van nieuwe virussen komen ze opnieuw vrij in de buitenwereld en kunnen zo nieuwe gastheren bereiken.

OPDRACHT 22 DOORDENKER

Beantwoord de vragen.

1 Stel: je bent een onderzoeker en je wilt een medicijn ontwikkelen om virussen te bestrijden. In welke stap van het vermenigvuldigen van het virus kun je dan het best proberen in te grijpen? Verklaar.

2 Hoe zou een bacteriofaag kunnen helpen in de strijd tegen antibioticaresistentie?

Deze leerstof is uitbreiding.

Complexe virussen, zoals SARS-CoV-2 en hiv, komen vrij uit de gastheercel door knopvorming. Die virussen zijn dan ook omgeven door een enveloppe die ontstaan is door afsplitsing van de gastheercel. Bij de knopvorming versmelt de enveloppe met het celmembraan en het virus wordt omgeven door een deel van het celmembraan van de gastheercel. Dat heeft als gevolg dat de enveloppe kenmerken heeft van het membraan van de gastheercel.

erfelijk materiaal virus

Gastheercel maakt viraal erfelijk materiaal en virale eiwitten aan.

Nieuwe virussen komen vrij door knopvorming.

W Afb. 79

Vermenigvuldiging van het coronavirus SARS-CoV-2

OPDRACHT 23

Welk verschil kun je opmerken tussen knopvorming om te vermenigvuldigen en het proces met vijf stadia in de afbeelding bij opdracht 21?

C Verspreiding van virussen

OPDRACHT 24

Hoe verspreiden virussen zich van mens tot mens?

©VANIN

VERSPREIDING VIRUSSEN

1 Bekijk de afbeelding en som zes besmettingswegen op.

2 Zoek op hoe de onderstaande virussen zich kunnen verspreiden. Noteer de letters op de mindmap.

a epstein-barrvirus (klierkoorts)

b Herpes simplex type 2 (genitale herpes)

c SARS-CoV-2-virus

d griep- of influenzavirus e hiv f norovirus g zikavirus

WEETJE

Om de overdracht van een virus te beperken, kun je een mondmasker dragen, zoals tijdens de COVIDepidemie. Ook je handen regelmatig grondig wassen en oppervlakken schoonmaken met een desinfecterende alcoholgel zijn manieren waarop je kunt proberen om besmettingen via ingeademde lucht of contact met de huid te voorkomen.

D Bestrijding van virussen

OPDRACHT 25

Beantwoord de vragen over het mazelenvirus.

1 Als je met het mazelenvirus besmet bent, kan dat je immuunsysteem aantasten. Het vergeet dan elke ziekteverwekker die het ooit eerder is tegengekomen: dat betekent elke verkoudheid, elke griepaanval, elke blootstelling aan bacteriën of virussen, elke vaccinatie. Het geheugenverlies van je immuunsysteem is bijna volledig en blijvend. Wanneer de mazeleninfectie voorbij is, moet je lichaam bijna helemaal opnieuw leren wat goed en wat slecht is. Wat is het voordeel om te vaccineren tegen mazelen?

©VANIN

2 Welk kenmerk van virussen zorgt ervoor dat antibiotica geen zin hebben bij mazelen?

Omdat virussen geen eigen stofwisseling hebben, zijn ze ook niet gevoelig voor antibiotica. In vele gevallen zul je de ziekte moeten doormaken. Daardoor bouwt het lichaam zelf een afweer op om het virus te bestrijden. Er worden dan alleen geneesmiddelen toegediend die de symptomen verzachten.

Gelukkig kun je sommige virale infecties voorkomen met behulp van vaccins Vaccinatie is dus essentieel in de strijd tegen infecties veroorzaakt door bacteriën én door virussen.

Virussen zijn geen cellen. Ze zijn opgebouwd uit een hoeveelheid erfelijk materiaal omsloten door een eiwitmantel. Complexe virussen hebben daaromheen nog een omhulsel, een enveloppe. Virussen herkennen de gastheercel door de aanwezigheid van specifieke eiwitten in de eiwitmantel of enveloppe.

Virussen zijn voor hun vermenigvuldiging afhankelijk van een gastheercel. Het virus brengt zijn erfelijk materiaal in de gastheercel en herprogrammeert de gastheercel om nieuwe virussen aan te maken.

Een besmetting met een virus kan op meerdere manieren gebeuren.

Antibiotica helpen niet om een infectie met virussen te bestrijden. Daarom is het belangrijk dat je lichaam zelf een afweer opbouwt Vaccinatie kan daarbij helpen.

` Maak oefening 8, 9 en 10 op p. 91.

S Afb. 80

Typische uitslag bij mazelen

3.2 Wat is het belang van virussen?

A Virussen in dienst van de geneeskunde

OPDRACHT 26

©VANIN

Hoe kunnen bacteriofagen worden ingezet om interacties weer in evenwicht te brengen? Bekijk de video en beantwoord de vragen.

1 Wat is een bacteriofaag?

2 Welke cellen worden door bacteriofagen aangevallen?

3 Antibiotica verhinderen de groei van slechte én goede bacteriën. Vergelijk dat met de werking van bacteriofagen.

4 Bacteriofagen vermeerderen zich in cellen én komen nadien vrij in het lichaam. Wat is het voordeel daarvan?

5 Wat is het verband tussen meer onderzoek naar faagtherapie en antibioticaresistentie?

6 Wat is het nadeel van infecties bestrijden met faagtherapie?

Een groot voordeel van die therapie is dat de fagen zichzelf vermeerderen in de bacteriën, zodat een kleine dosis toedienen voldoende is om een schadelijke bacteriesoort uit te schakelen. Door de specifieke interacties tussen bacterie en bacteriofaag is het toedienen van bacteriofagen ook ongevaarlijk voor de nuttige bacteriesoorten. video: bacteriofaag

Resistentie is vooral in ziekenhuizen een groot probleem. Daar ontstonden ziekenhuisbacteriën of superbacteriën, waartegen er geen werkzame antibiotica meer kunnen worden ingezet. In een nieuwe techniek proberen wetenschappers het gebruik van antibiotica te omzeilen door gebruik te maken van hun kennis over virussen die zich vermeerderen in bacteriën, de bacteriofagen of kortweg fagen. Omdat zo’n virus zich enkel aan specifieke bacteriën koppelt, richt een faag zich enkel op welbepaalde bacteriesoorten.

Dat betekent anderzijds wel dat er voor elke bacteriële infectie een geschikte bacteriofaag moet worden gevonden. Gelukkig is de biodiversiteit aan bacteriofagen in de natuur enorm. De faagtherapie zal in de toekomst hopelijk een alternatief bieden voor het gebruik van antibiotica. Bij faagtherapie maakt men gebruik van de natuurlijke interactie tussen virussen en bacteriën om schadelijke bacteriesoorten te verdrijven.

©VANIN

Virussen als vector in gentherapie

Bij gentherapie behandelt men een aandoening door wijzigingen aan te brengen in het genetisch materiaal van cellen. Dat kan door extra genetisch materiaal in te brengen in de cel of door een bepaald stukje van het erfelijk materiaal te vervangen. Men kan dan virussen gebruiken om dat stukje DNA in de cellen in te brengen. Ze zijn daarvoor geschikt omdat ze heel goed zijn in het binnendringen van specifieke cellen in mensen, zoals een bestelwagen het adres weet te vinden waar hij een pakketje kan afleveren.

virale vector

vector met gezond gen ingebouwd gezond gen

W Afb. 82

Een schematische voorstelling van gentherapie

Het virus wordt daarvoor in het labo omgebouwd tot een vector. Een vector is het transportmiddel om het gen in de cellen te krijgen. Daarvoor ondergaat het virus de volgende veranderingen:

• Het erfelijk materiaal van het virus wordt vervangen door het erfelijk materiaal dat in de cel moet worden ingebracht.

• Het virus wordt aangepast zodat het, eenmaal in de cel, zich niet meer kan vermenigvuldigen.

Gentherapie werd al succesvol toegepast bij bepaalde immunodeficiëntieziekten, hemofilie (een erfelijke bloedstollingsziekte) en blindheid veroorzaakt door retinitis pigmentosa.

WEETJE

B Infecties door virussen

Virussen zijn verantwoordelijk voor heel wat infecties, zoals griep, bepaalde vormen van hersenvliesontsteking (meningitis), mazelen, bof, rodehond, aids … Ook bronchitis, verkoudheden, COVID-19 en vele vormen van keelpijn en diarree worden door virussen veroorzaakt. Sommige virussen blijven levenslang in je lichaam aanwezig; ze zijn slapend aanwezig.

©VANIN

OPDRACHT 27

Het virus dat koortsblaasjes veroorzaakt is een herpesvirus, namelijk Herpes simplex type 1.

Vermoeidheid, stress, koorts … kunnen een opstoot uitlokken waardoor de blaasjes verschijnen. Dat komt omdat het virus, eens je ermee geïnfecteerd bent, slapend aanwezig blijft. Je kunt anderen ermee besmetten vanaf het moment dat je de blaasjes voelt opkomen totdat ze volledig uitgedroogd zijn. Dat gebeurt door direct contact en via speeksel. Na enkele dagen verdwijnen ze weer spontaan.

1 Hoe weet je dat het virus na een infectie niet uit je lichaam verdwijnt?

2 Kan dit virus via seksueel contact worden overgedragen?

3 Ga naar en lees meer over andere herpesvirussen.

Virussen kunnen ook worden gebruikt in het voordeel van de mens.

• Ze kunnen wordt gebruikt als alternatief voor antibiotica in de strijd tegen bacteriële infecties.

• Ze kunnen worden gebruikt als vector in gentherapie

Virussen zijn verantwoordelijk voor heel wat infecties. Sommige virussen blijven levenslang aanwezig in je lichaam. Ze zijn slapend aanwezig.

` Maak oefening 11 op p. 91.

S Afb. 83 Opstoot van koortsblaasjes

Welk belang hebben schimmels en gisten voor de mens? Geef een positief en een negatief voorbeeld. Leg kort uit.

Voor het bakken van brood en het brouwen van bier wordt dezelfde gist, Saccharomyces cerevisiae, gebruikt. Toch zit er in brood geen alcohol. Verklaar.

Hoe zijn bacteriën opgebouwd?

a Benoem de tekening.

b Bacteriën zijn prokaryoot. Verklaar.

Welk kenmerk van bacteriën kan een voedselvergiftiging veroorzaken?

De meeste bacteriën zijn nuttige bacteriën en hebben een positieve invloed op de mens. Toon aan met één voorbeeld.

Bacteriën zijn nuttig voor de omgeving, maar in de maag van koeien produceren ze methaan, een broeikasgas. In welk proces wordt dat aangemaakt?

Als je een bacteriële infectie hebt opgelopen, kun je die met medicijnen bestrijden.

a Welke medicijnen worden daarvoor gebruikt (verzamelnaam)?

b Waarom mag je die medicijnen enkel gebruiken als het moet? Gebruik de correcte term.

Hoe zijn virussen opgebouwd? Vul de tekening aan met de correcte begrippen.

Virussen maken je ziek en zijn niet gemakkelijk te bestrijden. Toch hebben virussen hun nut. Geef daarvan een voorbeeld.

Vaccinatie kan helpen om ernstige ziekten te voorkomen. Wat is een andere reden om jezelf of je kinderen te laten vaccineren?

Welke eigenschap van virussen kan worden gebruikt om bepaalde bacteriën uit te schakelen?

Meer oefenen? Ga naar .

KERNBEGRIPPEN

• Biodiversiteit is een term om de rijkdom en verscheidenheid aan soorten in de natuur aan te geven.

• Een soort is een groep van individuen die zich in natuurlijke omstandigheden samen kunnen voortplanten en vruchtbare nakomelingen hebben.

• De tree of life is een boomstructuur die de evolutie van alle leven op aarde weergeeft. De nabijheid van twee takken geeft de mate van verwantschap weer, en dus de overeenkomsten in erfelijk materiaal.

• De tree of life wordt in drie grote domeinen van organismen onderverdeeld: de bacteriën, de archaea en de eukaryoten

• Binnen het domein van eukaryoten onderscheidt men het rijk van de planten, de dieren en de schimmels.

• Virussen staan niet in de tree of life, omdat ze niet als levende wezens beschouwd worden.

BIODIVERSITEIT

SCHEMA

EUKARYOTEN

BACTERIËN

ARCHAEA

DIEREN

SCHIMMELS

PLANTEN

Homo sapiens

KENMERKEN VAN DE BACTERIËN, ARCHAEA EN EUKARYOTEN

Domeinen

Bacteriën Archaea Eukaryoten

celkern aanwezig nee, prokaryoot nee, prokaryoot ja, eukaryoot celcompartimentering nee nee ja eencellig of meercellig eencellig eencellig eencellig of meercellig autotroof of heterotroof beide kunnen beide kunnen beide kunnen celwand aanwezig ja ja, maar andere samenstelling dan bacteriën soms

grootte 1 tot 10 μm 0,1 tot enkele μm15 tot +500 μm

voorbeelden

• heterotroof: ziekmakende bacteriën

• autotroof: cyanobacteriën

• heterotroof: thermoacidofiele archaea

KENMERKEN VAN DE PLANTEN, DIEREN EN SCHIMMELS

Rijken binnen het domein van eukaryoten

• heterotroof: dieren, schimmels, ciliata

• autotroof: planten, groenwieren

Planten

Dieren Schimmels voorstelling cel

celkern ja ja ja

een- of meercellig meercellig meercellig een- of meercellig

bladgroenkorrels in cytoplasma aanwezig afwezig afwezig

autotroof/ heterotroof autotroof heterotroof heterotroof

celwand aanwezig (celwand van cellulose) afwezig aanwezig (celwand van chitine)

Schimmels

Gisten

structuur eukaryoot eukaryoot

levenswijze heterotroof heterotroof bouw

voortplanting ongeslachtelijk door sporen ongeslachtelijk door knopvorming

betekenis voor de mens

• nuttige schimmels: Penicillium maakt penicilline.

−schimmelkazen

• schadelijke schimmels:

−voedselbederf schimmelziekten zoals zwemmerseczeem

• nuttige gisten (bv. gisten bij bereiding van brood, bier en wijn)

• schadelijke gisten (bv. candida)

Bacteriën Virussen

micro-organismen

structuur prokaryoot niet-cellulaire structuren

levenswijze heterotroof altijd ander organisme nodig bouw

vermeerdering ongeslachtelijk door splitsing door gastheercel

betekenis voor de mens

• nuttige bacteriën: −microbioom −huidflora −bacteriën vagina −probiotica

• ziekteverwekkers

• Alle virussen zijn parasitair.

• Virussen zijn voor hun vermenigvuldiging afhankelijk van de gastheercel.

JANOG OEFENEN

Begripskennis

• Ik kan uitleggen wat een soort is.

• Ik kan uitleggen wat een populatie is en een voorbeeld geven.

• Ik kan enkele criteria opsommen die nodig zijn om organismen te groeperen.

• Ik kan uitleggen dat het vijfrijkensysteem nog aangepast moest worden om correct te classificeren.

• Ik kan uitleggen wat prokaryoten en eukaryoten zijn.

• Ik kan organismen indelen in het driedomeinensysteem.

• Ik kan uitleggen wat de tree of life is.

• Ik kan verklaren waarom virussen niet in de tree of life passen.

• Ik kan uitleggen wat een bacterie, schimmel en virus is.

• Ik kan toelichten hoe verschillende micro-organismen zijn opgebouwd.

• Ik kan verschillende micro-organismen van elkaar onderscheiden

• Ik kan uitleggen waarom virussen gastheerafhankelijk zijn.

• Ik kan de groeifasen bij bacteriën opsommen

• Ik kan voor elke groep van micro-organismen een voorbeeld geven van het belang voor de mens.

• Ik kan aantonen dat micro-organismen het leefmilieu beïnvloeden.

Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een onderzoeksvraag formuleren aan de hand van een aantal criteria.

• Ik kan een hypothese formuleren in functie van de onderzoeksvraag.

• Ik kan een experiment uitvoeren en de nodige gegevens verzamelen

• Ik kan een waarneming interpreteren en verklaren

• Ik kan een besluit formuleren op basis van de verzamelde gegevens.

• Ik kan reflecteren over een onderzoek.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

THEMA 03 INTERACTIES TUSSEN ORGANISMEN

Als je een natuurwandeling maakt, kun je heel wat organismen opmerken. Zo zie je misschien wel een pimpelmees onder een blad of in de holte van een boom schuilen voor de regen. Op stengels van kruidachtige planten merk je soms grote groepen bladluizen op, waarover mieren lopen. De mieren eten of bijten de bladluizen niet. Een lieveheersbeestje dat in de richting van de groep bladluizen komt, wordt echter meteen door de mieren aangevallen. Mogelijk zette tijdens je uitstap een teek zich vast op je huid om zich te voeden met jouw bloed. Overal in de natuur komen zo organismen in contact met organismen van dezelfde en andere soorten. De interacties die ontstaan, kunnen voordelig of nadelig zijn voor een of beide partijen.

` Welke invloeden hebben organismen op elkaar?

` Hoe beïnvloeden interacties onze gezondheid?

` Welke functies heeft gedrag voor een organisme?

We zoeken het uit!

Î Welke interacties bestaan er tussen soortgenoten?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M uitleggen wat een soort is; M de schakels in een voedselkringloop schematisch voorstellen.

Je leert nu:

M welke interacties er zijn tussen organismen van dezelfde soort.

De meeste individuen zullen, op zijn minst tijdens een welbepaalde fase van hun leven, in contact komen met soortgenoten. In sommige gevallen ontstaat een relatie die voordelig is voor elk, maar in andere gevallen ondervindt elk individu hinder van de andere. In dit hoofdstuk zie je hoe relaties tussen soortgenoten soms noodzakelijk of voordelig zijn voor de overleving, en andere nadelig.

1 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar positief?

OPDRACHT 1

Bekijk aandachtig de onderstaande foto’s.

S Afb. 84 Parende mussen

S Afb. 85 Wolven werken samen om concurrenten te verjagen.

S Afb. 86 Mosplantjes steunen elkaar en voorkomen uitdroging door dicht bij elkaar te staan.

S Afb. 87

Bij zwanen bewaakt het mannetje het nest en het wijfje.

OPDRACHT 1 (VERVOLG)

1 Welke vormen van interactie kun je onderscheiden in de voorbeelden op de vorige pagina?

2 Welk voordeel halen die organismen uit hun interactie?

3 Dieren vormen bewust een paar of een groep. Wat is het verschil met de mosplantjes?

1.1 Paarvorming

In het voorjaar beginnen mannetjes van merels vanaf het ochtendkrieken te zingen. Ze proberen op die manier een vrouwtje aan te trekken. Net zoals veel andere organismen plant de merel zich op een geslachtelijke wijze voort. Daarvoor moeten twee individuen van een verschillend geslacht tijdens hun vruchtbare periode samenkomen. Via rituelen en signalen die specifiek zijn voor de soort maken individuen elkaar duidelijk of ze bereid zijn tot paren. Eenmaal een partner gevonden, wordt een nest gebouwd waarin eieren worden gelegd. Nadat de eieren zijn uitgekomen, voedt zowel het mannetje als het vrouwtje de jongen op.

©VANIN

VOORBEELD PAARVORMING

Bij sommige soorten, zoals de merel, werken beide ouders gedurende een langere periode samen om de nakomelingen groot te brengen. Zodra dat volbracht is, wordt de samenwerking meestal beëindigd. In een volgend voortplantingsseizoen gaat elk individu op zoek naar een nieuwe partner. Bij andere soorten is de samenwerking beperkt tot de geslachtsgemeenschap; ze houdt op zodra de voortplantingscellen zijn overgedragen. Er zijn ook soorten, zoals albatrossen, zwanen en ganzen, die doorgaans een partner voor het leven kiezen.

Paarvorming heeft voortplanting als doel. Dankzij die interactievorm en door nakomelingen samen groot te brengen, ontstaan er nieuwe organismen en kan de soort voortbestaan.

S Afb. 88

Albatrossen kiezen een partner voor het leven. Ze werken gedurende de rest van hun leven samen om nakomelingen groot te brengen.

1.2 Groepsvorming

OPDRACHT 2

Dieren leven en werken samen in groep. Noteer telkens het voordeel dat je op de foto’s ziet.

1 Wanneer buffels, gnoes en muskusossen door predatoren belaagd worden, stellen ze zich op in een kring met hun kop en hoornen naar buiten gericht. De jonge dieren staan in het midden van de kring. Waarom doen ze dat?

2 Stokstaartjes zijn kleine roofdieren die in groep leven in open vlaktes in Afrika. Ze staan op het menu van een aantal andere roofdieren. Telkens houdt minstens één individu de wacht, terwijl andere stokstaartjes andere taken uitvoeren. Wanneer een belager wordt waargenomen, produceert de wachter een alarmsignaal. Verklaar.

3 Eenmaal een spreeuw een roofvogel heeft opgemerkt, alarmeert hij alle groepsgenoten. De spreeuwen vliegen dan op en blijven in de lucht dicht bij elkaar vliegen. Een individu hoeft niet meer sneller te zijn dan zijn belager, het moet enkel sneller zijn dan de traagste van de groep. Wetenschappers zijn er bovendien van overtuigd dat het voor een predator veel moeilijker is om een prooi te pakken te krijgen wanneer die alleen vliegt dan wanneer die in een groep vliegt. Verklaar dat gedrag.

S Afb. 89 Volwassen buffels vormen een kring rond hun kalveren als ze bedreigd worden.

S Afb. 90 Stokstaartjes houden de wacht.

S Afb. 91 Spreeuwen vliegen dicht bij elkaar als er een roofvogel in de buurt is.

4 Het Portugees oorlogsschip is geen kwal, maar bestaat uit een groep van allemaal neteldieren die samenleven en welbepaalde taken uitvoeren, een kolonie. Zo zijn er individuen die prooien vangen, andere die de prooi verteren en nog andere die voor de voortplanting zorgen.

a Wat is het nut van de groepsvorming?

b Wat is het nut van de groepsvorming voor elk organisme van deze groep?

W Afb. 92

Neteldieren vormen een stam van in het water levende dieren. De stam omvat onder andere kwallen, anemonen, koralen en hydroïdpoliepen. Die laatste groep bestaat uit vastzittende, dierlijke organismen (poliepen) die met tentakels vissen en dierlijk plankton vangen.

Er zijn meerdere redenen waarom het leven in een groep een voordeel kan bieden. Een taakverdeling draagt op meerdere manieren bij aan de overleving: het vergroot de kans om roofdieren op te merken of te ontlopen. Daarnaast kunnen het vangen van prooien en de verdediging effectiever worden wanneer die taken worden verdeeld onder verschillende groepsleden.

Ook bij planten kan de aanwezigheid van soortgenoten een positieve invloed hebben op de overlevingskans.

VOORBEELDEN GROEPSVORMING BIJ PLANTEN

©VANIN

Adelaarsvarens groeien doorgaans in grote aantallen bijeen in bossen. Doordat varens dicht bijeen groeien, steunen ze elkaar en kunnen ze hoog groeien. Een alleenstaande adelaarsvaren mist die steun, waardoor de stengel beschadigd raakt en de plant kan afsterven.

In een bar landschap zoals duinen of bergtoppen worden zaden die onder de moederplant vallen en daar ontkiemen, sneller groot dan planten die groeien uit zaden die niet in de buurt van de moederplant ontkiemden. Dat komt omdat de bodem onder andere planten vochtiger en koeler is, en meer voedingsstoffen bevat.

De aanwezigheid van meerdere planten zorgt er ook voor dat meer bestuivers worden aangetrokken en de individuele voortplantingskans van elke plant hoger is dan van planten die alleen staan.

S Afb. 93

Adelaarsvarens groeien meestal in dichte aantallen bijeen.

1.3 Samenwerking

Wolven, leeuwen en wilde honden zijn predatoren. Wanneer ze samenwerken, kunnen ze concurrenten verdrijven of prooien vangen die sterker of sneller zijn dan zichzelf. Dieren kunnen dus samenwerken om voedsel te bemachtigen.

Kraaien houden bijvoorbeeld niet van de aanwezigheid van roofvogels en proberen ze altijd weg te jagen uit hun leefgebied. Dat doen ze door de roofvogel samen met soortgenoten aan te vallen en veel lawaai te maken. Omdat zowel kraaien als sommige roofvogels aas eten, en ze dus concurrenten zijn, werken de kraaien samen om die concurrenten te verdrijven

Positieve interacties leiden zowel bij planten als bij dieren tot een hogere overlevingskans en bevorderen daardoor de voortplantingskans. Daarmee stijgt ook de kans op het voortbestaan van de soort.

©VANIN

Interacties binnen een soort kunnen de kans op het voortbestaan van een individu en daarom ook de soort verhogen

• Paarvorming is een interactie die nodig is om zich geslachtelijk voort te planten. Een gezamenlijke zorg voor de nakomelingen doet de overlevingskans stijgen en heeft als gevolg dat soorten blijven bestaan.

• Bij groepsvorming leven organismen samen. Dat is voordelig omdat de leden van de groep gemakkelijker voedsel kunnen bemachtigen of zichzelf beter kunnen beschermen.

• Bij samenwerking staan soortgenoten elkaar tijdelijk bij. Dat leidt tot hogere overlevingskansen en verhoogt daardoor de kans op voorplanting.

` Maak oefening 1 en 2 op p. 105.

S Afb. 95 Kraaien werken samen om een buizerd te verjagen.

S Afb. 94 Door samen te werken kunnen predatoren prooien vangen die veel groter en sterker zijn dan zijzelf.

2 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar negatief?

OPDRACHT 3

Ontdek waardoor concurrentie binnen een soort kan worden uitgelokt. Mezen broeden in holen. In natuurlijke bossen broedt er ongeveer één paar mezen per hectare. Wanneer de jonge mezen uit het ei komen, worden ze vooral met rupsen gevoed. In een onderzoek in het Zwin wil men het broedgedrag van twee soorten mezen onderzoeken: de koolmees en de pimpelmees. Daarvoor worden nestkasten opgehangen.

1 Het ophangen van de nestkasten leidt tot een flinke stijging van het aantal broedparen. Verklaar.

2 Als de temperatuur in het voorjaar stijgt, ontwikkelen eitjes van vlinders zich tot rupsen. Welk effect zal een koud en laat voorjaar hebben op het broeden van de mezen?

3 Door het creëren van extra nestplaatsen stijgt het aantal broedparen gedurende meerdere seizoenen. De evolutie wordt weergegeven in grafiek 2.

Vink de juiste uitspraken aan.

Het aantal mezen blijft verder stijgen omdat er meer nestgelegenheid is.

Het aantal mezen bereikt een dynamisch evenwicht omdat ook het voedselaanbod, de aanwezigheid van vijanden … bepalend zijn.

evenwichtsniveau = draagkracht

populatiedichtheid

Het aantal mezen bereikt een constant aantal omdat alle nestkastjes zijn ingenomen. Er ontstaat concurrentie voor het aantal broedplaatsen waardoor het aantal niet verder kan stijgen.

tijd

S Grafiek 2

De populatiedichtheid is het aantal individuen in een bepaald gebied.

S Afb. 96 Een pimpelmees voedt zijn jong.

Alles wat organismen nodig hebben om te overleven en zich voort te planten, wordt een hulpbron genoemd. In de natuur zijn die hulpbronnen meestal niet onbeperkt maar gelimiteerd: het voedselaanbod, het aantal slaap- en schuilplaatsen of partners in een gebied is meestal slechts voldoende om een welbepaald aantal individuen te herbergen. De aanwezige hulpbronnen bepalen de draagkracht van het gebied. Hoe meer individuen kunnen overleven en zich voortplanten, hoe groter de draagkracht van dat gebied.

Zodra het aantal individuen de draagkracht van het gebied overschrijdt, ontstaat er overbevolking; er is dan een tekort aan een of meerdere hulpbronnen. Als gevolg daarvan ontstaat er concurrentie en moeten individuen die zich niet kunnen voortplanten, uitwijken naar andere gebieden of sterven.

Daardoor neemt het aantal van die organismen in het gebied weer af. Concurrentie doet de overlevingskansen en kans op voortplanting afnemen. Zoals je al leerde, is het aantal organismen in een gebied niet constant, maar schommelt het rond een bepaalde evenwichtswaarde. Er ontstaat een dynamisch evenwicht

Als het aantal individuen van een soort in een gebied stijgt, verkleint de afstand en verhoogt het aantal contacten tussen de individuen. Ziekteverwekkers kunnen daarom gemakkelijker van het ene individu naar het andere individu worden overgebracht, waardoor hun overlevingskansen dalen. Een ziekte-uitbraak of epidemie komt dan ook vaak voor wanneer een groot aantal individuen dicht naast elkaar leeft.

• Hulpbronnen zijn middelen die organismen nodig hebben om te overleven.

• De draagkracht van een gebied is het aantal organismen dat er kan overleven en zich kan voortplanten. De draagkracht van een gebied wordt bepaald door het aantal hulpbronnen dat beschikbaar is.

Interacties binnen een soort kunnen de overlevingskans van organismen beïnvloeden en daarmee ook het voortbestaan van de soort. Concurrentie is de interactie die er tussen soortgenoten ontstaat als de draagkracht van het gebied overschreden wordt. Het aantal dieren dat in een gebied kan overleven, hangt dus ook af van concurrentie.

` Maak oefening 3, 4 en 5 op p. 105.

