GENIE biologie 4 Leerboek (ed. 2025)

THEMA 01 HORMONALE REGELING VAN DE VOORTPLANTING

proefversie©VANIN

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!

VERKEN

JE KUNT AL ...

proefversie©VANIN

VROUW MAN

• de belangrijkste organen van het voortplantingsstelsel in het menselijk lichaam lokaliseren en benoemen;

• de f unctie van de belangrijkste organen van het voortplantingsstelsel van de vrouw en de man toelichten;

• de primaire en secundaire geslachtskenmerken van de mens onderscheiden.

JE LEERT NU ...

• de rol van de vrouwelijke geslachtshormonen bij de vorming van eicellen uitleggen;

• de rol van de mannelijke geslachtshormonen bij de vorming van zaadcellen uitleggen;

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

• de werking van hormonale anticonceptiemiddelen koppelen aan de vorming van voortplantingscellen.

Î Hormonale regeling van de voortplanting

proefversie©VANIN

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.

LEERDOELEN

M Je kunt de hormonale regeling van het voortplantingssysteem bij de mens uitleggen.

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

M Je kunt de invloed van LH, FSH en testosteron uitleggen bij de productie van de zaadcellen.

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. Zo kan er een bevruchte eicel of zygote ontstaan. Omdat zowel de zaadcel als de eicel erfelijk materiaal (DNA) bevat, zit er in die bevruchte eicel erfelijk materiaal van zowel de moeder als de vader.

S Afb. 1 Door geslachtsgemeenschap worden zaadcellen zo dicht mogelijk bij de eicel gebracht.

Als die bevruchte eicel zich deelt, ontstaan er twee cellen, die zich elk op hun beurt opnieuw zullen delen. Al die nieuwe cellen bevatten dezelfde erfelijke informatie als de bevruchte eicel.

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.

zygote bevruchte eicel tweecellig stadium viercellig stadium achtcellig stadium embryo foetus baby

proefversie©VANIN

1.2 Hoe wordt het geslacht van de 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

WEETJE

Menselijke lichaamscellen bevatten 23 paar chromosomen, waarvan 22 paar lichaamschromosomen en 1 paar geslachtschromosomen (XX bij de vrouw en XY bij de man). Voortplantingscellen bevatten maar half zoveel chromosomen als gewone lichaamscellen. Die halvering van het aantal chromosomen gebeurt door een speciale deling: de meiose.

Tijdens dat proces worden de twee chromosomen van elk paar van elkaar gescheiden. In de derde graad zul je daar meer over leren. Door die halveringsdeling worden ook de geslachtschromosomen van elkaar gescheiden. Een zaadcel zal dus ofwel een X-chromosoom bevatten, ofwel een Y-chromosoom. De aard van de zaadcel die de eicel bevrucht, bepaalt het genetisch geslacht van de baby.

S Afb. 3

Een zaadcel bepaalt het geslacht van de baby.

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.

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.

vrouwelijke lichaamscellen: XXmannelijke lichaamscellen: XY

proefversie©VANIN

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.

Toch bevat elk embryo 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.

eileider

inwendige geslachtsdelen

eierstok baarmoeder zaadleider bijbal teelbal

clitoris buitenste schaamlip binnenste schaamlip penis balzak geen testosteron testosteron 9 weken 9 weken 6 weken

vrouwelijke ontwikkeling ongedifferentieerd mannelijke ontwikkeling

uitwendige geslachtsdelen

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

3D-beeld mannelijk voortplantingsorgaan

3D-beeld vrouwelijk voortplantingsorgaan

VIDEO

Het Y-chromosoom bevat een stukje erfelijk materiaal dat ervoor kan zorgen dat die ongedifferentieerde geslachtsklieren zich ontwikkelen tot teelballen (testes). 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. De oorzaak van de ontwikkeling van het embryo tot een jongen is dus de aanwezigheid van een Y-chromosoom in de cellen van het embryo.

proefversie©VANIN

VIDEO

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.

zaadleider

zwellichamen

penis

balzak bijbal teelbal

S Afb. 6

De mannelijke voortplantingsorganen

Als de bevruchting gebeurt door een zaadcel met een X-chromosoom, dan bevat de bevruchte eicel twee X-chromosomen en dus geen Y-chromosoom. In ontstaan uit de ongedifferentieerde geslachtsklieren de  Y-chromosoom worden er geen teelballen aangelegd en wordt er afwezigheid van dat testosteron verdwijnen de voorlopers van de mannelijke voortplantingsorganen en komen de

• 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 schaamlippen en de clitoris, die samen de

baarmoeder

eileider

eierstok

clitoris

binnenste schaamlip buitenste schaamlip

S Afb. 7

De vrouwelijke voortplantingsorganen

baarmoederhals vagina

Vanaf ongeveer de twaalfde week van de zwangerschap zijn de geslachtsorganen voldoende gegroeid, zodat je op een echografie het verschil tussen een jongen en een meisje kunt zien.

WEETJE

Denk eens grondig na over de volgende situaties. Wat gebeurt er …

• als het stukje van het Y-chromosoom dat de erfelijke informatie voor de ontwikkeling van de teelballen bevat, niet actief wordt?

• als de gevormde teelballen onvoldoende testosteron vormen?

• als bij het embryo de receptoren op de doelwitcellen voor het hormoon testosteron ontbreken of niet werken?

proefversie©VANIN

WEETJE

Zodra een baby geboren is, kun je meestal het geslacht duidelijk zien aan de lichamelijke kenmerken. De geslachtskenmeren die aanwezig zijn vanaf de geboorte, zoals de penis en de balzak bij jongens en de schaamlippen en de vagina bij meisjes, noem je de primaire geslachtskenmerken. Die lichamelijke kenmerken bepalen je biologisch geslacht. 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. Een hormoonhuishouding die afwijkt van de norm, kan ervoor zorgen dat bepaalde secundaire geslachtskenmerken, zoals de menstruatiecyclus, niet optreden of dat andere lichaamskenmerken afwezig zijn.

S Afb. 8

LGBTQIA+ is een verzamelterm om de diversiteit aan gender en seksuele oriëntatie te benoemen, zoals lesbisch (L), gay (G) en queer (Q). Ook interseks (I) wordt daarin opgenomen, omdat het geslacht van intersekse mensen onduidelijk is.

Hoewel de lichamen van intersekse personen afwijken van het stereotiepe beeld van een man of vrouw, komen ze vaker voor dan je zou denken. Naar schatting een op de zestig mensen heeft intersekse geslachtskenmerken.

De aanwezigheid van een X- of een Y-chromosoom in de zaadcel bepaalt of de bevruchte eicel de erfelijke informatie voor een meisje of een jongen bevat. Een embryo bevat aanvankelijk ongedifferentieerde geslachtsklieren

Het Y-chromosoom bevat de erfelijke informatie voor de ontwikkeling van teelballen uit de ongedifferentieerde geslachtsklieren. De teelballen produceren het hormoon testosteron, waardoor er zich mannelijke voortplantingsorganen vormen.

In afwezigheid van een Y-chromosoom is er geen productie van testosteron, ontwikkelen de ongedifferentieerde geslachtsklieren zich tot eierstokken en ontstaan er vrouwelijke voortplantingsorganen

Elke dag worden er in België een vijftal kinderen geboren met een variatie in geslachtskenmerken. Dat is ongeveer evenveel als het aantal tweelingen dat in België wordt geboren.

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.

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?

De vorming van de vrouwelijke voortplantingscellen of eicellen gebeurt in de vrouwelijke geslachtklieren of de eierstokken. 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 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.

W Afb. 9

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

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.

proefversie©VANIN

baarmoederslijmvlies

baarmoeder

eileider

rijpe eicel

proefversie©VANIN

ovulatie

eierstok

W Afb. 10

Eicellen komen maandelijks tot rijping in de eierstokken onder invloed van hormonen. Daarbij ondergaat het baarmoederslijmvlies ook veranderingen.

De hormonen die de vorming van de eicellen (ovogenese) regelen, worden geproduceerd in hormonale klieren. De hypothalamus, de hypofyse en bepaalde cellen van de ovaria 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 cyclus 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.

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 XXX) de hypofyse om de hypofysehormonen LH en FSH af te scheiden. Bij de vrouw spelen feedbackmechanismen van die hormonen een rol. Zij regelen de menstruatiecyclus

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

GnRH stimuleert de productie van FSH en LH

oestrogeen progesteron

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

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.

Glycogeen is een belangrijke voedingsstof voor een embryo dat in de baarmoeder terechtkomt.

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.

• 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.

proefversie©VANIN

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

F4

F5

F6

F7

• 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 fungeert 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 Menstruele fase

• 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

L1

L2

L3

L4

L5

M1 M2

menstruatie menstruatie folliculaire fase luteale fase

1234567891011121314151617181920212223242526 27128

FSH en LH

follikelcellen geel lichaam oestrogeen oestrogeen progesteron progesteron

ovulatie drempel

hypofysehormonen hypofyse hypothalamus ovariële cyclus ovariumhormonen

groeifase

baarmoederslijmvlies

proefversie©VANIN

1234567891011121314151617181920212223242526 27128

baarmoedercyclus

W Afb. 12

De hormonale invloeden tijdens de menstruatiecyclus

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 school- of 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.

proefversie©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 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 feedbackmechanismen 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.

S Afb. 13 Menstruatiepijn

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. 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.

S Afb. 14

teelbal bijbal zaadleider zaadbuisje

proefversie©VANIN

balzak

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

De mannelijke voortplantingscellen of zaadcellen zijn beweeglijk, zodat ze zich naar de eicel toe kunnen verplaatsen. Ze bewegen zich voort met behulp van een lange zweepstaart. Voor de bewegingen gebruiken ze energie afkomstig van de mitochondriën die het middenstuk vormen. 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.

blaasje kern zweepstaart

middenstuk kop

S Afb. 15

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

S Afb. 16

Een zaadcel onder de microscoop

video: zweepstaart

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

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.

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.

Net als bij de vrouw spelen bij de man feedbackmechanismen van die hormonen een rol (zie afbeelding XXX). De hypothalamus produceert het hormoon GnRH. Dat hormoon stimuleert (zie + op afbeelding XXX) de hypofyse om de hypofysehormonen LH en FSH af te scheiden.

proefversie©VANIN

hypofyse

GnRH

testosteron

testosteron inhibine

teelballen

cellen van zaadbuisjes

(hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

S Afb. 17 De hormonale regeling van de vorming van zaadcellen met stimulatie en negatieve feedbackmechanismen

LH ++ FSH ++ ++ stimulatie door hormonenconcentratie negatieve feedback

Het hormoon LH stimuleert (zie +) 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.

hypothalamus

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 feedbackmechanisme. 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.

proefversie©VANIN

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

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 feedbackmechanismen spelen een rol bij de hormonale regeling van de vorming van de zaadcellen.

S Afb. 18

Testosteron stimuleert de groei van spieren.

Je basale temperatuur is je lichaamstemperatuur wanneer je ontwaakt.

2.5 Hoe verklein je de kans op een zwangerschap?

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 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.

WEETJE

proefversie©VANIN

S Afb. 19 Je basale temperatuur meten kan helpen om een zwangerschap te plannen of te vermijden.

Elke maand veranderen de concentraties van de hormonen in het bloed van een vrouw. Dat veroorzaakt ook veranderingen die van invloed zijn op de basale temperatuur. Tijdens de folliculaire fase, wanneer er vooral oestrogeen aanwezig is, is de basale temperatuur ongeveer 0,3 °C lager dan tijdens de luteale fase. Op het moment van de ovulatie daalt de basale temperatuur, waardoor de temperatuurstijging de volgende dag des te sterker opvalt. Door de lichaamstemperatuur gedurende enkele menstruatiecycli bij te houden, kunnen veel vrouwen de dag van de ovulatie nauwkeurig bepalen. Die informatie kan belangrijk zijn voor mensen die zwanger willen worden of die juist een zwangerschap willen vermijden, omdat bevruchting, die tot een zwangerschap leidt, meestal binnen een dag na de ovulatie plaatsvindt.

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. Wetenschappers ontwikkelen nu ook een mannenpil. Die pil werkt volgens een ander principe: aan de hand van hormonen wordt de beweeglijkheid van de zaadcellen sterk afgeremd, zodat ze de eicel niet kunnen bereiken.

S Afb. 20 Het condoom (links) is een niet-hormonaal anticonceptiemiddel. De anticonceptiepil (rechts) is de bekendste vorm van hormonale anticonceptie.

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 feedbackmechanismen.

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.

1 productie

2 tegenwerking afbraak

3 productie hCG progesteron oestrogeen

geel lichaam

proefversie©VANIN

Een ingenesteld embryo produceert het hormoon hCG. Dat hormoon zorgt ervoor dat het gele lichaam blijft bestaan en doorgaat met de productie van oestrogeen en progesteron, waardoor de menstruatie uitblijft.

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.

hCG staat voor ‘humaan choriongonadotropine’.

S Afb. 21

AAN DE SLAG

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

a FSH b hCG

c oestrogeen d 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.

Op welke plaats in het mannelijk voortplantingsorgaan worden de zaadcellen gevormd? Noteer het juiste nummer.

Geef twee mogelijke redenen waarom een man onvruchtbaar kan zijn.

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

proefversie©VANIN

teelballen

cellen van zaadbuisjes

(hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

Som twee verschillen op in de vorming van voortplantingscellen bij mannen en vrouwen.

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

Het is 10 juli en Amira vertrekt op reis. Ze heeft een zeer regelmatige cyclus van dertig dagen. Ze verwacht dat haar menstruatie zal starten op 6 augustus. Op welke dag verwacht ze haar eisprong?

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

De anticonceptiepil bevat grote hoeveelheden synthetische hormonen. Die hormonen hebben dezelfde werking als hun natuurlijke varianten. Leg aan de hand van het volgende schema uit hoe de anticonceptiepil zorgt voor een verminderde vruchtbaarheid bij de vrouw.

hypothalamus hypofyse

proefversie©VANIN

eierstokken

baarmoederslijmvlies

Welke rol speelt het hormoon oestrogeen in de menstruele cyclus?

Door welke structuur worden de hormonen oestrogeen en progesteron aangemaakt in de luteale fase?

Meer oefenen? Ga naar .

THEMASYNTHESE

HORMONALE REGELING VAN DE VOORTPLANTING

Het voortplantingssysteem bij de mens is essentieel om nieuw leven te creëren.

Het geslacht van een baby wordt bepaald bij de bevruchting door het type geslachtschromosoom in de zaadcel.

• Als de zaadcel een Y-chromosoom bevat, ontwikkelt het ongedifferentieerde embryo zich tot een jongen (XY).

• In afwezigheid van een Y-chromosoom ontwikkelt een embryo zich tot een meisje (XX).

vrouwelijke lichaamscellen: XXmannelijke lichaamscellen: XY

proefversie©VANIN

eicel: X

zaadcel: X of Y

dochter: XX zoon: XY

Vanaf de puberteit worden de voortplantingsorganen geactiveerd door verschillende hormonen.

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 feedbackmechanismen tussen de hormonen GnRH, FSH, LH, oestrogeen en progesteron

hypothalamus

proefversie©VANIN

++ stimulatie door hormonenconcentratie negatieve feedback positieve feedback

hypofyse

eierstokken

oestrogeen progesteron

baarmoederslijmvlies

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 feedbackmechanismen van hormonen zoals GnrH, LH, FSH en testosteron.

hypothalamus

hypofyse

++ stimulatie door hormonenconcentratie

negatieve feedback

teelballen

cellen van zaadbuisjes

(hormoonproducerende) cellen tussen zaadbuisjes

proefversie©VANIN

THEMA 02 VERSCHEIDENHEID AAN LEVEN EN BIODIVERSITEIT

proefversie©VANIN

Deze zoetwatervlo is amper 1 mm groot, maar kan algen uit het water consumeren 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 O2 efficiënter 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.

` Wat is biodiversiteit?

` Hoe kun je verwantschap tussen al die verschillende soorten in kaart brengen?

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

` Wat is het belang van biodiversiteit?

We zoeken het uit!

VERKEN

JE KUNT AL ...

• de onderlinge afhankelijkheid van organismen in een biotoop toelichten;

• verduidelijken dat organismen dankzij bepaalde kenmerken een grotere overlevingsen voortplantingskans hebben in een welbepaalde omgeving;

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

• de begrippen autotroof en heterotroof uitleggen.

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

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

proefversie©VANIN

• wat soorten zijn;

• hoe soorten namen krijgen;

• hoe soorten en biodiversiteit ontstaan;

• hoe je organismen kunt classificeren;

• wat virussen zijn;

• met voorbeelden het belang van biodiversiteit voor de mens duiden;

• organismen situeren in het driedomeinensysteem;

• eigenschappen van virussen, schimmels en bacteriën onderscheiden.

• wat micro-organismen zijn;

• hoe de eigenschappen van micro-organismen in verband staan met de functie die ze uitoefenen;

• welke rol ze spelen in de natuur;

• hoe micro-organismen onze gezondheid beïnvloeden.

2u 2u

JE LEERT NU ...

H1 H2

HOOFDSTUK 1

Î Hoe onderscheiden verschillende organismen zich van elkaar?

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?

LEERDOELEN

M Je kunt uitleggen hoe je biodiversiteit kunt waarnemen en wat het betekent.

M Je kunt uitleggen dat er relevante criteria nodig zijn om organismen te groeperen.

M Je kunt uitleggen wat een soort is.

M Je kunt uitleggen wat prokaryoten en eukaryoten zijn.

M Je kunt organismen in het driedomeinensysteem indelen.

M Je kunt uitleggen wat de tree of life is.

M Je kunt verklaren waar de virussen thuishoren.

M Je kunt verklaren hoe biodiversiteit ontstaat en het belang ervan uitleggen.

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. S Afb. 22

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

video: ObsIdentify

1.1 Wat is biodiversiteit?

VOORBEELDONDERZOEK

Organismen waarnemen in een hooi-rijst-aardecultuur

Wanneer je slootwater in een flesje voorziet van voedingstoffen zoals hooi of rijst en er wat slootaarde aan toevoegt, kun je na een tijdje heel wat diverse kleine levende wezens ontdekken. Die micro-organismen leven van de voedingsstoffen in het water. Als we organismen in gecontroleerde omstandigheden kweken, noemen we dat een cultuur. Je vindt hieronder enkele van de soorten die aanwezig kunnen zijn in deze specifieke biotoop.

proefversie©VANIN

1 Onderzoeksvraag

Welke organismen komen voor in een hooi-rijst-aardecultuur?