WEETJE

S Afb. 97 Vogelgriep is erg besmettelijk. Wanneer dieren dicht op elkaar leven, kan het zich snel verspreiden.

3 4 5

Waarom is het voor een predator soms voordelig om samen met soortgenoten te jagen?

Als een roofvogel zoals een sperwer op jacht is, vliegen spreeuwen in dichte formatie bijeen.

Leg uit hoe de overlevingskansen van spreeuwen toenemen door dicht bij andere individuen te vliegen.

Genten zijn zeevogels die broeden in kolonies. Door samen te broeden heersen er relaties tussen de organismen die zowel nadelig als voordelig zijn voor de overleving van de individuen. Verklaar.

Leg uit waarom het wegvallen van een predator nadelig kan zijn voor de prooisoort.

Leg telkens met een voorbeeld uit hoe positieve en negatieve interacties het voortbestaan van een soort kunnen beïnvloeden.

Meer oefenen? Ga naar .

Î Welke interacties bestaan er tussen organismen van verschillende soorten?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M uitleggen dat in een natuurlijk milieu verschillende soorten organismen leven;

M aantonen dat organismen aangepast zijn aan de biotische en abiotische factoren van de biotoop waarin ze leven.

Je leert nu:

M de interacties tussen verschillende soorten organismen herkennen en toelichten;

M uitleggen dat relaties tussen individuen van verschillende soorten voordelig en nadelig kunnen zijn.

©VANIN

Op elke bewoonbare plek op aarde komen er meerdere soorten dieren, planten, schimmels en micro-organismen naast elkaar voor. De organismen van verschillende soorten kunnen elkaar wederzijds beïnvloeden. Sommige interacties, zoals een roofdier dat zijn prooi doodt, zijn van korte duur. Tussen andere soorten bestaan relaties die langere tijd duren, zoals een parasiet die maandenlang leeft op of in een andere gastheer. We onderscheiden verschillende vormen van interacties.

1 Hoe beïnvloeden organismen van verschillende soorten elkaar positief?

1.1 Mutualisme

OPDRACHT 4

Ontdek waarom mieren met bladluizen samenwerken.

Mieren zijn op planten vaak druk in de weer om groepen bladluizen te beschermen tegen rovers. Ze jagen eventuele vijanden weg door ze te bijten en te besproeien met mierenzuur. In ruil daarvoor scheiden de bladluizen honingdauw, een suikerrijke stof, af als de mieren ze met hun voelsprieten aanraken. Sommige mierensoorten gaan een stap verder en bewaren eieren van de bladluizen in hun ondergrondse nest om te overwinteren en brengen in de lente de jonge bladluizen terug naar de plant.

S Afb. 98

Bladluizen produceren honingdauw wanneer mieren ze aanraken met hun antennen. In ruil daarvoor beschermen de mieren ze tegen rovers.

OPDRACHT 4 (VERVOLG)

1 Wat is het voordeel van die interactie voor de mieren?

©VANIN

2 Welk voordeel halen de bladluizen uit de interactie?

3 Wat is het voordeel van die samenwerking voor beide soorten?

OPDRACHT 5

Lees de onderstaande tekst over de orchidee.

Zaden van orchideeën bevatten zo weinig reservestoffen dat ze licht genoeg zijn om door de wind te worden verspreid. Eenmaal in de bodem kunnen de zaden wel kiemen, maar ze bevatten te weinig voedingsstoffen om zich zelfstandig te ontwikkelen. De kiemplantjes zijn voor de groei afhankelijk van schimmels in de bodem. Op de wortels van orchideeën groeien mycorrhiza. Zij voorzien de orchideeën van voedingsstoffen. Daardoor kunnen orchideeën groeien op plaatsen waar weinig nutriënten aanwezig zijn. Als de orchidee later aan fotosynthese doet, krijgt de schimmel energierijke stoffen van de plant. De schimmeldraden rond de wortels hebben daardoor een betere overlevingskans.

1 Noteer in de tabel voor elk organisme wat de invloed van de interactie op de overlevingskansen van het organisme is.

Organisch materiaal wordt door micro-organismen afgebroken en omgezet in voeding voor de plant. wortelhaartje

zonder mycorrhizamet mycorrhiza

De term mycorrhiza is de verzamelnaam voor schimmels die in de bodem samenleven met planten via de wortels. De naam is afgeleid van het Griekse mykós (schimmel) en riza (wortel). Letterlijk betekent het dus ‘schimmelwortel’.

2 Is de interactie een voordeel (+), neutraal (N) of een nadeel (-) voor het organisme?

Organisme

Gevolg van de interactie + / N /orchidee schimmel

S Afb. 99

De term mycorrhiza is de verzamelnaam voor schimmels die in de bodem samenleven met planten via de wortels.

Een langdurige samenwerking tussen twee organismen waarbij beide soorten een duidelijk voordeel hebben, noemen we mutualisme. Dankzij mutualisme verhoogt de overlevingskans van beide partijen.

Mutualisme komt ook voor tussen dieren en planten

©VANIN

VOORBEELD MUTUALISME TUSSEN DIEREN EN PLANTEN

Heel wat planten lokken insecten met suikerrijke nectar. Aan de insecten die zich te goed doen aan de zoete nectar, blijft stuifmeel kleven. Dat stuifmeel dragen ze met zich mee als ze wegvliegen. Bij een volgend bloembezoek kan het stuifmeel achterblijven en voor een bestuiving zorgen. Veel planten zijn op die manier voor hun voortplanting volledig afhankelijk van insecten, terwijl voor heel wat insecten de nectar een belangrijke voedingsbron is.

1.2 Commensalisme

OPDRACHT 6

Lees de tekst en beantwoord de vragen.

Wanneer paarden en runderen grazen, schrikken ze heel wat insecten op die zich in de vegetatie schuilhouden. Die insecten vormen dan een gemakkelijke prooi voor vogels. Soorten zoals koereigers en kwikstaarten maken dankbaar gebruik van de aanwezigheid van grote grazers om zo aan voedsel te raken. Af en toe hoppen de vogels zelfs op de rug van het paard of rund om tijdens een verplaatsing een tijdje mee te liften. De grazers ondervinden geen direct voordeel van de vogels en omdat die zo licht zijn, hebben de grazers er ook geen last van als ze op hun rug zitten.

1 Voor welke organismen stijgen de overlevingskansen in de interactie? Verklaar.

2 Wat levert de interactie op voor de andere organismen?

S Afb. 100 Een hommelreus slurpt nectar van een bloem.

S Afb. 101 Koereigers voeden zich met insecten die opspringen uit de vegetatie als runderen grazen.

Een samenlevingsvorm tussen twee soorten die voordelig is voor de overlevingskansen van de ene soort, maar waarbij de andere soort geen voordeel of nadeel ervaart, wordt commensalisme genoemd. De term commensalisme komt van het Latijnse cum mensa (cum = met, mensa = tafel), ofwel ‘eten aan dezelfde tafel’ of 'tafelgenoot'.

Commensale interacties bestaan ook tussen planten en dieren.

©VANIN

VOORBEELD COMMENSALISME TUSSEN PLANTEN EN DIEREN

Sommige planten produceren zaden of vruchten die voorzien zijn van weerhaken. Door die weerhaken blijven de zaden of vruchten hangen in de vacht van zoogdieren die langs de planten lopen. In een aantal gevallen is de hechting tussen de vacht en de vruchten zo groot dat de hele plant wordt kromgetrokken. Als de haken losschieten en de plant terug zwiept, worden zaden of vruchten weggeslingerd. Die planten maken dus gebruik van zoogdieren om hun zaden te verspreiden en verhogen zo hun overlevingskansen. De zoogdieren ondervinden er zelf geen last van: de zaden of vruchten vallen op een later moment vanzelf uit de vacht of worden door de dieren zelf uit de vacht verwijderd.

OPDRACHT 7 ONDERZOEK

Onderzoek wat de relatie is tussen het voorkomen van korstmossen op een boom en de windrichting. Maak Labo 04 op . Door interacties kunnen organismen van een verschillende soort elkaar positief beïnvloeden, waardoor hun overlevingskans toeneemt.

• Mutualisme is een interactie tussen verschillende soorten die voor beide partijen voordelig is.

• Commensalisme is een interactie die voor een van de soorten voordelig is, zonder dat de andere soort een voordeel of nadeel ondervindt.

Beide interacties komen voor tussen organismen die behoren tot dezelfde domeinen en rijken, maar ook tussen organismen die behoren tot verschillende domeinen en rijken, zoals tussen planten en dieren, planten en schimmels, dieren en micro-organismen.

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 116-117.

S Afb. 102 Planten zoals klis maken gebruiken van zoogdieren om hun zaden te verspreiden.

S Afb. 103 De zaden of vruchten zijn van weerhaken voorzien en blijven zo kleven aan de vacht.

2 Hoe beïnvloeden organismen van een verschillende soort elkaar negatief?

2.1 Predatie

©VANIN

OPDRACHT 8

Lees de tekst over de torenvalk en beantwoord de vragen.

Langs autosnelwegen zie je vaak torenvalken ‘bidden’. Ze blijven in de lucht hangen door met dezelfde snelheid als de wind tegen de wind in te vliegen. Op die manier heeft de torenvalk een goed overzicht over het veld en speurt hij naar voedsel. Het grootste deel van hun voedsel bestaat uit levende muizen. Zodra de torenvalk een muis heeft gezien, laat hij zich erop vallen vanuit de lucht. De muis wordt met de klauwen doodgeknepen, om vervolgens opgegeten te worden.

1 Hoe beïnvloedt de interactie de overlevingskansen van de torenvalk?

2 Wat is het gevolg van de interactie voor de muis?

video: lijmval zonnedauw

Wanneer een organisme een ander organisme opeet, spreken we van predatie. De overlevingskansen van de predator stijgen doordat de prooi geheel of gedeeltelijk wordt opgegeten, maar de interactie is nadelig voor de prooi, die doorgaans sterft.

Predatie is wellicht de meest gekende interactie tussen twee verschillende soorten. Predatie is niet beperkt tot grote carnivoren zoals leeuwen, wolven en haaien die prooien vangen. Merels die zich voeden met regenwormen en rupsen, vleermuizen die muggen en nachtvlinders eten, spinnen die insecten vangen en lieveheersbeestjes die bladluizen eten: het zijn allemaal vormen van predatie. Ook sommige planten vangen levende organismen met lijm-, trechter- of mechanische vallen en verteren ze vervolgens om er hun voedingsstoffen uit te halen.

S Afb. 104

Een torenvalk kan in de lucht ter plaatse blijven hangen om te speuren naar voedsel op de grond.

OPDRACHT 9

Hoe evolueren populaties in een predator-prooirelatie doorheen de tijd?

In Arctische gebieden jaagt de hermelijn op de lemming; vaak is dat de voornaamste voedselbron voor de hermelijn in dat gebied. Lemmingen zijn knaagdieren die zich voeden met allerlei planten. Bestudeer de evolutie van de populaties lemmingen en hermelijnen aan de hand van de onderstaande grafiek.

lemming hermelijn

aantallen aantallen

S Grafiek 3 Verloop van de aantallen van hermelijn en lemming over een aantal jaren

1 Wat stel je vast als je naar de aantallen lemmingen of hermelijnen kijkt?

2 Hoe beïnvloeden predator en prooi elkaars overlevingskansen?

3 De overlevingskansen van de lemming worden niet uitsluitend door de hermelijn bepaald. Wat speelt er nog een rol?

Wanneer een predator hoofdzakelijk op eenzelfde prooisoort jaagt, ontstaat er vaak een ritmisch patroon van schommelingen in populatiegrootte van zowel predator als prooi. Bij predatie heeft de aanwezigheid van een predator dus een invloed op de overlevingskans van de prooi, maar ook andersom heeft de aanwezigheid van de prooi een invloed op de overlevingskans van de predator. Dat is een mooi voorbeeld van een relatie tussen twee organismen die zorgt voor een dynamisch evenwicht

2.2 Parasitisme

OPDRACHT 10

Welke interactie zie je hier? Lees de tekst en beantwoord de vragen. Aarsmaden zijn kleine draadvormige, ronde witte wormen van ongeveer 1 cm. Ze leven vooral bij kinderen in de dikke darm; daar profiteren ze van de aanwezige voedingstoffen. Vooral ’s nachts kruipen de wijfjes naar buiten om hun eitjes rond de aars te leggen. Dat veroorzaakt jeuk. Wanneer kinderen aan de aars krabben, komen de eitjes onder de vingernagels terecht. Via contact met hun vingers besmetten de kinderen zichzelf opnieuw.

1 Voor welk organisme verhoogt de interactie de overlevingskansen?

2 Wat is de invloed van de interactie op het andere organisme?

3 Welke verzamelnaam ken je voor die organismen?

©VANIN

Ga naar om te ontdekken wat parasitoïdisme is.

Een gastheer is in de biologie een organisme dat andere organismen met zich meedraagt. Organismen die langdurig met hun gastheer samenleven, maar ten koste van hun gastheer leven, noemen we parasieten. Parasieten zijn meestal kleiner dan hun gastheer. In de meeste gevallen is de schade die parasieten veroorzaken niet zo groot dat de gastheer aan de interactie sterft. Dat zou immers nadelig zijn voor de parasiet, want dan verdwijnt zijn voedselbron. De langdurende samenlevingsvorm tussen twee soorten die voordelig is voor de ene soort (de parasiet), maar nadelig voor de gastheer, noemen we parasitisme

Afb. 107 Een haarzakjesmijt

De haarzakjesmijt leeft in de haarzakjes van een wimper. Omdat we er nauwelijks last van hebben, beschouwen we dat als een vorm van commensalisme. Maar doordat ze wellicht ook bacteriën of andere micro-organismen in het kanaal van de haarfollikels eten, kunnen ze een rol spelen in de bescherming van de gastheer. In dat geval is de relatie eerder mutualistisch. Door een verstoring van het evenwicht kan hun aantal echter veel te hoog worden, waardoor ze lokaal ontstekingen veroorzaken. In dat geval valt de relatie met de haarzakjesmijt onder parasitisme. Soms kan de ene interactievorm dus in de andere overgaan.

S Afb. 105

Aarsmaden tussen de stoelgang in de dikke darm

S Afb. 106

Parasitoïde organismen, zoals de sluipwesp, leggen eitjes in de gastheer. De larven eten de gastheer daarna langzaam op.

WEETJE

S

WEETJE

Veel parasieten hebben een complexe levenscyclus die meerdere gastheren omvat. Slechts als de verschillende levensstadia in de verschillende gastheren werden doorlopen, zal de parasiet zich kunnen voortplanten. Dat zie je bijvoorbeeld in de levenscyclus van lintwormen op afbeelding 108, waar zowel runderen als mensen gastheer zijn. Omdat de parasieten de gastheren nadelig beïnvloeden, bepalen ze soms ook mee hoeveel organismen van een soort in een bepaald gebied leven. Net zoals predatie en concurrentie oefenen ze een invloed uit op het dynamisch evenwicht.

De larve van de lintworm ontwikkelt zich in spierweefsel van de koe.

De mens (gastheer) krijgt de larven binnen door het eten van rauw of slecht doorbakken geïnfecteerd vlees.

De eitjes worden opgegeten door vee (tussengastheer).

In de darmen van de mens ontwikkelt zich een lintworm.

In de darm legt de lintworm eitjes die via ontlasting in de omgeving terechtkomen.

eitjes van de lintworm in de omgeving

S Afb. 108

Levenscyclus van de runderlintworm

Parasitisme is niet beperkt tot dierlijke organismen. Zo bezitten planten van het geslacht bremraap geen bladgroen. Ze kunnen niet aan fotosynthese doen en halen daarom met hun wortels voedingsstoffen uit de wortels van andere plantensoorten. De verschillende soorten bremraap zijn dus allemaal parasieten

W Afb. 109

Bremraap is een volledig parasitaire plant die zijn voedingsstoffen uit andere planten haalt.

©VANIN

OPDRACHT 11 ONDERZOEK

Parasieten komen voor bij gastheren die tot andere rijken of domeinen behoren. Welke parasieten kunnen we ontdekken bij de mens? Ga naar Labo 05 op .

2.3 Amensalisme

OPDRACHT 12

Analyseer de interactie tussen de runderen en het gras. Vul in. Runderen die rondlopen, vertrappelen onder hun hoeven grassen en andere kleine planten.

1 De aanwezigheid van die planten heeft een effect op de runderen.

2 Het vertrappelen van het gras door de runderen heeft een effect op de groei en overleving van de planten.

3 Oefenen de runderen enkel een invloed uit op planten?

Een relatie tussen twee soorten die nadelig is voor de overleving van een soort maar geen effect heeft op de andere soort, wordt amensalisme genoemd.

In thema 02 leerde je al dat schimmels het antibioticum penicilline produceren. Die stof remt de groei van bacteriën en is zelfs dodelijk voor bepaalde bacteriesoorten. Aan de bacteriën wordt dus nadeel berokkend, maar de schimmel zelf ondervindt geen voordeel. Het is dus een voorbeeld van amensalisme.

bacteriën

geremde groei van bacteriën

penicilline

W Afb. 111

De bacteriën die zich het dichtst bij de penicilline bevinden, worden in groei geremd of sterven af.

Die vorm van amensalisme, waarbij een soort de overlevingskansen van een andere soort nadelig beïnvloedt door een welbepaalde stof af te scheiden, noemen we antibiose.

S Afb. 110 Op de plaatsen waar runderen vaak lopen, groeit het gras minder goed.

OPDRACHT 13

Lees de onderstaande tekst over de walnotenboom en beantwoord de vragen.

Onder een walnotenboom groeien andere planten meestal slecht. Dat komt omdat de notenboom een stof verspreidt die de groei van andere planten afremt.

1 Noteer in de tabel voor elk organisme wat de invloed van de interactie op de overlevingskansen van het organisme is.

2 Is de interactie een voordeel (+), neutraal (N) of een nadeel (-) voor het organisme?

Organisme

Gevolg van de interactie + / N /walnotenboom

andere planten

©VANIN

De overlevingskans wordt door meerdere interacties tussen verschillende soorten negatief beïnvloed

• Bij predatie doodt één soort een andere soort om op te eten. Bij predatie heeft de aanwezigheid van een predator een invloed op de overlevingskans van de prooi, maar de aanwezigheid van het aantal prooien beïnvloedt de overlevingskans van de predator. Dat kan leiden tot een afwisseling van hoge en lage aantallen van zowel de prooi als de predator.

• De langdurige samenlevingsvorm waarbij een organisme leeft ten nadele van een gastheer heet parasitisme. De gastheer sterft in de meeste gevallen niet als gevolg van die relatie.

• Bij amensalisme ondervindt de ene partner van de interactie geen voordeel of nadeel, maar de andere partner ondervindt wel een nadeel. Als daarbij stoffen worden afgescheiden die de groei of overleving verhinderen, spreekt men van antibiose

De verschillende relaties of interacties komen voor bij planten, dieren, schimmels, micro-organismen … en beïnvloeden hun overlevingskansen.

` Maak oefening 5 t/m 8 op p. 117-118.

S Afb. 112

Vanaf 2018 trad in België een opvallende sterfte op onder naaldbomen. Door een opeenvolging van natte en droge jaren raakten vele naaldbomen dermate verzwakt dat ze stierven aan de schorskever (een parasiet die onder de schors van naaldbomen leeft). In de daaropvolgende jaren ging de helft van de broedpopulatie van het goudhaantje, een van onze kleinste insectenetende zangvogels, verloren. Welke interactie bestaat er tussen de naaldbomen en het goudhaantje?

De ossenpikker is een vogel die regelmatig op de rug van grote zoogdieren zoals buffels, nijlpaarden, impala’s … neerstrijkt om er teken en larven uit de vacht te pikken. Toch is dIe interactie niet altijd even gunstig. Ossenpikkers houden van bloed en kunnen kleine wondjes bij zoogdieren opzettelijk vergroten om extra bloed te verkrijgen. Op die manier geraken wonden geïnfecteerd en verzwakt het zoogdier.

a Welk voordeel levert de ossenpikker op voor de zoogdieren?

b Wat is het voordeel voor de ossenpikker?

c Kun je de relatie mutualisme noemen?

Lees de tekst en vul de tabel aan. Noteer ook de naam van de interactie.

De wilde hop tref je vaak aan op vochtige, iets schaduwrijkere plaatsen. Het is een snelgroeiende klimplant die zijn ranken rond de takken van bomen als de zwarte els slingert. Zo groeit de hopplant met de boom mee en kan hij op die manier profiteren van voldoende zonlicht om aan fotosynthese te doen. In de meeste gevallen ondervindt de zwarte els geen hinder van de hop en kunnen ze beide aan voldoende zonlicht komen.

video: ossenpikker

Organisme

Gevolg van de interactie + / N /hop

zwarte els

Lees de onderstaande tekst over korstmossen en beantwoord de vragen.

Op de schors van bomen groeien vaak korstmossen, varens, bromelia’s of orchideeën. Ze onttrekken geen water en voedingsstoffen aan de boom en doen zelf aan fotosynthese. Het nodige water halen ze uit de luchtvochtigheid of uit de regen en andere nutriënten verzamelen ze uit stof. Dergelijke organismen worden epifyten genoemd. De epifyt gebruikt de boomschors alleen als houvast, en kan dankzij de boomschors in een lichtrijke omgeving groeien en overleven. Hoewel de massa epifyten in een boom aanzienlijk kan zijn, ondervindt de boom meestal geen last van hun aanwezigheid.

a Noteer in de tabel voor elk organisme wat de invloed van de interactie op de overlevingskansen van het organisme is.

b Is de interactie een voordeel (+), neutraal (N) of een nadeel (-) voor het organisme?

Organisme

korstmos boom

Gevolg van de interactie

De grote honinggids is een Afrikaanse vogel die zijn eieren laat uitbroeden door andere vogelsoorten. De honinggids voedt zich met allerhande insecten, zoals bijen, maar ook met bijenwas. De honinggids is niet sterk genoeg om zelf een bijennest open te breken. Als de honinggids een bijennest heeft gevonden, gaat hij op zoek naar dieren of mensen die zich met honing voeden. Hij trekt hun aandacht en leidt ze naar het bijennest. Nadat het andere dier het nest stukmaakte om zich te voeden met de honing, voedt de honinggids zich met de bijen en het bijenwas.

a Welke interacties tref je aan tussen de honinggids en de andere organismen?

b Geef ook aan voor welke soort de interactie voordelig/nadelig is.

De wolf is een zogenaamde toppredator: hij staat bovenaan de voedselketen en wordt zelf niet belaagd door andere diersoorten. Eind negentiende eeuw verdween de wolf uit België, maar sinds 2018 planten wolven zich opnieuw in België voort. Leg uit dat het herstel van de aanwezigheid van een toppredator ook gunstig is voor de ree, een belangrijke voedselbron.

Vergelijk parasitisme en amensalisme.

8

Lees de onderstaande tekst over de Europese koekoek en beantwoord de vragen.

De Europese koekoek is een vogelsoort die zelf geen eieren uitbroedt. Vrouwtjeskoekoeken leggen telkens één ei in het nest van een welbepaalde vogelsoort. Zodra het koekoeksei uitkomt, gooit het jong alle andere eieren of jongen over de rand van het nest. Zo wordt het koekoeksjong het enige jong in het nest en is al het voedsel dat zijn pleegouders aanvoeren, voor zichzelf bestemd.

S Een koekoeksjong duwt andere eieren uit het nest. Al het voedsel dat zijn pleegouders (hier winterkoning) aanvoeren, belandt in zijn snavel.

a Noteer in de tabel voor elk organisme wat de invloed van de interactie op de overlevingskansen van het organisme is.

b Is de interactie een voordeel (+), neutraal (N) of een nadeel (-) voor het organisme?

Organisme

Gevolg van de interactie + / N /koekoek

zangvogel

c Kies een gepaste benaming voor die interactie. broedcommensalisme – broedmutualisme – broedparasitisme – broedamensalisme

Meer oefenen? Ga naar .

Î Welke factoren verstoren het dynamisch evenwicht tussen micro-organismen?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M voorbeelden geven van micro-organismen die je ziek kunnen maken;

M uitleggen wat bacteriën en virussen zijn;

M toelichten hoe verschillende micro-organismen zijn opgebouwd en zich voortplanten;

M met voorbeelden het belang van microorganismen staven.

Je leert nu:

©VANIN

M welke interacties het dynamisch evenwicht tussen micro-oganismen kunnen verstoren;

M met voorbeelden aantonen hoe de mens het evenwicht tussen micro-organismen kan beïnvloeden;

M welke gevolgen verstoringen van het dynamisch evenwicht hebben voor de mens;

M hoe interacties tussen micro-organismen je ziek kunnen maken.

Zowel de ecosystemen in je omgeving als het microbioom van je lichaam herbergen meerdere organismen, waaronder ook micro-organismen. Je leerde al dat interacties leiden tot een dynamisch evenwicht en dat bijvoorbeeld predatie en concurrentie dat evenwicht beïnvloeden. Maar welke impact heeft de mens op dat delicate evenwicht tussen micro-organismen? En wat betekent een verstoring voor onze omgeving en onze gezondheid?

1 Welke interacties tussen micro-organismen verstoren het dynamisch evenwicht in de omgeving?

Als je vloer vuil is, gebruik je schoonmaakmiddelen die het vuil oplossen en wegspoelen. Op plaatsen waar ongewenste planten voorkomen, zoals tussen kiezels of kasseien, gebruikt men herbiciden om die planten te vernietigen. Als gewassen worden aangetast door bladluizen, zorgt het sproeien van pesticiden ervoor dat die ongewenste bezoekers worden gedood. De mens heeft allerlei middelen ontworpen om zijn comfort te verhogen of om ongewenste organismen te doden.

S Afb. 113

Om onkruid te verwijderen, gebruikt men herbiciden.

Al die stoffen komen via het bodemwater en via afwateringssystemen vanuit huishoudens in de riolering terecht en worden verder verspreid. Veel van die chemische stoffen treffen ook nuttige bacteriën, schimmels en andere micro-organismen in de bodem, de lucht en het water.

Ongewild heeft de wijdverbreide toepassing van chemische stoffen zo een directe impact op de aantallen en de aanwezigheid van verschillende soorten micro-organismen. Die stoffen hebben dus een negatieve invloed op de biodiversiteit. In thema 02 leerde je dat micro-organismen in onze omgeving onder meer belangrijk zijn voor de omzetting van organisch afval naar voeding voor de plant, en dat ze zo een cruciale rol spelen. Door in te grijpen in de aantallen en soorten van die micro-organismen, wordt het evenwicht in de natuur verstoord.

©VANIN

De mens maakt gebruik van stoffen om zijn omgeving aan te passen aan zijn noden.

Die stoffen zijn vaak schadelijk voor de organismen in de omgeving, waardoor hun aantallen afnemen en ze verdwijnen. De interactie tussen mens en omgeving zorgt zo voor een verstoring van het bestaande evenwicht in de natuur.

` Maak oefening 1 op p. 129.

2 Welke interacties tussen micro-organismen verstoren het dynamisch evenwicht in je lichaam?

Niet alleen je omgeving, maar ook je lichaam herbergt miljarden microorganismen, die samen een complex ecosysteem vormen. Ze leven op en in je lichaam, waaronder op de huid, in de mond, de darmen, de luchtwegen en de voortplantingsorganen. De samenstelling van dat microbioom is niet constant, maar varieert naargelang je leefstijl, je leeftijd, je dieet en je omgeving. Toch is een gezonde microflora in evenwicht. Bepaalde factoren, zoals stress en ziekte, kunnen het evenwicht in je microbioom echter beïnvloeden.

2.1 Hoe word je ziek?

Omdat micro-organismen en virussen overal voorkomen, komen we er elke dag veelvuldig mee in contact. Sommige maken dankbaar gebruik van ons lichaam om te overleven en maken ons daarbij ziek. Aangezien de relatie tussen de ziekteverwekker en de gastheer voordelig is voor de ziekteverwekker en nadelig voor de gastheer, zijn het parasieten. Er bestaan ook parasieten die hun gastheer niet ziek maken, daarom noemen we parasieten die ons ziek maken pathogenen. We gebruiken de term ook voor virussen, hoewel je al geleerd hebt dat virussen geen organismen zijn.

OPDRACHT 14

Wat weet je al over een aantal ziekteverwekkers en hun oorzaken?

Ziekten kunnen worden veroorzaakt door verschillende ziekteverwekkers zoals virussen, bacteriën, schimmels, eencellige organismen, wormen … Bekijk het woordveld met bekende ziekten en brainstorm met je klasgenoten wat de ziekteverwekker zou kunnen zijn.

Omcirkel ze volgens de onderstaande kleurcode.

bacterie

©VANIN

zwemmerseczeem

baarmoederhalskanker

ziekte van Lyme

aarsmaden

schimmel virus malaria

salmonella-infectie

andere ziekteverwekker

ringworm

mazelen

tuberculose aids

wind- of waterpokken

tetanusinfectie (de klem) griep

verkoudheid

schimmelnagel lintworm

reizigersdiarree

Van een griep kun je erg ziek zijn. Je hebt overal pijn, je hebt koorts en je voelt je zo ellendig dat je niet uit je bed kunt. Griep krijg je door een infectie met een virus

Als je na het eten van onvoldoende gekookte of rauwe vleesproducten of groenten last krijgt van buikkrampen, koorts, misselijkheid en diarree heb je misschien salmonellose opgelopen. Dat kun je krijgen na een besmetting met de bacterie salmonella.

Zwemmerseczeem is een voorbeeld van een infectie met een schimmel Malaria wordt dan weer veroorzaakt door een eencellig eukaryoot organisme dat in je bloed leeft.

Naast die micro-organismen zijn er ook nog ziekteverwekkers, zoals wormen die in het spijsverteringskanaal leven, die we met het blote oog kunnen waarnemen. Ziekteverwekkers kunnen dus behoren tot verschillende domeinen of rijken.

virussen

bacteriën schimmels wormen protozoa

Afb. 114

Virussen, bacteriën, schimmels, protozoa en wormen zijn de belangrijkste ziekteverwekkers.

©VANIN

In 2019 brak een pandemie uit van het coronavirus. Het virus bleek gemakkelijk overdraagbaar naar andere mensen. Als een ziekteverwekker overgedragen kan worden naar een andere gastheer, is de ziekte besmettelijk. Wanneer je in contact bent gekomen met een pathogeen, noemen we dat een besmetting

Vaak is je lichaam in staat om de ziekteverwekker te verwijderen en te verhinderen dat die zich vermeerdert. In dat geval word je niet ziek. Als je lichaam daar niet onmiddellijk in slaagt en de ziekteverwekker zich vermeerdert in bepaalde weefsels, spreken we van een infectie. Als je lichaam de geïnfecteerde weefsels probeert te herstellen, beginnen die vaak te ontsteken. De ontsteking ontstaat dan door een reactie van het lichaam op een beschadiging. Een infectie gaat vaak gepaard met het optreden van welbepaalde ziekteverschijnselen of symptomen. Veelvoorkomende symptomen zijn hoesten, niezen, koorts, vermoeidheid, vlekken op de huid enz. Meestal treden ziekteverschijnselen pas na enkele dagen op, als de ziekteverwekkers voldoende hoge aantallen hebben bereikt. De periode tussen de besmetting en het verschijnen van de symptomen noemen we de incubatietijd

S

S Afb. 115

Een mondmasker dragen op drukke plaatsen helpt om de overdracht van het coronavirus te beperken.

WEETJE

Hoe werkt het afweersysteem? Ontdek het op .

Of je ziek wordt van een infectie, hangt af van een aantal factoren zoals:

• de virulentie: dat is een maat voor de hoeveelheid schade die ziekteverwekkers kunnen aanbrengen. De virulentie verschilt van pathogeen tot pathogeen;

• de persoonlijke weerstand: de weerstand verschilt van persoon tot persoon en wordt beïnvloed door factoren zoals stress, (slechte) levensomstandigheden en eerdere besmettingen;

• het afweersysteem: het immuunsysteem reageert op lichaamsvreemde stoffen maar niet iedereen reageert op eenzelfde manier op een infectie.

In de meeste gevallen is je afweersysteem perfect in staat om de pathogenen te bestrijden en te elimineren, maar in sommige gevallen is het nodig om extra middelen in te zetten. Dankzij wetenschappelijk onderzoek is er een aantal medicijnen ontwikkeld om je lichaam daarbij te helpen.

©VANIN

OPDRACHT 15

Plaats de volgende termen op de juiste plaats in het schema. incubatietijd – symptomen – afweersysteem – besmetting – infectie – medicijnen

genezing

Ziekteverwekkers of pathogenen zijn parasieten of virussen die je ziek kunnen maken. Ze behoren tot verschillende domeinen of rijken. Het contact met een ziekteverwekker noemen we een besmetting. Als de ziekteverwekker zich in je lichaam kan vermeerderen, spreken we van een infectie.

De bestrijding van de infectie gaat vaak gepaard met een ontsteking, waardoor je ziek kunt worden. Wanneer je ziek wordt, vertoon je vaak typische ziekteverschijnselen of symptomen. De periode tussen besmetting en het verschijnen van symptomen noemen we de incubatietijd. De bestrijding van de ziekte gaat vaak gepaard met een ontsteking. Meestal kan het lichaam de ziekte overwinnen. Geneesmiddelen kunnen het lichaam helpen om sneller te genezen.

` Maak oefening 2, 3 en 4 op p. 129.

2.2

Hoe kunnen interacties tot ziekte leiden?

A Virale infecties

Bijna iedereen loopt wel eens een verkoudheid op. Verkoudheden worden veroorzaakt door virussen. In het vorige thema leerde je al dat virussen nietlevende deeltjes zijn die zich laten vermeerderen door geïnfecteerde cellen. Om cellen van het lichaam binnen te dringen, is er een specifieke interactie nodig tussen het virus en de gastheercellen: het virus dringt de cel binnen nadat het zich aan bepaalde membraanreceptoren van het celmembraan koppelt. De virussen vermeerderen zich daarna in de cellen en komen vrij als de cellen openbarsten. De interactie tussen het virus en de gastheer verstoort de lichaamswerking. Het virus maakt gebruik van de gastheer om zich voort te planten ten koste van de gastheer. De interactie die je ziek maakt, is een vorm van parasitisme

Bij een virale infectie zoals een verkoudheid moet je geduldig wachten tot het afweersysteem van je lichaam de ziekte overwint. Om het ziekteverloop wat draaglijker te maken, kun je geneesmiddelen nemen die de symptomen verlichten, zoals pijnstillers.

Omdat de eiwitmoleculen in de eiwitmantel van sommige virussen, zoals het verkoudheidsvirus, gemakkelijk wijzigen en er snel nieuwe varianten ontstaan, is het moeilijk om bestrijdingsmiddelen tegen dergelijke virussen, dus antivirale middelen, te ontwikkelen.

©VANIN

OPDRACHT 16

Hoe werkt een antiviraal middel?

Virussen bevinden zich binnen in de cel. Daar vermeerderen ze zich met behulp van celonderdelen van de gastheercel. Medicijnen die het vermeerderen van de virussen verstoren, zouden dan ook de cellen van de gastheer beschadigen. Voor enkele levensbedreigende of gevaarlijke ziekten zoals hiv, herpes en hepatitis, is men er toch in geslaagd om antivirale middelen te maken.

Bekijk aandachtig de afbeeldingen hieronder. Waar grijpt het antivirale middel in?

W Afb. 117

S Afb. 116

Verkoudheid is een veelvoorkomende virale infectie.

B Bacteriële infecties

OPDRACHT 17

Bacteriële infecties maken je op verschillende manieren ziek. Lees de tekstjes en vul aan hoe ze dat doen.

©VANIN

Tetanus is een ernstige ziekte die ontstaat door de tetanusbacterie. De bacterie komt vrij algemeen voor in de bodem en in het spijsverteringsstelsel van dieren. Als de huid beschadigd raakt, bijvoorbeeld bij een val op een vuile ondergrond, kunnen tetanusbacteriën de wonde besmetten. De bacterie produceert een bijzonder krachtig gif dat spierkrampen veroorzaakt.

Wie naar (sub)tropische landen op reis gaat, krijgt vaak enkele dagen na aankomst te kampen met reizigersdiarree. De ziekte wordt veroorzaakt door bacteriën die aanwezig waren in drinkwater of in onvoldoende gekookt voedsel. Het zijn bacteriën die algemeen voorkomen in die landen, maar het zijn andere soorten dan bij ons. De lokale bevolking heeft er weinig last van omdat die bacteriesoorten voor hen thuishoren in hun spijsverteringsstelsel. Voor hen maken ze deel uit van een darmflora in evenwicht. Bij reizigers gaan de nieuwe bacteriesoorten de concurrentie aan met de bestaande bacteriesoorten en daardoor wordt het evenwicht verstoord.

1 Bij sommige bacteriële infecties word je dus ziek door de

2 Bij reizigers verstoren die het , waardoor ze wel ziek worden.

Een gezonde darmflora bevat overwegend commensale en mutualistische bacteriën en kan je beschermen tegen een invasie van schadelijke bacteriën. Schadelijke bacteriën kunnen zich daar moeilijk vestigen, omdat ze worden weggeconcurreerd door nuttige bacteriën. De interactie die de reizigers ziek maakt, is de concurrentie tussen nieuwe bacteriën en de bestaande microflora in de darmen.

De goede bewoners (goede bacteriën) zijn in de meerderheid.

S Afb. 118 De goede bacteriën zijn in de meerderheid. In deze situatie kan de darm optimaal functioneren.

De foute bewoners (pathogenen) krijgen de overhand.

S Afb. 119 De schadelijke bacteriën (pathogenen) zijn in de meerderheid. De darmflora is verstoord.

WEETJE

Op vind je meer info over de bestrijding van bacteriële infecties.

OPDRACHT 18 ONDERZOEK

Hetzelfde kan gebeuren met de bacteriële flora op de huid en in de slijmvliezen, bijvoorbeeld door het gebruik van veel huidonvriendelijke verzorgingsproducten of door je handen te ontsmetten met alcoholgel. Die middelen doden de commensale bacteriën op je huid, waardoor die eventuele schadelijke bacteriën niet meer kunnen beconcurreren. Die schadelijke soorten krijgen dan meer kans om je lichaam te infecteren. Ook hier is concurrentie de interactie die het normale evenwicht in de huidflora kan verstoren.

Een veranderende interactie tussen de micro-organismen van je microbioom kan je dus ziek maken.

Antibiotica helpen om gevaarlijke bacteriële infecties te overwinnen. Maar de meeste antibiotica doden meerdere soorten bacteriën. Het zijn breedspectrumantibiotica. Ze doden dus ook nuttige bacteriën, wat gevolgen heeft voor de lichaamseigen flora. Bovendien kun je bij een verstoring van dat evenwicht ook ziek worden van je eigen darmflora. Het is dus niet vanzelfsprekend om antibiotica correct in te zetten.

Ontdek wat een microbioom is aan de hand van Labo 06 op .

OPDRACHT 19

Sommige mensen kampen met een ernstige verstoring van het microbioom in de darm.

Bacteriën die bij de vertering van het voedsel winderigheid, diarree en buikkrampen veroorzaken komen veel meer voor dan bacteriën die instaan voor een goede vertering van het voedsel. Een van de oplossingen die men momenteel onderzoekt, is het transplanteren van stoelgang. Uit de stoelgang van een gezonde persoon worden goede bacteriën gewonnen en ingebracht bij een gezond persoon. Wat is het nut van zo'n behandeling?

©VANIN

stoelgang van gezonde donor vloeistof klaar voor transplantatie filteren mengen met steriele zoutoplossing

S Afb. 120 Bij een stoelgangtransplantatie worden bacteriën gewonnen uit de darminhoud van een gezond persoon. Die worden na scheiding ingebracht bij personen met darmklachten.

Er zijn aanwijzingen dat bepaalde auto-immuunziekten veroorzaakt worden door een verstoring van het evenwicht in de darmflora. Om het evenwicht tussen verschillende soorten bacteriën te herstellen, zou het inbrengen van darminhoud van een gezonde donor kunnen helpen. De techniek waarbij microflora wordt getransplanteerd, wordt een stoelgangtransplantatie of microbioomtransplantatie genoemd.

Een auto-immuunziekte is een aandoening waarbij je lichaam geen correct onderscheid maakt tussen lichaamseigen en lichaamsvreemd materiaal. Het gevolg is dat er afweerreacties optreden tegen lichaamseigen cellen of tegen de eigen microflora.

C Schimmelinfecties

OPDRACHT 20

Beantwoord de vragen over de gist Candida albicans.

Deze gist veroorzaakt een veelvoorkomende schimmelinfectie genaamd candidiasis of candidose. Candida albicans is een gistsoort die bij heel veel mensen aanwezig is als een normale bewoner van de huid en de slijmvliezen in de mond, de darmen en de vagina.

1 De gist is commensaal met de aanwezige bacteriën. Wat betekent dat?

2 Een slechte mondhygiëne, roken of medicatie kan ervoor zorgen dat zich op de tong een witte aanslag vormt, veroorzaakt door de schimmel. Verklaar hoe dat kan ontstaan.

3 Bekijk de afbeelding. Waar kan de schimmel nog problemen veroorzaken?

WEETJE

Normaal gezien veroorzaakt de gist Candida albicans geen problemen, maar bij een verstoring van dat evenwicht, bijvoorbeeld door een verandering van de zuurtegraad door het gebruik van te veel of te agressieve zepen, kan de schimmel zich snel vermenigvuldigen en schimmeldraden vormen. De schimmeldraden dringen in de huid en slijmvliezen. Vanaf dat moment spreekt men van een schimmelinfectie. Ook in dit voorbeeld is concurrentie de interactie die het bestaande evenwicht verstoort en tot een infectie leidt.

Bepaalde ziekten, geneeskundige behandelingen of te veel hygiënische maatregelen kunnen als gevolg hebben dat je afweersysteem minder goed werkt. Daardoor kun je gevoeliger worden voor schimmelinfecties. Je kunt een schimmelinfectie bestrijden door gebruik te maken van een zalf of een spray met daarin een antimycoticum. Antimycotica zijn stoffen die een schimmelwerend of schimmeldodend effect hebben.

©VANIN

Infectieziekten ontstaan door gewijzigde interacties tussen microorganismen. Daardoor worden bestaande evenwichten buiten of in je lichaam verstoord.

Virussen dringen cellen binnen door een interactie met het celmembraan van de gastheercellen. Virussen brengen schade toe door zich te vermeerderen in de cellen van de gastheer. De interactie tussen pathogeen en gastheercel is hier parasitisme Antivirale middelen proberen de interactie tussen het virus en de gastheercel te verhinderen.

Bacteriële infecties kunnen ontstaan als nieuwe bacteriën het lichaam binnenraken en nuttige bacteriën door concurrentie worden verdreven. Het microbioom is de microflora in of op je lichaam. Die interactie verstoort het evenwicht in je microbioom, waardoor de darmwerking wordt verstoord. Antibiotica kunnen bacteriën doden of hun vermeerdering afremmen. In sommige gevallen kan een transplantatie van microflora van een gezond persoon zorgen voor herstel.

Een verandering van de leefomstandigheden in je lichaam kan voordelig zijn voor bepaalde organismen, die dan andere organismen wegconcurreren. Ook dat kan leiden tot een verstoring van het bestaande evenwicht en kan aan de basis liggen van schimmelinfecties. Een dergelijke infectie kan met antimycotica worden bestreden.

` Maak oefening 5 t/m 10 op p. 129-130.

Op welke manier verstoort de mens, vaak onbewust, het evenwicht in de natuur?

Geef een voorbeeld van een parasiet die geen pathogeen is.

Leg het verschil uit tussen een besmetting en een infectie.

Waarom wordt niet iedereen na een besmetting met een pathogeen ziek?

Staphylococcus aureus is een bacterie die bijna op elke mens aanwezig is. Bij de meeste mensen veroorzaakt ze geen infecties. Toch kan ze plots een ziekteverwekker worden. Hoe verklaar je dat?

Ksenia is behoorlijk ziek en heeft al enkele dagen hoofdpijn, een loopneus en een stevige, slijmerige hoest. De dokter luistert eens goed naar haar longen maar die klinken zuiver; geen longontsteking dus. De dokter geeft Ksenia het advies om gewoon uit te zieken.

a Waarom schrijft de dokter geen antibiotica voor?

b Wat is het gevaar als Ksenia bij dit soort infecties antibiotica zou innemen?

Mensen die zich maanden of jaren niet hebben gewassen, worden vaak plots ziek na een wasbeurt. Hoe komt dat?

Sommige mensen hebben een okselgeur. Die ontstaat doordat bacteriën van het geslacht Corynebacterium zweet afbreken tot vetzuren met een onaangename geur. Er bestaan ook Staphylococcus-bacteriën die stoffen in zweet afbreken maar daarbij geen hinderlijke geurstoffen produceren. Hoe zou je die bacteriën kunnen gebruiken om okselgeur te bestrijden?

Leg uit waarom het belangrijk is om groenten en vlees goed te koken of te bakken.

Geef twee voorbeelden van hoe interacties met micro-organismen je ziek kunnen maken, en benoem telkens de interactie. Hoe komt dat?

Meer oefenen? Ga naar .

Î Wat is de invloed van gedrag op organismen?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

M interacties tussen soorten herkennen;

M uitleggen welke invloeden interacties hebben op de overlevingskans van het individu.

Je leert nu:

M hoe organismen communiceren;

M het gedrag van organismen analyseren;

M het verschil tussen aangeboren en aangeleerd gedrag;

M hoe communicatie en gedrag het overleven van de soort bevorderen.

Je komt thuis van school en in de keuken laat de poes duidelijk zien dat ze honger heeft: ze zit voor haar bakje en kijkt je strak aan. Of is het jouw hond die de tuin als zijn territorium beschouwt en blaffend aan de pakjesbezorger laat weten dat die niet welkom is? Je hebt dat gedrag bij huisdieren vast al opgemerkt, maar doen dieren in de natuur dat ook? Kunnen planten gedrag vertonen? Wat is gedrag precies en hoe kun je het analyseren? Waardoor wordt gedrag veroorzaakt en wat is het nut ervan? Dat zoek je uit in dit hoofdstuk.

1 Wat is gedrag?

In het derde jaar leerde je al dat reacties van organismen worden veroorzaakt door prikkels. Het geheel van handelingen die een organisme onderneemt als reactie op een prikkel, noem je gedrag. Vroeger beschouwde men gedrag als een reactie die wordt uitgevoerd om een bepaald doel te bereiken. Het zenuwstelsel coördineert die reacties, zodat het organisme er zijn voordeel mee kan doen, bijvoorbeeld door de kans te verhogen dat hij eten vindt, zich voortplant of overleeft. Volgens die definitie is gedrag dus doelbewust. Nu beschouwt men gedrag als een veel breder begrip. In die ruimere definitie omvat het begrip ‘gedrag’ alles wat een organisme doet, ongeacht of het doelbewust is of niet.

Lopen, eten, jagen, broeden, zingen, vechten, maar ook rusten en slapen, zijn allemaal voorbeelden van gedrag. Er is dus altijd gedrag, ook als het dier niet actief is.

Gedrag kan een manier zijn om een boodschap of signaal naar andere organismen te sturen. Het speelt dus een belangrijke rol in de interacties tussen organismen van dezelfde soort, maar ook tussen verschillende soorten.

De tak van de biologie waarin het gedrag van dieren wordt bestudeerd, is de gedragsbiologie. De gedragsbiologie kwam pas goed op gang rond 1950. Er zijn drie grondleggers: de Duitser Karl von Frisch, die vooral onderzoek deed naar gedrag aan de hand van experimenten met bijen, de Oostenrijker Konrad Lorenz, die vooral instinctief gedrag bij grauwe ganzen en kauwen onderzocht, en de Nederlander Nikolaas Tinbergen, die gedrag bij meeuwen, vissen en graafwespen bestudeerde. Ze kregen in 1973 gezamenlijk de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde voor hun baanbrekende werk.

WEETJE

Nikolaas Tinbergen is vooral gekend omwille van de vier vragen waarvan gedragsbiologen vandaag nog altijd uitgaan bij de studie van gedrag:

1 Wat veroorzaakt het gedrag (wat zijn de prikkels of stimuli die het gedrag uitlokken)?

2 Hoe verandert het gedrag in de levensloop van het individu?

3 Hoe beïnvloedt het gedrag de overleving of voortplanting?

4 Hoe en wanneer is het gedrag in de loop van de evolutie ontstaan?

1.1

Welke prikkels lokken gedrag uit?

OPDRACHT 21

Bekijk aandachtig de afbeelding van de leeuw en de springbokken.

1 Welke prikkels geven de leeuw de motivatie om op de springbokken te gaan jagen?

2 Omschrijf motivatie in dit voorbeeld.

S Afb. 122 Nikolaas Tinbergen, een van de grondleggers van de gedragsbiologie

S Afb. 123

Een leeuw kijkt toe hoe een aantal springbokken passeren.

Leeuwen rusten het grootste deel van de dag in de schaduw. Ze hebben ongeveer 5 tot 10 kg vlees per dag nodig en gaan alleen maar jagen als ze honger hebben. Je kunt dus stellen dat honger, een inwendige prikkel, het dier de motivatie geeft om te gaan jagen.

Ook uitwendige prikkels, zoals chemische stoffen, kunnen gedrag uitlokken. Bij heel wat nachtvlinders verspreiden de vrouwtjes feromonen; geurmoleculen om een partner te lokken. Bijvoorbeeld bij de plakker, een nachtvlinder, beschikken mannetjes over geveerde antennen om die feromonen goed op te vangen. Ze kunnen de geurmoleculen van op heel grote afstand waarnemen. Die uitwendige prikkel, gecombineerd met een inwendige hormonale prikkel, levert voor het mannetje de motivatie om op te vliegen en op zoek te gaan naar het vrouwtje om te paren.

©VANIN

Als je al eens een roodborst in de tuin ziet, dan zal het er meestal maar eentje zijn. De roodborst, goed herkenbaar aan de rode vlek op zijn borst, leeft meestal solitair. Deze soort verdedigt zijn territorium vrij agressief, zowel mannetjes als vrouwtjes jagen soortgenoten weg. Jonge roodborsten hebben nog geen rode kleur en worden dan ook niet aangevallen door hun eigen ouders. De rode borst blijkt dat gedrag uit te lokken, want de roodborst pikt ook naar zijn eigen spiegelbeeld.

Uit het voorbeeld van de roodborst leren we dat sommige prikkels een specifiek gedrag, hier het aanvallen van soortgenoten, uitlokken.

Gedrag kan worden uitgelokt door prikkels. Dat kunnen inwendige prikkels zijn, zoals honger om te jagen of hormonen om zich voort te planten. Ook uitwendige prikkels, zoals een geur, kunnen een bepaald gedrag uitlokken.

` Maak oefening 1 op p. 152.

S Afb. 125 Jonge roodborsten hebben nog geen rode kleur en worden dan ook niet aangevallen door hun eigen ouders.

S Afb. 124

De antennen van de plakker zijn veervormig om goed feromonen op te vangen.

1.2 Wat is de functie van gedrag?

OPDRACHT 22

Bekijk de video.

Noteer minstens vijf verschillende functies van gedrag die je in de video herkent. Vergelijk daarna je antwoorden met je klasgenoten.

Jonge meeuwen tikken tegen de snavel van hun ouders, waarop die voedsel uitbraken. Een hongerige maag wordt gevuld. De jonge meeuw bekomt voedsel, een basisbehoefte om te overleven.

video: functies gedrag

©VANIN

WEETJE

Onderzoek wees uit dat de geluiden van bultruggen tot op een afstand van ongeveer 200 km opgevangen kunnen worden. In koude, diepe wateren zou het geluid wel tot 8 000 km ver kunnen gaan.

WEETJE

Het produceren van licht door organismen noemen we bioluminescentie. In het lichaam van het organisme treedt een exo-energetische reactie op waarbij energie onder de vorm van licht vrijkomt.

video: zuigreflex baby

De manier waarop jonge dieren bedelen om voedsel, is eigen aan de soort. Je kunt dat vergelijken met de zuigreflex van een pasgeboren baby.

Mannetjesspinnen kunnen trillingen gebruiken om vrouwtjes gunstig te stemmen en te paren, al zal dat niet altijd van lange duur zijn: sommige vrouwtjesspinnen eten hun partner op na de paring.

Men vermoedt dat het lied van mannetjesbultruggen in het paarseizoen een rol speelt bij het vinden van een vrouwtje. Geluiden worden in water goed voortgedragen. Het produceren van die geluiden is voor bultruggen dan ook essentieel om soortgenoten te lokaliseren. Voor de voortplanting verplaatsen de meeste bultruggen zich immers duizenden kilometers. Mogelijk is er op die manier ook concurrentie tussen mannetjes.

Bij glimwormen lijken de meeste vrouwtjes eerder op larven; ze hebben geen vleugels. Om mannetjes te lokken, beschikken ze wel over iets bijzonders: in hun achterlijf vindt een chemisch proces plaats waarbij energie vrijkomt onder de vorm van licht. Met dat lichtsignaal tonen ze mannetjes de weg naar hun schuilplaats om te paren.

S Afb. 127 Bultruggen zingen verschillende ‘liedjes’ met heel veel variatie. Sinds het begin van deze eeuw worden ze weer af en toe gespot in de zuidelijke Noordzee.

S Afb. 128 Glimwormen zijn eigenlijk kevers. De vrouwtjes leiden de mannetjes met een lichtsignaal naar hun schuilplaats.

S Afb. 126 Jongen van de grote mantelmeeuw bedelen om voedsel bij hun ouder.

Voortplanting gebeurt bij dieren op verschillende manieren. Elke soort heeft zijn typische signalen of typisch gedrag om een partner te vinden of gunstig te stemmen om te paren.

Ook bij merels laten mannetjes in het voorjaar een prachtig lied horen om een vrouwtje aan te trekken. Maar dat is zeker niet de enige functie van hun gezang. Merels herkennen het gezang van soortgenoten; ze gebruiken dat ook om hun territorium af te bakenen. Met een scherpe, korte alarmroep signaleren ze de aanwezigheid van predatoren. Dat signaal kan bedoeld zijn voor bijvoorbeeld een kat die het nest te dicht nadert.

©VANIN

Ook met behulp van chemische stoffen, zoals geurstoffen, kunnen dieren onderling communiceren. Dat zie je bij mannetjesberen die met hun rug tegen een boom wrijven. Zo laten ze geursignalen achter en markeren ze hun territorium. Beren leven solitair: het territorium van een mannetje kan dat van meerdere vrouwtjes overlappen, maar een andere mannelijke concurrent wordt liefst op een afstand gehouden.

Als je een hond uitlaat, zie je hem heel vaak snuffelen en hier en daar een plasje doen. Op die manier verkrijgt de hond informatie over de aanwezigheid van soortgenoten en laat hij zelf ook weten dat hij daar was. Op dezelfde manier kan een reu de aanwezigheid van een vruchtbare teef opmerken.

Territoriumgedrag speelt vaak een belangrijke rol in het leven van dieren. Elk organisme verdedigt op die manier zijn eigen plekje in een bepaald gebied of wil zijn aanwezigheid aan soortgenoten laten weten.

Een inktvis spuit een inktwolk om aan een belager te ontkomen. Terwijl de inkt zich in het water verspreidt, zwemt de octopus weg. Die inkt wordt in speciale klieren geproduceerd en in een inktzak bewaard zodat de octopus dat verdedigingsmechanisme op elk moment kan inzetten. ‘Kom niet dichterbij want ik ben groot en gevaarlijk!’ Dat signaal laten katten vaak zien als ze bang zijn of als ze een ander dier duidelijk willen maken dat het niet welkom is. Een hoge rug en wijd uitstaande haren doen het dier er veel groter uitzien, waardoor het sterker lijkt. Dat combineren ze met platte oren en duidelijk geschreeuw. De tegenstander druipt hopelijk af.

Bij het opmerken van een roofvogel roffelt een konijn met zijn poten. Het pootgeroffel veroorzaakt trillingen waardoor andere konijnen worden gewaarschuwd. Soortgenoten gebruiken signalen dus ook onder elkaar om te waarschuwen voor gevaar.

Interacties tussen organismen zijn niet altijd positief. Met gedrag dat typisch is voor de soort, versturen dieren een waarschuwing en kunnen ze vaak een fysieke interactie vermijden.

S Afb. 129 Door met zijn rug tegen een boom te schuren, laat een beer zijn geur achter. Zo weten beren hoeveel soortgenoten in de omgeving leven.

Heel wat zoogdieren zoals wolven likken en snuffelen aan elkaar. Die aanrakingen scheppen een band van vertrouwen en zorgen voor herkenning. Duiven kunnen niet likken; zij snavelen. Dat is een beweging waarbij ze elkaar met hun snavels en koppen aanraken. Als dieren samenleven is een stevige band noodzakelijk. Likken, snuffelen of snavelen maakt dat dieren vertrouwd met elkaar zijn én blijven. Als die communicatie wegvalt, verdwijnt vaak de band tussen de dieren.

©VANIN

WEETJE

Hoe bestudeer je gedrag?

Ga naar het extra materiaal op voor een extra onderzoek.

Het is niet altijd vanzelfsprekend om de betekenis van gedrag correct te begrijpen en dus de functie ervan te herkennen. Soms heeft gedrag zelfs meerdere functies tegelijkertijd, zoals bij de beer uit het voorbeeld hierboven, die zijn territorium afbakent voor andere mannetjesberen met geurstoffen, maar zo ook zijn aanwezigheid laat weten aan vruchtbare vrouwtjes.

In de bovenstaande voorbeelden van gedrag gaan dieren in interactie met elkaar, maar dat is niet altijd noodzakelijk. Als een dier gaat slapen omdat zijn lichaam rust nodig heeft, als jij een computerspelletje speelt omdat je wilt ontspannen nadat je gestudeerd hebt voor je toets biologie, of als je in de vakantie een spannend boek leest, dan is dat ook gedrag.

Gedrag speelt vaak een positieve rol in het leven van een organisme. Het verkrijgt voedsel, schept een vertrouwensband met soortgenoten, vermijdt conflicten … Vaak leidt gedrag er op die manier toe dat de overlevingskansen van het dier verhogen.

Zowel bij interacties tussen organismen van dezelfde soort als bij interacties tussen organismen van verschillende soorten speelt gedrag een belangrijke rol. Voedsel verkrijgen, een partner vinden om te paren, de aanwezigheid van soortgenoten opmerken, een territorium afbakenen of een vertrouwensband creëren, waarschuwen voor gevaar, slapen om weer energie te krijgen … Het zijn allemaal functies van gedrag. Heel vaak wordt gedrag gebruikt als communicatiemiddel.