2 Hypothese

3 Benodigdheden

hooi-rijst-aardecultuur in een flesje met geperforeerde dop

dekglaasje

voorwerpglas

druppelpipet

microscoop

smartphone met app ObsIdentify

dichotome tabellen voor het determineren

4 Werkwijze

Maak een preparaat van het cultuurwater.

1 Doe met een pipet een druppel van de cultuur in het midden van het voorwerpglas.

2 Zet het dekglaasje onder een hoek van 45° in de rand van de druppel en laat vallen.

3 Bekijk het preparaat eerst bij een vergroting van 10x10 = 100.

S Afb. 23 In een sloot leven verschillende micro-organismen samen.

5 Waarneming

Men determineerde onder andere de volgende soorten: HOOIRIJSTAARDECULTUUR

proefversie©VANIN

6 Verwerking

De aangetroffen organismen werden in kolommen gesorteerd volgens verschillende criteria.

Criteria

1 grootte

• minimaal 1 mm groot

• kleiner dan 1 mm

2 inwendige organen, skelet, weefsels: bv. bloedvatenstelsel

Organisme

proefversie©VANIN

C, G, H

A, B, D, E, F, I

• met bloedvatenstelsel C

• zonder bloedvatenstelsel

3 gedrag, bv. kunnen bewegen in water

• bewegen dankzij trilhaartjes

• bewegen dankzij spiertjes

A, B, D, E, F, G, H, I

B, E, H

C, G

• bewegen dankzij schijnvoetjes F

• kunnen niet bewegen

4 manier van voedsel verzamelen

• autotroof en dus aan fotosynthese doen

• heterotroof en dus voedsel opnemen door andere organismen of hun afval op te eten

7 Besluit

A, D, I

A, D

B, C, E, F, G, H, I

Er komen diverse organismen voor in een rijst-hooi-aardecultuur. Om die organismen overzichtelijk in te delen, is het nodig om regels of criteria op te stellen op basis van gemeenschappelijke kenmerken.

8 Reflectie

Vaak wordt een biotoopstudie gestart met het zoeken, determineren en oplijsten van soorten. Daarmee wordt dus ook de biodiversiteit onderzocht. Biodiversiteit is een term om de rijkdom aan voorkomende organismen in de natuur aan te geven. De aangetroffen soorten zijn vaak erg divers. In het voorbeeldonderzoek 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.

Het is daarom 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.

1.2 Wat is een soort?

A Soor t, ras en geslacht

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.

We nemen de ezel en het paard als voorbeeld. Om te weten of die dieren tot dezelfde soort behoren, kunnen we bijvoorbeeld een ezelhengst en een paardenmerrie laten paren. De nakomelingen worden muildieren genoemd. Ze lijken op paarden, maar hebben de oren en het typische stemgeluid van een ezel. Muildieren zijn echter onvruchtbaar of steriel, wat wil zeggen dat ze zich niet kunnen voortplanten. Vandaar dat het paard en de ezel als twee afzonderlijke soorten beschouwd worden.

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

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. Zulke verschillen binnen eenzelfde soort noemen we variatie

24

Wanneer je een paardenmerrie (boven) en een ezelhengst (midden) met elkaar kruist, krijg je een muildier (onder). De nakomeling van een paardenhengst en een ezelin noemen we dan weer een muilezel. Zowel de muilezel als het muildier is onvruchtbaar.

proefversie©VANIN

De chihuahua werd door de mens gekweekt door telkens kleine, snoezelige honden met een kort muiltje en puiloogjes te laten voortplanten. Het is een voorbeeld van kunstmatige selectie.

S Afb. 25

In 1955 werd geprobeerd een sterke waak- en legerhond te creëren. Zo ontstond de vruchtbare Tsjech uit een Duitse herder en een wilde Oost-Europese wolf.

S Afb. 26

S Afb.

Kinderen lijken op hun ouders; soms kun je zelfs gelaatstrekken waarnemen die je ook bij de grootouders vaststelt. Die kenmerken zijn erfelijk: ze worden doorgegeven via het erfelijke materiaal in de zaadcel en in de eicel. Toeval speelt een rol in het samenstellen van het pakketje in de zaadcel en de eicel. Daarom zijn broer en zus van dezelfde vader en moeder nooit identiek. Men spreekt van variatie.

1 van zijn vader afkomstig 2 van zijn moeder afkomstig

1 van haar vader afkomstig 2 van haar moeder afkomstig

helft erfelijk materiaal vader meegeven in zaadcel

zaadcel poedel bevat ½ erfelijk materiaal van lichaamscel vader

helft erfelijk materiaal moeder meegeven in eicel

1 van zijn vader afkomstig 2 van zijn moeder afkomstig

lichaamscel gouden doedel na versmelten van zaadcel en eicel x

eicel golden retriever bevat ½ erfelijk materiaal van lichaamscel moeder

In de bovenstaande afbeelding kun je zien dat de poedel en de golden retriever elk eenzelfde hoeveelheid erfelijk materiaal doorgeven aan hun zaad- en eicel (in werkelijkheid geven ze elke keer 39 stukjes erfelijk materiaal door). Omdat een ezel en een paard elk een verschillende hoeveelheid erfelijk materiaal doorgeven in hun voortplantingscellen (respectievelijk 31 en 32 stukjes), passen beide pakketjes niet goed bij elkaar wanneer ze in een muildier samenkomen. Daardoor kan de nakomeling van het muildier geen correct pakketje met erfelijk materiaal maken bij de vorming van nieuwe voortplantingscellen. Er kunnen geen nakomelingen worden gevormd en dus behoren paard en ezel tot een verschillende soort.

Canis familiaris ‘ras’ = ‘poedel’

Canis familiaris ‘ras’ = ‘golden retriever’

Canis familiaris ‘ras’ = ‘gouden doedel’

Je leerde al dat de Europese wolf en de Duitse herder tot dezelfde soort behoren: de hond. Op basis van sterke gelijkenissen in uiterlijke kenmerken, bouw en/of gedrag kun je binnen die soort nog kleinere groepjes maken. Je spreekt dan van hondenrassen. De Duitse herder, de poedel, de golden retriever, de Tsjech, de chihuahua ... zijn allemaal voorbeelden van zo’n hondenras. Groepjes binnen een soort die onderling sterk op elkaar lijken vormen dus een ras of erfelijke variëteit

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.

proefversie©VANIN

In de onderstaande afbeelding vind je een aantal rassen terug die tot dezelfde soort behoren. Je vindt in 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

de Tsjech poedel

golden retriever

S Afb. 27

Het geslacht ‘Honden’ met de soorten ‘hond’, ‘jakhals’ en ‘coyote’

soort: jakhals

Aziatische jakhals

Europese jakhals

soort: coyote

In afb. XX bevat het geslacht ‘Honden’ 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. Een vos, met zijn kleinere kop, behoort niet tot dat geslacht.

coyote

wolf chihuahua

Een geslacht is een groep van meerdere soorten met gemeenschappelijke kenmerken.

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 ... Een populatie is een groep van organismen van dezelfde soort die samen voorkomt.

Een ras of variëteit is een groep soortgenoten die sterk op elkaar lijken in uiterlijk, bouw en/of gedrag, waardoor ze afwijken van andere soortgenoten. Een soort kan dus meerdere rassen omvatten.

Geslachten kunnen meerdere soorten omvatten; soorten kunnen op hun beurt dan weer meerdere rassen vertonen.

proefversie©VANIN

B Wetenschappelijke naam voor een soort

2u

Elke soort krijgt een wetenschappelijke naam die bestaat uit twee delen:

• het eerste deel bestaat uit de geslachtsnaam (startend met een hoofdletter);

• het tweede deel verwijst vaak naar een kenmerk dat typisch is voor de soort (met een kleine letter).

Beide delen worden in gedrukte tekst cursief geschreven.

VOORBEELD ZEBRA EN EZEL

De wetenschappelijke naam voor een zebra is Equus quagga: ‘Equus’ verwijst naar het geslacht ‘Paarden’ en ‘quagga’ naar het blaffende geluid dat zebra’s maken (‘kwa-ha-ha’).

Voor een ezel is de wetenschappelijke naam Equus asinus. Daarbij refereert ‘asino’ naar het (onverzetbare) achterwerk van de ezel.

Uit de wetenschappelijke namen Equus quagga en Equus asinus kun je afleiden dat de organismen tot eenzelfde geslacht (Equus) behoren; ze hebben immers erg gelijkende kenmerken. Maar het zijn toch twee afzonderlijke soorten; het tweede deel van de naam verschilt.

Omdat de wetenschappelijke naam uit twee delen bestaat (geslacht en soortkenmerk), spreken we ook van de binomiale naam. Achter die dubbele naam volgt vaak nog een hoofdletter die verwijst naar de auteur die het organisme voor het eerst beschreef. Heel vaak is dat een ‘L.’ omdat de Zweed Carolus Linnaeus het systeem van naamgeving ontwikkelde en als eerste een naam gegeven heeft aan heel wat organismen.

Onze soort, de huidige mens, heet Homo sapiens L.: de geslachtsnaam ‘Homo’ geeft informatie over de grotere groep waartoe we behoren; in dit geval verwijst het naar het geslacht van ‘Mensen’. Het tweede deel van de naam, ‘sapiens’, betekent ‘wetende’.

Het tweede deel van de wetenschappelijke naam hoeft niet altijd naar een kenmerk van de soort te verwijzen: soms hanteert men bijvoorbeeld de ontdekkingsplaats van het organisme als soortkenmerk. Zo werd de soort Homo neanderthalensis K. teruggevonden in het Neanderdal in Duitsland.

S Afb. 29 De schedels van de Homo sapiens (links) en de Homo neanderthalensis (rechts). Die laatste soort stierf zo’n 40 000 jaar geleden uit.

Nederlandse soortnaam Wetenschappelijke naam GeslachtsnaamSoortkenmerkAuteur

een mensensoort

mens

Homo sp. Homo (Mensen) sp. (niet nader bepaalde soort) /

Homo sapiens L.Homo (Mensen) sapiens (wetende/ wijs)

neanderthaler Homo neanderthalensis K.

Homo (Mensen) neanderthalensis (van het Neanderthal afkomstig)

Linnaeus

King / Homo erectus D.Homo (Mensen) erectus (rechtop lopend)

Dubois

bi = twee, nomiaal = naam

proefversie©VANIN

zebra Equus quagga L.Equus (Paarden) quagga (balkgeluid)

Linnaeus ezel Equus asinus L.Equus (Paarden) asinus (achterwerk)

S Tabel XXX

Nederlandse en wetenschappelijke namen van enkele soorten

Linnaeus

De wetenschappelijke of binomiale naam van een soort bestaat uit twee delen:

• de geslachtsnaam (startend met een hoofdletter), die verwijst naar het geslacht waartoe soorten behoren;

• het soortkenmerk (met een kleine letter), dat verwijst naar één eigenschap die specifiek is voor die soort.

Beide delen worden in gedrukte tekst cursief geschreven. Achter die dubbele naam volgt vaak nog een hoofdletter die verwijst naar de auteur die het organisme voor het eerst beschreef.

1.3 Hoe kun je organismen overzichtelijk classificeren?

A Op zoek naar gepaste criteria om overzicht te bewaren

Om orde te scheppen in de veelheid aan organismen die bestaat, 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.

proefversie©VANIN

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.

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.

de

van

naar

ondersteunen. Het verklaart in één keer waarom krokodil naar kip smaakt of struisvogels dinosauriërpoten lijken te hebben.

Bij het 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

S Afb. 30 Uit de schors van de witte wilg kan men grote hoeveelheden salicine extraheren. Vanuit salicine werd aspirine ontwikkeld.

S Afb. 31

Het bestuderen van de fossielkenmerken van een Archaeopteryx lithographica kon

evolutie

reptielen

vogels

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;

proefversie©VANIN

• 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.

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).

Afb. 32

Omdat de cellen uit de stengel van een paprikaplant (Capsicum annuum) stevige celwanden hebben, kan de plant de zware paprika’s dragen.

S Afb. 33

Omdat cellen van dieren geen celwand bevatten, zijn dieren zoals Kiwa hirsuta (ook wel ‘yetikrab’ genoemd) vaak erg beweeglijk. Ze kunnen makkelijk op zoek naar voedsel. Dat is nodig, want ze zijn heterotroof.

LABO 02

S

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. 34

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. 35

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.

proefversie©VANIN

voorstelling cel

50 µm

vacuole

cytoplasma met bladgroenkorrels

celwand celmembraan

celkern met erfelijk materiaal

voorstelling cel celmembraan 50 µm

cytoplasma zonder bladgroenkorrels

celkern met erfelijk materiaal

celkern ja

een- of meercellig meercellig

bladgroenkorrels in cytoplasma aanwezig

autotroof/ heterotroof autotroof celwand aanwezig celwand van cellulose

Dieren

celkern ja een- of meercellig meercellig

bladgroenkorrels in cytoplasma afwezig

autotroof/ heterotroof heterotroof celwand afwezig

Planten

voorstelling cel

50 µm

vacuole

celwand

celmembraan

celkern met erfelijk materiaal cytoplasma zonder bladgroenkorrels

Schimmels

celkern ja een- of meercellig een- of meercellig

bladgroenkorrels in cytoplasma afwezig

autotroof/ heterotroof heterotroof celwand aanwezig celwand van chitine

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.

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.

proefversie©VANIN

celwand met eventueel kapsel of slijmlaagje

S Afb. 36

cytoplasma erfelijk materiaal

celmembraan

Chitine is een bouwstof die voorkomt in de celwanden van schimmels en het exoskelet van geleedpotigen.

0,1-10 µm

Bouw en structurele kenmerken van een bacterie

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

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

Verschillen tussen de moneren

• Het rijk van de moneren bevat zowel heterotrofe als autotrofe organismen.

heterotroof autotroof

Een keelontsteking met roodkleuring aan de keelamandelen wordt door streptokokken veroorzaakt.

Cyanobacteriën bevatten geen bladgroenkorrels maar wel fotosynthesepigment in hun cel. Cyanobacteriën worden vaak in gezichtsmaskers aangetroffen.

• De samenstelling van zowel het celmembraan als van de celwand kan bij de moneren onderling sterk verschillen.

Verschillen tussen de protisten

50 μm

Dit groenwier:

• is eencellig;

• heeft een celkern;

• is autotroof (doet aan fotosynthese);

• heeft een celwand.

proefversie©VANIN

200 μm

Dit pantoffeldiertje:

• is eencellig;

• heeft een celkern;

• is heterotroof (eet bacteriën);

• heeft geen celwand.

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.

B Ordenen op basis van erfelijk materiaal

Om organismen eenduidig in groepen onder te brengen, zijn er betere indelingscriteria nodig. Dankzij de ontwikkeling van nieuwe technieken beschikt men over een steeds toenemende hoeveelheid gegevens. De kenmerken van organismen worden voor een groot deel bepaald door hun erfelijke materiaal, het DNA in de celkern. De vergelijking van dat erfelijke materiaal helpt om soorten in gelijkaardige groepen onder te brengen.

Voor elk individu is dat erfelijke materiaal verschillend: hoe meer gelijkenissen er in dat materiaal zijn, hoe meer de kenmerken van de organismen overeenkomen. Dat gegeven maakt dat je die overeenkomsten in erfelijk materiaal kunt gebruiken om soorten te ordenen in groepen. Op die manier hoef je niet langer gelijkenissen in bouw en uiterlijk als classificatiecriteria te gebruiken.

WEETJE

In DNA-moleculen zit een code die bepaalt hoe en wat er in ons lichaam gemaakt moet worden. Die informatie bepaalt dus ook hoe ons lichaam werkt en eruitziet. Je kunt de code het makkelijkst vergelijken met de binaire code van de software uit een computer: ook daar zit informatie verstopt in een opeenvolging van ééntjes en nulletjes. In je DNA bepaalt een erg lange opeenvolging van chemische stoffen de informatie.

01001001001000000 10011000110111101 11011001100101001 00000010110010110 111101110101

I LOVE YOU

01001001001000000 10011000110111101 11011001100101001 00000010110010110 111101110101

I LOVE YOU

Afb. 37

Net zoals een binaire code gebruikt wordt voor het opslaan van informatie in je computer, bevat het erfelijke materiaal een code die je kenmerken bepaalt.

proefversie©VANIN

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, het geslacht ‘Vossen’, omdat de gelijkenissen in erfelijk materiaal voor die beide soorten zo opvallend zijn.

In afbeelding XXX 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; daarom behoren ze niet tot hetzelfde geslacht.

S Afb. 38 Na onderzoek van verschillen en overeenkomsten in erfelijke code kun je de wolf en de coyote in hetzelfde geslacht onderbrengen omwille van de grote overeenkomsten. De poolvos en de gewone vos groepeer je in het geslacht van Vossen om dezelfde reden.

Je onderscheidde, net als tal van wetenschappers voorafgaand aan jou, heel wat criteria die kunnen helpen bij het indelen van organismen in gelijkaardige groepen. Steeds opnieuw viel de onvolmaaktheid van elke gekozen set criteria op. Eerst gebruikte men tal van morfologische kenmerken en gedrag als indelingscriteria, later ook celkenmerken, om uiteindelijk af te kloppen bij de overeenkomsten in erfelijk materiaal.

Bij elke confrontatie met de werkelijkheid gingen wetenschappers dus opnieuw op zoek naar nieuwe criteria en modellen en lieten ze oude ideeën en strategieën achterwege.

Op die manier verbeterden tegelijk ook telkens weer hun aanpak en hun inzicht in de werkelijkheid. De vraag die blijft, is: waar komen die verschillen in erfelijk materiaal en dus in de kenmerken van de verschillende soorten vandaan?

proefversie©VANIN

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

1.4 Waar komt biodiversiteit vandaan?

A Ontstaan van nieuwe soorten

Bij al die verscheidenheid rijst de vraag waar die soortenrijkdom vandaan komt. Dat er altijd, ook nu nog, nieuwe soorten kunnen ontstaan, kun je begrijpen uit het volgende voorbeeld, waarin het ontstaan van de soort ‘giraf’ wordt geïllustreerd.

proefversie©VANIN

Giraffen bestonden 8 miljoen jaar geleden nog niet, maar hun herkauwende voorouders wel. Die voorouders hadden niet allemaal dezelfde kenmerken: sommige hadden een stevigere tong, andere hadden wat langere poten of een wat langere nek. De kenmerken van organismen van dezelfde soort zijn dus niet helemaal identiek. Er is variatie.