` Maak oefening 2 en 3 op p. 152.

S Afb. 130 Door te likken en snuffelen worden wolven vertrouwd met elkaar.

S Afb. 131 Duiven snavelen om de band binnen een koppel aan te halen. Ze vormen vaak koppeltjes voor het leven.

1.3 Welke signalen gebruiken dieren om te communiceren?

OPDRACHT 23

Bekijk de video uit de vorige opdracht opnieuw.

Welke signalen gebruiken dieren om te communiceren?

©VANIN

In het vorige deel kon je vaststellen dat communicatie een vorm van gedrag is. Zo zal een hond hier en daar een plasje doen om te laten weten aan soortgenoten dat hij daar was. Een andere hond merkt bij het snuffelen de geur van de urine op. Een chemische stof zoals urine zorgt in dat geval voor communicatie. Dieren kunnen verschillende soorten signalen gebruiken om met elkaar te communiceren.

• Communicatie waarbij stoffen een rol spelen, zoals om een territorium af te bakenen of bij de voortplanting, noem je chemische communicatie

• Een inktwolk spuiten, een hoge rug opzetten of een lichtsignaal tonen, zijn voorbeelden van visuele communicatie

• Het gebruik van geluiden om te communiceren, noem je auditieve communicatie.

• Dieren kunnen ook trillingen of aanrakingen gebruiken om te communiceren, zoals likken, snuffelen, snavelen als herkenning, pootgeroffel om soortgenoten te waarschuwen, of met trillingen een partner gunstig stemmen om te paren. Dat noem je tactiele of sensitieve communicatie.

Meestal gebruiken dieren meerdere signalen tegelijkertijd. Denk maar aan een blaffende hond die je waarschuwt om niet dichterbij te komen, en daarbij zijn tanden laat zien.

Het gedrag dat dieren gebruiken om met elkaar communiceren, is meestal heel specifiek voor een soort of populatie.

Dieren sturen signalen naar andere organismen om een boodschap over te brengen. Die vorm van gedrag noem je communicatie. Men onderscheidt visuele, auditieve, sensitieve en chemische signalen. Vaak worden er meerdere soorten signalen tegelijkertijd gebruikt.

Die communicatie is belangrijk voor meerdere basisbehoeften, zoals voedselvoorziening, paringsgedrag, samenleven, het territorium afbakenen en waarschuwen voor gevaar. De manier waarop individuen gedrag gebruiken om met elkaar communiceren, is meestal heel specifiek voor een soort of populatie.

` Maak oefening 4 op p. 153.

S Afb. 132 Urine is een chemische stof waarmee honden communiceren met soortgenoten.

Deze leerstof is uitbreiding.

1.4 Vertonen planten gedrag?

OPDRACHT 24

Lees aandachtig de onderstaande voorbeelden over planten. Beantwoord de vragen.

Wanneer een rups van een plant eet, ontstaat er vanuit de beschadigde plantencellen een hele kettingreactie. Eerst gaat de informatie via boodschappermoleculen en een elektrisch signaal doorheen de hele plant. In alle delen van de plant komt de productie op gang van stoffen die de plant minder appetijtelijk maken, om zo de vraat te verminderen. Er worden ook verschillende vluchtige boodschapperstoffen geproduceerd. Ze verspreiden zich doorheen de plant, maar ze kunnen ook verdampen. Dat gebeurt via de huidmondjes. Als ze worden opgenomen door de bladeren van naburige planten, kunnen die hun verdedigingsmechanisme in gereedheid brengen vooraleer de rups ze bereikt.

De bloemen van de vliegenorchis, een soort orchidee, lijken op een vrouwelijk insect. De bloem zendt bepaalde signalen uit: door haar vorm en door de verspreiding van lokstoffen trekt ze mannelijke insecten aan. Die mannetjes landen op de bloem om ermee te ‘paren’. Terwijl ze dat doen, nemen ze stuifmeel mee van de ene bloem naar de andere. Het gedrag van de bloem is in dit voorbeeld ook een vorm van communicatie, want de plant zendt visuele en chemische signalen uit.

boodschappermolecule

©VANIN

133 Communicatie bij planten door boodschappermoleculen

1 Welke techniek kunnen planten gebruiken om met andere planten te communiceren?

2 Wat is de functie van die communicatie?

3 Zoek online de naam en de betekenis van het verschijnsel waarbij een organisme door evolutie kenmerken vertoont waardoor het op een ander organisme lijkt.

4 Welk voordeel haalt de vliegenorchis uit het feit dat ze lijkt op een insect?

EERSTE AANVAL

NA EEN TIJDJE Bah!

Jou laat ik met rust!

S Afb.

S Afb. 134 Een vliegenorchis

In het derde jaar leerde je al dat planten net als dieren kunnen reageren op prikkels. Je weet al dat gedrag het geheel van handelingen is dat een organisme onderneemt als reactie op een prikkel, dus je kunt stellen dat ook planten gedrag vertonen. Net zoals bij dieren kun je ook bij planten daarin meerdere vormen onderscheiden.

©VANIN

WEETJE

Op lees je hoe acaciabomen elkaar waarschuwen als antilopen van hun bladeren eten.

VOORBEELD GROEIRICHTING

Onder invloed van de zwaartekracht groeien de wortels van een plant naar beneden. Daar kunnen ze water opnemen, waardoor de waterhuishouding in evenwicht wordt gehouden. Blaadjes van een plant groeien dan weer naar het licht. Dat is nuttig voor de fotosynthese. Krokussen openen hun bloemen alleen als het warm genoeg is. Dan vliegen er meer insecten rond die kunnen zorgen voor de bevruchting. De groeirichting en de beweging zijn reacties op een prikkel. Het is telkens een vorm van gedrag.

Je leerde dat dieren zich op een bepaalde manier gedragen naargelang de taak die ze uitvoeren, zoals zich verdedigen of om eten vragen. Gedrag bij dieren kan dus doelgericht worden gesteld. Het wordt gestuurd vanuit het zenuwstelsel. Planten beschikken niet over een zenuwstelsel en nemen dus geen bewuste beslissingen.

Toch leer je uit de voorbeelden dat ook planten gedrag vertonen, en dat dat gedrag meerdere functies kan hebben. Dankzij hun gedrag kunnen planten communiceren met andere organismen, maar het gedrag kan ook een andere rol spelen, zoals de voortplanting stimuleren, groeien in een bepaalde richting of beschermen tegen aanvallers. Plantengedrag wordt echter niet doelbewust gesteld.

Planten reageren op veranderende omstandigheden. Ze vertonen gedrag. Gedrag kan bij planten meerdere functies hebben, zoals communiceren, zich voortplanten, bewegen of zich verdedigen. Gedrag bij planten verschilt van gedrag bij dieren, want gedrag is bij planten nooit doelbewust.

` Maak oefening 5 op p. 153.

S Afb. 135 De groeirichting van planten is een reactie op de prikkel licht.

2 Is gedrag aangeboren of aangeleerd?

Als jonge meeuwen honger hebben, reageren ze allemaal op dezelfde manier op ouders die eten brengen. Ze vertonen allemaal hetzelfde gedrag. Pasgeboren puppy’s zijn nog blind maar gaan op zoek naar de tepels van de moeder. Heel wat honden gaan braaf zitten en geven een pootje om een beloning te krijgen. In elk geval hebben de dieren hetzelfde doel: voedsel krijgen op basis van hun gedrag. Toch is er een belangrijk verschil. De volwassen hond heeft geleerd hoe er een beloning te verkrijgen valt, de jonge dieren vertonen het gedrag van bij de geboorte. Welk gedrag is aangeboren? Hoe kun je gedrag aanleren? Welke rol speelt gedrag in het overleven van de soort?

©VANIN

OPDRACHT 25

Is het gedrag aangeboren of aangeleerd?

1 Plaats een kruisje in de gepaste kolom.

Gedrag

Een baby grijpt spontaan je vinger vast als je de handpalm aanraakt.

Een aap opent een banaan om op te eten.

Een koekoeksjong duwt een ander ei uit het nest.

Een papegaai doet een bel na.

2 Leg het verschil uit tussen aangeboren en aangeleerd gedrag.

AangeborenAangeleerd

S Afb. 136 Puppy’s gaan vanaf de geboorte op zoek naar melk bij de moeder.

S Afb. 137 Een volwassen hond heeft geleerd dat hij een koekje krijgt als hij zit.

OPDRACHT 26

2.1 Wat is aangeboren gedrag?

Aangeboren gedrag is gedrag dat dieren van dezelfde leeftijd op dezelfde manier vertonen. Aangeboren gedrag wordt via het erfelijke materiaal van de ene generatie op de andere doorgegeven.

A Reflexen

Gedrag zoals het pikgedrag van de meeuwen, het territoriumgedrag van de roodborst en het zuigen bij zoogdieren zijn heel eenvoudige vormen van aangeboren gedrag. Ook andere organismen stellen ditzelfde eenvoudige gedrag: een tuinslak trekt haar gesteelde ogen in als je haar aanraakt en zal zich eventueel terugtrekken in haar huis, een jonge kat houdt zich stil wanneer de moeder hem bij het nekvel grijpt om hem naar een veilige plek te brengen.

Sommige prikkels lokken bij alle organismen van dezelfde soort dezelfde eenvoudige reactie uit. Dergelijke automatische handelingen noemen we reflexen. Ze ontstaan door een snelle wisselwerking tussen de receptor, het zenuwstelsel en de effectoren.

Ook mensen vertonen dergelijke automatische handelingen. Die bestudeerde je al in het derde jaar.

1 Noem enkele reflexen bij pasgeboren baby’s.

2 Blijven die reflexen behouden bij de verdere de ontwikkeling van het kind? Leg uit.

S Afb. 138 Een moeder draagt haar jong bij zijn nekvel. De kleine poes weet dat ze zich stil moet houden.

B Gedragspatronen

OPDRACHT 27

Bekijk het baltsen van de fuut en beantwoord de vragen.

1 Welke vormen van communicatie kun je onderscheiden?

2 Welke voordeel levert het baltsen voor de fuut?

B1 Baltsen

video: baltsgedrag futen

©VANIN

Baltsen is aangeboren gedrag bij dieren om een partner aan te trekken en zich voort te planten. De gebruikte gedragspatronen zijn specifiek voor de soort en er is variatie mogelijk. Futen zijn heel gekend om hun sierlijke baltsgedrag. Ze zetten hun kragen en oorpluimen recht, zwemmen naar elkaar toe, heffen zich met de borst tegen elkaar uit het water en duiken weer onder water om elkaar dan te verleiden met planten uit het water. De futen gebruiken verschillende vormen van communicatie om een partner over te halen tot paring; een reeks van visuele, sensitieve en auditieve signalen volgen elkaar op. Als het hele ritueel doorlopen is, kan er op het water worden gepaard.

B2 Combinatie van gedragspatronen

Een roedel wolven functioneert dankzij een reeks van aangeboren gedragingen en gedragspatronen. Enkel het ouderpaar, ook wel alfamannetje en alfavrouwtje genoemd, zal zich voortplanten. De andere wolven hebben elk hun rol, zoals jagen of voor de jongen zorgen. Door snuffelen en likken herkennen wolven elkaar en wordt de groepsband in stand gehouden. Het territorium wordt door de dominantste dieren afgebakend met urine, keutels en krabgedrag. Bij de jacht werken de wolven samen en zullen de oudere dieren de belangrijkste rol opnemen. Een prooi wordt gedood met een keelbeet en daarna wordt de borstkas doormidden gebeten.

Wolven versterken hun groepsband door samen te huilen. Ze gebruiken dat gedrag ook om te communiceren en groepsgenoten te alarmeren

Het blijkt dat leiderschap, ervaring en inzicht, goed samenwerken en conflicten oplossen belangrijker zijn dan agressie om een roedel goed te laten functioneren. Elk van die aangeboren gedragspatronen versterkt de overlevingskansen van de dieren uit de roedel.

S Afb. 139 Baltsende futen

S Afb. 140

Wolven werken samen met hun roedel om op prooien te jagen.

Bijen leven ook samen in groep en dat levert heel wat interacties binnen de soort op. De taakverdeling bijvoorbeeld is heel specifiek: eerst zorgt een bij in de kast voor de larven, nadien wordt ze verantwoordelijk voor het halen van nectar en stuifmeel. Enkele bijen worden verkenners en sporen voedselbronnen op. Eens ze die gevonden hebben, delen ze andere bijen via gedragspatronen mee waar de voedselbron zich bevindt.

Karl von Frisch onderzocht die bewegingspatronen en beschreef de cirkeldans en de kwispeldans. Met zo’n dans laat een verkennersbij aan de anderen bijen zien welke richting ze moeten uitvliegen.

De cirkeldans geeft voedselbronnen dicht bij de kast weer, de kwispeldans wordt gebruikt om voedselbronnen op grotere afstand aan te duiden.

Von Frisch toonde ook aan dat een snellere kwispeldans op een dichtere voedselbron wijst.

Zodra de dans is uitgevoerd en geanalyseerd door de awndere bijen, wordt het voedsel opgehaald. Dat gedrag is aangeboren, het moet niet worden geleerd. Daardoor begrijpen alle bijen de aangeboden informatie. Op die manier kan een bijenstaat zich snel en goed organiseren om voldoende voedsel te vinden.

Een kolonie is een groep organismen van dezelfde soort die bij elkaar wonen en welbepaalde taken uitvoeren. Honingbijen, maar ook mieren, wespen en termieten leven in kolonies waarin die taakverdeling heel verregaand is. In die kolonies is er altijd een koningin aanwezig. Zij legt de eitjes waaruit de volgende generatie zal ontstaan. Door samen te werken en de verschillende taken duidelijk te verdelen, ontstaat er een typische sociale structuur die leidt tot goed georganiseerde familiegroepen. De individuen van de kolonie kunnen niet op zichzelf overleven. Ze hebben elkaar nodig.

S Afb. 141

Patroon van de cirkeldans

S Afb. 142 Patroon van de kwispeldans

video: kwispeldans

B3 F ixed action pattern

OPDRACHT 28

Wielwebspinnen bouwen hun web altijd op een gelijkaardige manier. Bekijk de tekening en de video om te zien hoe deze spin dat doet. Is deze handeling een reflex? Motiveer je antwoord.

video: spinnenweb

W Afb. 143 Bouw van een spinnenweb

Als spinnen een web bouwen, doen ze dat volgens een duidelijk patroon dat bij alle spinnen van die soort op dezelfde manier gebeurt. Dat gedrag lijkt op een reflex. Het is echter niet één eenvoudige handeling zoals het pikgedrag van een meeuw, maar het bestaat uit een reeks opeenvolgende handelingen met een duidelijk patroon. Die gedragspatronen, die genetisch bepaald zijn, spelen een belangrijke rol in de overlevingskans van het organisme. Een spin zal met een goed gebouwd web insecten kunnen vangen en dus voorzien in haar voedsel.

Een opeenvolging van handelingen die altijd op precies dezelfde manier wordt doorlopen, is een fixed action pattern (FAP) of vast actiepatroon. Zodra de actie gestart is, wordt het hele patroon doorlopen.

Zo’n patroon wordt altijd uitgelokt door een bepaalde prikkel en doorloopt dan, zonder variatie en automatisch, alle handelingen die op elkaar volgen, ook als de uitlokkende prikkel zou wegvallen.

Een ander voorbeeld van een vast actiepatroon zie je bij grondbroeders (vogels die hun nest op de grond bouwen) als ze een ei dat uit het nest rolt er opnieuw proberen in te rollen. Dat proces gebeurt volgens een vast patroon van opeenvolgende handelingen. Ook als je een namaakei naast het nest van een broedende vogel legt, probeert de vogel om het ei in het nest te krijgen. De prikkel die het fixed action pattern uitlokt, is hier een voorwerp dat naast het nest ligt. Het doel is de eieren in het nest te houden en dus het verlies van nakomelingen te beperken.

©VANIN

S Afb. 144

Wanneer een ei of een ander voorwerp buiten het nest van de gans rolt, begint het wijfje met repeterende bewegingen het ei met bek en nek naar het nest te dragen.

Uit die voorbeelden kun je besluiten dat aangeboren gedrag de kans bevordert dat een dier zich kan voortplanten, voedsel kan vinden en veilig is. Zo verhoogt het de overlevingskansen.

Instinct of instinctief gedrag wordt in verschillende contexten gebruikt. Instincten zijn aangeboren gedragspatronen die genetisch vastgelegd zijn; ze worden van generatie op generatie doorgegeven.

Het vast actiepatroon of FAP, zoals de spin die een web bouwt of de gans die haar eieren in het nest rolt, is een eenvoudig voorbeeld van instinctief gedrag.

Bij mensen herkennen we ook instincten zoals een baby die huilt om verzorgd te worden en het zorggevoel dat een huilende baby bij volwassenen opwekt.

Het begrip ‘instinct’ wordt soms ook gebruikt bij het aanvoelen van bepaalde situaties, maar dan gaat het eigenlijk om intuïtie.

Aangeboren gedrag wordt overgeërfd en is gedrag dat dieren van dezelfde leeftijd op dezelfde manier vertonen. Het is specifiek voor de soort.

• Een reflex is een eenvoudige automatische handeling die op een prikkel volgt.

• Een gedragspatroon is een opeenvolgend proces van welbepaalde gedragingen, zoals de balts, de bijendans of territoriumgedrag. Naargelang de omstandigheden kunnen die gedragingen variëren.

• Een fixed action pattern is een gedragspatroon met een complex en vast patroon van opeenvolgende handelingen, uitgelokt door een prikkel. Een FAP verloopt automatisch en kan niet onderbroken worden.

` Maak oefening 6 op p. 154.

video: fixed action pattern gans

WEETJE

2.2 Wat is aangeleerd gedrag?

OPDRACHT 29

Combineer het voorbeeld van aangeleerd gedrag met de juiste verklaring door de letters bij het passende nummer te plaatsen.

1 Een klein meisje trekt de hoge hakken van haar mama aan; zo creëert ze haar zelfbeeld.

2 Een papegaai herhaalt het woordje ‘appel’ net zo vaak tot het helemaal hetzelfde klinkt.

3 Een jong kuiken volgt het eerste bewegend voorwerp dat het na het uitkippen te zien krijgt.

4 Een hond kwijlt bij het zien van eten. Telkens wanneer de hond eten krijgt, wordt een bel geluid. Na verloop van tijd kwijlt de hond al bij het horen van de bel.

5 Een duif krijg t voedsel als ze op een drukplaatje in haar kooi tikt. Eerst gebeurt dat per toeval, nadien zal de duif bewust op het plaatje tikken om voedsel te krijgen.

6 Eksters houden van noten. Zodra ze er eentje gevonden hebben, zullen ze allerlei manieren uitproberen om de noot open te krijgen.

7 Politiepaarden leren op training omgaan met veel volk en luide geluiden.

8 Bij een nieuw wiskundeprobleem zul je je ervaring van een vorige opgave kunnen inzetten om het nieuwe probleem op te lossen.

9 Poezen likken bij stress herhaaldelijk op dezelfde plek aan hun vacht, waardoor kale plekken ontstaan.

A operant conditioneren = associaties tussen gedrag en het gevolg daarvan leidt tot het versterken of vermijden van het gedrag

B trial-and-error = iets willekeurig uitproberen en kijken of het gewenste resultaat wordt bereikt

C gewenning = herhaalde prikkels zonder negatief gevolg worden door het zenuwstelsel genegeerd

D klassiek conditioneren = een bestaande prikkel vervangen door een andere prikkel met hetzelfde gedrag als gevolg

E stereotiep gedrag = dwangmatig gedrag zonder functie als uiting van angst …

F inprenting = gedrag waarbij in een bepaalde periode elementen uit de omgeving worden gememoriseerd

G imitatie = gedrag van anderen nabootsen

H herhalen en oefenen = gedrag meerdere keren uitvoeren tot het gewenste resultaat wordt bereikt

I inzicht = eerdere leerervaringen worden in nieuwe situaties gebruikt

S Afb. 145

Niet enkel papegaaien observeren en imiteren; denk maar aan een kind dat de hoge hakken van zijn moeder aantrekt. Door belangrijke personen uit hun leven te imiteren, leren kinderen om een zelfbeeld te creëren.

A Imitatie

In de natuur zijn papegaaien groepsdieren. Ze bootsen elkaars geluiden na, maar ook die van andere dieren. Als ze als huisdier gehouden worden, leren ze geluiden uit hun omgeving imiteren, zoals korte zinnetjes, het geluid van de microgolf, het geluid van een brandweersirene … Papegaaien observeren hun omgeving en imiteren tal van geluiden. Dat gedrag leren die dieren in de loop van hun leven. Vermoedelijk is dat een manier om te ‘communiceren’ met hun huisgenoten.

©VANIN

B Herhalen en oefenen

Otters leren in meerdere stappen hoe ze schelpdieren, zoals mosselen, krabben en kreeften, kunnen openbreken. Eerst kijken ze hoe hun moeder stenen gebruikt om schelpen te kraken. Daarna proberen ze dat zelf. Meestal lukt het niet meteen omdat ze te onhandig zijn. Door die handeling uit te proberen en vaak te herhalen, lukt het ze steeds beter, totdat ze perfect weten hoe ze hun voedsel moeten openen.

C Inprenting

Is observeren en imiteren de enige manier waarop dieren iets leren? Bij een experiment waarin Konrad Lorenz eieren in een broedmachine plaatste, stelde hij vast dat de kuikens hem als moeder beschouwden. Overal waar hij naartoe liep, volgden de ganzen hem en ze bleven dat doen tot ze volwassen waren. Later ontdekte hij dat elk ander bewegend voorwerp dat de ganzen zagen na het uitkomen uit het ei, dat volggedrag uitlokte. Dat gedrag noemt men inprenting. Jonge dieren zijn heel gevoelig voor indrukken die ze opdoen; bij inprenting nemen ze bepaalde kenmerken op van jonge soortgenoten of uit het milieu. Het volggedrag is aangeboren: alle jonge ganzen prenten zich het eerste bewegende voorwerp in en volgen het. Welk voorwerp gevolgd wordt, is aangeleerd.

Inprenting gebeurt tijdens een korte periode en kan nadien nog moeilijk worden gewijzigd. Zo zal een kitten dat opgroeit bij mensen later een veel socialere kat worden dan een zwerfkitten. Voor elke vorm van inprenting is er een specifieke leeftijd. Bij mensen is er bijvoorbeeld een gevoelige tijd om te leren praten, lezen en schrijven.

Afb. 146

W

Kuikens volgen wetenschapper Konrad Lor enz.

D Klassiek conditioneren

Je herkent het vast wel: je ziet lekkere frietjes in een reclamespot en je krijgt het water in je mond. De speekselproductie is een reflex: je speekselklieren maken alvast speeksel aan om te vermengen met het voedsel in je mond, de eerste belangrijke stap in de spijsvertering. De Russische onderzoeker Ivan Pavlov gebruikte honden om dat mechanisme te onderzoeken. Hij stelde vast dat de honden begonnen te kwijlen wanneer hij met voedsel aankwam. Hij vroeg zich af of hij de prikkel voor kwijlen, het aanbieden van voedsel, kon vervangen door een andere prikkel. Gedurende een periode liet hij het voeren van de honden voorafgaan door een belsignaal, nadien bood hij voedsel aan. Na enige tijd begonnen de honden te kwijlen zodra de bel ging, zelfs als er geen voedsel in zicht was. We noemen dit klassiek conditioneren: het vervangen van een bestaande prikkel door een nieuwe prikkel met als doel dezelfde reactie uit te lokken als de oorspronkelijke prikkel.

©VANIN

Ook reclame maakt handig gebruik van klassieke conditionering. Een product, bijvoorbeeld een parfum, wordt in een reclamespot gekoppeld aan een warme sfeer, knappe mensen, gezelligheid. Het goede gevoel dat je krijgt als je je klaarmaakt om uit te gaan, wordt opgewekt door het gebruiken van het parfum.

Klassieke conditionering gebeurt vaak onbewust. Heb je bijvoorbeeld onbedwingbare zin in iets lekkers als je in de zetel gaat zitten? Mogelijk heb je de prikkel die gezelligheid uitlokt, het gaan zitten in de zetel, vervangen door een snack en heb je zo jezelf onbewust geconditioneerd. Of misschien eet je nooit meer spaghetti omdat je er één keer ziek van was? Ook dat is conditionering. Wanneer een kind een wesp ziet, zal het aanvankelijk niet reageren. De wesp levert normaal geen positieve of negatieve reactie op; het is een neutrale prikkel. Als het kind echter een pijnlijke steek van een wesp oploopt, zal het de volgende keer met angst en paniek reageren bij het zien van een wesp. De neutrale prikkel ‘de wesp zien’ is vervangen door de pijnprikkel en zal nu angst oproepen.

E Operant conditioneren

Stel dat het kind de wespensteek opliep omdat het de wesp had proberen te vangen, dan zal het een verband leggen tussen beide. Het vangen van de wesp leverde een bestraffing op, de pijnlijke steek; het gedrag wordt niet herhaald.

Hoe zit dat dan met een hond die voor je gaat zitten en een pootje geeft om een koekje te vragen?

Dat is wat de Amerikaan Burrhus Frederik Skinner onderzocht. Hij wou een verband leggen tussen een bepaalde situatie, het gedrag dat daarop volgt en de negatieve of positieve gevolgen van dat gedrag. Daarvoor ontwierp hij de operante kamer of de Skinnerbox: een kleine ruimte met in de wand een drukplaatje, een soort knop. In de box wordt een hongerige duif geplaatst. Duiven pikken gemakkelijk naar allerlei voorwerpen; het zijn nieuwsgierige beestjes. Als de duif eerder per toeval op het drukplaatje tikt, volgt er een beloning.

S Afb. 147

Klassieke conditionering: experiment van Pavlov

WEETJE

S Afb. 148 Duif in Skinnerbox

Na één keer zal er niet direct een verband gelegd worden, maar na meerdere beloningen wordt het pikgedrag bekrachtigd. De duif legt dan een verband tussen het tikken op het plaatje en het verkrijgen van voedsel. Skinner noemt dat operant conditioneren: door de associatie tussen het gedrag en het gevolg ervan past het individu zijn gedrag aan. Daardoor leidt een beloning tot het versterken van bepaalde gedragingen; een straf zorgt voor het vermijden ervan.

De hond die een pootje geeft om een koekje te krijgen is een voorbeeld van operant conditioneren. Het koekje, de beloning, bekrachtigt het gedrag, het pootje geven. In het geval van de wesp zal de wespensteek, de bestraffing, het vangen van de wesp ontraden. Operant conditioneren wordt graag gebruikt in de opvoeding. Peuters mogen een sticker plakken als ze flink op het potje geweest zijn. Jij studeert maar beter hard voor je examen biologie of je gsm wordt afgepakt.

F Trial-and-error

De duif in de Skinnerbox ontdekte per toeval hoe ze aan voedsel kon geraken. Dat is trial-and-error; het is leren door willekeurig iets te proberen en te kijken wat het effect is.

In de herfst en de winter staan walnoten op het menu van eksters, maar die noten hebben een harde schelp. De vogels proberen allerlei manieren uit om die open te krijgen: hun snavel inzetten, met de noot tegen een steen tikken of ze herhaaldelijk laten vallen vanop een hoogte. Zo proberen de vogels willekeurige handelingen uit, tot er eentje succes oplevert. Als een gedrag succes heeft, dan wordt het herhaald en eventueel nog verfijnd en verbeterd Als het geprobeerde weinig effect heeft, zal het gedrag niet worden herhaald.

Bij sommige dieren wordt succesvol gedrag vrij snel nagebootst door soortgenoten en kan het uiteindelijk evolueren naar een verworven techniek, die dan door een groep samenlevende dieren wordt toegepast. Trial-anderror gebeurt meestal spontaan, maar kan bij mensen ook bewust als oplossingsstrategie worden gebruikt.

©VANIN

Het succes en de vooruitgang in de wetenschappen is voor een groot stuk te danken aan trial-and-error. Wanneer zich een probleem stelt, probeert men op basis van achtergrondinformatie een hypothese op te stellen. De hypothese wordt getest en afhankelijk van het resultaat wordt ze aanvaard of verworpen. Als de hypothese niet klopt, moet men opnieuw beginnen en een andere verklaring/oplossing voor het probleem zoeken. Het zoeken naar nieuwe medicijnen (antibiotica) gebeurt meestal ook op basis van trial-and-error. Chemici proberen willekeurig verschillende antibiotica uit om er een te vinden met een gewenst effect op bepaalde bacteriën.

WEETJE

WEETJE

Prikkelgewenning, zoals een geur niet meer ruiken na een bepaalde tijd, is niet hetzelfde als gedragsgewenning. Bij gedragsgewenning komt de reactie op de prikkel niet meer terug. Het paard zal niet meer snel schrikken, het ruiken van een geur komt wel terug.

G Gewenning

Autoverkeer, geluiden van machines, vuurwerk … zijn geluidsprikkels die dieren van nature angst inboezemen. Wanneer een dier regelmatig geconfronteerd wordt met angstprikkels zonder dat er een negatief gevolg is, zal er uiteindelijk geen reactie meer volgen. Zo traint men politiepaarden in het omgaan met rumoer, vuurwerk, harde knallen, veel mensen … Daardoor kunnen ze bij betogingen worden ingezet zonder te schrikken. De paarden nemen de prikkels wel waar, maar in het zenuwstelsel worden ze genegeerd. We spreken dan van gewenning.