Zo’n 7 à 8 miljoen jaar geleden veranderde het klimaat plots drastisch voor die herkauwende voorouders: bossen werden open vlakten zoals savannes. Voedsel werd schaarser: er kwam voedselconcurrentie. Die veranderende omstandigheden zorgden voor heel wat moeilijkheden voor de herkauwers. De voorouders met een iets langere nek of net wat langere poten waren daarbij in het voordeel: zij konden nog net bij de hoog hangende blaadjes van de weinige bomen in de nieuwe open savannevlakten. De andere voorouders raakten niet meer aan voldoende voedsel en stierven. Enkel de meer aangepaste individuen overleefden dus. Dat zorgde ervoor dat enkel de voorouders met iets langere benen en een iets langere nek zich konden voortplanten. Door de veranderende omstandigheden konden enkel de best aangepaste individuen overleven. Zij werden dus ‘geselecteerd’. De veranderende omstandigheden zorgden zo voor een selectie

Tegelijk kon je bij die nieuwe generatie ook variatie vaststellen: sommige individuen waren wat kleiner dan hun ouders, andere weer een beetje groter. Omdat de voedselbeschikbaarheid beperkt bleef, konden sommige leeftijdsgenoten weer beter overleven dan andere. De individuen met een langere nek of poten uit die tweede generatie konden zich weer voortplanten, de andere waarschijnlijk niet.

S Afb. 39 Binnen de soort van herkauwende voorouders van giraffen bestond er al heel wat variatie: kleurschakeringen, een diversiteit aan beharing, maar ook neklengteverschillen.

Door de aanwezigheid van variatie en overerving zullen bij veranderende omstandigheden individuen worden geselecteerd die beter zijn aangepast aan die nieuwe omstandigheden. Daardoor hebben ze een grotere overlevingskans en zullen ze zich makkelijker voortplanten dan de minder goed aangepaste individuen. Generatie na generatie vertoont de groep herkauwers daardoor veel langere poten en nekken. Over vele opeenvolgingen van ouders en kinderen heen nam de lengte van de nek en de poten een beetje toe, waardoor langzaam girafachtigen ontstonden uit hun voorouders. Dat proces kan duizenden, soms honderdduizenden jaren of langer duren.

Op die manier ontstaan er op een plaats waar de omstandigheden wijzigen, steeds meer nakomelingen met de voordelige eigenschap die hen in staat stelt om te overleven in de veranderde omgeving. De kenmerken van die nakomelingen zullen dus anders zijn dan de kenmerken van soortgenoten die op plaatsen leven waar de omstandigheden niet gewijzigd zijn.

Op het ogenblik dat de verschillen zo groot zijn dat onderling voortplanten niet meer mogelijk is, ontstaan er twee aparte soorten.

Zo zorgt de wisselwerking tussen variatie, overerving en daarbij de selectie van voordelige kenmerken ervoor dat er bij veranderende omstandigheden nieuwe soorten kunnen ontstaan.

Afb. 40 Na vele generaties ontstonden giraffen uit hun herkauwende voorouders.

B Verwantschap

Uit afbeelding XX leerde je dat organismen met erg gelijkend erfelijk materiaal ook erg gelijkende kenmerken vertonen. Wetenschappers zeggen dat die soorten verwant zijn. Op je grootvader langs je vaders kant lijk je waarschijnlijk veel minder dan op je vader. Dat komt omdat je veel minder erfelijk materiaal gemeenschappelijk hebt met hem dan met je vader. Naarmate een voorouder (je vader, grootvader, overgrootouder …) steeds meer generaties van je af staat, heb je minder erfelijk materiaal gemeenschappelijk met die voorouder. Uit het aantal verschillen in erfelijk materiaal kun je dan ook afleiden hoe lang geleden een voorouder van je leefde. Hoe meer verschil er bestaat, hoe langer geleden die voorouder van je leefde.

generatie van je grootouders generatie van je ouders jouw generatie

S Afb. 41 Uit overeenkomsten in het erfelijke materiaal kun je afleiden hoe lang geleden een gemeenschappelijke voorouder leefde.

proefversie©VANIN

Uit de hoeveelheid verschillen in erfelijk materiaal kun je ook afleiden hoe lang 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. Zo zal het erfelijke materiaal van je zus meer gelijkenissen hebben met dat van jou, dan dat van je neefje. Dat komt omdat jouw moeder en vader de meest recente gemeenschappelijke voorouders zijn van jou en je zus. De meest recente gemeenschappelijke voorouder van jou en je neefje zijn je grootouders, twee generaties terug.

Op dezelfde 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 XXX laat zien hoe uit één gemeenschappelijke voorouder heel wat soorten zijn voortgekomen vooraleer de hedendaagse giraf en okapi zijn ontstaan.

Startend vanuit één herkauwende vooroudersoort is elk puntje op de oranje lijn ook een voorouder. Elke aftakking stelt een nieuwe soort voor. Hoe dichter twee organismen met elkaar verbonden zijn in het diagram, hoe meer hun erfelijke materiaal op elkaar lijkt, hoe meer verwant ze zijn.

okapi herkauwende voorouder

giraf

proefversie©VANIN

W Afb. 42 Deze stamboom geeft weer hoe uit een herkauwende voorouder heel wat uitgestorven soorten, maar ook de hedendaagse okapi en giraf zijn ontstaan.

Sommige individuen vertonen kenmerken waarmee ze beter aangepast zijn aan moeilijke omstandigheden. De individuen met die kenmerken hebben in die omstandigheden een hogere kans op overleven, kunnen volwassen worden en zich voortplanten. Als die kenmerken erfelijk zijn, zal een volgende generatie diezelfde kenmerken ook vertonen.

Van generatie op generatie zullen de gunstige kenmerken vaker en meer uitgesproken voorkomen en ontstaan er groepen organismen die grote verschillen vertonen met hun voorouders. Zodra die verschillen zo groot zijn dat onderlinge voortplanting onmogelijk is, ontstaan er nieuwe soorten. Door variatie in kenmerken, selectie bij veranderende omstandigheden en overerving kunnen er dus nieuwe soorten ontstaan.

Wanneer twee organismen een gemeenschappelijke voorouder hebben, zeggen we dat die organismen:

• erfelijk materiaal gemeenschappelijk hebben;

• gelijkenissen in kenmerken vertonen;

• verwant zijn.

Hoe verder in tijd generaties uit elkaar liggen, hoe groter het aantal verschillen in erfelijk materiaal en dus ook in kenmerken wordt. Je kunt daarom de mate van verwantschap afleiden uit de overeenkomsten in erfelijk materiaal.

Op basis van de verwantschap kun je dan bepalen hoe lang geleden een gemeenschappelijke voorouder leefde. Met behulp van een stamboom kunnen die verwantschappen worden gevisualiseerd.

1.5 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.

proefversie©VANIN

ringwormen platwormen geleedpotigen

steeltjeszwammen

SCHIMMELS

zakjeszwammen

DIEREN

nematoden neteldieren

lagere schimmels slijmzwammen

amoeben levermossen mossen wolfsklauwen varens en paardenstaarten naaktzadigen bedektzadigen

PLANTEN

sponzen

Homo sapiens

stekelhuidigen weekdieren

chordadieren

Sulfolobus

thermofiele archaea

halofiele archaea

methanogene archaea

S Afb. 43 De tree of life die ontstond uit één oercel.

meest primitieve voorloper (oercel)

groenwieren roodwieren

ciliaten

dinoflagellaten kiezelwieren (diatomeeën)

Euglena Trypanosoma

groene niet-zwavelbacteriën (mitochondria) spirocheten

Chlamydia

Escherichia groene zwavelbacteriën cyanobacteriën (chloroplasten)

Uit die stamboom blijkt dat alle levende wezens uit één eerste, eenvoudige cel zijn geëvolueerd. Die 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

Op basis van die 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 erfelijke materiaal 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.

SCHIMMELS

DIEREN PLANTEN meest primitieve cel (oercel)

BACTERIËN

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).

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

proefversie©VANIN

Wil je meer weten over bacteriën? Ga dan naar

B1 Domein van de bacteriën

Homo sapiens

S Afb. 44

in de tree of life

S Afb. 45

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

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 onder de vorm van bladgroenkorrels;

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

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

SCHIMMELS

DIEREN

Homo sapiens meest primitieve cel (oercel)

Afb. 46 Archaea in de tree of life

PLANTEN

proefversie©VANIN

BACTERIËN

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.

WEETJE

S Afb. 47

In de heetwaterbronnen van het Yellowstone National Park (VS) werden (thermoacidofiele) archaea voor het eerst ontdekt. Ze leven er bij temperaturen tot 60 °C en een pH tussen 1 en 2 (erg zuur).

Archaea werden voor het eerst ontdekt in uiterst onherbergzame omgevingen, zoals zure heetwaterbronnen en heel zoute poelen. Onderzoekers dachten toen dat ze alleen op zulke extreme plaatsen voorkwamen. Later werd echter vastgesteld (op basis van de analyse van het erfelijke materiaal) dat ze zowat overal te vinden zijn. Ook moerassen, verschillende bodemsoorten en zelfs dierlijke (waaronder menselijke) darmen of een composthoop vormen een leefplek voor heel wat soorten archaea. In het bijzonder tref je ze aan in oceanen, waar ze in plankton een van de meest voorkomende organismen van onze planeet vormen.

ARCHAEA

S

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;

EUKARYOTEN

SCHIMMELS

proefversie©VANIN

PLANTEN

DIEREN

Homo sapiens meest primitieve cel (oercel)

S Afb. 48

ARCHAEA

Eukaryoten in de tree of life

BACTERIËN

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

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

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

erfelijk materiaal in een celkern cytoplasma

celmembraan

celorganellen

mitochondrium

W Afb. 49

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.

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.

S Afb. 50

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.

Bacteriën Archaea Eukaryoten

celkern aanwezig nee, prokaryootnee, prokaryootja, 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

voorbeelden

proefversie©VANIN

1 tot 10 μm

• heterotroof: ziekmakende bacteriën

• autotroof: cyanobacteriën

0,1 tot enkele μm15 tot +500 μm

• heterotroof: thermoacidofiele archaea

• heterotroof: dieren, schimmels, ciliata

• autotroof: planten, groenwieren

In afbeelding XX herken je binnen het domein van de eukaryoten duidelijk het plantenrijk, het dierenrijk en het schimmelrijk. De typische celkenmerken voor die drie rijken zijn erg eenduidig. In het systeem van de vijf rijken waren de protisten de eencellige eukaryoten met een kern. Toch beschouwen wetenschappers die protisten binnen de tree of life niet als een apart rijk. Dat komt omdat die eukaryoten onderling te sterk verschillen wat uiterlijk en verwantschappen betreft om ze samen in één rijk op te nemen.

In afbeelding XX tref je onder de protisten immers zowel eencellige als meercellige eukaryoten en vind je er bijvoorbeeld zowel beweeglijke als vastzittende protisten in terug. Bovendien blijkt dat protisten soms heel erg ver van elkaar staan wat hun verwantschap betreft. Toch 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 niet in éénzelfde rijk ondergebracht kunnen worden.

steeltjeszwammen

zakjeszwammen

geleedpotigen

EUKARYOTEN

slijmzwammen

lagere schimmels

SCHIMMELS

nematoden neteldieren

DIEREN

stekelhuidigen weekdieren ringwormen platwormen

Homo sapiens

chordadieren

sponzen

amoeben

varens en paardenstaarten

wolfsklauwen

proefversie©VANIN

thermofiele archaea

Sulfolobus

methanogene archaea halofiele archaea

ARCHAEA meest primitieve voorloper (oercel)

levermossen mossen

PLANTEN

groenwieren

roodwieren

naaktzadigen bedektzadigen

ciliaten

dinoflagellaten

kiezelwieren (diatomeeën)

groene niet-zwavelbacteriën

(mitochondria) spirocheten

Chlamydia

Escherichia groene zwavelbacteriën cyanobacteriën (chloroplasten)

BACTERIËN

W Afb. 51 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.

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.

Euglena Trypanosoma

1.6 Wat is leven?

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

Ze kunnen opgenomen stoffen omzetten tot bouwstoffen.

Ze kunnen opgenomen stoffen verbranden als energievoorziening.

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

proefversie©VANIN

Niet-levend betekent niet hetzelfde als dood. Een plastic stoel leeft uiteraard niet, dus die kun je benoemen als nietlevend. Dood is die stoel echter niet. Hij heeft nooit geleefd.

Ze kunnen afvalstoffen weer naar de buitenwereld brengen.

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

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?

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.

proefversie©VANIN

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

Het aanmaken van nieuwe virussen gebeurt ten koste van gastheercellen. Virussen kunnen zich immers niet zelfstandig voortplanten. Ze moeten daartoe eerst een gastheercel binnendringen, en laten zich door die cel vermenigvuldigen.

Bij het vermeerderen van het erfelijke materiaal van het virus in de gastheer doet de gastheercel dus het kopieerwerk. Dat kopiëren zorgt niet altijd voor een 100 % identieke kopie. Zo kan het dat het gemaakte nieuwe virus niet precies hetzelfde virus is als het virus dat de cel infecteerde. Men zegt dan dat het virus gemuteerd is.

Dat maakt dat virussen door het kopieerproces in gastheercellen van elkaar gaan verschillen.

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

S Afb. 52 Schematische voorstelling van verschillende typen virussen

S Afb. 53 Microscopische foto van het herpesvirus

S Afb. 54 Het tabaksmozaïekvirus

S Afb. 55 Structuur van een bacteriofaag

S Afb. 56 Het adenovirus

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.

proefversie©VANIN

1b

Ze kunnen zich zelfstandig vermeerderen of voortplanten.

Virussen bestaan uit erfelijk materiaal omgeven door een eiwitmantel. Virussen infecteren gastheercellen met membraanreceptoren waarop de eiwitmoleculen van de mantel passen.

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.

3 Wat is het belang van biodiversiteit?  2u

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.

proefversie©VANIN

A Biodiversiteit helpt om nadelen van klimaatopwarming op te vangen

Een rijke biodiversiteit kan problemen oplossen die zich voordoen door de klimaatopwarming.

VOORBEELD KOOLMEZEN

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 (blijven) komen. Mogelijk leidt dat binnen enkele jaren niet enkel tot het uitsterven van de mezen, maar ook tot tal van rupsenplagen.

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 (en dus een rijkere biodiversiteit) komen er immers soorten voor die hun eieren eerder leggen (en laten uitkomen), om zo toch de vroegere, jonge winterrupsen te verorberen.

B Biodiversiteit maakt de omgeving leef- en werkbaar

Het slim inrichten van onze werk- en leefomgeving kan heel wat biodiversiteit en daarmee samengaande voordelen opleveren.

VOORBEELD NESTKASTEN

S Afb. 58

De brandharen van de eikenprocessierups (larve van een nachtvlinder) kunnen irritatie en ontstekingen van de huid en slijmvliezen veroorzaken.

Op bedrijventerreinen worden nestkasten voor tal van vogels opgehangen. Nestende mezen en vinken ruimen daarbij heel wat rupsen op, zoals de jeuken irritatie-veroorzakende eikenprocessierups. Het aanplanten van bomen en struiken kan nog andere vogels aantrekken: merels en zanglijsters nestelen graag in dichte struiken en bomen. Zij eten bijvoorbeeld graag slakken, waardoor hun aantallen onder controle worden gehouden. Eksters bouwen hun nest in hoge bomen. Ze eten ook graag slakken, maar ook muizen en kikkers. Tegelijk trekt de aanwezigheid van verschillende vogels ook roofvogels, zoals uilen aan, zeker wanneer in de buurt uilenkasten worden geplaatst.

S Afb. 59 Uilenkast op een industrieterrein

S Afb. 57 Koolmezen vinden door de klimaatverandering onvoldoende rupsen.

VERVOLG VOORBEELD NESTKASTEN

Die uilen kunnen de bedrijventerreinen en woongebieden daarmee in één keer ook muis- en ratvrij maken. Een grote variëteit aan beplanting zorgt voor verschillende soorten vogels en maakt zo de omgeving beter leefbaar.

VOORBEELD DIVERSITEIT AAN PLANTEN

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. Dat wortelstelsel zorgt ervoor dat de planten regenwater in de bodem laten 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. Biodiversiteit in planten zorgt daarmee voor tal van diverse voordelen.

C Biodiversiteit levert geneesmiddelen

S Afb. 60

Tal van industriële en leefomgevingen worden vergroend. Een diversiteit aan groene planten met een uitgebreid wortelstelsel dragen bij aan waterbeheer en verkoeling.

Zowat de helft van de voorgeschreven geneesmiddelen bevat of is afgeleid van natuurlijke bestanddelen. Tal van organismen bevatten immers moleculen met medicinale eigenschappen. De grote biodiversiteit aan planten leidde al tot de ontwikkeling van tal van medicijnen. Denk daarbij aan sint-janskruid, dat wordt ingezet tegen depressie, en hop, dat stoffen bevat die een vergelijkbare werking hebben als oestrogenen. Valeriaan wordt vaak ingenomen bij slapeloosheid of om rustig te worden.

VOORBEELD ZOMERALSEM

De plant zomeralsem (Artemisia annua) bevat de stof artemisinine. Die stof wordt massaal ingezet als krachtig antimalariamiddel. Hij helpt om de eencellige eukaryoot te bestrijden die deze ziekte veroorzaakt. In 2015 ontvingen wetenschappers de Nobelprijs voor de Geneeskunde voor hun onderzoek naar de plant en de werkzame stof.

S Afb. 61

De stof artemisinine uit zomeralsem wordt ingezet tegen malaria.

D Biodiversiteit helpt om de evolutie begrijpen

Je leerde al dat je een stamboom van alle leven kunt opmaken door soorten en hun erfelijke materiaal te vergelijken. Vanuit de verwantschappen binnen de tree of life kun je inzicht verwerven in de evolutie van soorten.

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, al waren dat niet de huidige zoogdieren. De gemeenschappelijke voorouder waaruit zoogdieren, vogels en reptielen ontstonden, leefde 300 miljoen jaar geleden (aangeduid met het blauwe bolletje).

proefversie©VANIN

kaakloze vissen reptielenamfibieënbeenvissenkraakbeenvissen

mjg = miljoen jaar geleden

S Afb. 62

Een afstammingslijn in de tree of life

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. Bij het ontdekken van een soort met een geneeskundige werking kun je bijvoorbeeld op zoek gaan naar verwante soorten, die misschien eenzelfde of een betere werking vertonen. Denk maar aan de zoektocht naar de salicylzuurmakende witte wilg in het geslacht van wilgen (zie weetje p. XX).

Een grote soortenrijkdom kan de mens heel wat voordelen verschaffen:

• 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.

EUKARYOTEN

BACTERIËN

AAN DE SLAG

Bestudeer de onderstaande bomen.

Populus alba Salix alba Salix fragilis

a Welke van deze bomen behoren tot dezelfde soort? Verklaar.

b Welke twee horen tot hetzelfde geslacht? Verklaar.

De Tonkinees is een kruising tussen de Siamees en de Burmees met de kenmerken van beide rassen. Vele Europese instanties beschouwen de Tonkinees niet als een authentiek ras, maar als een hybride, omdat de kruising van Tonkinezen onderling statistisch gezien 50 % Tonkinezen, 25 % Burmezen en 25 % Siamezen oplevert. Een kruising tussen Siamees en Burmees daarentegen levert 100 % Tonkinezen op. Behoren een Siamees en een Burmees tot dezelfde soort? Verklaar je antwoord.

Een vergelijking van het erfelijke materiaal van de haai, dolfijn en ijsbeer leert ons dat de drie soorten nauw aan elkaar verwant zijn. Zijn de volgende stellingen correct of fout? Verklaar.

gemeenschappelijke voorouder

a Alle gemeenschappelijke voorouders van de haai en dolfijn zijn ook voorouders van de ijsbeer.

b De haai en de dolfijn hebben meer erfelijk materiaal gemeenschappelijk dan de dolfijn en de ijsbeer.

c ze maar een heel kleine kern hebben.

d ze geen echte celkern hebben. e ze geen celwand hebben. f ze veel groter zijn. g ze veel kleiner zijn.

proefversie©VANIN

Welke antwoorden zijn correct? Bacteriën en archaea verschillen van eukaryoten, omdat … a ze opgebouwd zijn uit een prokaryote cel.

b ze een heel ander celtype hebben.

5 6 7 8

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?

Geef bij elk van de onderstaande organismen aan …:

a of het organisme bestaat uit een prokaryote cel, één eukaryote cel of meerdere eukaryote cellen.

b of het organisme autotroof of heterotroof is.

c of het organisme een celwand bezit of niet. Geef ook aan of de celwand chitine bevat.

vleesetende plant – groenwier –bacterie die op de mens leeft – kerkuil –pantoffeldiertje – herderstasje – vliegenzwam –penseelschimmel – cyanobacterie

Waarom kun je virussen, in tegenstelling tot bacteriën, niet op een kunstmatige en steriele voedingsbodem kweken?

Meer oefenen? Ga naar .

haai dolfijn ijsbeer

2u

HOOFDSTUKSYNTHESE

KERNBEGRIPPEN

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

• Een geslacht is een groep van meerdere soorten met gelijkende gemeenschappelijke kenmerken.

• Een ras of variëteit is een groep soortgenoten met heel uitgesproken overeenkomsten in uiterlijk, bouw en/of gedrag.

• De binomiale naam bestaat uit twee delen die cursief worden geschreven: de geslachtsnaam (startend met een hoofdletter) gevolgd door een soortkenmerk (met een kleine letter).

• 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

proefversie©VANIN

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

geslacht

bv. Canis (hondachtigen)

soort

bv. Canis lupus (hond)

ras

bv. golden retriever

ras

bv. poedel

soort

bv. Canis aureus ( jakhals)

ras

bv. Aziatische jakhals

ras

bv. Europese jakhals

EUKARYOTEN

BACTERIËN

HOOFDSTUKSYNTHESE

KENMERKEN VAN DE BACTERIËN, ARCHAEA EN EUKARYOTEN

proefversie©VANIN

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

• heterotroof: dieren, schimmels, ciliata

• autotroof: planten, groenwieren

KENMERKEN VAN DE PLANTEN, DIEREN EN SCHIMMELS

Rijken binnen het domein van eukaryoten

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)

HOOFDSTUK 2

Î Welk belang hebben micro-organismen?

proefversie©VANIN

Op en in ons lichaam zitten biljoenen microscopisch kleine organismen. Om die organismen te kunnen waarnemen heb je een microscoop nodig, vandaar de naam micro-organismen. 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.

LEERDOELEN

M Je kunt de typische kenmerken van de verschillende micro-organismen toelichten.

M Je kunt uitleggen hoe de kenmerken van micro-organismen hun positieve of negatieve invloed in de natuur bepalen.

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

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

eukaryoten: protisten, schimmels en gisten

prokaryoten: bacteriën en archaea 2 niet-cellulaire structuren: virussen 3 1

MICRO-ORGANISMEN

Micro-organismen verschillen niet alleen in hun bouw en vorm, maar ook in de manier waarop ze zich voeden en voortplanten. Binnen elke groep planten de micro-organismen zich op een gelijkaardige manier voort.

Brak water is zoutachtig water dat minder zout is dan zeewater. Het komt van nature voor op de overgang van zoetnaar zeewater, vaak bij riviermondingen.

1 Welke eigenschappen hebben protisten en wat is hun belang?

Alle organismen die niet tot de dieren, planten of schimmels behoren, worden samen in één groep ondergebracht, de protisten. De leden van die groep vertonen meerdere gelijkaardige kenmerken, maar ze kunnen onderling ook grote verschillen vertonen en behoren dan ook tot verschillende systematische groepen. Protisten komen voor in een vochtig milieu en zijn vrijlevend of parasitair. Eencellige eukaryoten worden vaak verder onderverdeeld op basis van beweeglijkheid en autotrofie of heterotrofie.

Beweeglijke eencellige heterotrofe eukaryoten duidt men vaak aan als protozoa. Protozoa is echter een verzamelnaam; de organismen behoren niet tot één systematische groep. Voorbeelden zijn: paramecium, euglena, toxoplasma, plasmodium, amoebe en het trompetdiertje.

Protofyta is een verzamelnaam voor een uiteenlopende groep van lagere planten, schimmels, korstmossen en wieren, die net als planten aan fotosynthese doen. Net zoals de protozoa vormen de protofyta dus geen systematische groep.

1.1 Welke eigenschappen hebben protozoa?

A Het pantoffeldiertje

Het pantoffeldiertje is een eencellig organisme met een lengte van ongeveer 0,3 mm dat leeft in zoet, zout of brak water. De cel is omgeven door een complex celmembraan dat het pantoffeldiertje zijn specifieke vorm geeft en ook enige bescherming biedt. Het organisme beweegt zich voort met trilharen of cilia die over de volledige oppervlakte ingeplant zijn. De beweging van de trilharen kun je vergelijken met de beweging van de armen van een zwemmer bij crawl. Er staan heel veel trilharen naast elkaar waardoor de beweging zich verplaatst als een ‘wave’ door een publiek. Daarmee haalt het een snelheid van 1,2 mm per seconde.

macronucleus

cytoplasma ciliën micronucleus kloppende vacuole

proefversie©VANIN

celanus

orale groeve voedselvacuole

Het is dankzij een ondiepe deuk in het membraan langs de onderkant van de cel, de orale groeve, dat pantoffeldiertjes zich voeden. De trilharen die langs de groeve staan, creëren een inwaartse waterstroom. Daardoor komen de voedseldeeltjes via de orale groeve in de celslokdarm terecht. Aan het einde van de celslokdarm worden de voedseldeeltjes opgenomen in de cel door fagocytose en ontstaat er een voedselvacuole. De inhoud van de voedselvacuole wordt verteerd. De nuttige stoffen worden opgenomen in de cel en de onverteerbare resten worden uitgescheiden via de celanus.

W Afb. 63 Bouw van het pantoffeldiertje

LABO 03

Door het celmembraan wordt water voortdurend opgenomen, waardoor het pantoffeldiertje zou opzwellen en barsten. Om zijn waterhuishouding te regelen, beschikt het pantoffeldiertje over twee stervormige vacuolen, de kloppende of pulserende vacuole. De vacuolen trekken ritmisch samen en pompen als het ware het overtollige water naar buiten. Een uitzonderlijk kenmerk is dat het pantoffeldiertje twee kernen heeft: de micronucleus en macronucleus. Beide kernen zijn verschillend en hebben elk een eigen functie binnen het organisme.

proefversie©VANIN

WEETJE

De trilharen van het pantoffeldiertje bewegen synchroon en stuwen het organisme door het water met een snelheid die gelijk is aan vier keer zijn lichaamslengte per seconde. Met zijn lengte van 300 µm zwemt hij aan een snelheid van 1200 µm per seconde of 0,0043 km per uur. Als een olympisch zwemmer (met lengte 2,00 m) als een pantoffeldiertje zwemt, zou die zwemmen aan een snelheid van 8 meter per seconde en zou die de 100 m vrije slag afwerken op 12,5 seconde. Dat is 4 keer sneller dan het wereldrecord vrije slag!

Het pantoffeldiertje kan zich ongeslachtelijk en geslachtelijk voortplanten

• De ongeslachtelijke voortplanting gebeurt door celdeling. Het pantoffeldiertje kopieert zijn erfelijke materiaal zodat bij de splitsing elke dochtercel een kopie krijgt. De dochtercellen en de oorspronkelijke moedercel bezitten dan identiek erfelijk materiaal.

S

• Het pantoffeldiertje kan zich ook geslachtelijk voortplanten. Daarbij wordt het genetisch materiaal van twee organismen gemengd. Zo ontstaan er variaties tussen organismen.

Het pantoffeldiertje speelt een belangrijke rol in de voedselketen en kan dankzij zijn orale groeve voeding en afvalstoffen opnemen en als opruimer fungeren. De kloppende vacuole zorgt ervoor dat het organisme kan overleven in water.

Zoals je al leerde bij het voorbeeld van de giraf uit hoofdstuk 1, zorgen variaties ervoor dat de overlevingskansen van een soort verhogen.

Afb. 64

Ongeslachtelijke voortplanting van het pantoffeldiertje

S Afb. 65

Ongeslachtelijke voortplanting van het pantoffeldiertje onder de lichtmicroscoop

video: kloppende vacuole

B Euglena

celkern

celmembraan

bladgroenkorrel

proefversie©VANIN

flagel

kloppende vacuole

oogvlek

fotoreceptor

Misschien heb je naast het pantoffeldiertje in de hooicultuur ook amoeben of een Euglena kunnen waarnemen. Het oogwiertje of oogdiertje (Euglena viridis) is een eencellige eukaryoot die in vijvers en sloten voorkomt. Net zoals bij het pantoffeldiertje is de cel omgeven door een complex celmembraan en regelt de kloppende vacuole de waterhuishouding in het eencellige organisme. Euglena heeft een zweepstaart of flagel, waardoor het organisme zich kan voortbewegen. Aan de basis van de flagel bezit Euglena een fotoreceptor, en net daaronder, binnen het celmembraan, een rode oogvlek. De oogvlek filtert het licht, zodat de juiste golflengten de fotoreceptor bereiken. Wanneer het oogdiertje licht waarneemt, zal het zich naar het licht toe bewegen.

Bladgroenkorrels zorgen ervoor dat het oogwiertje in aanwezigheid van licht zelf zijn energierijke stoffen kan opbouwen. Het doet dan, net zoals planten, aan fotosynthese. Oogwiertjes zijn dus ook microalgen. In afwezigheid van licht neemt het diertje voedsel op via fagocytose Euglena kan zich zowel heterotroof als autotroof voeden.

Dankzij het bezit van een gekleurde oogvlek, een fotoreceptor en chloroplasten kan het pantoffeldiertje zuurstofgas produceren, een gas dat de mens en ander leven op aarde nodig hebben om te kunnen overleven.

Het oogdiertje plant zich ongeslachtelijk voort door celdeling. Het kopieert zijn erfelijke materiaal zodat bij de splitsing elke dochtercel een kopie krijgt.

moedercel

S Afb. 68

Kern deelt zich. Cytoplasma deelt zich. Dochtercellen worden gevormd.

Ongeslachtelijke voortplanting van Euglena

twee dochtercellen

S Afb. 66

Het water in een vijver of beek kan plots groen zijn. Een sterke verspreiding van het oogwiertje kan daarvan de oorzaak zijn.

W Afb. 67 Bouw van Euglena

C Amoebe

De amoebe is een reus onder de eencelligen en kan tot 1 mm groot worden. Je treft amoeben zowat overal aan waar er water en modder is: op de bodem van poelen, vijvers, sloten, meren, in ondiep water en in vochtige bodems. Het organisme verkiest vochtige plaatsen die bacteriën en organisch materiaal bevatten, zoals bladeren, takken en waterplanten.

Net zoals het pantoffeldiertje en het oogdiertje heeft de amoebe een kloppende vacuole die de hoeveelheid water in de cel regelt en het overtollige water naar buiten pompt, zodat de cel niet barst. De amoebe heeft een zeer specifieke manier om zich te verplaatsen: ze beweegt zich al kruipend voort door haar schijnvoetjes of pseudopodia uit te steken of in te trekken. Als heterotroof neemt de amoebe voedseldeeltjes op door fagocytose: ze steekt haar schijnvoetjes uit en omsluit zo het voedseldeeltje, dat daarna in de cel wordt opgenomen. Zo ontstaat er een voedselvacuole.

kloppende vacuole

pseudopodia

proefversie©VANIN

cytoplasma

celkern voedsel vacuole voedseldeeltje celmembraan

In gunstige omstandigheden plant de amoebe zich ongeslachtelijk voort door celdeling.

moedercelverdubbeling celkern

splitsing cytoplasma

twee dochtercellen

W Afb. 70 Ongeslachtelijke voortplanting bij amoebe

Ook amoeben functioneren als opruimer, maar dankzij hun speciale bouw gebeurt dat op een heel eigen manier. Net zoals pantoffeldiertjes vormen ze een belangrijke schakel in de voedselketen en zijn ze van ecologisch belang.

Eencellige eukaryoten zijn de grootste groep binnen de eukaryoten.

De protozoa zijn vrijlevend. Met uitzondering van enkele protozoa die zich zowel heterotroof als autotroof kunnen voeden, zijn de meeste protozoa heterotroof. Ze bewegen zich voort met trilharen (ciliën), een zweephaar (flagel) of met schijnvoetjes (pseudopodia).

De protozoa planten zich vooral ongeslachtelijk voort.

In uitzonderlijke omstandigheden kunnen ze zich ook geslachtelijk voortplanten Protozoa spelen een belangrijke rol in de voedselketen Hun bouw staat sterk in verband met hun voorkomen en functie.

• De aanwezigheid van een kloppende vacuole laat toe dat ze kunnen overleven in water.

• Dankzij de complexe bouw van het membraan en hun manier van voortbewegen kunnen de meeste protozoa fungeren als opruimer.

• Sommige protozoa zijn zowel heterotroof als autotroof, omdat ze fotoreceptoren, een oogvlek en chloroplasten bezitten.

S Afb. 69 Bouw amoebe

video: amoebe omarmt prooi

De pens is de eerste van de voormagen bij herkauwers.

Een detrivoor voedt zich met dood organisch materiaal of detritus. Detritus is Latijn voor ‘afval’.

Pathogeen is afgeleid van het Griekse woord páthos wat lijden betekent en het Griekse woord gennãn wat ontstaan, scheppen, verwekken betekent.

1.2 Wat is het belang van protozoa?

A Positieve invloed van protozoa

Protozoa komen vrijwel overal voor. Het pantoffeldiertje leeft meestal in een zuurstofarm milieu, waar het zich voedt met microalgen, microgisten, rottende plantenresten en bacteriën. De meeste vrijlevende protozoa spelen een sleutelrol bij de mobilisatie van voedingsstoffen in ecosystemen. Ze zijn in water dus nuttig als opruimers. Op hun beurt worden micro-organismen gegeten door grotere organismen. Ze vormen een belangrijke schakel in op afval gebaseerde voedselwebben in een aquatische omgeving (of aquatische ecosystemen). Bovendien helpen ze om vervuilende (of polluerende) deeltjes op te ruimen. Veel eencellige organismen zijn daarom van ecologisch belang.

Protozoa komen ook voor in de pens van runderen, waar ze overleven in een anaeroob milieu. Ze helpen bij de vertering van suikers door fermentatie van vezels en zetmeel. Ze helpen ook om de populatie bacteriën in de pens van runderen te handhaven.

B Negatieve invloed van protozoa

Protozoa, zoals het pantoffeldiertje, vormen als detrivoren een belangrijke schakel in de voedselketen en zijn dus van essentieel belang. Toch zijn heel wat protozoa parasitair. Veel protozoa zijn ook pathogeen en veroorzaken heel wat ziekten. In wat volgt, probeer je de ziekteverwekkende eigenschappen beter te begrijpen vanuit de voortplantingscyclus van enkele parasitaire protozoa.

VOORBEELD MALARIA

Wanneer je naar tropische en subtropische gebieden reist, is de kans op een besmetting met een parasiet veel groter. Een van de bekendste tropische infectieziekten is malaria. Malaria is in (sub)tropische gebieden een van de belangrijkste doodsoorzaken; jaarlijks sterven meer dan 400 000 mensen aan malaria. De ziekte wordt veroorzaakt door de eencellige eukaryoot plasmodium. Malaria krijg je enkel door een steek van een mug die de parasiet met zich meedraagt. De muggen komen alleen voor in gebieden waar de gemiddelde minimumtemperatuur ± 14 °C is.

proefversie©VANIN

Als gevolg van de klimaatopwarming breidt het verspreidingsgebied van de mug uit.

S Afb. 71 Verspreidingsgebied van malaria

kans op besmetting beperkt risico geen malaria

VOORBEELD MALARIA (VERVOLG)

De levenscyclus van de malariaparasiet is verspreid over de mug en de mens:

• de mug is de gastheer. In de mug plant de parasiet zich geslachtelijk voort;

• de mens is de tussengastheer waarin de parasiet zich ongeslachtelijk voortplant.