H Inzicht

inzicht

©VANIN

video: stereotiep gedrag

Soms worden problemen opgelost zonder dat er herhaaldelijk iets geprobeerd moet worden. Dat is leren door inzicht. Misschien herken je in de opgave van een wiskundeprobleem iets wat je al eerder hebt toegepast en zul je onmiddellijk kunnen overgaan tot het oplossen ervan. Je gebruikt dan eerder opgedane ervaringen om je oplossingsstrategie te bepalen. Een nieuw probleem wordt dus opgelost met behulp van technieken die bij een ander probleem werden gebruikt. Leren door inzicht komt niet bij elke diersoort voor; het vereist een betere ontwikkeling van sommige hersencentra.

I Stereotiep gedrag

Af en toe voeren dieren handelingen uit die geen directe functie lijken te hebben. Dat zie je soms bij dieren in gevangenschap: ze lopen een hele dag hun kooi op en neer. Sommige gaan bij stress dwangmatig hun vacht likken en krijgen daardoor kale plekken. We noemen dat stereotiepe handelingen. Bij mensen kun je nagelbijten, meermaals terug naar de voordeur lopen om te controleren of je ze wel hebt gesloten, telkens weer je handen ontsmetten na het aanraken van een deurklink … ook beschouwen als stereotiepe handelingen.

Een sporter die een vast ritueel heeft voor een wedstrijd, zoals altijd hetzelfde gebaar maken of een talisman meenemen, is ook een vorm van dwangmatig gedrag. Stereotiepe handelingen hebben geen directe functie maar kunnen een uiting zijn van angst, stress, onrust … of net extra vertrouwen geven voor een belangrijke gebeurtenis.

S Afb. 150

Politiepaarden worden zo getraind dat ze gewend raken aan luide knallen en drukte.

video:

S Afb. 151

Wanneer een kat dwangmatig aan haar pels likt tot ze kale plekken krijgt, spreken we van stereotiep gedrag.

Meestal is gedrag een combinatie van meerdere typen gedrag, zowel van soorten aangeboren als aangeleerd gedrag. Aangeleerd gedrag versterkt de overlevingskansen van het dier. Aangeleerd gedrag kan veranderen; op basis van opgedane ervaringen kan het dier zijn gedrag aan nieuwe omstandigheden aanpassen. Ook aangeboren gedrag blijft niet altijd behouden. Zo zal de typische zuigreflex bij pasgeboren zoogdieren na verloop van tijd verdwijnen; het dier leert op een andere manier eten. De volwassen zilvermeeuw pikt niet meer naar een rode vlek, anders zouden soortgenoten constant bij elkaar om voedsel bedelen. Gedurende het leven van een organisme vult aangeleerd gedrag de typische, aangeboren gedragspatronen aan.

Aangeleerd gedrag is gedrag dat ontstaat bij een individu op basis van een of meerdere verschillende leerervaringen. Verschillende typen van aangeleerd gedrag kunnen worden gecombineerd

Aangeleerd gedrag

Omschrijving imitatie

Gedrag van andere dieren wordt na observatie nagebootst.

herhalen en oefenenGedrag waarbij een handeling meerdere keren wordt uitgevoerd om tot een gewenst resultaat te komen.

inprenting

Gedrag waarbij jonge dieren in een heel korte periode bepaalde kenmerken van hun soortgenoten of andere elementen van hun milieu in zich opnemen.

klassiek conditionerenEen bestaande prikkel wordt vervangen door een andere prikkel, met hetzelfde gedrag als gevolg.

operant conditionerenDoor de associatie tussen het gedrag en het gevolg ervan past het individu zijn gedrag aan. Daardoor leidt een beloning tot het versterken van bepaalde gedragingen; een straf voor het vermijden ervan.

trial-and-error

gewenning

inzicht

Gedrag dat een bepaald resultaat oplevert, wordt opnieuw geprobeerd en eventueel verbeterd, maar gedrag met een neutrale of negatieve uitkomst niet.

Signalen van herhaalde prikkels zonder negatief gevolg worden door het zenuwstelsel genegeerd.

Leerervaringen worden gebruikt in nieuwe situaties, andere combinaties of manieren.

stereotiep gedrag Dwangmatig gedrag dat geen functie heeft, maar een uiting van stress, angst of andere emoties is.

` Maak oefening 7 en 8 op p. 154-155.

Men hanteert twee definities van gedrag, waarbij tegenwoordig eerder de ruimste definitie wordt gebruikt. Wat is het verschil tussen de enge en de ruimere omschrijving van gedrag?

De dagen die korter worden en de temperaturen die afkoelen, zorgen voor hormonale veranderingen bij de edelherten. Mannetjes vechten en burlen (het typische ‘brullen’ van edelherten) om vrouwtjes voor zich te winnen en te kunnen paren. Je kunt dat gedrag enkel in de herfst waarnemen, de rest van het jaar lokt de aanwezigheid van andere herten dat gedrag niet uit. Verklaar.

Wat is de functie van het gedrag van dieren in de onderstaande voorbeelden?

a Als het kouder is, zullen honingbijen in hun korf dichter tegen elkaar bewegen en trillen.

b Sommige kraaien gebruiken stokjes om insecten uit gaten en spleten in bomen te halen.

c Kleinere vissen, zoals sardienen, zwemmen dicht bij elkaar in grote scholen. Vaak bewegen ze daarbij ook heel snel door elkaar.

Lees de onderstaande voorbeelden.

a Benoem het type communicatie in elk van de volgende voorbeelden.

b Bespreek hoe de communicatie de overlevingskansen bevordert.

• Honden en wolven zakken wat door hun voorpoten en buigen hun rug om aan soortgenoten aan te geven dat wat volgt een spel is. Zo wordt bijvoorbeeld aanvalsgedrag geoefend.-

• Hagedissen gebruiken feromonen om aan soortgenoten hun aanwezigheid duidelijk te maken en een partner aan te trekken.

-

• Vissen hebben een zijlijnorgaan waarmee ze bewegingen in het water kunnen waarnemen. Op die manier krijgen ze informatie over grootte, positie en beweging van andere organismen in hun buurt.

Toon met een zelfgekozen voorbeeld aan dat ook planten gedrag vertonen.

Welke vormen van aangeboren gedrag ontdek je in de volgende voorbeelden?

a Een pauw maakt een vrouwtje het hof door met zijn staart te pronken.

b Volwassen mensen trekken bij het herkennen van bekend persoon heel kort hun wenkbrauwen even omhoog.

c Wanneer een sprinkhaan in het web van een tijgerspin belandt, wordt die volgens een vast patroon in een cocon van spindraden ingewikkeld. Daarna dient de spin de prooi een gifbeet toe.

d Vossen markeren hun leefgebied met een afscheiding uit hun geurklieren; die bevinden zich op de kop, staart en poten.

Welke vormen van aangeleerd gedrag ontdek je in de volgende voorbeelden?

a Een onderzoeker vangt mezen in een bos en biedt ze een voedselkastje aan dat ze moeten openen met een hendeltje. Na enkele pogingen lukt het de mezen om het kastje te openen en het voedsel te bemachtigen.

b Diezelfde mezen worden na enige tijd weer in het bos uitgezet, samen met de voedselkastjes. Enkele weken later blijken heel wat mezen uit het bos de techniek van het openen van het voedselkastje te beheersen.

c Eenden springen in het water als iemand met een zak het park binnenkomt.

d Een kind in het eerste leerjaar schrijft de nieuwe woordjes van die dag tien keer in zijn schrift, daarna leest het de woordjes nog eens voor.

e Vrachtwagenchauffeurs merken het lawaai van de snelweg niet meer op.

Zijn de volgende vormen van gedrag aangeboren of aangeleerd? Beschrijf hoe het gedrag de overlevingskansen bevordert.

a Een koekoek legt zijn ei in het nest van een andere vogel. Zodra het jong uit het ei komt, duwt het de andere eieren uit het nest.

b Meeuwen vliegen achter een tractor aan terwijl een boer het veld omploegt.

c Een lieveheersbeestje trekt zijn pootjes en antennen in en doet alsof het dood is als het een predator ziet.

d Katten snuffelen aan elkaar om elkaars lichaamsgeur te leren kennen.

Meer oefenen? Ga naar .

INTERACTIES

interacties met pathogenen

besmetting door bacteriën

• lichaams vreemde bacteriën produceren gifstoffen of verstoren evenwichten in bestaande microflora

• v erstoring balans nuttige en schadelijke bacteriën van microflora herstel van evenwichtige microflora door

• antibiose: g ebruik van antibiotica

• c oncurrentie met nuttige bacteriën door transplantatie microflora

interacties tussen individuen van verschillende soorten

besmetting door virussen Na interactie met gastheercel dringen virussen binnen. bestrijding door gebruik van antivirale middelen

besmetting met schimmels Schimmel vermenigvuldigt zich. bestrijding met antimycotica

negatieve invloed predatie: voordelig voor één partij, nadelig voor andere partij (dierlijk organisme gedood voor voedsel) parasitisme: voordelig voor één partij, nadelig voor andere partij (sterft doorgaans niet) amensalisme en antibiose: neutraal voor één partij, nadelig voor andere partij

positieve invloed mutualisme: voordelig voor beide partijen commensalisme: voordelig voor één partij, neutraal voor andere partij

interacties tussen organismen van eenzelfde soort

voordelig voor het individu nadelig voor het individu

• paar vorming • gr oepsvorming • samen werking

concurrentie als bronnen gelimiteerd zijn leidt tot een dynamisch evenwicht rond draagkracht

AANGEBOREN

• reflex

• FAP

• baltsen

• bijendans

• andere: jacht, territorium, groepsband

GEDRAG EN COMMUNICATIE

GEDRAG

AANGELEERD

• imitatie

in functie van:

• voortplanting

• voedsel

• veiligheid

• samenleven

= reactie op prikkel, veroorzaakt door motivatie/sleutelprikkel het sturen van boodschappen VERHOOGT OVERLEVINGSKANSEN

• herhalen en oefenen

• inprenting

• klassiek/operant conditioneren

• trial-and-error

• gewenning

• inzicht

• stereotiep gedrag

JANOG OEFENEN

1 Begripskennis

• Ik kan uitleggen hoe de relatie tussen organismen van eenzelfde soort een invloed op hun overlevingskans kan hebben.

• Ik kan voorbeelden analyseren en herkennen en uitleggen hoe de interactie de overlevingskans beïnvloedt.

• Ik kan de soorten interacties tussen organismen toelichten en zelf een voorbeeld geven.

• Ik kan voorbeelden analyseren, de interactie benoemen en uitleggen welke invloed de interactie op de overlevingskans heeft.

• Ik kan uitleggen dat relaties tussen individuen van verschillende soorten de overlevingskans kunnen beïnvloeden.

• Ik kan uitleggen hoe je ziek wordt.

• Ik kan uitleggen wat het microbioom is.

• Ik kan uitleggen hoe onevenwichtige interacties tot ziekte kunnen leiden.

• Ik kan de technieken toelichten die gebruikt worden om ziekten te voorkomen of te bestrijden.

• Ik kan uitleggen wat antibioticaresistentie is.

• Ik kan voorbeelden van communicatie analyseren, herkennen en benoemen

• Ik kan het gedrag van organismen analyseren, herkennen en benoemen.

• Ik kan het verschil tussen aangeboren en aangeleerd gedrag uitleggen.

• Ik kan uitleggen hoe communicatie en gedrag de overlevingskans kunnen beïnvloeden.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een onderzoeksvraag formuleren aan de hand van een aantal criteria.

• Ik kan een hypothese formuleren in functie van de onderzoeksvraag.

• Ik kan een experiment uitvoeren en de nodige gegevens verzamelen

• Ik kan een waarneming interpreteren en verklaren

• Ik kan een besluit formuleren op basis van de verzamelde gegevens.

• Ik kan reflecteren over een onderzoek.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

THEMA 04 ECOSYSTEMEN IN EVENWICHT

Deze boomkikker vindt alles wat hij nodig heeft nabij een zoetwaterpoel. Hij vindt er bescherming tussen de doornen van een naburige braamstruik, een plek aan de oever om zijn eitjes af te zetten, de insecten die op zijn menu staan en een holte om te overwinteren tussen takken van de houtkant. De poel, met alle levende wezens, vormt zijn ideale leefruimte. Ook voor andere soorten vormt de poel jaar in jaar uit een bron van voedsel, bescherming en goede voortplantingsomstandigheden. Kamsalamanders, geelgerande watertorren, maar ook orchideeën voelen zich er thuis. Het lijkt wel of zo’n poel als vanzelf voor alle noden van die organismen zorgt.

` Hoe kan een leefplek voortdurend blijven voorzien in de noden van haar bewoners?

` Welke factoren regelen het samenleven van al die organismen?

` Wat kan het samenleven van al die organismen verstoren of ontregelen?

` Hoe herstel je zulke verstoringen?

` Welke invloed heeft klimaatverandering op een leefplek en haar bewoners?

We zoeken het uit!

Î Wat is een ecosysteem?

LEERDOELEN

Je kunt al:

M uitleggen dat heel wat soorten met elkaar in interactie gaan;

M uitleggen dat stofomzettingen, stofuitwisselingen en energieomzettingen nodig zijn voor het overleven van mens en dieren;

M de rol van enkele biotische en abiotische factoren tijdens een terreinstudie herkennen en onderzoeken;

M uitleggen wat de rol is van producenten, consumenten en reducenten in voedselrelaties;

M uitleggen hoe je biodiversiteit waarneemt, wat het betekent en waardoor dat wordt bepaald.

Je leert nu:

M de begrippen habitat, niche en ecosysteem omschrijven;

M aantonen dat zowel positieve als negatieve interacties deel uitmaken van een evenwichtig ecosysteem;

M hoe materiekringlopen en energiestroom bijdragen aan het goed functioneren van een ecosysteem;

M voor meerdere stoffen de kringloop en de overgang tussen energiearme en energierijke vormen uitleggen;

M uitleggen hoe de processen van fotosynthese en celademhaling met elkaar verbonden zijn;

M het belang van biodiversiteit uitleggen.

1 Welke invloeden spelen een rol in een ecosysteem?

Ecosystemen hebben nog nooit zo onder druk gestaan als nu. Ze worden overal bedreigd door menselijke activiteiten: vervuilde rivieren, rooien van bossen en microplastics in zee zijn hier enkele voorbeelden van. Nochtans zijn wij afhankelijk van deze ecosystemen om te overleven. In dit hoofdstuk definiëren we een gezond ecosysteem en onderzoeken we welke factoren de duurzaamheid van een ecosysteem mee bepalen.

©VANIN

De Europese boomkikker (Hyla arborea) is een van de weinige kikkersoorten die meer dan negentig procent van zijn tijd op het land doorbrengt. Soms kruipen ze in bomen van wel tien meter hoog. Dat de boomkikker zo goed kan klimmen, komt door de slijmproducerende kliercellen op zijn buik en de hechtschijfjes onderaan de poten. De hechtschijfjes bestaan uit vele fijne kanaaltjes waaruit een kleverig vocht komt.

De grasgroene boomkikker leeft vooral in de overgang van struik naar bos, vlak bij een poel. Een poel is een geïsoleerde, stilstaande en ondiepe waterpartij die niet met een naburige beek of rivier in verbinding staat. Voor volwassen exemplaren van de soort is de struikrijke omgeving de eigenlijke habitat. De habitat is een synoniem voor de precieze leefplek van één bepaalde soort.

S Afb. 152

De lange tenen van de boomkikker monden uit in hechtschijfjes waarmee ze aan plantoppervlakken kunnen kleven.

video: geluid boomkikker

In april dalen de mannetjes af naar de naburige voortplantingspoelen. Daar kwaken ze vaak in koor en lokken zo de vrouwtjes. Het luide ‘kékékékéké’ van de mannetjes hoor je vaak tot op grote afstand. Wanneer een vrouwtje daarop reageert en naar het mannetje toe komt, klimt hij op haar rug. Op het moment dat het vrouwtje eitjes afzet, wordt ze door het mannetje bevrucht. De bevruchte eitjes komen in kleine hoopjes in het water terecht; het is kikkerdril. In een tiental weken tijd, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, groeien de bevruchte eitjes uit tot kikkervisjes en later tot kleine boomkikkers. De kikkervisjes leven van rondzwevende algen en kleine planten. Voor de kikkervisjes vormt het ondiepe water aan de rand van de poel hun habitat. Vandaar dat boomkikkers het beste gedijen op een plaats waar bomen en struikgewas te vinden zijn, maar ook in een nabijgelegen poel.

Het overleven van elke aparte boomkikker, dus van een individu, maar ook het overleven van de gehele soort op één plek hangt af van interacties tussen de heersende biotische factoren en abiotische factoren

OPDRACHT 1

In de onderstaande tabel zie je enkele biotische factoren die een invloed uitoefenen op de overlevingskansen van de boomkikker.

1 Verbind de onderstaande biotische factoren met de passende verklaring.

2 Vul in of de interactie positief (+) of negatief (–) is voor de boomkikker.

Biotische factoren die de overlevingskans van de boomkikker beïnvloeden + OF – HEERSENDE BIOTISCHE FACTOR VERKLARING

aanwezigheid van de groene kikker

houtwallen, strooisellagen, konijnenholen, boomholten aan de waterkant

aanwezigheid van vis en libellenimfen in de poel

goed ontwikkelde oevervegetatie met struiken en bomen, bv. braamstruiken

dikke algenlaag op de poel

Kikkervisjes worden opgegeten.

concurrentie om voedsel

bescherming tegen roofdieren

overwinterplekken bij een poel

Licht moet kunnen invallen om de poel op te warmen voor de kikkervisjes. Kikkervisjes verstikken onder de algen.

video: boomkikker

OPDRACHT 2

Ook abiotische factoren spelen een rol in de overlevingskansen van een boomkikker.

1 Verbind de onderstaande abiotische factoren met de passende verklaring.

2 Vul in of de interactie positief (+) of negatief (–) is voor de boomkikker.

Abiotische factoren die de overlevingskans van de boomkikker beïnvloeden

HEERSENDE

+ OF –

ABIOTISCHE FACTOR

geïsoleerde poel die niet met naburige beken of rivieren verbonden is

VERKLARING

Omdat er geen verbinding is met naburig water, blijft de poel visvrij en worden de kikkervisjes niet opgegeten.

turbulent, troebel, zanderig poelwaterTroebel water warmt niet goed op, waardoor de ontwikkeling van kikkervisjes uitblijft.

ondergrond met vorstvrije holten rondom de poel, bv. tussen lichte kiezel

overwinterplekken voor boomkikkers (van oktober tot maart-april)

glooiende helling naar de poel toeWarm, windvrij microklimaat: onder de 15 °C ontwikkelen de kikkervisjes zich niet in het water. Vanaf 20 °C ontwikkelen ze op zeven weken tijd.

ondiepe, open poelen met veel zonlichtHet water warmt goed op en zorgt voor een goede ontwikkeling van de kikkervisjes.

©VANIN

Bij een poel leven natuurlijk niet alleen boomkikkers. Je treft er ook tal van andere organismen: amfibieën, vissen, waterplanten, oeverplanten, insecten, vogels … In visarme poelen tref je bijvoorbeeld ook de kamsalamander. Net als bij de boomkikker kunnen de larven van de kamsalamander zich goed ontwikkelen wanneer de instroom van karpers of snoek via beken en riviertjes beperkt is.

Ook algen in het water en de doornige braamstruik aan de oever zorgen respectievelijk voor voedsel voor de kikkervisjes en voor beschutting voor de volwassen exemplaren. De blauwe reiger beïnvloedt op zijn beurt rechtstreeks het voortbestaan van de boomkikker door hem op te eten. Maar onrechtstreeks beïnvloeden de braamplanten weer het aantal blauwe reigers. Hoe meer bescherming de boomkikker vindt, hoe minder makkelijk de reiger aan eten kan geraken.

Je leerde al dat alle samenlevende organismen die rechtstreeks of onrechtstreeks een positieve of negatieve invloed op elkaar uitoefenen, een levensgemeenschap vormen.

S Afb. 153 Kamsalamander

S Afb. 154 Blauwe reiger

OPDRACHT 3

Terwijl een habitat alle mogelijke leefplaatsen van één welbepaalde soort omschrijft, is een biotoop de leefplek van de gehele levensgemeenschap. Zo vormt het wateroppervlak van de poel de habitat van een bootsmannetje en het doornige struweel naast de poel de habitat van een volwassen boomkikker. De biotoop is dan weer het geheel van poel en oever samen.

Lees de tekst over de schaatsenrijder en het bootsmannetje en beantwoord de vragen. Aan het wateroppervlak zijn heel wat kleine waterinsecten bijzonder goed in het verzamelen van aas of het vangen van prooien. Schaatsenrijders concurreren met soortgenoten voor de kleine kevertjes en vliegjes die in het open water vallen. Die wantsensoort heeft een stevige steeksnuit waarmee hij een gat kan maken in zijn prooi om hem vervolgens leeg te zuigen. Ook bootsmannetjes leven aan het wateroppervlak. Die bijna 2 cm grote rugzwemmers lusten vooral grotere dieren, bijvoorbeeld kikkervisjes van boomkikkers, maar ook salamanderlarven, keverlarven en kleine visjes zoals stekelbaarsjes. De gewone vijverloper loopt net als de schaatsenrijder over het wateroppervlak. Ook hij eet alles op wat in het water valt en kleiner is dan hijzelf. Omdat de gewone vijverloper trager is dan de schaatsenrijder, zoekt hij zijn voedsel eerder tussen de waterplanten aan de rand van de poel.

1 Is de interactie tussen de schaatsenrijders en de bootsmannetjes een vorm van concurrentie voor voedsel? Verklaar je antwoord.

2 De gewone vijverloper en de schaatsenrijder eten alles op wat in het water valt. Hoe bevordert het diertje dat in het nadeel is, zijn overlevingskansen?

S Afb. 155 Schaatsenrijder

S Afb. 156 Bootsmannetje

S Afb. 157 Gewone vijverloper

Wanneer twee organismen dezelfde habitat binnen de biotoop bezetten, maar verschillend voedsel kiezen, hebben ze een verschillende rol of niche. Daardoor kunnen beide soorten perfect in dezelfde habitat wonen zonder elkaar weg te concurreren. Soorten met dezelfde niche kunnen onmogelijk samenleven in dezelfde habitat

Niet alleen de populatiegrootte van de boomkikker, maar ook de samenstelling van de gehele levensgemeenschap bij een poel blijft min of meer constant. Toch wordt de ene soort opgegeten door de andere, sommige organismen worden ziek of sterven en ook de omgeving werkt voortdurend in op de overlevingskans van organismen. Ondanks die permanente wisselwerking blijven de aantallen stabiel.

De invloeden van de biotische en abiotische factoren op de bewoners van een biotoop zorgen ervoor dat het systeem zichzelf kan onderhouden. Dat systeem is een evenwichtig ecosysteem. Voorbeelden van een ecosysteem zijn: een poel, een loofbos, een grasveld, de Noordzee, een zoetwaterplas … Om een ecosysteem in evenwicht te houden, spelen meerdere elementen een rol.

• Positieve en negatieve interacties zorgen samen voor een leefbaar ecosysteem.

• Een habitat is de leefplek van één soort.

• De manier waarop een soort omgaat met zijn omgeving en de rol die hij daarbij opneemt, noemen we zijn niche

• Een ecosysteem is het geheel van een biotoop en de daarin voorkomende levensgemeenschap, samen met de biotische en abiotische factoren. Dankzij positieve en negatieve interacties tussen die factoren kan de levensgemeenschap zichzelf onderhouden

` Maak oefening 1 en 2 op p. 193.

2 Welke factoren zijn noodzakelijk om een ecosysteem in evenwicht te houden?

2.1 Wat is het belang van voedsel voor een evenwichtig ecosysteem?

©VANIN

A Functies van organismen in een voedselketen

Planten en dieren, alles wat leeft, moet eten. Het voedsel dient als bouwsteen voor groei en herstel, en het levert energie om te overleven. Organismen eten elkaar op en dienen op hun beurt als voedsel voor andere organismen. Op basis van die interactie kun je ze rangschikken in een voedselketen en een voedselweb vormen.

De interactie tussen de organismen in de voedselketen is een voedselrelatie. Voedsel, en daarmee ook materie, wordt via die voedselrelatie doorgegeven. De energierijke organische stoffen worden door de producenten opgebouwd uit de chemische elementen O, C, H, N en P. Om die energierijke organische stoffen aan te maken, halen die producenten de nodige elementen uit eenvoudige energiearme anorganische stoffen die aanwezig zijn in de lucht, in het water of in de bodem.

Producenten vormen het begin van elke voedselketen. Dankzij het fotosyntheseproces worden de geproduceerde verbindingen energierijk. In dat proces worden de energiearme stoffen (CO2 en H2O) omgevormd tot de energierijke stof glucose en tot zuurstofgas (O2). Omdat producenten zelf energierijke stoffen kunnen aanmaken, zijn ze autotroof. Consumenten en reducenten zijn heterotroof, want ze halen energierijke organische stoffen bij andere organismen door die op te eten.

Om alle organische energierijke stoffen aan te duiden die door organismen geproduceerd worden, gebruikt men de term biomassa. Stoffen zoals steenkool, aardgas of krijt werden gevormd in geologische processen en niet door organismen, en maken daarom geen deel uit van de biomassa.

Dankzij talrijke voedselrelaties binnen een voedselweb wordt er in het ecosysteem voortdurend materie van het ene naar het andere organisme doorgegeven.

eikenblad rups koolmees boomvalk

S Afb. 158 Voedselketen

S Afb. 159

Producenten zijn autotrofe organismen. Ze produceren energierijke verbindingen via fotosynthese en vormen daarom de eerste schakel van een voedselketen.

OPDRACHT 4

Je leerde al dat de beschikbare hulpbronnen, zoals het aantal nestkastjes, een effect hebben op de concurrentie tussen organismen en daardoor ook op het aantal organismen in een bepaald gebied. Bestudeer hier een voorbeeld waarbij de populatie van muggen en boomkikkers jaar na jaar met elkaar vergeleken wordt. Beantwoord de vragen.

Om te begrijpen hoe de populatie muggen en boomkikkers van jaar tot jaar verandert, moet je eerst informatie verzamelen over het aantal individuen in een populatie. Het is niet mogelijk om dat exacte getal te kennen, maar het is wel in schatten op basis van waarnemingen en door een aantal individuen te vangen. Als je de gegevens in een grafiek weergeeft, krijg je de onderstaande voorstelling.

Vlaanderen

1 Je ziet dat het aantal organismen van elke soort rond een evenwichtswaarde schommelt. Welke interactie is daarvan de oorzaak?

2 De schommelingen in de aantallen hebben als gevolg dat de beschikbaarheid van hulpbronnen varieert. Welke hulpbron wordt hier beïnvloed?

Je kunt dus stellen dat het aantal organismen van de ene soort een uitwerking heeft op het aantal organismen van een andere soort. Aangezien er tussen beide soorten een voedselrelatie bestaat, kun je stellen dat door de schommeling in aantallen organismen ook de beschikbaarheid van voedsel varieert

aantal muggen (x 1000) aantal boomkikkers

W Grafiek 4 Aantallen muggen en boomkikkers in een fictieve regio in

S Afb. 160 Een mug op de rug van een boomkikker

OPDRACHT 5

B Verlies van biomassa per trofisch niveau

Uit die fluctuaties in aantal soorten kun je afleiden dat het aantal organismen, en dus ook de hoeveelheid voedsel, binnen een voedselrelatie kan wijzigen. Dat heeft gevolgen voor de volgende schakels in de voedselketen. Zoals je al leerde, kun je die hoeveelheden weergeven met behulp van een andere voorstelling, de voedselpiramide.

De voedselpiramide is een kwantitatieve voorstelling van voedselrelaties in een ecosysteem. Elke verdieping van de piramide komt overeen met één schakel uit de voedselketen of met een bepaald voedselniveau of trofisch niveau van de piramide. In deze voorstelling wordt het aantal vertegenwoordigers weergegeven dat per schakel in de voedselketens aanwezig is.

Op een stuk bos werd een inschatting gemaakt van het aantal individuen dat van enkele soorten (koolmezen, eikenbomen, boomvalken en rupsen) aanwezig is.

Hieronder zie je twee grafieken, A en B, opgesteld met behulp van die inschatting.

Voedselpiramide op basis van de aantallen organismen per trofisch niveau

consument van de 3e orde heterotroof carnivoor

consument van de 2e orde heterotroof carnivoor

consument van de 1e orde heterotroof herbivoor

S Afb. 161

autotrofe producent

Voedselpiramide van aantallen

OPDRACHT 5 (VERVOLG)

B Voedselpiramide op basis van de biomassa per trofisch niveau

consument van de 3e orde

©VANIN

consument van de 1e orde producenten

consument van de 2e orde

162

1 Welke voorstelling geeft het best weer hoeveel voedsel er per trofisch niveau beschikbaar is?

2 Hoe kun je dat verschil verklaren?

OPDRACHT 6 DOORDENKER

In het voorstellen van de biomassa van opeenvolgende niveaus van een ecosysteem ontstaat een piramide en bijvoorbeeld geen kubus. Hoe verklaar je dat?