Wanneer een vrouwelijke besmette mug je steekt, komt de parasiet in je bloedbaan terecht. De parasieten bereiken via de bloedbaan de lever waar ze zich ongeslachtelijk vermenigvuldigen. Na een tot twee weken barst de geïnfecteerde levercel open en de parasieten komen in de bloedbaan terecht. Eenmaal in de bloedbaan infecteren de parasieten rode bloedcellen waarin ze zich ongeslachtelijk vermenigvuldigen. Wanneer de rode bloedcel openbarst, komen de parasieten vrij en infecteren ze weer andere rode bloedcellen. Die cyclus herhaalt zich waardoor het aantal parasieten exponentieel toeneemt.

Het openbarsten van de rode bloedcellen gaat gepaard met de bekende malariaverschijnselen, zoals hoge koorts en koude rillingen. Die symptomen versterken na elke cyclus. Wanneer bij een volgende beet door een mug parasieten opgezogen worden, gaan ze in de mug versmelten. In de mug plant de parasiet zich geslachtelijk voort; de mug is dus de hoofdgastheer. De parasieten zoeken hun weg naar de speekselklieren van de mug. Wanneer de mug opnieuw steekt, komen de parasieten weer in de mens terecht.

In oktober 2021 keurde de WHO het allereerste vaccin goed voor de vaccinatie van kinderen in risicogebieden. Dat betekent een grote stap in de strijd tegen malaria. Het vaccin met de naam Mosquirix is ontwikkeld in de Belgische vestiging van het farmabedrijf GSK dat gevestigd is in Waver.

proefversie©VANIN

infectie

ongeslachtelijk voortplanting in de mens

parasieten in speeksel mug

parasieten bereiken de lever

parasiet komt in het bloed terecht

De geslachtelijke vorm van de parasiet wordt door de mug opgezogen.

geslachtelijke voortplanting in de mug

fasen in het bloed

S Afb. 73 De levenscyclus van de malariaparasiet

S Afb. 72 Plasmodiumparasiet in het bloed van een malariapatiënt

Dit is eigenlijk het juiste lettertype bij illustraties (Fira Sans regular 8/9 pt). Sommige illustraties (bv ill 70) staan verkleind (om binnen de opmaak te passen) waardoor het font kleiner is. Het lettertype is bij een aantal illustraties ook anders (ook bij ill 70). Dat is een ouder font dat niet meer wordt ondersteund door Adobe...

VOORBEELD TOXOPLASMOSE

Zwangere vrouwen mogen geen rauw vlees eten en moeten uit de buurt blijven van katten, omdat dat schadelijk kan zijn voor het ongeboren kind. De reden daarvoor is een mogelijke besmetting met het protozoön Toxoplasma gondii. De eencellige is een van de meest voorkomende parasieten wereldwijd en veroorzaakt toxoplasmose. De parasiet leeft in alle warmbloedige dieren en dus ook in de mens.

S Afb. 74

Microscopisch beeld van Toxoplasma gondii. Men schat dat 30-50 % van de wereldbevolking met de parasiet besmet is.

proefversie©VANIN

De kat is de gastheer en in de kat plant de parasiet zich geslachtelijk voort.

wordt opgegeten door de mens wordt opgegeten door de kat

De ziektekiem komt in de stoelgang terecht.

eindgastheer

Meestal merk je niks van de besmetting of krijg je lichte griepverschijnselen.

De parasiet blijft echter slapend (latent) aanwezig in je lichaam, ook in je hersenen. Dat zou lichte gedragsveranderingen veroorzaken; mensen die drager zijn van de parasiet zouden onbewust meer risico’s nemen. Als je tijdens je zwangerschap geïnfecteerd geraakt, kan dat echter leiden tot een miskraam of ernstige gevolgen hebben voor het ongeboren kind.

S Afb. 75 Voortplantingscyclus van Toxoplasma gondii

De parasiet kapselt zich in in weefsels zoals spieren en hersenen.

Uitwerpselen van de kat komen terecht op weiden en in oppervlaktewater. Wanneer andere dieren drinken van besmet water of eten van besmet voedsel komt de parasiet terecht in het lichaam van de tussengastheer, zoals een koe.

In de tussengastheer plant de parasiet zich ongeslachtelijk voort.

Protozoa hebben een belangrijke rol in ecosystemen, maar ook in de pens van herkauwers. Meerdere protozoa zijn dus belangrijk voor mens en natuur

Er zijn ook protozoa die leven als parasiet, zoals toxoplasmose en malaria. Die parasieten veroorzaken ernstige ziekten.

1.3 Welke eigenschappen hebben microalgen?

Wieren zijn lagere organismen die in water voorkomen en aan fotosynthese doen. De hogere wieren worden aangeduid als macroalgen (afbeelding XXX), maar de grootste groep wieren zijn de eencellige autotrofe organismen, de microalgen (afbeelding XXX).

Microalgen verschillen van protozoa door de manier waarop ze zich voeden. Ze bevatten net als planten chlorofyl en zijn dus autotroof. Voorbeelden zijn eencellige algen zoals Chlorella Microalgen (afbeelding XXX) zijn autotrofe eencellige eukaryoten. Algen leven in een waterig milieu en komen overal voor, in zoet- en zoutwater.

De afmetingen van algen variëren van enkele µm (Chlorella) tot 50-70 m (reuzenkelp).

Afb. 76

is een geslacht van eencellige groene algen dat tot de stam van de groenwieren behoort. Chlorella is een zoetwateralg en groeit in grote hoeveelheden in Zuidoost-Azië

S Afb. 77 Bos van reuzenkelp langs de Californische kust

proefversie©VANIN

1.4 Wat is het belang van microalgen?

A Positieve invloed van microalgen

Heel veel onderzoek richt zich op microalgen (en algen in het algemeen) als voedingsbron en als brandstof van de toekomst.

Microalgen worden sinds 1970 industrieel gecultiveerd. Ze hebben een hoge ecologische en economische waarde. Dat kun je begrijpen vanuit de bouw, de samenstelling en de voortplanting van microalgen.

• Microalgen hebben een hoge exponentiële groeisnelheid. Ze kunnen zich geslachtelijk en ongeslachtelijk vermenigvuldigen.

• Microalgen hebben, in tegenstelling tot landbouwgewassen, een zeer laag vezelgehalte. Ze zijn rijk aan eiwitten, lipiden en koolhydraten (zetmeel). Microalgen hebben een vergelijkbare samenstelling als sojabonen, maar ze kunnen tien keer meer eiwitten per hectare produceren dan soja. Dankzij die eigenschappen kunnen microalgen (bijna) helemaal worden verbruikt

S Afb. 78

Ongeslachtelijke voortplanting door celdeling van de microalg

S

Chlorella

Chlorella

• Bovendien is de teelt van microalgen niet afhankelijk van vruchtbare gronden en kan ze plaatsvinden op land dat niet geschikt is voor landbouw.

• Veel soorten groeien in zeewater en zijn daarom niet afhankelijk van onze beperkte zoetwatervoorraden.

• Bij bemesting op velden komt de helft van de stikstof terecht in het milieu door een inefficiënte opname van voedingsstoffen door de gewassen. In tegenstelling tot dat grote verlies van stikstof aan het milieu in moderne landbouwsystemen, zijn de verliezen van stikstof uit de kweeksystemen voor microalgen minimaal.

• Microalgen en cyanobacteriën vormen samen het fytoplankton. Ze zijn verantwoordelijk voor bijna de helft van de wereldwijde productie van energierijke organische stoffen en vormen daarom de belangrijkste groep producenten in rivieren, meren en oceanen.

B Negatieve invloed van microalgen

Microalgen kunnen ook nadelig zijn voor het milieu. Je kent ze zeker van het groene laagje dat je vindt op het water in beken en vijvers of in je zwembad of aquarium.

Hoeveel energierijke organische stoffen het fytoplankton aanmaakt, wordt voornamelijk bepaald door de beschikbaarheid van anorganische voedingsstoffen.

De verrijking van rivieren, meren en kustwateren met een overmaat aan voedingsstoffen uit de landbouw, de industrie of het afvalwater (eutrofiëring) veroorzaakt een explosieve groei van microalgen (fytoplankton), waardoor het water bedekt wordt door een groene film. Wanneer die algen sterven, worden ze afgebroken door bacteriën, die daarvoor zuurstof uit het water gebruiken. Daardoor dalen de zuurstofconcentraties in het water, en dat zorgt ervoor dat veel aquatische organismen sterven.

Microalgen zijn autotrofe eencellige eukaryoten

De teelt van microalgen als landbouwgewas is belangrijk omdat ze de voornaamste groep producenten vormen. Bovendien hebben ze een zeer lage impact op het milieu

Hun exponentiële groeisnelheid heeft echter als gevolg dat water bij een overmaat aan anorganische afvalstoffen zuurstofarm wordt, waardoor veel organismen afsterven.

S Afb. 80

De ongewenste groei van microalgen zorgt voor groene afzetting in het zwembad.

S Afb. 79 Door de groei van microalgen verschijnt er een groene film op het water.

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

Vele schimmels leven van afgestorven materiaal; het zijn saprofyten. Schimmels die ten koste van andere levende organismen leven, zijn echter parasieten

2.1 Welke eigenschappen hebben schimmels?

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.

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

proefversie©VANIN

In hoofstuk 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.

• De lagere schimmels:

−Ze zijn meestal kleiner dan 1 mm; ze worden ook microfungi genoemd.

−De vergroeide cellen van de hyfen zijn niet gescheiden door tussenschotten. De cellen hebben een groot aantal kernen.

• De hogere schimmels:

−Er wordt een bovengrondse sporendrager of een vruchtlichaam gevormd, de paddenstoel.

−Sommigen vormen een ondergronds vruchtlichaam, bv. de truffel.

−Er zijn wel tussenschotten tussen de cellen van de hyfen aanwezig. De naburige cellen staan met elkaar in verbinding door een opening in het tussenschot.

S Afb. 83 Hogere schimmel: paddenstoel

S Afb. 82 Hyfen zijn verweven en vormen de zwamvlok.

S Afb. 81 Schimmel op brood

lagere schimmel(s

hogere schimmel(s)

proefversie©VANIN

celkern hyfen

tussenschot

Het grootste organisme op aarde is een schimmel! Onze kleine witte champignon heeft in de staat Oregon, in het westen van de Verenigde Staten, een familielid dat 965 hectare in beslag neemt. Het mycelium van die gigantische schimmel bestrijkt een oppervlakte van maar liefst 1 665 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.

Naar: www.scientificamerican.com

Schimmels produceren allerlei stoffen die ze inzetten om andere organismen te beconcurreren, waaronder giftige producten, enzymen, vitaminen, zuren en nog vele andere stoffen.

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.

W Afb. 84

Hyfen met en zonder tussenschotten

S Afb. 85

De paddenstoel is eigenlijk de bovengrondse sporendrager van een hogere 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.

WEETJE

LABO 04

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

Schimmels kunnen zich ook geslachtelijk voortplanten: er vormen zich in de uiteinden van de zwamvlok ‘voortplantingscellen’. De voortplantingscellen zijn niet mannelijk of vrouwelijk, ze worden aangeduid met + en -cellen. Die cellen kunnen uitgroeien tot + of - schimmels, waarop zich dan weer sporendragers ontwikkelen. Wanneer een + en -cel van dezelfde soort met elkaar versmelten, ontstaat er een nieuw organisme dat verschillend is van beide ouders. Dat is dan een geslachtelijke voortplanting.

W Afb. 87

Geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting bij de broodschimmel (Rhizopus) De kleuren rood en groen stellen respectievelijk + enschimmels voor.

Schimmels planten zich meestal ongeslachtelijk voort. Geslachtelijke voorplanting treedt alleen op in ongunstige milieuomstandigheden. Zo kunnen de schimmels zich gemakkelijker en sneller aanpassen aan de gewijzigde omgeving.

proefversie©VANIN

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. Bij lagere schimmels zijn er geen tussenschotten tussen de vergroeide cellen. Ze zijn vergroeid tot een veelkernige schimmeldraad.

Schimmels kunnen zich ongeslachtelijk en geslachtelijk voortplanten

S Afb. 86

2.2 Welke eigenschappen hebben gisten?

A Bouw van gisten

litteken knopvorming

celkern

celwand

celmembraan

proefversie©VANIN

S Afb. 88

Structuur van een gistcel

cytoplasma

S Afb. 89 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 (aeroob), maar als dat niet voorhanden is, gebeurt het via fermentatie (anaeroob).

WEETJE

GIST brood bier rijzen wijn suikers < alcohol + koolzuur

SCHIMMELS tofu

tempeh natto soja

FERMENTEREN

yoghurt

MELKZUURBACTERIËN suikers < melkzuur kaas

S Afb. 90

camembert

SCHIMMELS + BACTERIËN salami

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 microorganismen afremt. Dat verbetert de houdbaarheid van het voedsel.

vacuole

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. Een 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.

proefversie©VANIN

W Afb. 91

Ongeslachtelijke voortplanting door knopvorming

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 twee waarbij twee identieke dochtercellen ontstaan die elk een kopie krijgen van het erfelijke materiaal.

Gisten zijn eencellige schimmels. Gisten planten zich ongeslachtelijk voort door knopvorming of celdeling. In hongersnood planten gisten zich geslachtelijk voort.

2.3

Wat is het belang van schimmels en gisten?

A Positieve invloed en toepassingen van schimmels en gisten

A1 Positieve invloed op de omgeving

• Schimmels zijn essentieel voor het milieu. Ze bezitten geen bladgroen en kunnen dus zelf geen energierijke organische stoffen opbouwen. Ze scheiden eiwitten (enzymen) af die dierlijk en plantaardig materiaal in de omgeving afbreken. De schimmel neemt dan via de hyfen de gevormde moleculen op.

• Het mycelium vormt in de bodem een soort van bindweefsel dat de bodem bij elkaar houdt. Myceliumnetwerken kronkelen door plantenwortels en scheuten, langs de oceaanbodem en door graslanden en bossen.

• Bij ongeveer 99 % van alle groene landplanten komt er op de wortels een wortelschimmel of mycorrhiza voor. Zowel voor de schimmel als voor de plant is dat een goede zaak. Met het uitgebreide netwerk van hyfen haalt die schimmel voedingsstoffen uit de bodem en stelt die beschikbaar aan de plant. In ruil daarvoor krijgt de wortelschimmel van de plant suikers, die de schimmel gebruikt als energiebron.

A2 Toepassingen in de voedingsindustrie

Schimmels worden al duizenden jaren gebruikt als voedselbron of bij de bereiding of verwerking van voedsel. Paddenstoelen zijn de eetbare vruchtlichamen van schimmels.

De stoffen die schimmels produceren, worden gebruikt in tal van toepassingen:

• Kazen danken hun unieke smaak en geur aan de stoffen die de schimmels aanmaken.

• Meerdere enzymen worden gebruikt om in de voedingsindustrie bepaalde stoffen versneld af te breken, zoals zetmeel, cellulose, eiwitten en lactose.

• Heel wat schimmels produceren vitaminen. Die worden soms toegevoegd aan voedingsmiddelen. Zo wordt vitamine B2 (riboflavine) geproduceerd door schimmels zoals Ashbya gossypii. Er zijn ook schimmels die ergosterol kunnen omzetten in vitamine D wanneer ze worden blootgesteld aan uv-licht.

• De voedingsindustrie gebruikt meerdere zuren, zoals gluconzuur en melkzuur. Citroenzuur, geproduceerd door Aspergillus niger, wordt veel gebruikt als conserveermiddel en smaakstof.

• Schimmels zoals Monascus purpureus produceren rode pigmenten, die worden gebruikt als kleurstof in voedsel.

van roquefort

WEETJE

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.

proefversie©VANIN

• 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. 93 De schimmel Monascus purpureus groeit op witte rijst en geeft de rijst een rood-paarse kleur.

S Afb. 92

Penicillium roqueforti: de groene schimmel

S Afb. 94

Om brood en bier te maken, gebruikt men gist.

A3 Toepassingen in de gezondheidssector

Schimmels en gisten zijn ook belangrijk bij de productie van geneesmiddelen Alexander Fleming (1881-1955) was degene die het eerste antibioticum ontdekte. In kweekschaaltjes waarin hij een aantal verschillende bacteriën had laten groeien, zag hij dat er schimmel groeide. In een van de schaaltjes had de schimmel de groei van de bacterie afgeremd. Blijkbaar gaf de schimmelsoort een stof af die bacterieontwikkeling verhinderde. Omdat de schimmel tot het geslacht Penicillium behoorde, noemde hij de stof die door de schimmel werd afgescheiden, penicilline

Penicilline is nog altijd een van de meest gebruikte antibiotica. Grootschalige productie door de schimmel Penicillium op een klassieke manier is echter niet eenvoudig. Door het erfelijk materiaal van de gist Hansenula polymorpha aan te passen, heeft men de gist omgebouwd tot een penicillinefabriekje.

Ook andere producten van schimmels worden gebruikt als medicijn:

• Melkzuur wordt ook in de farmaceutische industrie gebruikt.

• Statines worden geproduceerd door schimmels zoals Aspergillus terreus. Zij helpen om het cholesterolgehalte in het bloed te verlagen. Een te hoge cholesterolwaarde kan leiden tot verstoppingen in de bloedvaten.

• Om afstotingsreacties bij orgaantransplantaties te voorkomen, gebruikt men stoffen die het afweersysteem onderdrukken, immunosuppressiva. Een voorbeeld van zo’n medicijn is cyclosporine. Het wordt geproduceerd door de schimmel Tolypocladium inflatum

A4 Andere toepassingen

proefversie©VANIN

• Zuren, zoals gluconzuur, worden gebruikt in schoonmaakmiddelen

• In het fermentatieproces kunnen schimmels ethanol produceren. Dat kan worden gebruikt als duurzame brandstof.

• Er zijn schimmels die schadelijke stoffen afbreken, zoals plastics, olie en chemische stoffen. Ze kunnen worden ingeschakeld als een krachtig hulpmiddel om de bodem of water te saneren.

• Schimmels worden ingezet om de bodemvruchtbaarheid te verbeteren. Ze breken dierlijk en plantaardig materiaal af en dragen zo bij tot het hergebruik van organisch materiaal in de bodem.

B Negatieve invloed en toepassingen van schimmels en gisten

B1 Negatieve invloed op de omgeving Meerdere organismen, waaronder kikkers en bomen zoals de iep, worden wereldwijd bedreigd door een schimmel. Struiken en bomen worden aangetast door wortelrot, een gevreesde schimmel die de gezondheid van bossen kan bedreigen.

In huizen kunnen schimmels bepaalde bouwmaterialen aantasten. Zo veroorzaakt de huiszwam houtrot.

Zwarte schimmel kan dan weer voor allergieën en ademhalingsklachten zorgen. Ook verf, pleisterwerk en zelfs beton kunnen worden aangetast als het vochtgehalte binnen in het huis te hoog is.

S Afb. 95 Aspergillus terreus

S Afb. 96 Zwarte schimmel in een huis kan gezondheidsklachten veroorzaken, zoals astma.

Schimmels vormen ook een van de grootste bedreigingen voor landbouwgewassen. 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.

proefversie©VANIN

B2 Negatieve invloed op voeding

Sommige schimmels produceren giftige stoffen, mycotoxinen, die je behoorlijk ziek kunnen maken. Wanneer kaas, en ook andere voedingswaren, beschimmeld zijn, kun je ze het best meteen weggooien. Het zichtbare gedeelte wegsnijden is vaak niet voldoende. Je weet immers niet hoe diep de schimmeldraden in de kaas gedrongen zijn. Bovendien zijn niet alle schimmels eetbaar.

Graan en koffie worden vaak aangetast door schimmels die een giftige stof produceren. Die stof kan nierkanker en andere soorten nierziekten veroorzaken. Bovendien onderdrukt ze je immuunsysteem en remt ze de celwerking.

B3 Negatieve invloed op de mens

Schadelijke schimmels gebruiken delen van het menselijk lichaam als voedselbron.

Schimmelinfecties komen bijvoorbeeld regelmatig voor op de huid; ze leven van keratine in de hoornlaag van de huid. De meeste van die infecties zijn onschuldig als ze tijdig behandeld worden.

Veelvoorkomende schimmels bij de mens zijn bijvoorbeeld candidiasis en de voetschimmel of zwemmerseczeem. De sporen van sommige schimmels die in huizen voorkomen, bijvoorbeeld de zwarte schimmel (Stachybotrys chartarum), bevatten schadelijke stoffen (mycotoxines) die huidirritatie en allergische reacties (hooikoorts) bij de mens kunnen veroorzaken.

Schimmelinfecties komen vooral voor op warme en vochtige plaatsen, bijvoorbeeld in de mond, onder nagels, in huidplooien ter hoogte van de lies, onder de borsten en tussen de tenen. Je goed afdrogen in de huidplooien na een douche is dus heel belangrijk.

• Sommige schimmels zijn een voedselbron en kunnen worden gebruikt bij de bereiding van voeding. Het gebruik van gisten bijvoorbeeld bij fermentatie heeft niet alleen een invloed op de smaak, geur en textuur, maar ook op de houdbaarheid van de voedingsmiddelen.

• 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.

• Hoewel schimmels nuttig zijn, kunnen sommige schimmels ook schadelijk zijn. Het is dus belangrijk om een onderscheid te maken tussen de soorten en hun toepassingen.

S Afb. 97 Maïs geïnfecteerd door een schimmel

S Afb. 98 Voetschimmel of zwemmerseczeem ontstaat vaak tussen de tenen.

3 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 1 000 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.

3.1 Welke eigenschappen hebben bacteriën?

A Bouw van bacteriën

Je leerde al dat bacteriën eencellige organismen zijn en tot de prokaryoten behoren.

celmembraan

celwand

kapsel

cytoplasma fimbria ribosomen

proefversie©VANIN

erfelijk materiaal

plasmide

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.

flagel

W Afb. 99 Structuur van een bacterie

LABO 06

3D-beeld bacterie

B Indeling naar vorm en onderlinge schikking van de bacteriën

BACTERIËN

S Afb. 100

proefversie©VANIN

A.1 coccen A.2 bacillen A.3 spirillen A.4 vibrionen

B1 Bolvormige bacteriën of coccen

Deze bacteriën hebben een ronde of licht ovale vorm. Sommige bolvormige bacteriën komen voor als een enkele cel, terwijl andere soorten, zoals de bacterie die gonorroe veroorzaakt, zich rangschikken per twee

De bacterie Neisseria gonorrhoeae rangschikt zich per twee. Gonorroe is een veelvoorkomende soa. Als de infectie niet behandeld wordt, kan ze ernstige gevolgen hebben, zoals ontsteking van de eierstokken of teelballen en zelfs onvruchtbaarheid.

VOORBEELD

Op onze huid zitten bolvormige bacteriën die in trosjes of groepjes voorkomen. De trosvormige bacterie Staphylococcus aureus is meestal onschuldig, maar wanneer er wondjes of scheurtjes ontstaan in de huid of slijmvliezen kunnen die bolvormige bacteriën toch infecties veroorzaken, bijvoorbeeld een steenpuist of krentenbaard (impetigo). Als de bacterie via de bloedbaan dieper in het lichaam komt, kan dat heel ernstige gevolgen hebben zoals een bloedvergiftiging, een ontsteking van de hartkleppen …

S Afb. 101 Schikking in groepjes: Staphylococcus aureus

S Afb. 102 Impetigo of krentenbaard

S Afb. 103 Schikking in ketens: Streptococcus pyogenes

Andere bacteriën komen als een ketting of in een keten voor. De kettingvormige bacterie Streptococcus pyogenes zit in tandplak en in de slijmvliezen van de neus, de keel en de vagina. Wanneer de bacteriën verder in het lichaam doordringen, bijvoorbeeld tijdens een bevalling, kunnen ze onder andere een longontsteking of zelfs een hersenvliesontsteking bij de baby veroorzaken.

B2 Staafvormige bacteriën of bacillen

Deze bacteriën hebben de vorm van een staafje of zijn cilindervormig.

VOORBEELD

• Op afb. 85 zie je een van onze darmbewoners. Het is een staafvormige bacterie die apart of in paren leeft. De bacterie is heel belangrijk voor een goede gezondheid van onze darmen en heeft geen ziekteverwekkende eigenschappen. Ze komt ook voor in de bodem waar ze de wortelzone van planten tegen ziekteverwekkers beschermt.

• Regelmatig halen poederbrieven het nieuws. Gelukkig is het meestal loos alarm. Brieven met de aaneengeschakelde staafvormige bacterie Bacillus anthracis werden enkele dagen na 9/11 in de VS verstuurd. Die bacterie, weergegeven in afb. 86, veroorzaakt miltvuur of antrax. Inademen van het poeder heeft meestal een dodelijke afloop. Een infectie met die bacterie kan ook uitwendig zijn en de huid aantasten, zoals je ziet op afb. 87. De wonde heeft de kleur van anthraciet, vandaar de naam van de bacterie en de ziekte.

B3 Spiraalvormige bacteriën of spirillen

Deze bacteriën hebben de vorm van een kurkentrekker of een spiraal.

VOORBEELD

Wie bij de jeugdbeweging is, kent ongetwijfeld het gevaar van een tekenbeet. Teken zijn spinachtige parasieten die laag bij de grond leven in hoog gras en struikgewas. Door een tekenbeet kun je besmet geraken met een spiraalvormige bacterie die de ziekte van Lyme veroorzaakt.

In de 19e eeuw stierf door een gebrek aan hygiëne een derde van de vrouwen in het kraambed als gevolg van een infectie met de kettingvormige bacterie Streptococcus pyogenes.

proefversie©VANIN

S Afb. 104

Staafvormige bacterie: Bacillus subtilis

S Afb. 105 Bacillus anthracis of miltvuurbacterie

S Afb. 106 Miltvuur (aantasting van de huid)

S Afb. 107 Teek die de bacterie verspreidt.

S Afb. 108 De spiraalvormige bacterie Borrelia burgdorferi veroorzaakt de ziekte van Lyme.

S Afb. 109

Rode ringvormige uitslag rond de tekenbeet bij ziekte van Lyme

Diarree doodt jaarlijks ongeveer een half miljoen kinderen jonger dan vijf jaar. Diarree komt vooral voor in ontwikkelingslanden waar er minder toegang is tot zuiver drinkwater, de sanitaire voorziening gebrekkig is en medische zorg vaak niet voorhanden is.

• Op afb. 85 zie je een van onze darmbewoners. Het is een staafvormige bacterie die apart of in paren leeft. De bacterie is heel belangrijk voor een goede gezondheid van onze darmen en heeft geen ziekteverwekkende eigenschappen. Ze komt ook voor in de bodem waar ze de wortelzone van planten tegen ziekteverwekkers beschermt.

• Regelmatig halen poederbrieven het nieuws. Gelukkig is het meestal loos alarm. Brieven met de aaneengeschakelde staafvormige bacterie Bacillus anthracis werden enkele dagen na 9/11 in de VS verstuurd. Die bacterie, weergegeven in afb. 86, veroorzaakt miltvuur of antrax. Inademen van het poeder heeft meestal een dodelijke afloop. Een infectie met die bacterie kan ook uitwendig zijn en de huid aantasten, zoals je ziet op afb. 87. De wonde heeft de kleur van anthraciet, vandaar de naam van de bacterie en de ziekte.

B4 Kommavormige bacteriën of vibrionen

Deze bacteriën hebben de vorm van een gebogen staafje.

VOORBEELD

We beseffen het niet, maar drinkwater dat uit een kraantje komt, is een luxe. Wereldwijd heeft een op de vier mensen geen toegang tot drinkbaar water. Ze halen water uit meren en rivieren en dat is vaak besmet met de cholerabacterie. De kans dat die mensen cholera krijgen door het drinken van dat besmette water, is dan ook groot. Hevige diarree en braken zijn de symptomen van de ziekte. Zonder behandeling sterft de helft van de patiënten.

WEETJE

proefversie©VANIN

Gramkleuring is een techniek die door de Deense bacterioloog Hans Christian Gram werd ontwikkeld. De kleuring wordt in de microbiologie nog altijd gebruikt om bacteriën te onderscheiden en ze zichtbaar te maken. Bovendien is de kleuring ook belangrijk om bij een bacteriële aandoening te bepalen welk antibioticum geschikt is.

Binnen de vier hoofdgroepen worden de bacteriën nog verder onderverdeeld. Daarbij wordt rekening gehouden met de aanwezigheid van flagellen, de vorming van een kapsel rond de celwand, de mogelijkheid tot het vormen van endosporen (zie p. 90), de afhankelijkheid van zuurstofgas en de kleur van de kolonie.

C Indeling op basis van de structuur van de celwand

Een andere indeling van bacteriën gebeurt met behulp van de gramkleuring waarbij bacteriën gekleurd worden om ze onder een lichtmicroscoop zichtbaar te maken. Bacteriën worden op basis van de structuur van de celwand in twee groepen ingedeeld: grampositieve en gramnegatieve bacteriën

• Grampositieve bacteriën hebben een dikke celwand die uit meerdere lagen bestaat en een gaasvormige structuur heeft. De paarse kleur van kristalviolet wordt hier in de dikke celwand vastgehouden.

• Bij gramnegatieve bacteriën is de celwand dun; ze bestaat uit slechts één laag. De paarse kleur van kristalviolet wordt hier weggewassen.

S Afb. 110

Vibrio cholerae: een kommavormige bacterie die cholera veroorzaakt.

S Afb. 111

Om verspreiding van de bacterie te voorkomen, leren kinderen in de kleuterschool hun handen wassen.

cytoplasma

buitenste membraan celwand celmembraan

proefversie©VANIN

S Afb. 112

Celwand bij grampositieve bacterie (links) en gramnegatieve bacterie (rechts)

Bacteriën zijn de kleinste cellen op aarde en behoren tot de prokaryoten. Die 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.

D 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 aeroob milieu, maken energie vrij door celademhaling, terwijl bacteriën die in een 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.

E Voortplanting van bacteriën

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

Tuberculose of tbc is een ernstige, soms besmettelijke bacteriële infectieziekte, veelal veroorzaakt door Mycobacterium tuberculosis. Door het gebruik van meerdere daartoe geschikte antibiotica tegelijk is tuberculose tegenwoordig meestal goed te behandelen.

Het erfelijke materiaal verdubbelt.

proefversie©VANIN

Elke dochtercel krijgt een kopie van het erfelijke materiaal.

Er ontstaan twee dochtercellen die dezelfde kenmerken als de moedercel hebben.

S Afb. 113

Binaire splitsing bij bacteriën

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, zoals de bacterie die tuberculose verwekt.

bacteriën tijd (minuten)

S Grafiek XXX De grafiek geeft de toename van het aantal bacteriën weer in functie van de tijd. De verdubbeling van het aantal bacteriën gebeurt in dit voorbeeld om de tien minuten.

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 XXX).

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. Dat is een manier waarop bacteriën de eigenschap ‘resistent tegen een bepaald antibioticum’ aan andere bacteriën kunnen doorgeven. 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.

erfelijk materiaal

proefversie©VANIN

pilus

S Afb. 114

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

2 Tussen beide bacteriën wordt een conjugatiekanaal aangelegd.

3 Erfelijk materiaal wordt overgedragen van bacterie A naar bacterie B.

4 Beide bacteriën zijn resistent tegen het antibioticum.

Wanneer je in een kweek of een cultuur van bacteriën de groei bestudeert, kun je vier fasen onderscheiden.

FASE 1

Wanneer men de bacteriën pas op de voedingsbodem heeft aangebracht, moeten ze zich aanpassen aan de nieuwe omstandigheden. Gedurende deze fase delen de bacteriën niet.

FASE 2

FASE 3

FASE 4

Zodra de cellen aan de nieuwe omstandigheden zijn aangepast, beginnen ze te delen. In deze tweede fase is de groei en vermenigvuldiging van de bacteriën maximaal

Het aantal bacteriën dat er door deling bijkomt, is gelijk aan het aantal bacteriën dat afsterft. Het aantal bacteriën blijft dus constant. Door de sterke toename van het aantal bacteriën in de tweede fase, worden steeds meer voedingstoffen opgebruikt. Vanaf een bepaald moment raken daardoor de voedingsstoffen in de bodem opgebruikt. Door de stofwisseling van de bacteriën neemt bovendien de hoeveelheid afvalstoffen en eventueel ook de hoeveelheid toxinen in de bodem toe.

Het aantal bacteriën daalt omdat er meer bacteriën afsterven dan dat er bacteriën door deling bijkomen. De voedingsbodem is uitgeput en de hoeveelheid afvalstoffen/ toxische stoffen is sterk toegenomen. Daardoor zijn de omstandigheden niet meer geschikt voor de bacteriën.

S Afb. 115 Groeifasen van een bacteriecultuur

LABO 07

kon blijven staan met extra stuk er terug bij

F Groeivoorwaarden

In het labo rond de groeifactoren van bacteriën leerde je dat temperatuur, concentratie van stoffen en zuurtegraad bepalend zijn voor de groei. Ten slotte is ook de aan- of afwezigheid van zuurstofgas belangrijk. Sommige bacteriën hebben immers O2-gas nodig om te groeien, andere net niet. De groei en vermenigvuldiging van bacteriën is afhankelijk van de omstandigheden. Alleen wanneer de levensvoorwaarden voor bacteriën gunstig zijn, zal de groei en de vermenigvuldiging van die micro-organismen worden gestimuleerd. Bacteriën hebben voldoende water, nutriënten, mineralen en de juiste zuurtegraad nodig om te groeien.

proefversie©VANIN

In gunstige omstandigheden is de groei maximaal en verdubbelen de bacteriën elke generatietijd. Kennis over de groei en vermenigvuldiging van bacteriën helpt ons om het verloop van infecties te voorspellen en beheersen.

Bacteriën en zuurstofgas

Sommige bacteriën hebben altijd zuurstof nodig om te overleven, ze zijn aeroob. Andere bacteriën overleven alleen maar zonder zuurstof, ze zijn anaeroob. En dan zijn er ook bacteriën die zowel in een omgeving mét als zonder zuurstof kunnen overleven, ze zijn facultatief anaeroob.

Dat is handig om te weten, 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.

In ongunstige omstandigheden, zoals bij extreme temperaturen, droogte of extreme pH, vormen bepaalde bacteriën overlevingsstructuren; we spreken van endosporen. Een endospore is een slaaptoestand: de spore kan niet delen en heeft ook geen metabole activiteit. Endosporen kunnen miljoenen jaren overleven. Ze zijn bestand tegen extreme omstandigheden, zoals de meeste sterilisatietechnieken. De endospore kan door bepaalde stimuli uit de omgeving opnieuw worden geactiveerd. Als de spore na die activering in een gunstige omgeving terechtkomt, kan ze opnieuw uitgroeien tot een bacterie. Dat gebeurt heel snel; het duurt slechts enkele minuten.

Elektronenmicroscopisch beeld van een bacterie (Bacillus subtilis) met bovenaan een endospore in de cel (door de pijl aangeduid)

WEETJE

S Afb. 116 Aften bevinden zich vaak aan de binnenkant van de lip of wang, op het tandvlees of onder de tong.

S Afb. 117

1 Het erfelijke materiaal wordt gekopieerd.

2 Het celmembraan snoert zich in. Elk compartiment krijgt een kopie van het erfelijke materiaal. Er ontstaat een voorspore

3 Het celmembraan van de moedercel omgeeft de voorspore.

proefversie©VANIN

4 De voorspore is nu omgeven door twee celmembranen.

5 Tussen de twee celmembranen vormt zich een dikke laag die bestaat uit celwandachtig materiaal (de schors).

6 Rond het buitenste celmembraan wordt een tweede laag gevormd: de sporecoat

7 De moedercel sterft uiteindelijk af. De spore blijft over.

De vorming van endosporen gebeurt in ongunstige omstandigheden.

Bacteriën vermenigvuldigen zich door eenvoudige celsplitsing. Elke generatietijd verdubbelt het aantal bacteriën. Als uit één moedercel identieke organismen ontstaan, noemen we dat ongeslachtelijke of aseksuele voortplanting. Bacteriën kunnen erfelijk materiaal doorgeven aan een andere bacterie via conjugatie

Bacteriën vermenigvuldigen zich maximaal als de omstandigheden optimaal zijn: voldoende water, voedingsstoffen, mineralen, zuurtegraad. Bij de groei van bacteriën in een bacteriecultuur kun je vier fasen onderscheiden.

In ongunstige omstandigheden vormen bepaalde bacteriën overlevingsstructuren, de endosporen.

S Afb. 118

3.2 Wat is het belang van bacteriën?

Bacteriën kunnen zowel een positieve als een negatieve invloed hebben. Je bestudeert hieronder enkele voorbeelden.