UIt de opdracht blijkt dat het duidelijker is om elk trofisch niveau weer te geven door de hoeveelheid biomassa die het vertegenwoordigt. Dat is, zoals we al gezien hebben, de massa van al het energierijke materiaal dat door organismen geproduceerd wordt. In een gezond ecosysteem daalt de biomassa bij de overgang naar een hoger trofisch niveau. Je kunt dan meteen ook zien dat de hoeveel biomassa die doorstroomt naar een volgend trofisch niveau, afneemt. Er wordt dus slechts een deel van het opgenomen voedsel als bouwstof en brandstof voor het volgende trofisch niveau gebruikt. Er is een afname van de hoeveelheid organische stoffen die als voeding dient voor het volgende trofisch niveau.

S Afb.

Piramide van biomassa: in een gezond ecosysteem is de biomassa van de producenten steeds groter dan de biomassa van de consumenten van de eerste orde.

OPDRACHT 7

Bestudeer het schema hieronder en beantwoord de vragen. W Afb. 163 brandstof voor levensprocessen 1

1 Beschrijf in je eigen woorden welk proces er plaatsvindt bij de blauwe pijlen in het schema.

2 Noteer bij elk cijfer in de tabel waardoor het verlies aan biomassa in de voedselpiramide ontstaat.

1 Biomassa wordt verbruikt als brandstof voor levensprocessen. 2 3

Uit de afbeelding uit opdracht 7 volgt dat er een pakketje biomassa is dat niet doorstroomt naar het volgende trofisch niveau. Er kan dus slechts een gedeelte van het opgenomen voedsel door het volgende trofisch niveau als bouwstof dienen. Dat verlies van biomassa leidt dus tot het afnemen van het aantal consumenten naarmate de voedselketen langer wordt. Zo zijn er vaak slechts één of twee boomvalken, samen goed voor 400 g biomassa, te vinden in een bos, terwijl er vele kilogrammen planten en rupsen voorkomen.

C De materiekringloop als basis van een ecosysteem in evenwicht

OPDRACHT 8 DOORDENKER

In opdracht 7 kon je vaststellen dat er in de voedselpiramide veel biomassa verloren gaat. Leg uit hoe reducenten en planten er samen voor zorgen dat dat geen probleem voor het ecosysteem hoeft te zijn.

©VANIN

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

brandstof voor levensprocessen

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

afgestorven organismen

biomassa voor reducenten

S Afb. 164 Van voedselpiramide naar kringloop van materie

producenten

Het verlies van biomassa dat je in de voedselpiramide kunt waarnemen, toont enkel een vermindering van het beschikbare voedsel voor een volgend trofisch niveau, maar het is geen verlies voor het ecosysteem. De verloren biomassa wordt door de reducenten uit het ecosysteem gebruikt als energiebron en omgezet in stoffen die door producenten worden gebruikt om nieuwe organische stoffen op te bouwen. Dankzij de reducenten wordt de voedselketen gesloten en ontstaat er een materiekringloop. Dankzij het voortdurende hergebruik van materie kan een ecosysteem gezond blijven

consumenten van de eerste orde

reducenten

consumenten van de tweede orde

W Afb. 165

Je kunt voedselrelaties tussen de organismen van een levensgemeenschap voorstellen in een voedselketen of in een voedselweb. Die voedselrelaties hebben als gevolg dat materie wordt doorgegeven van het ene naar het andere organisme in een levensgemeenschap.

Een voedselpiramide is een kwantitatieve voorstelling van de voedselrelaties per trofisch niveau. Er wordt aangegeven hoeveel biomassa er voor een volgend trofisch niveau beschikbaar is en hoeveel biomassa er per niveau verloren gaat.

Reducenten gebruiken de biomassa die niet doorstroomt naar een volgend trofisch niveau als voedselbron. Dankzij de reducenten ontstaat er een kringloop van materie of materiekringloop. Die materiekringloop vormt de basis voor een evenwichtig ecosysteem; zonder die kringloop kan een ecosysteem zichzelf niet onderhouden.

` Maak oefening 3, 4 en 5 op p. 193-194.

consumenten

anorganische stoffen organische stoffen organische (afval)stoffen organische (afval)stoffen producenten

reducenten

OPDRACHT 9

D Voorbeelden van kringlopen

Aangezien materie telkens hergebruikt wordt en in andere vormen voorkomt, ontstaan er kringlopen. Je kunt van elk element de cyclus volgen die het in de kringloop aflegt. Voor een ecosysteem zijn de vier belangrijkste materiekringlopen de waterkringloop, de stikstofkringloop, de koolstofkringloop en de zuurstofkringloop.

D1 De waterkringloop

Ongeveer 70 % van het aardoppervlak is bedekt met water. Water is onmiskenbaar de belangrijkste molecule op aarde. Water maakt leven mogelijk en houdt het ook in stand. Niet drinken is al na een viertal dagen fataal. Alle levende organismen bestaan voor een groot deel uit water. Een mens bestaat gemiddeld voor 68 % uit water.

Het water op aarde is voortdurend in beweging en vormt een circulatie die we de waterkringloop noemen.

Op de afbeelding wordt een waterkringloop voorgesteld.

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

1 Lees eerst de stappen van het proces dat plaatsvindt.

Vervolledig daarna de bovenstaande afbeelding met de juiste cijfers.

1 Door opwarming van de zon en door transpiratie verdampt water op het aardoppervlak.

2De waterdamp stijgt, maar in hogere luchtlagen zal hij door lagere temperaturen condenseren tot wolken.

3Water komt elders in de vorm van neerslag uit de wolken terug op het aardoppervlak terecht. Afhankelijk van de temperatuur kan dat regen, hagel of sneeuw zijn.

4Een deel van de neerslag komt weer terecht in oceanen, zeeën of rivieren. Van daaruit kan het door opwarming opnieuw verdampen. Een gedeelte dringt door de bodem en komt in het grondwater terecht. Uiteindelijk zal ook langs die weg het water afvloeien naar zee.

2 Leg uit via welke processen de uitwisseling van water tussen producenten en consumenten verloopt.

Water gaat dus niet verloren. In de waterkringloop circuleert water tussen zee, wolken en neerslag. Water wordt ook voortdurend uitgewisseld tussen producenten en consumenten.

WEETJE

Op vind je een extra opdracht om de stikstofkringloop in te oefenen.

D2 De stikstofkringloop

De stikstofkringloop geeft de weg weer die het stikstofatoom in een ecosysteem volgt.

Stikstof zit in heel wat organische verbindingen die een belangrijk bestanddeel zijn van alle organismen. Het is een essentieel element in eiwitten, maar het komt ook voor in erfelijk materiaal en in bladgroen. Alle organismen moeten hun stikstof dus ergens vandaan halen. De grootste voorraad stikstof bevindt zich in de atmosfeer in de vorm van stikstofgas (N2). Atmosferische stikstof in de vorm van gas kan niet rechtstreeks worden ingebouwd, omdat de binding of fixatie van die gasdeeltjes in eiwitten niet zomaar mogelijk is.

Ook planten kunnen dat gas niet gebruiken voor hun eiwitproductie. Heterotrofe organismen halen de nodige stikstof, net zoals alle andere voedingsstoffen, uit hun voeding. Planten zijn aangewezen op nitraat(of NO3-) en ammoniumionen (of NH4+) die ze met hun wortels uit de bodem en het bodemwater halen. Die anorganische stikstofverbindingen moeten voortdurend worden aangevuld, anders zou er al snel een tekort van ontstaan.

©VANIN

OPDRACHT 10

Bekijk aandachtig de afbeelding van de stikstofkringloop en beantwoord de vragen.

vastleggen van stikstof

producenten

vrijzetten van stikstof uit anorganische verbindingen

bliksem

organische stikstofverbindingen

consumenten

dierlijke eiwitten

regen

wortelknolbacteriën

stikstof in organische (afval)stoffen

reducenten

denitrificerende bacterien

S Afb. 166 De stikstofcyclus

anorganische stikstofverbindingen

stikstoffixerende vrije bacteriën

OPDRACHT 10 (VERVOLG)

1 Welke stikstofverbindingen hebben planten nodig voor de aanmaak van plantaardige eiwitten?

2 We volgen nu het element stikstof door de stikstofcyclus.

a Het onbruikbare stikstofgas uit de lucht kan op verschillende manieren worden vastgelegd in NH4+ en NO3–, dat bruikbaar is voor de aanmaak van plantaardige eiwitten. Noteer drie mogelijkheden.

b Je weet al dat er biomassaverlies is in de voedselpiramide. Toch gaan die organische stikstofverbindingen niet verloren. Welke organismen zorgen ervoor dat die verbindingen weer bruikbaar zijn voor planten?

c Dieren kunnen niets doen met anorganische stikstofverbindingen. Hoe komen zij aan de nodige stikstof voor de opbouw van eiwitten?

d Wanneer er te weinig zuurstofgas aanwezig is in de bodem, verdwijnen anorganische stikstofverbindingen zoals NH4+ en NO3– uit de bodem. Leid uit de afbeelding af hoe dat gebeurt.

Deze leerstof is uitbreiding.

1 Stikstof kan via verschillende processen worden vastgelegd in een vorm die bruikbaar is voor planten. Het proces waarbij stikstofgas (N2) uit de lucht vastgelegd of gefixeerd wordt in ammonium (NH4+) en nitraten (NO3-) noemt men stikstoffixatie.

2 Er is nog een andere manier waarop stikstof ter beschikking komt van de plant. Je weet al dat er bij de overgang tussen elk trofisch niveau verlies is van biomassa. Dat komt door het afsterven van organismen en door onverteerde resten in uitwerpselen. Daarin zit stikstof verankerd in eiwitten en in erfelijk materiaal. Door tussenkomst van reducenten wordt de stikstof in het organisch materiaal omgezet in een vorm die bruikbaar is voor planten. Die afbraak van organische stikstofverbindingen noemt men ook stikstofdissimilatie.

Dat gebeurt in verschillende stappen:

• tijdens de rotting of ammonificatie wordt stikstof in eiwitten door bacteriën vrijgezet onder de vorm van ammoniumionen (NH4+). Dat is de ammonificatie;

• daarna worden die ammoniumionen (NH4+) door nitrificerende bacteriën in meerdere stappen omgezet tot nitraationen (NO3-). Dat is de nitrificatie.

rottingsbacteriën nitrietbacteriën nitraatbacteriën

organische stofanorganische stofanorganische stofanorganische stof

ammonificatie nitrificatie nitrificatie

S Afb. 167 Rol van bacteriën in ammonificatie en nitrificatie: eerst wordt NH4+ door nitrietbacteriën omgezet tot NO2-. NO2- wordt op zijn beurt door nitraatbacteriën omgezet tot nitraat (NO3-).

De planten nemen de nitraationen (NO3-) en in mindere mate ammoniumionen (NH4+) op om er organische stikstofverbindingen mee te maken. Dat proces waarin organische stikstofverbindingen worden opgebouwd, is de stikstofassimilatie.

3 Voor dieren zijn die anorganische ionen geen geschikte stikstofbron. Voedsel dat veel nitraat bevat, is zelfs schadelijk voor dieren. Planteneters geraken aan de nodige stikstof door het nuttigen van plantaardige eiwitten, die dan in dierlijke eiwitten worden omgezet. Ook dat proces van omvormen naar andere stikstofverbindingen is stikstofassimilatie. De dierlijke eiwitten worden in de volgende schakels van de voedselketen doorgegeven.

4 Ten slotte kunnen nitraten door denitrificerende bacteriën worden omgezet naar stikstofgas (N2) dat in de lucht terechtkomt. Dat proces noemt men de denitrificatie; het vindt plaats als er te weinig O2 aanwezig is in de bodem. Dat is bijvoorbeeld het geval wanneer de bodem oververzadigd is met water waarin weinig zuurstofgas oplost.

OPDRACHT 11 DOORDENKER

In de kringloop zie je dat stikstof telkens opnieuw kan worden gebruikt, zij het in een andere moleculaire verbinding. Stikstof gaat dus niet verloren voor het ecosysteem. Dankzij die kringloop beschikken alle organismen van de levensgemeenschap over voldoende stikstofhoudende verbindingen om in leven te blijven.

Een vos komt aan de rand van een bos aan zijn einde.

1 Onder welke vorm bevindt het stikstofatoom zich in het kadaver?

2 Welke stappen zijn er nodig om die vorm van stikstof om te vormen tot nitraat?

WATERKRINGLOOP

verdamping ademhaling transpiratie producenten consumenten transport condensatie neerslag

infiltratie grondwater

STIKSTOFKRINGLOOP

anorganische N-verbindingen organische N-verbindingen

N in organische (afval)stoffen

bacteriën N 2 denitrificatie consumenten

producenten reducenten

De waterkringloop is het circuleren van water tussen zee, wolken en neerslag.

De stikstofkringloop geeft de weg weer van het stikstofatoom in een ecosysteem.

` Maak oefening 6 op p. 194.

fixatie

E De belangrijke functies van micro-organismen

OPDRACHT 12 ONDERZOEK

Test het zelfreinigende vermogen van een beek of vijver aan de hand van Labo 07 op .

©VANIN

Je hebt al kunnen vaststellen dat micro-organismen als reducenten een cruciale rol hebben in de continuïteit van materiekringlopen. Ze ruimen dood organisch materiaal op en maken nutriënten opnieuw beschikbaar voor de producenten. In de stikstofkringloop zorgen bacteriën en andere micro-organismen er enerzijds voor dat N vrijgemaakt wordt uit afgestorven of onverteerd organisch materiaal. Anderzijds verpakken ze N in een vorm die bruikbaar is voor de stikstofassimilatie in planten, bijvoorbeeld door stikstofgas (N2) uit de lucht te fixeren.

Ook op andere manieren hebben micro-organismen een belangrijke functie in ecosystemen. Als reducenten zijn micro-organismen belangrijk voor het zelfreinigende vermogen van water. Voor natuurlijke waterzuiveringssystemen, zwemvijvers en rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt gebruikgemaakt van de natuurlijke kringlopen om het water te zuiveren. Als materiaal dat zwaarder is dan water, zoals uitwerpselen en dode planten of dieren, naar de bodem zakt, breken de micro-organismen dat af tot anorganische stoffen. Het zuurstofgas dat de micro-organismen daarvoor nodig hebben, wordt door de luchtstengels van het riet continu aangevoerd.

De nutriënten die de reducenten uit organisch afval in het water vrijzetten, worden dan door het riet opgenomen voor de productie van organische stoffen. De reducenten sluiten op die manier ook de voedselketen in een aquatisch milieu

Omdat de reducenten zuurstofgas nodig hebben voor de afbraak van organisch materiaal, is een natuurlijke waterzuivering efficiënter naarmate het water beter belucht is. De zuiverende capaciteit van stromend water is daarom beter dan die van stilstaand water.

Opdat de materie in een ecosysteem kan worden hergebruikt, zijn microorganismen onontbeerlijk.

Reducenten zoals micro-organismen en schimmels spelen een sleutelrol in kringlopen. Zij voeden zich met de biomassa die niet doorstroomt naar een volgend trofisch niveau. Hun afvalstoffen bevatten de elementen die de producenten nodig hebben om nieuwe organische stoffen aan te maken.

` Maak oefening 7 op p. 195.

Afb. 168

Naast riet worden ook andere planten in natuurlijke waterzuiveringssystemen gebruikt.

Afb. 169

Zuiver stromend water

2.2 Wat is het belang van energie voor een evenwichtig ecosysteem?

Alle organismen hebben energie nodig om te overleven. Ze hebben energie nodig om te bewegen, om stoffen in het lichaam te transporteren, om voedsel te verteren ... Heterotrofe organismen halen die energie uit voedsel dat energierijke organische stoffen bevat, zoals suikers, eiwitten en vetten.

Die energierijke organische verbindingen zijn net die verbindingen die samen de biomassa vormen. Een hoeveelheid biomassa komt dus overeen met een bepaalde hoeveelheid chemische energie

©VANIN

OPDRACHT 13

Bekijk aandachtig afbeelding 170.

voedselniveau 4 consument derde orde

voedselniveau 3 consumenten tweede orde

voedselniveau 2 consumenten eerste orde

voedselniveau 1 producenten

1 000 000 Jzonne-energie

1 Vergelijk de energie-inhoud per trofisch niveau.

Wat stel je vast?

2 Planten halen energie uit de zon.

Hoe komen organismen uit de volgende trofische niveaus aan energie?

W Afb. 170 Piramide van energie in het ecosysteem ‘grasland’

3 Via welke processen gaat de energie in de piramide verloren?

Vergelijk met de afbeelding uit opdracht 7.

©VANIN

4 Kunnen de reducenten het verlies aan energie oplossen?

Het verbrandingsproces waarbij energie uit de biomassa wordt gehaald, gebeurt bij alle eukaryoten in de mitochondriën, de energiecentrales van de cel. Door energierijke stoffen in de aanwezigheid van zuurstofgas (O2) te verbranden, produceren de mitochondriën energie die bruikbaar is voor de cellen. Dat proces is de celademhaling. Het gevolg is dat de biomassa met elk trofisch niveau afneemt, waardoor er ook telkens minder energie overblijft

Verder is niet alle energie die bij de verbranding vrijkomt ook bruikbaar voor de cellen, want de meeste energie komt vrij onder de vorm van warmte.

bouwstenen

voedsel

energierijke organische stoffen of biomassa

S Afb. 171

energie

nodig voor de groei

nodig voor herstel van beschadigde weefsels

nodig voor levensprocessen

nodig om arbeid te leveren

warmte

organische stoffen of biomassa gebruiken organismen als bouwstoffen en als brandstof.

Aangezien er per trofisch niveau minder energie beschikbaar is, kan die afname ook in piramidevorm worden weergegeven. Die voorstelling noemen we de piramide van energie van een ecosysteem.

OPDRACHT 14

In het onderstaande schema staat een piramide voor biomassa afgebeeld. Welk proces hoort op welke plaats in het schema?

Vul aan met de juiste term uit de rechterkolom van de tabel.

Proces

Bij de start ontvangen de producenten hun energie van de zon en kunnen zo aan fotosynthese doen.

Tijdens de celademhaling wordt een deel van de biomassa verbonden met zuurstof (verbranding) waardoor energie, koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) vrijkomen. Die energie dient voor het op gang houden van de eigen levensprocessen.

Bouwstoffen in de voeding worden gebruikt voor de aanmaak van eigen lichaamseiwitten.

Veel energie komt vrij onder de vorm van warmte

Er is verlies van biomassa

©VANIN

Term

FS

CA

energiebron

BS

W

VB

energie van de zon

In tegenstelling tot materie verdwijnt er dus voortdurend energie uit een ecosysteem. Via de fotosynthese wordt er steeds energie toegevoegd. Opdat alle organismen voldoende energierijk voedsel zouden vinden, is het nodig dat het energieverlies voortdurend wordt aangevuld. Men spreekt daarom van een energiestroom. Enkel op die manier kunnen alle organismen overleven en kan een ecosysteem blijven bestaan.

OPDRACHT 15

Waaruit kun je afleiden dat er geen energiekringloop bestaat in een ecosysteem?

©VANIN

Op vind je een extra opdracht om de koolstofkringloop in te oefenen.

A Verband tussen materiekringloop en energiestroom

Binnen een ecosysteem wordt materie telkens hergebruikt; er ontstaat een materiekringloop. Maar de energie verdwijnt voortdurend uit het ecosysteem en moet continu worden aangevuld. Beide systemen zijn van elkaar afhankelijk, dat zie je als je de koolstofkringloop en de zuurstofkringloop bestudeert.

Koolstof en zuurstof zijn allebei een belangrijk element van organische stoffen: ze komen voor in eiwitten, suikers, vetten en erfelijk materiaal, kortom in alle bouwstoffen van organismen. Bovendien spelen ze ook een belangrijke rol in zowel materiekringlopen als in de energiestroom.

A1 De koolstofkringloop

De koolstofkringloop is de weg die koolstof in ecosystemen kan afleggen. We kunnen die weg beschrijven aan de hand van de volgende processen: voeding, fotosynthese, ademhaling en afbraakprocessen.

CO 2 atmosfeer

fotosynthese

ademhaling ademhaling

ademhaling

producenten

organische koolstofverbindingen

koolstof in organische (afval)stoffen

koolstofhoudende anorganische stoffen

S Afb. 172 De koolstofkringloop

consumenten

koolstof in organische (afval)stoffen

reducenten

WEETJE

In het fotosyntheseproces wordt koolstof via CO2 vastgelegd in glucosemoleculen. We noemen dat ook wel de koolstofassimilatie. Koolstof wordt, samen met andere anorganische stoffen zoals nitraten (NO3-) en fosfaten (PO43-), ingebouwd in meerdere organische stoffen. Vandaar dat we de energierijke organische stoffen ook koolstofverbindingen noemen.

Uit de koolstofverbindingen halen organismen tijdens de celademhaling hun nodige energie. De koolstof die in suikers, eiwitten en vetten aanwezig is, komt tijdens de afbraak van die energierijke organische stoffen vrij als CO2. Dat is de koolstofdissimilatie. Via de celademhaling verdwijnt er dus weer koolstof uit het ecosysteem en wordt de voorraad in de atmosfeer opnieuw aangevuld.

Je ziet dat celademhaling en fotosynthese het CO2-gehalte in de atmosfeer op een omgekeerde manier beïnvloeden. Tegelijk zorgen beide processen voor een aanvoer en een afvoer van energie uit de voedselketen. Op die manier zijn de materiekringloop van koolstof en de energiestroom sterk met elkaar verbonden. In werkelijkheid is de koolstofkringloop complexer. Heel wat andere processen houden ook verband met de CO2-concentratie in de atmosfeer. Zo lost een deel van de CO2 op in bodems en oceanen en zorgen de verbranding van fossiele brandstoffen en ontbossing voor een sterke toename.

A2 De zuurstofkringloop

De zuurstofkringloop is de weg die een zuurstofatoom in ecosystemen kan afleggen. Groene planten en algen brengen door fotosynthese O2 in de lucht. Dat gas is onontbeerlijk voor de celademhaling van de meeste organismen. Ook voor de verbranding van fossiele brandstoffen is O2 onmisbaar.

©VANIN

opname water en CO 2 in de fotosynthese

O 2 atmosfeer

O2-opname ademhaling O2-opname ademhaling

producenten consumenten

zuurstof in organische stoffen

zuurstof in organische (afval)stoffen

zuurstofhoudende anorganische stoffen

Afb. 173 De zuurstofkringloop

zuurstof in organische (afval)stoffen

reducenten

OPDRACHT 16

Bestudeer afbeelding 174 en leid daaruit af hoe de zuurstof- en koolstofkringloop verbonden zijn. Beantwoord de vragen. CO 2

fotosynthese energie toegevoegd

suiker

zetmeel vetteneiwitten bladgroen

ademhaling energie verbruikt reacties beweging warmte voeding suiker + + O 2 O 2 O 2 W Afb. 174 De zuurstofkringloop

1 Bij welk proces worden CO2 en H2O uit de atmosfeer vastgelegd in de materiekringloop?

2 Welke stof wordt er daarbij gevormd?

3 Wat wordt er nog in glucose vastgelegd, naast de bouwstoffen CO2 en H2O?

4 In welk proces wordt glucose verbruikt?

5 Waar in de cel vindt dat proces plaats?

6 Naast glucose is er nog een stof die essentieel is voor dat proces. Welke stof is dat?

7 Wat komt er naast, CO2 en H2O, nog vrij in dat proces?

Tijdens de celademhaling wordt CO2 gevormd. Autotrofe organismen nemen dat gas op om aan fotosynthese te kunnen doen. Een levensgemeenschap kan zichzelf onderhouden als de organismen over voldoende energie beschikken om te overleven. Zonder de voortdurende input van energie via het fotosyntheseproces raakt het evenwicht in een ecosysteem verstoord. De zuurstof- en koolstofkringloop zijn dus met elkaar verbonden. De celademhaling en de fotosynthese zorgen er dus ook samen voor dat het zuurstofniveau binnen een ecosysteem op peil blijft.

Energie in een ecosysteem wordt doorgegeven via biomassa.

De producenten zetten tijdens de fotosynthese zonne-energie om in chemische energie. Dat gebeurt door de energiearme stoffen CO2 en H2O om te vormen naar glucose. Bij dat proces komt O2 vrij. Vanuit glucose worden weer andere energierijke organische stoffen opgebouwd. Die worden door alle trofische niveaus verbruikt als energiebron. Tijdens de celademhaling wordt de nodige energie vrijgezet uit die koolstofverbindingen. Organismen hebben daarvoor O2 nodig en stoten dan weer CO2 en H2O uit.

In een voedselpiramide wordt de doorgegeven biomassa en dus ook het doorgegeven pakketje energie bij elk trofisch niveau kleiner.

De koolstofkringloop en de zuurstofkringloop zijn nauw met elkaar verbonden.

` Maak oefening 8 t/m 11 op p. 195-196.

Deze leerstof is uitbreiding (voor KathOndVla).

S Afb. 175 Het gentiaanblauwtje heeft een complexe levenscyclus en overleeft enkel in de aanwezigheid van een populatie van klokjesgentianen en van steekmieren. De klokjesgentiaan is een vrij zeldzame en kwetsbare bloemsoort in Vlaanderen.

OPDRACHT 17 DOORDENKER

2.3 Waarom is biodiversiteit noodzakelijk voor een evenwichtig ecosysteem?

Net zoals de hoeveelheid CO2 en O2 binnen een ecosysteem op peil wordt gehouden, moet er voor alle stoffen binnen een gezond ecosysteem een evenwicht zijn tussen productie en verbruik. De aanmaak van energierijke organische stoffen of biomassa door de producenten moet in balans zijn met het verbruik ervan door de consumenten. Continue materiekringlopen en energiedoorstroming zijn twee drijvende krachten voor het succesvol behouden van evenwicht in een ecosysteem.

A Belang van biodiversiteit

Om dat evenwicht in stand te houden, is biodiversiteit binnen een ecosysteem van essentieel belang. Alle aanwezige organismen samen zorgen ervoor dat er in het ecosysteem zowel producenten, consumenten als reducenten voorkomen. Zo houden ze de materiekringloop en de doorstroom van energie in stand en blijft het ecosysteem in balans. Na een verstoring, bijvoorbeeld een brand of een ziekte, kunnen ecosystemen zich beter en sneller herstellen als eenzelfde functie binnen een ecosysteem door meerdere soorten wordt uitgeoefend.

©VANIN

Het uitsterven van een bepaalde rupsensoort kan het behoud van vogels in het gedrang brengen. Beredeneer hoe voldoende biodiversiteit daartegen kan helpen.

Ecosystemen waarin verschillende soorten eenzelfde rol delen, zijn dus minder kwetsbaar; ze hebben een hogere weerstand

De grote diversiteit aan soorten is een goede verzekering voor het behoud van het ecosysteem. Ecosystemen met een lage diversiteit, zoals bij monoculturen in de landbouw gebruikelijk is, zijn daardoor veel gevoeliger voor ziekten dan natuurlijke systemen.

Biodiversiteit is dan ook de belangrijkste indicator voor een gezond ecosysteem. Hoe groter de variatie van organismen in een ecosysteem, hoe beter het ecosysteem gewapend is om weerstand te bieden tegen een bedreiging en hoe beter het kan (over)leven.

licht = abiotische factor

fotosynthese → planten = biotische factor

biomassa

materiekringloop energiestroom

S Afb. 176

Biotische en abiotische factoren, materiekringlopen en energiestroom in een ecosysteem zijn met elkaar verbonden.

In een gezond ecosysteem is het evenwicht tussen productie en verbruik essentieel. Voldoende biodiversiteit is daarvoor een noodzaak, voor elke functie moeten er meerdere vertegenwoordigers aanwezig zijn. Enkel dan kan er bij verstoringen een kringloop van materie blijven bestaan en is er een voortdurende input van energie gegarandeerd.

B Wisselwerking tussen biodiversiteit en andere factoren

©VANIN

Om de biodiversiteit in een ecosysteem te behouden, moeten er zo veel mogelijk verschillende soorten bewoners zijn. Dat betekent dat er voldoende hulpbronnen moeten zijn, anders wordt de draagkracht van het gebied overschreden. Elk individu moet dus kunnen beschikken over voldoende voedsel, een woonplaats, een partner, de juiste temperatuur …

Meerdere factoren hebben daarop een invloed.

• In het voorbeeld van de boomkikker kon je zien dat de dieren niet kunnen gedijen zonder oevervegetatie als woonplaats, noch zonder muggen, wantsen en regenwormen als voedsel. Andersom veroorzaakt de aanwezigheid van bepaalde schimmels of van vissen het uitsterven van de boomkikker. In het algemeen bepalen meerdere biotische factoren, zoals de aanwezigheid van roofdieren en prooien of de blootstelling aan parasieten, of een organisme in een ecosysteem kan overleven.

• De afwezigheid van licht of water, te lage temperaturen of troebel water zijn abiotische factoren die het overleven van de boomkikker bedreigen. Die abiotische factoren zijn essentieel voor heel wat organismen. Ook andere abiotische factoren kunnen een rol spelen: ze kunnen de groei van planten beïnvloeden, bepalen waar planten en dieren aangetroffen worden en waarom vogels migreren. Abiotische factoren zoals temperatuur, windsnelheid, vochtigheid, zonlicht en schaduw zijn verbonden met het klimaat.

• Andere abiotische factoren hebben betrekking op de bodem, bijvoorbeeld de zuurtegraad (pH) en het mineraalgehalte. De invloed van abiotische factoren is vaak indirect. Zo kan de pH van de bodem bepalen of de kringloop van voedingsstoffen kan plaatsvinden of kan de windsnelheid bepalen hoe (ver) zaden worden verspreid.