Lactobacili

Bifidobacteria

proefversie©VANIN

Campylobacter

Enterococcus faecalis

Clostridium difficile

bacteriën met positieve invloed

bacteriën met negatieve invloed

W Afb. 119

Bacteriën met een positieve invloed (blauw) en een negatieve invloed (roze)

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

producenten

organische stoffen

consumenten

van de tweede orde

organische (afval)stoffen

anorganische stoffen

organische (afval)stoffen

reducenten

W Afb. 120

Kringloop van materie

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. Ze vormen je microbioom. Die 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.

proefversie©VANIN

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. Ze 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.

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 zijn 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.

De meest voorkomende soorten probiotica zijn zuivelproducten.

S Afb. 121 Bacteriën in je lichaam vormen je microbioom.

S Afb. 122

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. Het opwarmend vermogen is 34 keer sterker dan dat van CO2. 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 gefermenteerd (anaerobe afbraak), waarbij er H2 en CO2 wordt gevormd. Methaanbacteriën in de pens van de koe zetten dat 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.

B2 Negatieve invloed op de gezondheid

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

proefversie©VANIN

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.

VOORBEELD SALMONELLA

Als je voedsel besmet is met een bacterie, kun je een voedselinfectie oplopen. Een veelvoorkomende voedselinfectie is salmonella, veroorzaakt door salmonellabacteriën. Salmonellabacteriën 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. Je kunt de infectie ook krijgen als je verse groenten versnijdt op een snijplank waarop je net voordien rauwe besmette kip gesneden hebt.

Wanneer je besmet voedsel gegeten hebt, komt de bacterie in je maag-darmstelsel terecht. Als de bacterie het zure milieu van de maag overleeft, dan kan ze zich in de darm 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.

S Afb. 123

S Afb. 124

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

VOORBEELD VOEDSELVERGIFTIGING

Heel wat sporenvormende bacteriën kunnen een voedselvergiftiging veroorzaken.

Voedselvergiftiging kan dodelijk zijn en komt meestal uit eigen keuken. Prof geeft advies om het veilig te houden: ‘Gebruik een sponsje nooit langer dan één dag’

Geïnfecteerd voedsel maakt jaarlijks honderden Vlamingen ziek – Voedselagentschap begint voorlichtingscampagne op televisie

proefversie©VANIN

Zomerweer ideaal voedselvergiftigingvoor

Twintig kinderen lopen voedselvergiftiging op tijdens scoutskamp

De meest voorkomende sporenvormende bacteriën behoren tot het geslacht Bacillus en het geslacht Clostridium. De sporen van beide geslachten komen wijdverspreid in de natuur voor. Veel plantaardige voedingsmiddelen bevatten dan ook sporen.

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.

WEETJE

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.

S Afb. 125 Een botoxbehandeling wordt uitgevoerd om rimpels te verminderen.

Voor 1959 stierf ongeveer een op de acht baby’s en kinderen aan difterie. Dankzij vaccinatie is difterie bijna volledig verdwenen in ons land. Vaccinatie blijft echter heel belangrijk en is de enige manier om je tegen de ziekte te beschermen.

VOORBEELD TETANUS

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. Sporen zijn immers resistent tegen de meeste omgevingsfactoren. Bij infectie ontwikkelt de spore zich opnieuw tot een bacterie waarna ze zich vermenigvuldigt.

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. De toxine verspreidt zich over het perifere en centrale zenuwstelsel met ernstige gevolgen, zoals ademhalingsproblemen en hartproblemen. Als de infectie niet wordt behandeld, kan ze een dodelijke afloop hebben.

VOORBEELD KINKHOEST

Kinkhoest is een bacteriële infectie veroorzaakt door de bacterie Bordetella pertussis, een aerobe bacil of staafvormige bacterie. De overdracht gebeurt 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.

VOORBEELD DIFTERIE

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.

A Gezonde keel

proefversie©VANIN

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

B

S Afb. 128

S Afb. 126 Clostridium tetani veroorzaakt tetanus.

S Afb. 127

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

video: kinkhoest

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 tegen tetanus, difterie en kinkhoest zit in Vlaanderen in het basisvaccinatieschema van elk kind. Het vaccin tegen tetanus moet om de tien jaar worden herhaald. In dat herhalingsvaccin is ook difterie en kinkhoest opgenomen. Ons afweersysteem heeft af en toe een opfrissing nodig. De vaccinatie wordt in Vlaanderen volledig terugbetaald.

proefversie©VANIN

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

• meningokokken C

difterie, tetanus, kinkhoest, polio

6 JAAR humaan papillomavirus 12 JAAR

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

10 JAAR

mazelen, bof, rubella

14 JAAR

difterie, tetanus, kinkhoest

De meeste bacteriën zijn onschadelijk, en vele zijn zelfs nuttig voor de mens. Het microbioom, de verzameling van alle bacteriën 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.

W Afb. 129 Basisvaccinatieschema voor kinderen in Vlaanderen

Pasteurisatie is vernoemd naar de Franse wetenschapper Louis Pasteur (1822-1895). Hij toonde in 1860 aan dat ongewenste fermentatie in wijn en bier kan worden verhinderd door de dranken gedurende enkele minuten te verwarmen tot 57 °C.

3.3 Hoe kan men bacteriën bestrijden?

A Bacteriën in voedsel

Het meeste voedsel dat we aankopen bevat kleine hoeveelheden micro-organismen. 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 en worden er stoffen of conserveringsmiddelen toegevoegd. Die onderdrukken de groei van bacteriën, waardoor het voedsel langer bewaard kan blijven.

S Afb. 130 Stoffen die aan voeding worden toegevoegd, krijgen binnen de Europese Unie een E-nummer.

Om de houdbaarheid van voedsel te verlengen zorgt men ervoor dat het milieu ongunstig wordt voor de groei van bacteriën. Dat kan door diepvriezen, drogen, konfijten, pekelen en vacuüm verpakken. Bij de bereiding van voedsel kan men bacteriën ook bestrijden door hittebehandeling. Dat kan door pasteurisatie, sterilisatie of UHT. De methoden verschillen in de temperatuur en de duur van de verhitting.

VOORBEELD PASTEURISATIE, STERILISATIE OF UHT

Tijd en temperatuur

pasteurisatie enkele seconden tot minuten op temperatuur lager dan 100 °C

sterilisatie

proefversie©VANIN

Effect op bacteriën en endosporen

• meeste bacteriën worden gedood

• endosporen overleven

Effect op het voedingsmiddel

• beperkt houdbaar

• smaak wordt behouden

± 15 minuten bij 120 °C• bacteriedodend• lang houdbaar

• wijzig t chemische samenstelling en smaak van de voeding

Ultra Hoge

Temperatuur (UHT)

enkele seconden op heel hoge temperatuur, tussen 140 °C en 160 °C

• bacteriedodend

• doodt endosporen bij temperatuur > 140 °C

• lang houdbaar

• smaak blijft behouden

S Tabel XXX Het effect van verschillende methoden van hittebehandeling op de bacteriën, de endosporen en op het voedingsmiddel

Ioniserende stralen, kortweg doorstraling of ionisatie, worden ook veel gebruikt om voeding te steriliseren. De stralen doden bacteriën en andere schadelijke micro-organismen. Giftige stoffen en virussen worden door bestraling niet verwijderd. Bij bestraling denk je meteen aan radioactiviteit, gevaar, kanker … maar het radiosterilisatieproces is perfect veilig en maakt voedsel niet radioactief. Bestraling heeft veel voordelen: het verbetert de kwaliteit van het voedsel, verlengt de houdbaarheid, vermindert verliezen tijdens opslag en remt de rijping en ontkieming van groenten en fruit.

In België worden jaarlijks duizenden tonnen voedsel bestraald, maar die sterilisatiemethode is niet voor alle voeding geschikt.

De voedingsmiddelen die bestraald mogen worden, zijn vastgelegd. Dat zijn bijvoorbeeld aardappelen, look, sjalotten en uien, paprika’s, pepers, sommige gedroogde groenten, kruiden, thee, garnalen … en aardbeien. Uiteraard zijn er ook maximale stralingsdoses vastgelegd.

Alle producten die met ioniserende straling behandeld zijn, moeten het internationale symbool RADURA dragen. Maar dat wordt wel eens ‘vergeten’ omwille van het beeld dat ioniserende straling bij de meeste mensen opwekt.

B Bacteriën in je omgeving

proefversie©VANIN

S Afb. 131

Radura-symbool. Radura is afgeleid van radiation, wat bestraling betekent en dura, Latijn voor hard, blijvend.

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

Warmtebehandeling

• sterilisatie van materiaal

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

W Afb. 132

Sterilisatie van medisch materiaal

Chemische stoffen

• sterilisatie van materiaal en oppervlakken

• o.a. gebruik van alcohol

W Afb. 133

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.

Ioniserende straling en uv C-licht

• sterilisatie van materiaal en ruimten

W Afb. 134

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

C Bacteriële infecties

In de eerste plaats moet je proberen een infectie te voorkomen door de nodige hygiënemaatregelen in acht nemen: was je handen als je voedsel hanteert, reinig je keukengerei en werk op een proper werkblad. Gebruik daarvoor zeep en ontsmettingsmiddelen.

Antibiotica betekent letterlijk ‘tegen’ (anti) ‘leven’ (bios).

Alcoholgel is een

voor je handen.

proefversie©VANIN

Recent onderzoek richt zich op het gebruik van andere micro-organismen, zoals virussen, in de strijd tegen bacteriën.

Door het werkblad na elk gebruik goed schoon te maken, ga je de verspreiding van bacteriën tegen. Voor de dagelijkse reiniging volstaat een poetsbeurt met een schone vaatdoek met warm water en een zacht schoonmaakmiddel.

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. Door het veelvuldige gebruik van antibiotica worden namelijk steeds meer bacteriën resistent of ongevoelig voor antibiotica. De ziekenhuisbacterie of superbacterie is een verzamelnaam voor alle bacteriën die resistent zijn tegen (bijna) alle antibiotica. Die bacteriën zijn varianten van bacteriën die in de loop der jaren steeds vaker met antibiotica in aanraking zijn gekomen en daardoor resistentie wisten op te bouwen tegen het medicijn.

S Afb. 137 Elektronenmicroscopisch beeld van zich delende MRSA-bacteriën (MRSA is de afkorting van meticilline-resistente Staphylococcus areus; meticilline is een antibioticum.)

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. Dat kan bijvoorbeeld door toevoegen van conserveringsmiddelen. De aanwezige bacteriën kunnen ook door hittebehandeling of door gebruik van ioniserende stralen worden gedood.

Materiaal en ruimten kunnen kiemvrij worden gemaakt door hittebehandeling, chemische stoffen en door ioniserende straling en uv C-licht.

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.

S Afb. 136

S Afb. 135

ontsmettingsmiddel

4 Welke eigenschappen hebben virussen en wat is hun belang?

In tegenstelling tot bacteriën zijn virussen de ultieme ziekteverwekkers! Ze zijn gastheerafhankelijk en gedoemd tot een parasitair bestaan. Je herinnert je vast en zeker van de COVID-pandemie dat de verspreiding enorm snel ging. Op twee en een halve maand tijd was de hele wereld in isolatie. Om de verspreiding van virussen te begrijpen, bekijk je eerst de bouw van virussen en de manier waarop ze zich vermenigvuldigen.

4.1 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. SARS-CoV-2 is daar een voorbeeld van.

eiwitmantel

proefversie©VANIN

S Afb. 138

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

enveloppe eiwit

erfelijk materiaal

S Afb. 139

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.

video: coronavirus onder de microscoop

3D-beeld virus

VOORBEELD POLIOVIRUS

VOORBEELD SARS-COV-2

eiwit in enveloppe virus membraanreceptoren gastheercel

B De voortplanting van virussen

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

proefversie©VANIN

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.

Omdat virussen geen eigen stofwisseling hebben en zich niet zelf kunnen vermenigvuldigen, laten ze 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.

We onderscheiden vijf stadia.

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

proefversie©VANIN

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

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

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

5 De nieuwe virussen komen vrij. 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.

S Afb. 140

Een bacteriofaag laat zich door een gastheercel vermenigvuldigen.

De enveloppe van virussen heeft een structuur die vergelijkbaar is met de structuur van het celmembraan van eukaryote cellen. Beide zijn opgebouwd uit moleculen die bestaan uit een ‘wateroplosbaar’ deel (a) en een ‘vetoplosbaar’ deel (b).

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. In dat proces gaat de gastheercel niet kapot; ze sterft dus niet.

erfelijk materiaal virus

proefversie©VANIN

Wat is het verschil tussen een hivinfectie en aids? Een hiv-infectie geeft niet altijd klachten. Maar als het virus zich eenmaal ontwikkeld heeft, en je (ernstig) ziek wordt, spreek je van aids. Mensen met aids krijgen vaak zeldzame ziekten, die anderen bijna nooit hebben. Dat komt omdat het afweersysteem niet goed meer werkt.

Gastheercel maakt viraal erfelijk materiaal en virale eiwitten aan.

Nieuwe virussen komen vrij door knopvorming.

De virussen waarvan de eiwitmoleculen het best passen op de membraanreceptoren van de gastheercellen zullen, zeker voor een tijdje, de dominante vorm worden.

Bij de COVID-19-epidemie nam op die manier de omikronvariant het snel over van de deltavariant. Door een klein kopieerfoutje pasten de eiwitten in de eiwitmantel van het omikronvirus beter op de membraanreceptoren van de gastheercellen in de neus, de keel en de luchtwegen.

C Verspreiding van virussen

C1 Besmetting via ingeademde lucht

W Afb. 144 Vorming van aerosol door te niezen en te hoesten

S Afb. 141 Vermenigvuldiging van het coronavirus SARS-CoV-2.

S Afb. 142

Moleculen in celmembraan eukaryote cellen en in enveloppe van complexe virussen

S Afb. 143

De bouw en het aantal eiwitmoleculen op de eiwitmantel is verschillend bij de twee varianten.

Door te niezen en te hoesten ontstaat er een wolk van uiterst kleine waterdruppeltjes in de lucht waarin micro-organismen voorkomen: een aerosol. Die druppeltjes zijn zo klein (ca. 5 μm) dat ze langere tijd in de lucht kunnen blijven zweven. Op die manier kunnen ziekteverwekkers gemakkelijk een volgende gastheer bereiken. Die deeltjes worden opnieuw ingeademd door een andere, gezonde persoon, die op die manier besmet wordt. Die vorm van besmetting noemt men een druppelinfectie. Het is bekend dat het SARS-CoV-2-virus en het griep- of influenzavirus op die manier worden overgedragen.

C2 Besmetting tijdens seksueel contact en met bloed Hiv kan worden overgebracht door contact met bloed, sperma of vaginale afscheiding van een geïnfecteerde partner. Het virus dringt onder andere het lichaam binnen via kleine scheurtjes in de slijmvliezen tijdens seksuele activiteit. Vandaar dat aids een seksueel overdraagbare aandoening of soa wordt genoemd. Je krijgt een hiv-infectie niet van zoenen, handen schudden of omhelzen.

In gebruikte naalden en spuiten kunnen bloedresten achterblijven. Drugsgebruikers die recent gebruikte naalden en spuiten delen, kunnen een hiv-infectie oplopen als ze geïnfecteerde bloedresten bij zichzelf inspuiten. Het risico op infectie is hier vele malen hoger dan bij het per ongeluk prikken aan een naald.

Naast hiv zijn ook andere virussen seksueel overdraagbaar. De meest voorkomende zijn genitale wratten (HPV), hepatitis B en herpes genitalis.

C3 Besmetting via voedsel

Virussen kunnen ook de oorzaak zijn van een voedselinfectie. Het norovirus is een virus dat voorkomt in ontlasting en braaksel. Besmetting kan gebeuren van mens op mens via contact, maar ook door besmet voedsel te eten zoals rauwe schaal- en schelpdieren, groenten en fruit.

C4 Overdracht via vectoren

Sommige virussen worden overgedragen van mens op mens via een vector. Een vector is meestal een insect maar kan ook een ander organisme zijn zoals een teek. De (sub) tropische ziekten zoals dengue, zikaviruskoorts en gele koorts worden allemaal door een mug overgedragen.

proefversie©VANIN

Virussen besmetten niet alleen mensen maar kunnen ook alle andere organismen besmetten. Meestal zijn virussen specifiek voor bepaalde organismen (bepaalde soort). Toch worden soms virussen overgedragen van gewervelde dieren op de mens, zoals SARS-CoV-2. Zo’n ziekte noemt men een zoönose. Veel ziekten zijn begonnen als zoönose, zoals onder andere ebola, aids, de ziekte van Lyme, pokken en rabiës.

S Afb. 145 Aedes aegypti is een mogelijke vector voor het denguevirus, zikavirus en gelekoortsvirus.

WEETJE

S Afb. 146

Rabiës is het virus dat hondsdolheid veroorzaakt. Vrijwel elk zoogdier kan de ziekte oplopen. Het is een dodelijke ziekte die meestal opgelopen wordt in onder andere Oost-Europa en Azië.

Antibiotica worden wel toegediend wanneer er naast de virale infectie ook een bacteriële infectie optreedt.

D Bestrijding van virussen

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.

VOORBEELD VACCIN MAZELEN

Vaccinatie tegen mazelen zorgt er niet alleen voor dat je beschermd bent tegen mazelen maar beschermt ook het geheugen van je immuunsysteem. Als je met mazelen besmet bent, vergeet je immuunsysteem abrupt 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.

proefversie©VANIN

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.

S Afb. 147 Typische uitslag bij mazelen

S Afb. 148 Het vaccin mazelen is een combinatievaccin met rubella (rode hond) en bof.

4.2 Wat is het belang van virussen?

A Virussen in dienst van de geneeskunde

De opmars van de ziekenhuisbacterie lijkt niet te stoppen. Bij opname in een ziekenhuis loopt ongeveer een op de acht patiënten een bijkomende infectie op door daar aanwezige ziektekiemen. Bij een verblijf van langer dan veertien dagen stijgt de kans zelfs tot 25 %. Eigenlijk gaat het niet over één bacterie, maar over een groep bacteriën die resistent zijn tegen bijna alle huidig beschikbare antibiotica. Bacteriofagen kunnen in de toekomst misschien voor de oplossing zorgen.

eiwitmantel

Bacteriofagen (kortweg fagen genoemd) zijn virussen die bacteriën doden. Elke bacteriesoort kan door een specifiek virus worden aangevallen. In theorie kunnen bacteriofagen daarom allerlei bacteriële infecties bij mens en dier verhelpen. De ontdekking van de fagen stamt uit 1896 toen Ernest Hankin merkte dat aan de oevers van de Indische Gangesrivier minder cholera voorkwam. Het water van de rivier bleek virussen te bevatten die de schadelijke cholerabacteriën konden doden. De mogelijkheden om met fagen ziekten te bestrijden, werden vanaf toen onderwerp van wetenschappelijk onderzoek.