• Ook de input van energie heeft een invloed. Zo is licht noodzakelijk voor fotosynthese, zodat producenten in staat zijn om energierijke organische stoffen of biomassa aan te maken.

• Verandering van de abiotische factoren in een ecosysteem leiden tot (extreme) problemen voor het overleven van sommige organismen. Planten die aangepast zijn en maar kunnen overleven bij relatief lage temperaturen worden bedreigd door stijgende temperaturen die het gevolg zijn van de klimaatverandering.

• Op die manier beïnvloeden abiotische factoren het overleven van planten en dieren. De abiotische factoren zijn bepalend voor de biotoop van de levensgemeenschap.

• De productie van biomassa is dan weer rechtstreeks verbonden met materiekringlopen. De aanwezigheid van koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) is noodzakelijk voor fotosynthese, planten hebben nitraten (NO3-) nodig voor de opbouw van eiwitten en dieren moeten dan weer andere organismen eten om aan de nodige stikstof te geraken.

• Samen met de aanmaak van biomassa wordt er ook energie in het ecosysteem gebracht. Het fotosyntheseproces zorgt zo voor de blijvende instroom van energie.

©VANIN

abiotisch

water

bodem

lucht

zonne-energie

koolstof water stikstof zuurstof

MATERIEKRINGLOOP

koolstof water stikstof zuurstof

S Afb. 177 Materiekringloop, een wisselwerking tussen biotische en abiotische factoren

biotisch • planten • dieren • bacteriën • schimmels

Om het evenwicht tussen productie en verbruik in stand te houden is biodiversiteit binnen een ecosysteem van essentieel belang. Hoe groter de diversiteit aan soorten organismen in een ecosysteem, hoe beter het ecosysteem gewapend is om weerstand te bieden tegen een bedreiging en hoe beter het kan (over)leven. Biodiversiteit is de belangrijkste indicator voor een gezond ecosysteem.

Abiotische factoren, biotische factoren, materiekringlopen en energiestromen in een ecosysteem zijn nauw met elkaar verbonden.

` Maak oefening 12 op p. 196-197.

Deze leerstof is uitbreiding (voor KathOndVla).

2.4 Wat is het belang van biodiversiteit voor de mens?

De verscheidenheid aan organismen is niet enkel immens en indrukwekkend mooi, tegelijk levert biodiversiteit ook heel wat voordelen voor de mens. Hieronder vind je een aantal voorbeelden van de waarde die een grote soortenrijkdom voor de mens kan hebben.

©VANIN

OPDRACHT 18

Lees de tekstjes en noteer welke voordelen biodiversiteit biedt.

Door de klimaatopwarming is er de bezorgdheid of koolmezen wel zullen overleven als soort. Ze kunnen de snelheid van de klimaatverandering niet bijhouden: de vogels slagen er immers steeds minder in om nog voldoende jonge winterrupsen als voedsel te vinden. Die rupsen stonden tientallen jaren geleden nog op het menu van mezenkuikens. Maar de eikenbomen waarop de rupsen leven, dragen de jongste jaren hun nieuwe bladeren weken vroeger door het opwarmende klimaat. Daarom zijn de jonge rupsen steeds minder aanwezig voor de

mezen, die pas later uit hun ei komen. Mogelijk leidt dat binnen enkele jaren niet enkel tot het uitsterven van de mezen, maar ook tot tal van rupsenplagen. Een rijke biodiversiteit kan dat probleem oplossen. De vroege aanwezigheid van andere, erg gelijkaardige vogelsoorten die net als de mees die rupsen op het menu hebben staan, kan mogelijk rupsenplagen opvangen. Bij een grotere variatie in vogelsoorten komen er immers soorten voor die hun eieren eerder leggen, om zo toch de vroegere, jonge winterrupsen te verorberen.

Het is een goed idee om in woonwijken en op bedrijventerreinen een diversiteit te voorzien aan groene planten die over een goed ontwikkeld wortelstelsel beschikken. Planten houden regenwater vast en zorgen ervoor dat water in de bodem kan dringen. Daardoor vloeit het water niet te snel af bij hevige regen en verdampt het niet te snel bij droogte. Andere soorten planten zijn dan weer bladarm of hebben kleine bladeren, waardoor delen van de bodem open in het zonlicht liggen: op die open plekken kunnen graafbijen nesten bouwen in het zand, wat dan weer voor bestuiving van nabijgelegen fruitbomen zorgt.

De grote biodiversiteit aan planten leidde al tot de ontwikkeling van tal van medicijnen. Denk daarbij aan sint-janskruid (tegen depressie), hop (als oestrogeen) en valeriaan (als rustgever). De plant zomeralsem (Artemisia annua) bevat de stof artemisinine. Die stof wordt massaal ingezet als krachtig antimalariamiddel. Ze helpt om de eencellige eukaryoot te bestrijden die die ziekte veroorzaakt. In 2015 ontvingen wetenschappers de Nobelprijs voor Geneeskunde voor hun onderzoek naar de plant en de werkzame stof. Zowat de helft van de voorgeschreven geneesmiddelen bevat of is afgeleid van natuurlijke bestanddelen. Tal van organismen bevatten immers moleculen met medicinale eigenschappen.

OPDRACHT 18 (VERVOLG)

EUKARYOTEN

reptielenamfibieënbeenvissenkraakbeenvissen

kaakloze vissen

BACTERIËN

mjg = miljoen jaar geleden

Wanneer je de tree of life bestudeert, kun je niet anders dan besluiten dat die stamboom ook een aaneenschakeling van gebeurtenissen, en dus een tijdlijn, voorstelt. Zo kun je eruit opmaken dat ongeveer 150 miljoen jaar geleden de vogels en reptielen uit een gemeenschappelijke voorouder zijn ontstaan (aangeduid met het groene bolletje). Op dat moment bestonden er al zoogdieren. De gemeenschappelijke voorouder waaruit zoogdieren, vogels en reptielen ontstonden, leefde 300 miljoen jaar geleden (aangeduid met het blauwe bolletje).

Alle huidige levende reptielen, vogels en zoogdieren, waaronder ook de mens, worden weergeven door de oranje bolletjes. Het is interessant om vast te stellen dat de huidige mensensoort Homo sapiens L. slechts een klein uiteinde vormt van een afstammingslijn in de tree of life. Onze soort vormt slechts een klein punt van het prachtige systeem aan levensvormen dat ontsproten is vanuit de oercel. Vanuit alle huidige soorten, en mogelijk ook vanuit de mens, zullen er nieuwe takjes ontspruiten. Daarnaast helpt de tree of life je om nieuw ontdekte soorten of fossielen van uitgestorven soorten te situeren in de afstammingslijn van de verschillende soorten.

Een grote soortenrijkdom kan de mens heel wat voordelen verschaffen:

• Bij voldoende biodiversiteit kunnen verschillende soorten organismen dezelfde functie uitoefenen.

• Biodiversiteit kan de mogelijke gevolgen van klimaatopwarming helpen op te vangen.

• Biodiversiteit maakt de omgeving leef- en werkbaar.

• Biodiversiteit levert geneesmiddelen.

• Biodiversiteit helpt om inzicht in de evolutie te verwerven.

3 Welke voordelen bieden ecosystemen voor de mens?

De manier waarop de natuur, en in het bijzonder een ecosysteem, ons leven verrijkt, is onbetaalbaar. Er zijn enkel voordelen aan een wereld met sterke en gezonde ecosystemen. Biodiversiteit in ecosystemen speelt daarin een cruciale rol. Biodiversiteit is niet alleen belangrijk voor het behoud van flora en fauna, maar ook voor de mens.

Om de voordelen voor de mens te beschrijven, werd het concept ecosysteemdienst ontwikkeld. Een ecosysteemdienst is elk positief voordeel dat een ecosysteem aan de mens biedt. De voordelen kunnen direct of indirect zijn, klein of groot. Ondanks dat de mens zichzelf met behulp van technologie probeert te beschermen tegen veranderingen in zijn omgeving, blijft hij toch fundamenteel afhankelijk van ecosysteemdiensten. Die diensten zijn echter niet onuitputtelijk; een ecosysteem moet gezond zijn om ze te kunnen blijven leveren.

De ecosysteemdiensten in de bovenstaande opdracht worden in vier groepen ondergebracht, nl. de producende, regulerende, culturele en ondersteunende diensten.

©VANIN

W Afb. 178

Ecosysteemdiensten: een waaier van voordelen die ecosystemen aan mensen leveren.

OPDRACHT 19

Hieronder staan enkele voordelen opgesomd die we uit het ‘mariene mileu van de Noordzee’ halen.

Vul de juiste termen in de tekst aan. Kies uit: regelen – zuivering – recreatie – ondersteuning – stabilisatie – producten

• We halen uit de Noordzee, zoals vissen, schaal- en schelpdieren, maar ook algen en micro-organismen gebruikt in cosmetica en souvenirs zoals schelpjes en zeesterren.

• De Noordzee kan CO₂ opnemen en daardoor de opwarming van de aarde mee

Daarnaast zorgen schelpkokerwormen voor van de zeebodem, duinen voor bescherming van het land en algen voor van het water.

• De Noordzee biedt ook niet-materiële voordelen, zoals toerisme en , maar ook kunst, onderzoek en educatie.

• De productie van zuurstof door algen via fotosynthese, de zandbanken als kraamkamer voor vele soorten en de hoge productie van biomassa door het voedselrijke zeewater zorgen voor een van de andere ecosysteemdiensten.

©VANIN

Ecosysteemdiensten zijn de voordelen die een ecosysteem aan mensen biedt. Die voordelen worden ingedeeld in vier ecosysteemdiensten: producende, regulerende, culturele en ondersteunende diensten. Evenwichtige ecosystemen zorgen ervoor dat de omgeving voor de mens leefbaar blijft. Ze vormen de basis van alles wat de mens nodig heeft om gezond en gelukkig te blijven.

` Maak oefening 13 en 14 op p. 197.

In een grote vijver zonder vervuiling en verstoring houdt de snoek de brasempopulatie in toom. Wanneer er – om welke reden dan ook – een forse toename van het aantal brasems optreedt, dan zorgen die voor het opwoelen van bodemslib tijdens het zoeken van voedsel. Dat vertroebelt het water, waardoor er minder licht bij de onderwaterplanten kan. Troebel water belemmert niet alleen de groei van planten, maar ook de jacht van snoeken.

a Waarom kun je een meer als een voorbeeld van een ecosysteem beschouwen?

b Welke positieve interactie kun je herkennen in dat ecosysteem?

c Welke negatieve interactie kun je herkennen in dat ecosysteem?

Aan de rand van het bos zie je soms de bosuil, die bij schemering omlaag duikt om muizen en kleine vogels te pakken. De sperwer jaagt eerder overdag behendig tussen bomen op kleine vogels.

a Vergelijk de habitat van beide vogels.

b Beide dieren jagen op hetzelfde voedsel, muizen en kleine vogels. Hebben ze dezelfde niche? Leg uit.

Een veehouder kweekt tien kalveren om als kalfsvlees aan het slachthuis te verkopen. Welke stelling is juist als je de massa van de kalveren vergelijkt met de massa van het totale voer dat de veehouder aan die kalveren heeft gespendeerd? Verklaar je keuze.

De massa van de kalveren en het totale veevoer zijn exact dezelfde.

De massa van de kalveren is het grootst.

De massa van het totale veevoer is het grootst.

De aarde heeft ongeveer 10 miljard hectare nuttige aardoppervlakte die over een populatie van 7 miljard mensen moet worden verdeeld. Een eenvoudige berekening toont aan dat elke aardbewoner recht heeft op bijna 1,6 ha. Dat noemen we de ecologische voetafdruk. De gemiddelde Belg heeft een ecologische voetdruk van 5 ha. Welke argumenten hanteren vegetariërs om geen vlees of vis te eten wanneer je denkt aan de energieverliezen?

ln de eerste kolom van de onderstaande tabel staan de processen van de stikstofkringloop.

a Vul in de tweede kolom de correcte naam van het proces aan.

b Vul in de derde kolom de organismen aan waarop het proces betrekking heeft. Kies uit: planten – bacteriën – schimmels

Proces Benaming Organismen

stikstofgas → ammonium

ammonium → nitraat

nitraat + fotosyntheseproducten → eiwitten

afbraak eiwitten in dode organismen → ammonium

nitraat → stikstofgas

Voor groenbemesting op akkers wordt vaak gekozen voor vlinderbloemigen.

a Op welke micro-organismen wordt gerekend voor de stikstofbemesting van de bodem?

b Welke stofomzetting

c Wat is de naam van dat proces?

Vul de correcte termen aan in de tekst. Kies uit: organische stoffen – anorganische stoffen –reducenten – zuurstofgas – stikstofgas – rietvelden

Soms worden gebruikt om afvalwater te zuiveren. De wortelstokken van het riet vormen een ideale voedingsbodem voor bacteriën en andere micro-organismen. Als materiaal dat zwaarder is dan water, zoals uitwerpselen en dode planten of dieren, naar de bodem zakt, breken de micro-organismen dat af tot (vooral CO2).

S Naast riet worden ook andere planten in natuurlijke waterzuiveringssystemen gebruikt.

Het dat de micro-organismen daarvoor nodig hebben, wordt door de luchtstengels van het riet continu aangevoerd. De nutriënten die de reducenten uit organisch afval in het water vrijzetten, worden dan door het riet opgenomen voor de productie van . Een overmaat aan stikstof in nitraten kan door andere bacteriën dan weer worden omgezet tot dat vrijkomt in de atmosfeer. De sluiten op die manier ook de voedselketen in een aquatisch milieu.

Veel tuinders verwarmen hun serres met aardgas. Sommigen leiden de verbrandingsgassen van de verwarmingsketels door de serres.

a Waarom doen tuinders dat?

b Van welke materiekringloop is dat een illustratie?

Beantwoord de vragen over de koolstofkringloop (zie afbeelding 172).

a In welk proces wordt koolstof vastgelegd in koolstofverbindingen?

b Wat is de belangrijkste bron van CO2 in dat proces?

c In welke stof wordt koolstof daar vastgelegd? Noteer de formule.

d Waar vind je koolstofverbindingen nog terug?

Geef twee voorbeelden om aan te tonen dat het fotosyntheseproces aan de basis ligt van meerdere interacties in een ecosysteem.

Leg voor elke factor uit hoe materie, energie en biodiversiteit bijdragen aan een goed functionerend ecosysteem.

Meerdere kringlopen staan met elkaar in verband.

a Verklaar hoe de water- en de koolstofkringloop met elkaar in verband staan via H2O en CO2

b Verklaar hoe de koolstof- en de zuurstofkringloop met elkaar in verband staan.

c Hoe staat de kringloop van water in verband met de zuurstofkringloop?

Raapzaad is een gewas dat als biobrandstof belangrijk is. Daarnaast kan het als groenbemester worden ingezet en zal het daardoor tegen bodemerosie bescherming bieden. De bloemen zijn bovendien een bron van nectar voor honingproductie. Noteer bij de verschillende functies van raapzaad de passende ecosysteemdienst.

Vaak kunnen kleine groene elementen in een landschap veel ecosysteemdiensten leveren omdat ze voorkomen vlakbij waar mensen wonen, werken en recreëren. Denk maar aan een eenvoudige bomenrij. Geef een voorbeeld van een producerende, regulerende en culturele dienst die zo’n bomenrij biedt.

Meer oefenen? Ga naar .

Î Hoe geraken ecosystemen uit evenwicht?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

M uitleggen dat organismen afhankelijk zijn van elkaar en van hun omgeving om te kunnen overleven;

M met voorbeelden aantonen dat de mens een positieve en negatieve invloed heeft op de biodiversiteit;

M met voorbeelden het belang van biodiversiteit voor de mens toelichten.

Je leert nu:

M hoe een verstoring van de kringloop de werking van het ecosysteem ontwricht;

M betrouwbare informatie opzoeken over de invloed van klimaatopwarming op ecosystemen, en duurzame oplossingen voorstellen.

66 miljoen jaar geleden kwam er abrupt een einde aan het tijdperk van de dinosauriërs. Wellicht zorgde de enorme impact van een meteorietinslag voor een lange tijd voor een donkere atmosfeer rond de aarde: er kon tijdelijk veel minder licht het aardoppervlak bereiken. Hoewel er nog altijd genoeg materie beschikbaar was om de kringlopen te laten draaien, kon er niet genoeg zonne-energie invallen om via de fotosynthese voldoende energierijke stoffen aan te maken. Mogelijk werd er daardoor te weinig biomassa aangemaakt om erg grote organismen, zoals dinosauriërs, van voldoende energierijk voedsel te voorzien. Het wegvallen van een grote hoeveelheid biomassa veroorzaakte de verstoring van tal van ecosystemen, wat de toenmalige biodiversiteit niet ten goede kwam.

1 Welke veranderingen kunnen ecosystemen beïnvloeden?

Je leerde al dat ecosystemen uit evenwicht kunnen raken. Drie elementen spelen daarbij een belangrijke rol:

• de materiekringloop: wanneer de verschillende organismen niet langer de nodige biomassa in de kringloop kunnen doorgeven of wanneer er materie bijkomt of verdwijnt, verstoort dat het evenwicht in de cyclus;

• de energiestroom: wanneer er niet langer voldoende energie in een ecosysteem kan binnenstromen of wanneer er niet genoeg energie doorstroomt tussen de verschillende trofische niveaus, kunnen autotrofe organismen onvoldoende energiearme anorganische stoffen omzetten in energierijke organische stoffen en is de energie- of voedselketen niet langer in balans;

S Afb. 179 De bever is een sleutelsoort: hij bouwt dammen in de waterloop. Dat zorgt tegelijkertijd voor nieuwe natte biotopen (stroomopwaarts) en nieuwe droge biotopen (stroomafwaarts).

• de biodiversiteit: wanneer een of meerdere cruciale organismen in de materiekringloop of bij de energiedoorstroming wegvallen uit de keten of verdwijnen, heeft dat gevolgen voor de biodiversiteit. Ook wanneer een organisme met een erg grote biotische invloed verschijnt, heeft dat implicaties voor andere soorten. Zo’n organisme noemt men een sleutelsoort

Rond de eeuwwisseling was de boomkikker met uitsterven bedreigd. Ook in de jaren daarna slonk het aantal roepende mannetjes zorgwekkend tot slechts een honderdtal exemplaren in Vlaanderen. Natuurverenigingen zoals Natuurpunt en tal van lokale overheden merkten dat de boomkikker te lijden had onder predatie door vissen, die poelen toch konden bereiken bij overstromingen: vissen verslinden immers erg veel eieren en kikkervisjes. Ook insijpelend kunstmest, afkomstig van naburige landbouw, leidde tot overdreven algengroei op het poelwater, waardoor kikkervisjes verstikten en beschimmelden onder de algen aan het wateroppervlak.

Om de boomkikker te redden, startte men met beheerswerken bij tal van poelen. Zo liet men de plassen af en toe droogvallen, waardoor ze weer visloos werden en kikkervisjes meer kans op overleven kregen. Daarbij werden ook het mestrijke bodemslib en vervuild water verwijderd. Oevers werden opgehoogd, wat de poelen windvrij en dus warmer maakte, en braamstruiken werden niet langer gerooid, zodat er meer beschuttingsplekken kwamen. In een tijdspanne van iets meer dan tien jaar telden de Vlaamse voortplantingsplaatsen weer enkele duizenden exemplaren. Sindsdien doet de boomkikker het weer goed. Zijn aantal blijft min of meer gelijk: de populatiegrootte schommelt nu rond een evenwichtswaarde.

S Afb. 180

Doelgerichte beheerswerken: om de overlevingskans van de kikkervisjes te verhogen, verwijdert men de vissen door de plas met een pomp droog te trekken.

OPDRACHT 20

Geef met een letter aan of de onderstaande omschrijvingen behoren tot een verandering van de materiekringloop (M), de energiestroom (E) of de biodiversiteit (B).

Soms zijn meerdere antwoorden mogelijk.

©VANIN

Omschrijving Verandering?

Door overbemesting komen er te veel stikstofverbindingen in de bodem. Daardoor zullen vooral stikstofminnende planten, zoals brandnetels en braambessen, weelderig groeien en andere planten verdringen.

W Afb. 181

Brandnetels zijn stikstofminnende planten.

Bij grootschalige boskap vermindert de opname van koolstofdioxide (CO2) door bomen, waardoor er meer CO2 in de atmosfeer terechtkomt. Die toename zorgt voor de opwarming van de aarde en het uitsterven van organismen.

W Afb. 182

Ontbossing in het Amazonewoud

In sommige steden ontstaat er door de uitstoot van verkeer en industrie smog. Daardoor kan er minder zonlicht bij de planten komen.

W Afb. 183

Luchtvervuiling in de stad

1.1 Hoe worden kringlopen verstoord door stikstofverrijking?

A Probleem

Wanneer een landbouwer mest uitrijdt, verspreidt hij grote hoeveelheden anorganische stikstofverbindingen zoals ammoniak en nitraten op het land. Hij bemest de akkerbodem omdat de gewassen die hij wil telen stikstofverbindingen nodig hebben om goed te groeien.

Omdat vaak niet alle meststoffen worden opgenomen door de gewassen, ontstaat er overbemesting, wat leidt tot stikstofverrijking. De overschotten kunnen via grondwater in een vijver en in de bodem terechtkomen waardoor de samenstelling van de levensgemeenschap grondig verandert. Wanneer er een ongewenste overmaat aan voedingsstoffen in een ecosysteem terechtkomt, spreken we van vermesting of eutrofiëring. Ecosystemen kunnen erg te lijden hebben onder een eutrofiëring.

De extra instroom van bijvoorbeeld ammonium en nitraat uit meststoffen betekent extra voedingsstoffen voor algen en cyanobacteriën. Dat kan leiden tot een overdreven groei van bijvoorbeeld draadalgen aan het wateroppervlak; men spreekt dan van algenbloei door stikstofverrijking.

zonlicht

©VANIN

W Afb. 184 Eutrofiëring kan zorgen voor het sterven van de gehele levensgemeenschap, en dus voor het verdwijnen van een ecosysteem.

OPDRACHT 21

Bekijk afbeeldingen 185 en 186 en beantwoord de vragen.

1 Algen bedekken het gehele wateroppervlak. Wat is het gevolg voor de onderwaterplanten?

2 Waarom is dat een probleem voor die planten?

3 Waarom is dat een probleem voor andere waterorganismen?

S Afb. 185

S Afb. 186

Eutrofiëring zorgt ervoor dat tal van organismen, zoals vissen, zullen sterven door zuurstoftekort of hypoxie. De afgestorven organismen veroorzaken een toename van het aantal reducenten. Daardoor wordt er nog meer zuurstofgas verbruikt en zullen nog meer onderwaterplanten, de producenten van energierijke stoffen, sterven. Daarmee komt de energiedoorstroming tot stilstand

©VANIN

Door het zuurstoftekort verdwijnen ook essentiële reducenten die tussenkomen in het verwerken van alle afval

Bepaalde materieomzettingen kunnen dan niet meer plaatsvinden en de materiekringloop wordt onderbroken. Daardoor zal ook het zelfreinigende vermogen van het ecosysteem verdwijnen. De eutrofiëring verstoort het ecosysteem dus grondig; de materiekringlopen en de energiedoorstroming stokken. Heel wat soorten verdwijnen, en andere soorten pieken. Uiteindelijk verdwijnt het zelfregulerende evenwicht van het ecosysteem volledig: het leven in de plas sterft.

Er zijn ook andere ecosystemen, zoals heide en graslanden, die onder stikstofverrijking kunnen lijden. Denk maar aan het verdwijnen van soorten zoals de struikhei op de heide of bloeiende kruiden in graslanden. Ze worden overwoekerd door stikstofminnende planten als brandnetel, kleefkruid en hondsdraf. Daardoor verdwijnen ook bestuivers en daarna ook de predatoren van die bestuivers. Minder bestuivers betekent ook minder ecosysteemdiensten: landbouwers zien hun opbrengsten afnemen op akkers in de buurt.

De stikstofverrijking heeft dus verregaande gevolgen: de biodiversiteit neemt af, de materiedoorstroming verandert en de ecosysteemdiensten nemen af

S Afb. 188

Braam (links), kleefkruid (midden) en hondsdraf (rechts) zijn dominante planten in een stikstofrijke bodem.

S Afb. 187

Massale vissterfte door hypoxie

OPDRACHT 22

Zijn de onderstaande eigenschappen lager of hoger bij een ecosysteem in evenwicht en een ecosysteem dat verstoord werd? Omcirkel de correcte termen.

Ecosysteem in evenwicht Verstoord ecosysteem

aantal verschillende soorten lager / hoger lager / hoger

aantal individuen per soort

©VANIN

lager / hoger lager / hoger

aantal ecosysteemdiensten lager / hoger lager / hoger

achteruitgang bestuivers lager / hoger lager / hoger

opbrengsten fruitbomen in buurt lager / hoger lager / hoger

Lees meer over de maatregelen van het Mestactieplan op aan dieren. WEETJE

B Oplossingen

Landbouwers leveren gelukkig voortdurend meerdere inspanningen om stikstofverrijking van omgevende ecosystemen te beperken. Ook de overheid legt normen op om de uitstoot van stikstofverbindingen te beperken in de landbouw: het Mestactieplan (MAP).

Daarnaast worden huishoudens gestimuleerd om hun organisch afval zelf te composteren en niet naar het containerpark te brengen. Door in eigen tuin detrivoren en reducenten aan het werk te zetten in de composthoop, wordt de eventuele stikstofverrijking vanuit het huishoudelijke afval verspreid over een groter oppervlak. Bovendien moet het niet meer worden getransporteerd, wat ook voor een uitstootvermindering zorgt. Door compost in de eigen moestuin op te vangen en te gebruiken, kun je zelf gezonde groenten en fruit kweken.

Ook door het actief beheren van ecosystemen die onder druk staan van een te hoge stikstofhoeveelheid, kan men de stikstofverrijking ongedaan maken. Heideplanten groeien vooral op arme, zure zandgronden en zijn gevoelig voor stikstofverrijking. Door te plaggen, waarbij de begroeiing, de strooisellaag en het humuslaagje van de bodem worden verwijderd, schraapt men de stikstofrijke lagen en de stikstofminnende planten weg. Daardoor blijft een kale, stikstofarme bodem achter. Minder ingrijpende manieren zijn begrazing door schapen, geiten en runderen, of maaien.

S Afb. 189 Composteren in eigen tuin

S Afb. 190 Tijdens het plaggen wordt uitsluitend de bovenste bodemlaag verwijderd, zelden dieper dan de eerste 10-20 cm van de bodem.

Na het begrazen en plaggen is de bodem weer stikstofarm en los. Dat verhoogt de biodiversiteit meteen: graafbijen, die hun nestholtes in een warme, zanderige bodem willen bouwen, kunnen zich weer voortplanten en dus later weer meer gewassen bestuiven. Zo leveren ze een bijdrage aan hun ecosysteemdienst. Ook komen er weer meer rupsendoders voor. Zij begraven hun prooien, de rupsen, in een gangetje in het zand en leggen hun eitjes erin. Het overleven van de graafwesp behoedt naburige landbouwers voor een volgende rupsenplaag.

Stikstofverrijking verstoort de materiekringloop en kan een ecosysteem uit evenwicht brengen.

• Het kan leiden tot eutrofiëring. Dat betekent een te grote instroom van energiearme voedingstoffen voor producenten. Het gevolg is algenbloei en het sterven van producenten en reducenten waardoor de materiekringlopen stokken en ook de energiedoorstroming verandert.

• Het zorg t voor het verdwijnen van de biodiversiteit op de heide of in graslanden omwille van het concurrentievoordeel van stikstofminnende planten. Daardoor verdwijnen er ecosysteemdiensten van de heide en de graslanden, zoals bestuiving.

Stikstofverrijking in ecosystemen kan gelukkig ook worden beperkt door overheidsmaatregelen zoals het Mestactieplan, door bodems te plaggen en te laten begrazen, en door huishoudens te stimuleren om hun organisch afval zelf te composteren. Die ingrepen zullen de biodiversiteit in naburige ecosystemen ten goede komen

` Maak oefening 1 en 2 op p. 216.

S Afb. 191 Een graafbij nestelt in het zand.

S Afb. 192 De rupsendoder met zijn prooi

1.2 Hoe wordt de biodiversiteit verstoord door monoculturen?

A Monoculturen als probleem

De meeste landbouwers specialiseren zich in één gewas. Ze telen dezelfde plantensoort op hetzelfde stuk grond. We spreken dan van monocultuur

OPDRACHT 23

Monoculturen komen vaak voor op onze velden.

Waarom zouden ze economisch voordelig zijn voor de landbouwer?

©VANIN

Monoculturen hebben heel wat voordelen voor de landbouwer, maar tegelijk zijn ze nadelig voor de biodiversiteit

• Monoculturen kennen slechts een beperkte levensgemeenschap: één soort gewas trekt slechts enkele soorten planteneters aan. Daardoor zullen er ook maar een beperkt aantal soorten predatoren in die biotoop geïnteresseerd zijn. Naast de beperkte voedselkeuze vertoont de monocultuur ook slechts een kleine variatie in beschuttingsmogelijkheden en nestplaatsen. Slechts enkele soorten zullen de monocultuur dus als leefplek uitkiezen.

• Om monoculturen rendabel en plagen onder controle te houden maakt men gebruik van pesticiden: producten die ongewenste organismen zoals onkruid of planteneters verdelgen. Sommige pesticiden zorgen voor veel schade.

• Ook het gebruik van zware machines leidt tot een verminderde opbrengst. Zo zal de bodem in een monocultuurveld erg verdichten als een tractor er meermaals doorheen rijdt. De bodem wordt dan minder kruimelig en kan moeilijker opwarmen.

S Afb. 193

Het gebruik van pesticiden heeft schadelijke gevolgen.

OPDRACHT 24

Het gebruik van insecticiden en fungiciden, die schadelijke insecten zoals larven en schimmels doden, kan gevolgen hebben voor de voedselketen. Kijk aandachtig naar de afbeelding en noteer wat er gebeurt.

©VANIN

OPDRACHT 25

Vergelijk de eigenschappen van een verdichte bodem met een bodem die rijk is aan organisch materiaal.

Hoekige, verdichte bodem Bodem rijk aan organisch materiaal

indringen van lucht en warmte

indringen van lucht en warmte

terugkaatsing van de warmte

terugkaatsing van de warmte

warmte lucht

AEr komen voedingsstoffen vrij uit de langzame afbraak van organisch materiaal.

B Er ontstaat een gebrek aan zuurstofgas rond de haarwortels van planten. Die nemen daardoor moeilijker water en voedsel op.

CRegenwater zal gemakkelijker afstromen.

DReducenten die de planten van voedsel moeten voorzien overleven veel beter.

E Zaden kunnen minder gemakkelijk kiemen en jonge plantjes zullen minder gemakkelijk wortel vormen.

FDoor de losse structuur is de bodem minder gevoelig voor parasitaire schimmelinfecties.

GPlanten groeien trager en de opbrengst vermindert, zelfs bij bemesting.

HDe bodem wordt sterk verlucht.

bloem bij

W Afb. 194 De giftige stoffen in de voedselketen worden voorgesteld door rode bolletjes.

B Oplossingen

Gelukkig denken overheid, landbouwers en natuurorganisaties samen na over de impact van monocultuur. Om de gevolgen van een monocultuur te ondervangen, beslissen steeds meer landbouwers om weer uitgebreid aan wisselteelt te doen. Daarbij verdelen landbouwers één lap grond in zones. Op elke zone komt een ander gewas als gast, en dat wisselt elke periode of elk jaar. Daardoor wordt de biodiversiteit gestimuleerd en vermijdt men uitputting van de bodem, want naargelang de plantensoort worden er andere voedingsstoffen opgenomen.

In de biologische landbouw wil men rekening houden met milieueffecten en dierenwelzijn:

• Er wordt bewust geen gebruik gemaakt van chemische bestrijdingsmiddelen en kunstmest.

• Dieren krijgen meer ruimte.

• De banden van tractoren worden wat minder hard opgepompt, waardoor ze de bodem minder verdichten.

aardappel

peulgewassen

koolgewassen

©VANIN

wortelgewassen

vruchtgewassen

bladgewassen

Boslandbouw, ook wel agroforestry genoemd, kan in de toekomst voor een efficiëntere, duurzame en klimaatvriendelijke landbouw zorgen. Door het combineren van eenjarige gewassen met houtige soorten, zoals meerjarige struiken en bomen, zijn de planten beter beschut tegen extreem weer. Bovendien haalt het diepe wortelstelsel van struiken en bomen nutriënten uit diepere aardlagen naar boven. De wortels maken ruimte voor insijpeling van regenwater.

WEETJE

S Afb. 195 Agroforestry is een alternatief voor monocultuur.

Om accumulatie van gifstoffen te voorkomen, zetten landbouwers bij plagen en ziekten steeds vaker biologische plaagbestrijding in. Daarbij zorgen de natuurlijke predatoren voor het aanpakken van plaagorganismen. Denk daarbij aan het uitzetten van predatorinsecten als oorwurmen, roofwantsen, sluipwespen, lieveheersbeestjes en zweefvliegen. Om te garanderen dat de predatorinsecten in het ecosysteem aanwezig blijven, zorgt de landbouwer het best voor gepaste predatorhabitats in de biotoop. Zo vormen hagen rond laagstamboomgaarden ideale schuil- en overwinteringsplekken voor die insecten.

VOORBEELD BIOLOGISCHE PLAAGBESTRIJDERS

Predatorinsecten: lieveheersbeestjelarven

Prooien: bladluizen, spintmijten (bv. bij sperziebonenteelt)

Predatorinsecten: zweefvlieglarven

Prooien: bladluizen (bv. bij paprikateelt)

©VANIN

Predatorinsecten: oorwurmen

Prooien: perenbladvlo (bv. bij perenteelt)

Predatorinsecten: sluipwesplarven

Prooien: bladluizen, witte vlieg (bv. bij katoenteelt)

Afb. 196 Biologische plaagbestrijders en hun prooien die gewasschade veroorzaken.

Als natuurlijke plaagbestrijding onvoldoende blijkt, kan men ook selectieve pesticiden inzetten. Die bestrijdingsmiddelen doden enkel de plaagorganismen en niet andere samenlevende soorten. Wetenschappers ontwikkelden die selectieve bestrijdingsmiddelen door moleculen te creëren die enkel voor één specifieke soort dodelijk zijn.

De selectieve pesticidemoleculen hebben bovendien een korte 'halfwaardetijd'. Dat is de tijd waarna van een oorspronkelijke hoeveelheid stof nog precies de helft over is. Ze worden een korte tijd na het inbrengen in het plaagorganisme vanzelf afgebroken. Daardoor gebeurt ook accumulatie van die stoffen in de hogerliggende trofische niveaus niet meer en verkrijgt men een bijkomende veiligheid tegen onbedoelde neveneffecten.

Ook feromonen worden bij plaagbestrijding ingezet. Mannelijke schadelijke insecten worden dan naar feromoonvallen gelokt met bepaalde vrouwelijke geurstoffen. De mannetjes worden daardoor aangetrokken en blijven kleven op een lijmplaat of worden gevangen in een pot en sterven. Op die manier kunnen de mannelijke plaaginsecten de wijfjes niet meer bevruchten en zijn er minder nakomelingen.

Een dazenval maakt gebruik van een zwarte bal die door de zon wordt opgewarmd. Dazen zien daarin een warmbloedig dier met bloed en worden erdoor aangetrokken. Bovenaan worden ze in een trechterval opgevangen. Voor de dazenval wordt geen gebruik gemaakt van feromonen.

©VANIN

bestrijdingsmiddel 1 t1/2 = 4 uur

bestrijdingsmiddel 2 t1/2 = 20 uur

S Grafiek 5

De halfwaardetijd van twee bestrijdingsmiddelen: bestrijdingsmiddel 1 is selectief en heeft een veel kortere halfwaardetijd.

C Oplossingen die een probleem bleken: exoten

Het Aziatisch lieveheersbeestje werd als biologische bestrijding van bladluizen in de jaren 90 ingevoerd in België. Die invoer bleek echter een ernstige vergissing. Wanneer er te weinig bladluizen voorhanden zijn, eten de Aziatische lieveheersbeestjes namelijk ook de larven van andere soorten lieveheersbeestjes waardoor ze een bedreiging vormen voor de inheemse soorten. De ecosysteemdiensten van lieveheersbeestjes komen daardoor in gevaar.

Wanneer planten of dieren door toedoen van de mens, al dan niet opzettelijk, buiten hun normale biotoop terechtkomen, spreken we van de introductie van exoten. Vaak verdringen ze de inheemse soorten door concurrentie, of ze eten die op. Ze brengen zo de biodiversiteit in gevaar. Wanneer de exoten schade berokkenen aan de levensgemeenschap noemt men dat invasieve soorten. Door die soorten wordt de materiekringloop soms doorbroken of verdwijnen ecosysteemdiensten

S Afb. 197 Feromoonval

S Afb. 198 Dazenval

S Afb. 199 Aziatisch lieveheersbeestje

OPDRACHT 26

In de tabel ontdek je vier invasieve soorten in België. Probeer ze te linken aan de invloed die ze uitoefenen op inheemse soorten door het correcte cijfer in de tabel aan te brengen.

Omschrijving

De halsbandparkiet is een tropische vogel uit Centraal-Afrika en Zuid-Azië. Een veertigtal dieren werd vrijgelaten in 1974 aan de Heizel in Brussel. Ondertussen zijn ze met meer dan tienduizend.

Invasieve invloed

©VANIN

De Amerikaanse stierkikker werd vanaf 1932 in Europa ingevoerd voor de productie van kikkerbillen. Nu komt hij ook in het wild voor en moeten de kikkers actief worden gevangen met sleepnetten en fuiken om schade te beperken.

De Amerikaanse vogelkers werd al in de 17e eeuw naar Europa overgebracht als sierboom in parken. Tweehonderd jaar later plantte men de boom aan voor de houtproductie. Natuurverenigingen rooien nu actief de Amerikaanse vogelkers.

De reuzenbalsemien is afkomstig uit de Himalaya en werd als sierplant ingevoerd. Vanaf 1900 is hij gaan verwilderen in heel West-Europa. In België is de woekerplant zozeer een probleem dat hij actief wordt gemaaid en uitgetrokken.

Nummer Invasieve invloed

1 Overschaduwt jonge inheemse planten, waardoor hun overlevingskansen sterk verminderen. Daarnaast zorgt de bladafval voor een verminderde bodemkwaliteit.

2Eet watersalamanders, boomkikkers, kleine vogels, insecten en reptielen.

3 Groeit langs oevers van meren en beken en verdringt daar de inheemse planten en dieren.

4 Neemt nestplaatsen in van de boomkruiper en de grote bonte specht waardoor die schakels in de voedselketen kunnen verdwijnen. Sommige schadelijke insecten worden niet langer opgegeten.

De biodiversiteit in een ecosysteem kan op diverse manieren worden verstoord. Zo kan een monocultuur in de buurt van een ecosysteem, maar ook de introductie van invasieve exoten een evenwichtig ecosysteem ontregelen.

Monoculturen zijn nadelig voor de biodiversiteit omdat ze:

©VANIN

• slechts een beperkte levensgemeenschap vertonen: slechts een heel beperkt aantal soorten zal de monocultuur als habitat uitkiezen;

• het gebruik van pesticiden vragen: die belanden ook in de omliggende ecosystemen en doden vele organismen. Door accumulatie van gifstoffen worden vooral dieren bovenaan in de voedselketen vergiftigd;

• veelvuldig gebruikmaken van zware machines. Dat leidt tot bodemverdichting, versneld afstromen van water in de bodem bij regenval, verminderde kieming en lagere opbrengst van gewassen. Bovendien doet de bodemverdichting reducenten wegvallen in de materiekringloop.

Invasieve exoten zijn soorten die door toedoen van de mens buiten hun normale biotoop terechtkomen en daar de biodiversiteit in gevaar brengen, omdat ze:

• inheemse soor ten verdringen door concurrentie;

• inheemse soor ten opeten;

• de samenstelling van de levensgemeenschap soms drastisch veranderen, waardoor belangrijke schakels in een ecosysteem kunnen wegvallen en ook ecosysteemdiensten kunnen verdwijnen.

Landbouwers, natuurorganisaties en overheden beseffen dat het herintroduceren van biodiversiteit vele voordelen kan hebben. Ze doen dat op verschillende manieren: wisselteelt in de landbouw, biologische plaagbestrijding, beheer van exoten …

` Maak oefening 3 t/m 10 op p. 216-220.

2 Hoe kunnen natuurlijke veranderingen ecosystemen verstoren?

2.1 Naar een climax door successie

Deze leerstof is uitbreiding.

OPDRACHT 27

In de natuur veranderen ecosystemen ook vanzelf. Dat kun je vaststellen op plekken waar nog maar net het landschap werd heringericht, bijvoorbeeld in de wegberm nabij een aangelegde autoweg of in een nieuw gegraven bouwput.

Het is verbazingwekkend hoe snel verschillende ecosystemen elkaar opvolgen. In het onderstaande voorbeeld zie je zes foto’s van een natuurlijke verandering van een ecosysteem.

Zet de omschrijvingen in de juiste volgorde.

OPDRACHT 27 (VERVOLG)

Vrij snel volgen de vlinderbloemige planten. Een voorbeeld daarvan is brem. Omdat die planten wortelknolletjes bevatten met stikstoffixerende bacteriën kan de bodem worden verrijkt met anorganische stoffen die stikstof bevatten.

In de struiken van het struweel komen bessenetende vogels rusten. Ze brengen op die manier zaden aan van jonge pionierboomsoorten zoals berk, wilg, ratelpopulier of lijsterbes.

©VANIN

Na graafwerken ontstaat een braakliggend stuk grond. Omdat de bodem meer stikstofverbindingen bevat, kunnen er vanaf nu ook meer stikstofminnende planten groeien. Struiken zoals vlier en braam overgroeien na een paar jaar de eenjarige pionierplanten.

Nog wat later ontwikkelen zich ook de trager groeiende boomsoorten, zoals de zomereik en de beuk, die binnen tientallen jaren zullen zorgen voor een dicht bos. Onder het bladerdak van die zonneplanten zullen dan alleen nog schaduwplanten gedijen. Klaprozen, wilgenroosjes en vingerhoedskruid zijn pionierplanten: zij zijn de eerste plantensoorten die zich op de grond vestigen en vormen de pioniervegetatie.

Uit het voorbeeld in de opdracht kun je afleiden dat de extra instroom aan stikstofverbindingen, een invloed op de materiekringloop dus, een verandering van het ecosysteem veroorzaakt. Afhankelijk van de aanwezige planten die het gebied achtereenvolgens komen innemen, zullen ook de dieren en andere organismen hun intrede maken. Dieren zoeken in de vegetatie niet alleen voedsel, maar ook bescherming en een geschikte nestplaats. De geleidelijke opeenvolgende veranderingen van de levensgemeenschap, de geleidelijke veranderingen van interacties en invloeden en de geleidelijke verandering van de biotoop noemen we successie. Successie is dus meer dan alleen maar de opeenvolging van verschillende plantensoorten in een gebied.

Uiteindelijk ontstaat er een bos: dat vormt dan een finaal ecosysteem in evenwicht of een climax. De samenstelling van levensgemeenschap, biotoop en relaties wijzigt niet langer.

Ga naar en ontdek de successie van een zoetwaterplas.

WEETJE

OPDRACHT 28

Vergelijk een ecosysteem bij de start van de successie en bij de climax. Omcirkel de correcte termen in de tabel.

Ecosysteem bij start successie Ecosysteem bij climax

biomassa blijft gelijk / neemt toe blijft gelijk / neemt toe

©VANIN

vegetatie één laag / meerdere lagen één laag / meerdere lagen biodiversiteit soortenarm / soortenrijk soortenarm / soortenrijk

voedselweb eenvoudig / complex eenvoudig / complex verandering abiotische factoren weinig wisselend / veel wisselendweinig wisselend / veel wisselend

2.2 Natuurlijke klimaatverandering

Onder klimaatverandering verstaan wetenschappers de verandering van het gemiddelde weer over een langere periode. Het kan daarbij gaan om verandering:

• van de gemiddelde temperatuur,

• van de meest voorkomende windrichting,

• van de gemiddelde graad van bewolking,

• van de gemiddelde hoeveelheid neerslag.

Ondanks het feit dat de huidige klimaatverandering grotendeels door de mens wordt veroorzaakt, kwamen er in de loop van de geschiedenis vaak ingrijpende natuurlijke klimaatveranderingen voor. Die leidden dan tot grote veranderingen in ecosystemen op onze aarde.

Op het einde van de jongste ijstijd bijvoorbeeld steeg de gemiddelde temperatuur plots zo snel dat ecosystemen als toendra en (zomerse) graslanden snel wijzigden in bossen. Daardoor moesten mammoeten zo’n 15 000 jaar geleden steeds noordelijker gaan wonen: tussen de bomen was het te moeilijk voor de olifantachtige om aan voedsel te komen.

W Afb. 201

Ongeveer 4000 jaar geleden stierven mammoeten uit in Noord-Siberië.

De oorzaken van natuurlijke klimaatveranderingen zijn vaak terug te voeren op een veranderende zonne-intensiteit, vulkanische activiteit, natuurlijke veranderingen in broeikasgasconcentraties in de atmosfeer, fluctuerende aardbewegingen rond de zon enz. Op afbeelding 259 zie je hoe vulkanische activiteit voor zure gaswolken en daardoor voor een minder transparante atmosfeer zorgt. De zonne-energiestroom naar de aarde neemt af en het wordt kouder op aarde. De vulkanische deeltjes in de lucht zijn zo klein dat ze meerdere jaren aanwezig kunnen blijven.

©VANIN

zonnestraling geraakt minder goed door dikkere atmosfeer

gaswolk

S Afb. 202

Afkoeling door gebrek aan zonlicht dat het aardoppervlak bereikt

afkoeling

Ecosystemen kunnen spontaan wijzigen door tal van invloeden. Zo zet een extra instroom aan stikstofverbindingen een heel proces van veranderingen in gang.

De natuurlijke opeenvolgende veranderingen van levensgemeenschap, biotoop en interacties daarbinnen noemen we successie. Uiteindelijk ontstaat er een ecosysteem in evenwicht of climax. De samenstelling van levensgemeenschap, biotoop en relaties wijzigt dan niet langer.

Ook natuurlijke klimaatveranderingen kunnen veranderende ecosystemen veroorzaken. Onder klimaatverandering verstaat men de verandering van het gemiddelde weer over een langere periode.

` Maak oefening 11 en 12 op p. 220-221.

In het vademecum vind je een bijlage over hoe je betrouwbare bronnen online kunt raadplegen.

Maak daar voor de volgende opdrachten gebruik van en vermeld telkens je bron.

Op veel plekken in de wereld komen vulkanen voor. Een uitbarsting is verwoestend maar nadien gebeurt er heel wat met de bodem. Wat zijn de voordelen van vulkanen voor ecosystemen?

Stikstofverrijking verstoort de kringlopen. Zo kan er een probleem ontstaan in vijvers. Nummer de stappen van 1 tot en met 8.

Bacteriën breken dode algen af en verbruiken daarbij veel zuurstof.

Overschotten van stikstofrijke verbindingen komen via het grondwater in vijvers terecht. Er treedt eutrofiëring op.

Door zuurstoftekort sterven vissen en andere waterdieren.

Zuurstof in het water raakt op: er ontstaat hypoxie.

Algen groeien massaal door de extra voedingsstoffen: algenbloei.

Door overbemesting kunnen niet alle stikstofrijke verbindingen worden opgenomen door de planten.

Er ontstaat stikstofverrijking in de bodem.

De algen sterven af doordat er te weinig licht is.

Een populair wandelpad in Noorwegen wordt elk jaar een stukje breder door de vele toeristen die het pad volgen om de prachtige gletsjer bovenaan het pad te bewonderen.

a Verklaar hoe het komt dat het pad breder wordt.

b Wat is het gevolg daarvan voor de soorten planten die er voorkomen?

c Wat zou een oplossing kunnen zijn?

Sommige invasieve soorten doen het bij ons bijzonder goed. De klimaatverstoring maakte van onze regio een ideale leefplek voor die soorten.

a Zoek uit welke biotoop een reuzenbalsemien graag bewoont. Benoem daarbij twee abiotische factoren.

b Leg uit waarom de reuzenbalsemien een invasieve exoot is.

c Waarom is het nadelig als er te veel reuzenbalsemien groeit?

In een serre valt zonlicht doorheen het glas op de donkere bodem. Zonlicht bestaat uit ultraviolet (UV), visueel en infrarood (IR) licht. Als die stralen de bodem bereiken, warmt die op en daarmee ook de lucht daarboven. Onder warmte verstaan wetenschappers immers het sneller gaan trillen en bewegen van (bodem)moleculen: dat maakt ook dat de met de bodem botsende luchtmoleculen sneller gaan trillen en bewegen, waardoor ook de ruimte in de serre opwarmt. Die warme luchtmoleculen kunnen niet weg uit de serre, waardoor de serre opwarmt. Broeikasgassen veroorzaken een serre-effect.

a Door welke menselijke acties neemt de hoeveelheid broeikasgassen toe?

b Raadpleeg betrouwbare bronnen om de opwarming door broeikasgassen met het serre-effect te vergelijken.

Door de klimaatverandering ontstond de bezorgdheid of koolmezen wel zullen overleven als soort. Zoek het antwoord op de volgende vragen en leg uit.

a Waarom denkt men dat?

b Welke ecosysteemdienst zou daarmee wegvallen?

c Waarom kan een grote biodiversiteit daarvoor een oplossing bieden?

Bladverliezende bomen zoals wintereik, zomereik, beuk en es vormensleutelsoorten in het ecosysteem van een loofbos. Door de klimaatopwarming vertonen die soorten hun knopbreuk (bladontvouwing) elk jaar vroeger en dat beïnvloedt de bloeiende ondergroei, met bv. bosanemonen, heel erg. Tegelijk zorgt de klimaatverstoring ervoor dat het langer warm blijft, waardoor ook de verkleuring en de val van het blad wordt uitgesteld.

a Zoek op waarom de vroege knopbreuk in de lente de biodiversiteit van een loofbos kan veranderen.

b Leg aan de hand van deze sleutelsoorten uit hoe de ecosysteemdienst van bestuiving komt te vervallen.

Ook elders ter wereld zorgt de klimaatverandering voor ingrijpende verstoringen in ecosystemen. In het noorden van Rusland smelt de Siberische permafrost; dat is een bevroren ondergrond. Daarbij komen niet alleen broeikasgassen vrij uit de bodem, maar ook enkele ziekmakers. Zoek uit waarom er de afgelopen jaren duizenden rendieren en ook enkele mensen stierven bij hittegolven daar.

De zee en de atmosfeer wisselen voortdurend CO2 uit. Door de grote hoeveelheid in de lucht neemt het water steeds meer CO2 op. Dat heeft geleid tot een verzuring van de oceaan (daling van de pH). In een zuur milieu kunnen bepaalde organismen niet langer voldoende calciumcarbonaat (CaCO3) opbouwen ter bescherming. Bovendien leidt de verhoogde CO2-concentratie tot een grotere hoeveelheid aan algen. Die zijn vaak giftig omdat ze toxinen maken. De klimaatopwarming zorgt daarnaast nog eens voor een verlengd groeiseizoen.

a Zoek op welke organismen CaCO3 nodig hebben om zich te beschermen.

b Zoek ook de chemische reactie op die duidelijk maakt hoe CaCO3 in een zure omgeving afgebroken wordt.

c Zoek de namen van enkele giftige algen uit de zee op.

De ecologische voetafdruk is een begrip dat weergeeft hoeveel vruchtbare land- en wateroppervlakte iemand nodig heeft om de goederen die nodig zijn om te voorzien in zijn levensonderhoud, te produceren en het afval dat erbij hoort, te verwerken. De ecologische voetafdruk van de gemiddelde Belg bedraagt 5,1 hectare.

De gebruikte ruimte die voor elke persoon op aarde in theorie beschikbaar is, is echter maar 1,8 hectare.

a Zoek op wat ‘Cradle to Cradle’ (‘Wieg tot Wieg’) inhoudt.

b Leg uit waarom je ecologische voetafdruk kleiner wordt als je dat principe toepast. Gebruik de materiekringlopen in je uitleg.

c Zoek nog vijf manieren op om je ecologische voetafdruk te verkleinen.

Op het einde van de jongste ijstijd steeg de gemiddelde temperatuur plots zo snel dat ecosystemen zoals toendra en (zomerse) graslanden snel veranderden in bossen. Het einde van die ijstijd betekende een natuurlijke klimaatverandering. Zoek uit hoe de abiotische factor ‘klimaatverandering’ ervoor zorgde dat de mammoet verdween.

De oorzaken van natuurlijke klimaatveranderingen zijn vaak terug te voeren op een veranderende zonneintensiteit, vulkanische activiteit, natuurlijke veranderingen in broeikasgasconcentraties in de atmosfeer, fluctuerende aardbewegingen rond de zon enzovoort. Zo kan vulkanische activiteit zorgen voor zure gaswolken met vulkanische vaste deeltjes en daardoor voor een minder transparante atmosfeer. Die deeltjes kunnen jarenlang in de lucht hangen.

Leg uit hoe de verminderde zonne-energiestroom naar de aarde voor verstoorde ecosystemen kan zorgen.

Meer oefenen? Ga naar .

MATERIEKRINGLOOP

In een ecosysteem gaat er per trofisch niveau van de voedselpiramide biomassa verloren. Reducenten kunnen de biomassa die niet doorstroomt naar een volgend trofisch niveau gebruiken als voedselbron. Zij zetten energierijk organisch materiaal om in energiearme anorganische stoffen die opnieuw bruikbaar zijn voor de producenten. Dankzij de reducenten wordt de voedselketen gesloten en ontstaat er een kringloop van materie of materiekringloop.

Voor een ecosysteem zijn de vier belangrijkste materiekringlopen:

• de waterkringloop,

• de stikstofkringloop,

• de koolstofkringloop,

• de zuurstofkringloop.

Energie in een ecosysteem wordt doorgegeven via biomassa. De producenten leggen tijdens de fotosynthese zonne-energie vast in energierijke organische stoffen met behulp van CO2 en H2O. Bij dat proces komt O2 vrij. De energierijke organische stoffen worden door alle trofische niveaus als energiebron verbruikt. Tijdens de celademhaling wordt de nodige energie vrijgezet uit die koolstofverbindingen. Organismen hebben daarvoor O2 nodig en stoten dan weer CO2 en H2O uit.

In een voedselpiramide wordt de doorgegeven biomassa en dus ook het doorgegeven pakketje energie bij elk trofisch niveau kleiner

BIODIVERSITEIT

In een gezond ecosysteem is het evenwicht tussen productie en verbruik essentieel. Voldoende biodiversiteit is daarvoor een noodzaak; voor elke functie moeten er meerdere vertegenwoordigers aanwezig zijn. Het voorkomen van die vertegenwoordigers, en dus de biodiversiteit, is afhankelijk van de heersende biotische en abiotische factoren. Enkel als de biodiversiteit voldoende groot is, kan er bij verstoringen een kringloop van materie blijven bestaan en is er een voortdurende input van energie gegarandeerd.

Abiotische factoren

Abiotische factoren zijn invloeden van de niet-levende omgeving op het overleven en voorkomen van een soort.

©VANIN

Biotische factoren

Biotische factoren zijn invloeden van andere levende wezens op het overleven en voorkomen van een soort.

ECOSYSTEMEN IN EVENWICHT

Een ecosysteem is het geheel van abiotische en biotische interacties binnen een levensgemeenschap en haar biotoop dat ervoor zorgt dat een levensgemeenschap zichzelf binnen die biotoop kan onderhouden Materiekringlopen en energiestromen en biodiversiteit in een ecosysteem zijn nauw met elkaar verbonden.

ECOSYSTEMEN UIT EVENWICHT

• verstoring door opwarming

• verstoring van de stikstofkringloop door meststoffen

eutrofiëring

verdwijnen van de biodiversiteit

• verstoring van de biodiversiteit door monoculturen

• verstoring van de biodiversiteit door exoten

VERSTORINGEN DOOR DE MENS

Begripskennis

• Ik kan de rol of de functies benoemen die organismen in een materiekringloop uitoefenen.

• Ik kan van elke functie uitleggen wat de betekenis is.

• Ik kan omschrijven wat de betekenis is van een habitat, een niche, een biotoop, een levensgemeenschap en een ecosysteem.

• Ik kan de betekenis omschrijven van een ‘evenwichtig’ ecosysteem.

• Ik kan voorbeelden geven van interacties tussen biotische en abiotische factoren.

• Ik kan uitleggen wat er wordt voorgesteld in een voedselpiramide, een piramide van biomassa en een piramide van energie.

• Ik kan de weg van water, stikstof, koolstof en zuurstof in de materiekringloop situeren

• Ik kan met voorbeelden aantonen wat het belang is van micro-organismen voor een ecosysteem.

• Ik kan met een voorbeeld uitleggen hoe biodiversiteit het voortbestaan van kringlopen garandeert.

• Ik kan voorbeelden van ecosysteemdiensten in vier groepen onderbrengen

• Ik kan met voorbeelden aantonen dat het evenwicht van ecosystemen op een natuurlijke manier kan verdwijnen.

• Ik kan de begrippen sleutelsoort, successie, climax en klimaatverandering in eigen woorden uitleggen

• Ik kan uitleggen wat er bedoeld wordt met overbemesting, stikstofverrijking en eutrofiëring.

• Ik kan voorbeelden geven van hoe monoculturen de biodiversiteit negatief kunnen beïnvloeden en uitleggen op welke manier wisselteelt een goed alternatief is.

• Ik kan de betekenis van ‘accumulatie van gifstoffen’ voor een ecosysteem toelichten

• Ik kan verklaren wat biologische plaagbestrijding is en voorbeelden geven.

• Ik kan uitleggen wat een inheemse soort, een exoot en een invasieve soort is.

Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een onderzoeksvraag formuleren aan de hand van een aantal criteria.

• Ik kan een hypothese formuleren in functie van de onderzoeksvraag.

• Ik kan een experiment uitvoeren en de nodige gegevens verzamelen.

• Ik kan een waarneming interpreteren en verklaren.

• Ik kan een besluit formuleren op basis van de verzamelde gegevens.

• Ik kan reflecteren over een onderzoek.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

JANOG OEFENEN