Door de opkomst en het succes van antibiotica was er voor het onderzoek naar fagen in het Westen nauwelijks nog belangstelling. In bepaalde landen van Oost-Europa, zoals Georgië, ging het onderzoek naar fagen wel door en bestreed men er met succes heel wat virale infecties. Pillen, zalfjes en sprays op basis van fagen hielpen tegen de meest uiteenlopende ziekten.

Doordat bacteriën tegen steeds meer antibiotica resistent worden, heeft het onderzoek naar bacteriofagen als alternatief voor antibiotica meer interesse gewekt.

Voordelen van faagtherapie:

• Omdat een faag heel specifiek is voor een bepaalde bacterie, is ze niet alleen volledig onschadelijk voor mens of dier, maar ook voor andere (nuttige) bacteriën. Een bacteriële infectie behandelen met antibiotica daarentegen tast de darmflora aan, wat diarree kan veroorzaken.

• Fagen kunnen zich laten vermeerderen in de bacterie zodat één dosis vaak voldoende is om de ziekteverwekker te bestrijden.

• Hoewel resistentie van bacteriën tegen fagen een natuurlijk fenomeen is, treden minder problemen op, omdat het arsenaal aan beschikbare fagen enorm is. Bij problemen van bacteriële resistentie kan altijd een nieuwe faag worden gevonden om de bacterie te bestrijden.

Nadelen van fagen:

• Omdat bacteriofagen een heel nauw aanvalsspectrum hebben, moet er bij elke infectie naar een geschikte bacteriofaag worden gezocht. Daardoor lijkt het niet meteen haalbaar om kant-en-klare faagpreparaten tegen toekomstige infecties te maken. Antibiotica daarentegen bestrijden een breder spectrum van bacteriën.

• Faagtherapie is niet geschikt voor acute infecties. De zoektocht naar de juiste faag bij de behandeling van een bacteriële infectie is een ingewikkeld proces en neemt heel wat tijd in beslag. Eerst moet men de bacterie opsporen en kweken, pas daarna kan men op zoek naar een gepaste faag.

bacterie

S Afb. 149 Faag injecteert DNA in bacterie.

B 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.

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.

proefversie©VANIN

virale vector vector met gezond gen ingebouwd gezond gen

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

S Afb. 150 Een schematische voorstelling van gentherapie.

C 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

VOORBEELD HERPESVIRUSSEN

• Genitale herpes wordt meestal door een ander virus veroorzaakt: Herpes simplex type 2. Herpes is een van de meest besmettelijke soa’s. Na de eerste infectie blijft het virus slapend aanwezig in zenuwknopen. Wanneer een herpesvirus geactiveerd wordt, verschijnen opnieuw de typische blaasjes. Factoren zoals vermoeidheid, stress, menstruatie, koorts en ook licht kunnen het virus activeren.

• Het epstein-barrvirus is de verwekker van klierkoorts (de ziekte van Pfeiffer of mononucleose). Het virus behoort tot de groep van de herpesvirussen. Het is heel besmettelijk en wordt meestal overgedragen via speekselcontact.

Meer dan 90 % van de bevolking is drager van het epstein-barrvirus. Na de eerste infectie blijft het virus slapend aanwezig in cellen van het afweersysteem; het blijft dus levenslang in je lichaam. Enkel als je ziek bent, kun je dat virus overdragen. Overdracht kan zelfs tot 18 maanden na de eigenlijke besmetting.

• Het virus dat koortsblaasjes veroorzaakt is ook een herpesvirus, namelijk Herpes simplex type 1. Vanaf je de blaasjes voelt opkomen (jeukend gevoel) totdat ze volledig uitgedroogd zijn, kun je anderen besmetten. Dat gebeurt door direct contact en via speeksel. De virussen kunnen ook overgedragen worden door orale seks waardoor de geslachtsdelen aangetast worden.

proefversie©VANIN

epstein-barrvirus

S Afb. 151

Infectie van amandelen bij klierkoorts: geïnfecteerde cellen en epstein-barrvirus.

S Afb. 152 Opstoot van koortsblaasjes

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

Sommige bacteriën kunnen overleven zonder zuurstofgas. Die bacteriën zijn: a aeroob b anaeroob c reducenten d heterotroof

Welke manier van voortplanting hoort bij welk micro-organisme? Elke manier van voortplanting kun je één keer, meerdere keren of helemaal niet gebruiken.

1 bacteriën a spore

2 protozoa b splitsing/deling

3 schimmels c in een gastheercel

4 gist d door voortbrengen van kiemplantjes

5 virus e door knopvorming f geslachtelijke of seksuele voortplanting

Rangschik de micro-organismen volgens gemiddelde grootte van klein naar groot en zoek de grootteorde van de verschillende microorganismen.

schimmels – bacteriën – protozoa – virussen

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

Welke organismen zijn eukaryoot of prokaryoot, autotroof of heterotroof? Er zijn ook meerdere antwoorden mogelijk.

1 algen a prokaryoot en autotroof

2 bacteriën b prokaryoot en heterotroof

3 schimmels c eukaryoot en autotroof

4 protozoa d eukaryoot en heterotroof

Eencellige eukaryoten kunnen zich (meestal) geslachtelijk en ongeslachtelijk voortplanten.

Mijn oma was heel erg ziek. De dokter zei dat ze griep had en wou haar geen antibiotica voorschrijven. De dokter raadde mijn oma aan om zich jaarlijks te laten vaccineren tegen griep.

a Waarom wil de dokter geen antibiotica voor mijn oma voorschrijven?

b Waarom is vaccineren zinvol?

Griep of influenza wordt veroorzaakt door een virus. Griep gaat vaak gepaard met koorts, verlies van eetlust, spierpijn en misselijkheid. Bij de meeste mensen kent de griep een mild verloop, vaak zelfs zonder symptomen. Toch kan de griep ernstige gevolgen hebben voor bepaalde risicogroepen. De jaarlijkse griepepidemie duikt op tijdens de winter en duurt meestal 6 tot 12 weken. De voorbije eeuw heeft het griepvirus een vijftal pandemieën veroorzaakt waarbij telkens een nieuw griepvirus opdook.

a Waarom is een virus geen cel?

b Als virussen geen levende organismen zijn, hoe kunnen ze zich dan vermenigvuldigen?

c Waarom zijn antibiotica niet effectief om het griepvirus te bestrijden?

d Wat zijn risicogroepen bij een griepepidemie?

Leg de onderstreepte termen uit.

a De bacterie die tetanus veroorzaakt, is een anaerobe bacterie.

b Tuberculose wordt veroorzaakt door de bacil van Koch. De bacil is aeroob en een parasiet van de longen.

c Antrax wordt veroorzaakt door de aerobe sporenvormende bacterie Bacillus anthracis

d De botulinetoxine wordt gebruikt bij een botoxbehandeling.

e Antibioticaresistentie is een wereldwijde bedreiging voor de gezondheid en ontwikkeling.

proefversie©VANIN

a Welk voordeel heeft geslachtelijke voortplanting?

b Welk voordeel heeft ongeslachtelijke voortplanting?

Fagen zijn virussen die het op bacteriën gemunt hebben. Het inzetten van bacteriofagen als geneesmiddel tegen bacteriële infecties is een therapie die op de achtergrond is geraakt door de opmars van de antibiotica. In Oost-Europa blijft men die therapie verder onderzoeken. In Georgië worden er momenteel nog faagpreparaten geproduceerd, die onder andere worden gebruikt bij de behandeling van brandwonden. Kunsthuid wordt met bacteriofagen geïmpregneerd om huiden brandwonden te genezen. Wat is er speciaal aan de werking van die kunsthuid?

a De kunsthuid zorg t ervoor dat de wond niet uitdroogt, terwijl ze wel ademend is.

b Virussen eten de dode cellen uit de wond en houden de wond dus schoon.

c De fagen doden de bacteriën die wondinfectie veroorzaken.

d Er ontstaan zoveel fagen dat ze de wond als een ademende huid afsluiten.

Tijdens een onderzoeksproject werd een bepaalde bacteriesoort gekweekt op een voedingsbodem van agar, bij een constante temperatuur. Verschillende voedingsbodems bevatten telkens een andere concentratie van een vitamine. Op elke voedingsbodem werd een gelijk aantal bacteriën geënt en de grootte van de groeiende kolonies werd gedurende vijf dagen dagelijks bepaald. De resultaten van het onderzoek staan in de onderstaande tabel.

Vitamineconcentratie (μg per 20 ml agar)

Gemiddelde groeisnelheid van bacteriekolonies

a De variabele in dit experiment is:

1 gemiddelde groeisnelheid

2 optimale temperatuur voor bacteriegroei

3 vitamineconcentratie

4 bacteriesoort

b Welke van de volgende formuleringen zou een juiste conclusie kunnen zijn bij dit onderzoek?

1 Bacteriën groeien niet zonder de vitamine.

2 0,75 μg van de vitamine per 20 ml agar zal een gemiddelde bacteriegroei van 25 mm per dag veroorzaken.

3 20 μg van de vitamine per 20 ml agar zal een gemiddelde bacteriegroei van 20 mm per dag veroorzaken.

4 De bacteriën zullen het snelst groeien als de vitamineconcentratie tussen 5,0 en 10,0 μg per 20 ml agar zit.

Een bepaald eencellig organisme heeft een celwand en geen bladgroen. Remi concludeert dat het een bacterie is. Over welke informatie moet Remi nog beschikken om die conclusie te kunnen trekken?

a De cel heeft geen erfelijk materiaal (DNA).

b In de cel wordt geen glucose verbruikt.

c De cel heeft geen kern.

d Geen van de vorige antwoorden is juist.

Door welke eigenschappen veroorzaken microalgen soms een groene laag op het water?

Welk kenmerk maakt virussen geschikt voor gentherapie?

Welk voordeel heeft het gebruik van virussen om bacteriën te bestrijden?

Welk kenmerk van bacteriën kan een voedselvergiftiging veroorzaken?

proefversie©VANIN

Meer oefenen? Ga naar .

HOOFDSTUKSYNTHESE

Protisten

Schimmels

Gisten

structuur eukaryoot eukaryoot eukaryoot

levenswijze heterotroof-autotroof

heterotroof heterotroof bouw

proefversie©VANIN

voortplanting ongeslachtelijk door celdeling ongeslachtelijk door sporen ongeslachtelijk door knopvorming

betekenis voor de mens

• nuttige eencellige eukaryoten (bv. trichonympha in de maag van termieten)

• schadelijke eencellige eukaryoten (bv. malariaparasiet, toxoplasma)

• nuttige schimmels: Penicillium maakt penicilline. −schimmelkazen

• schadelijke schimmels: −voedselbederf −schimmelziekten zoals zwemmerseczeem −huidschimmel

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

• schadelijke gisten (bv. candida)

Bacteriën Virussen

structuur prokaryoot niet-cellulaire structuren

levenswijze heterotroof altijd ander organisme nodig bouw

proefversie©VANIN

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.

Notities proefversie©VANIN

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!

VERKEN

JE KUNT AL ...

• het verschil uitleggen tussen een soort, ras en geslacht;

• de schakels in een voedselkringloop (producent, consument, detrivoor en reducent) schematisch voorstellen.

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

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

• een aantal voorbeelden geven van het belang van biodiversiteit.

proefversie©VANIN

• welke interacties er zijn tussen organismen van dezelfde soort.

• welke interacties er bestaan tussen organismen van verschillende soorten.

JE LEERT NU ...

H1

H2

JE KUNT AL ...

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

• uitleggen wat bacteriën en virussen zijn;

• toelichten hoe verschillende microorganismen zijn opgebouwd en zich voortplanten;

• met voorbeelden het belang van microorganismen voor de mens staven.

• interacties tussen soorten herkennen;

• uitleggen welke invloeden interacties hebben.

proefversie©VANIN

• dat heel wat ziekten ontstaan door een interactie met ziekteverwekkers;

• uitleggen hoe interacties tot ziekte kunnen leiden;

• welke technieken gehanteerd worden om ziekten te voorkomen of te bestrijden.

• hoe organismen communiceren;

• het gedrag van organismen analyseren;

• wat aangeboren en aangeleerd gedrag is;

• hoe communicatie en gedrag het overleven bevorderen.

JE LEERT NU ...

H3

H4

HOOFDSTUK 1

Î Welke interacties bestaan er tussen soortgenoten?

proefversie©VANIN

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, en andere nadelig.

LEERDOELEN

M Je kunt uitleggen hoe de relatie tussen organismen van eenzelfde soort een invloed kan hebben op hun overleving.

1 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar positief?

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.

Er zijn ook dieren en planten die onmiddellijk na de voortplanting sterven, zoals zalmen en bamboe.

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.

Afb. 140 Albatrossen kiezen een partner voor het leven. Ze werken gedurende de rest van hun leven samen om nakomelingen groot te brengen.

Waterhoenen en meerkoeten hebben meerdere nesten per jaar. De jongen van het eerste legsel helpen hun ouders bij het grootbrengen van hun broers en zussen in de volgende legsels. Onderzoek bracht aan het licht dat individuen die helpen om hun broers en zussen groot te brengen, er later beter in slagen om dat voor hun eigen nakomelingen te doen. Door samen te werken met hun ouders, doen ze dus ervaring op.

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

1.2 Groepsvorming

Dieren die in groep leven, kunnen daar op meerdere manieren van profiteren.

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

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. In die positie kunnen de dieren zichzelf en hun nakomelingen veel beter verdedigen dan wanneer ze alleen zijn.

Stokstaartjes zijn kleine roofdieren die in groep leven in open vlaktes in Afrika. Ze leven van insecten, spinnen en schorpioenen, maar staan zelf op het menu van een aantal andere roofdieren. Telkens staat minstens één individu op wacht, terwijl andere stokstaartjes andere taken uitvoeren. Wanneer een belager wordt waargenomen, produceert de wachter een alarmsignaal. Zo kunnen alle groepsleden zich in veiligheid stellen. Dankzij de groepsvorming worden belagers sneller opgemerkt

proefversie©VANIN

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. Omdat veel predatoren sneller zijn dan hun prooidieren, kan elk individu zijn overlevingskansen verhogen door dicht bij andere dieren te blijven

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.

Afb. 141

Een jonge waterhoen helpt met het grootbrengen van een broer/zus.

Afb. 142

Het Portugees oorlogsschip bestaat uit duizenden individuele neteldieren, die samenwerken om prooien te vangen en verteren.

Afb. 143 Volwassen buffels vormen een kring rond hun kwetsbare kalveren als ze bedreigd worden.

Afb. 144 Stokstaartjes houden de wacht. Vele ogen merken een belager sneller op.

Een individu hoeft niet meer sneller te zijn dan zijn belager, het moet enkel sneller zijn dan de traagste van de groep. Wetenschappers zijn ervan 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.

Adelaarsvarens groeien doorgaans in grote aantallen bijeen in bossen. De varens hebben een vrij hoge stengel, maar 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 kunnen zaden die onder de moederplant vallen, ontkiemen in een vochtigere, koelere bodem die meer voedingsstoffen bevat. Ze worden daarom sneller groot dan planten die groeien uit zaden die niet in de buurt van de moederplant ontkiemden. Onderzoek bracht ook aan het licht dat moederplanten waaronder zich zaailingen ontwikkelden, veel meer bloemen produceerden dan planten waaronder geen zaden waren ontkiemd. 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.

Er zijn meerdere redenen waarom het leven in een groep een voordeel kan bieden. Een taakverdeling draagt op meerdere manieren bij aan 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. Kuddedieren staan samen sterker, belagers worden sneller opgemerkt of de kans om een prooi te vormen verkleint. Planten die in groep voorkomen, bieden elkaar ondersteuning, kunnen elkaar beschermen en lokken gezamenlijk meer bestuivers. Zowel bij planten als bij dieren verhoogt de overlevingskans van het individu in de groep. Hoe meer individuen kunnen overleven, hoe groter de kans dus dat de soort blijft bestaan.

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 zijzelf. Dieren kunnen dus samenwerken om voedsel te bemachtigen

proefversie©VANIN

Afb. 145

Adelaarsvarens groeien meestal in dichte aantallen bijeen.

Afb. 146

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

Kraaien houden 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. Een los samenwerkingsverband, waarbij soortgenoten elkaar bijstaan, heeft vaak een gunstige invloed.

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

proefversie©VANIN

Interacties binnen een soort kunnen een positieve invloed hebben en 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.

2 Hoe beïnvloeden organismen van eenzelfde soort elkaar negatief?

Koolmezen broeden in holen. In natuurlijke bossen broedt er ongeveer één paar koolmezen per hectare. Wanneer nestkasten worden opgehangen in een bos, dan stijgt het aantal broedparen flink. Dat betekent dat het aantal beschikbare nestplaatsen in een bos bepalend is voor het aantal koppels dat er kan broeden. Als er onvoldoende broedgelegenheid is, dan zullen koolmezen voor de beschikbare holen concurreren. Er zullen dan mezen zijn die zich niet kunnen voortplanten of moeten uitwijken naar andere gebieden.

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 slaapen 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.

Afb. 147 Koolmezen broeden in holen.

De populatiedichtheid is het aantal individuen in een bepaald gebied.

Daardoor neemt het aantal van die organismen in het gebied weer af. Concurrentie is dus een van de factoren die bepalen hoeveel dieren in een bepaald gebied kunnen overleven. Omdat het aantal organismen in een gebied niet constant is, maar schommelt rond een bepaalde evenwichtswaarde, spreekt men van een dynamisch evenwicht

proefversie©VANIN

evenwichtsniveau = draagkracht

populatiedichtheid

tijd

Grafiek 4

De populatiedichtheid van een soort is niet constant, maar schommelt in de tijd rond een evenwichtswaarde. Daarom spreekt men van een dynamisch evenwicht.

Het aantal individuen in een bepaald gebied is niet constant, maar schommelt rond de draagkracht. Die fluctuaties kunnen bij sommige soorten heel groot zijn. Als er in een bepaald gebied veel organismen voorkomen die zich snel voortplanten, komen er veel individuen voor die dezelfde hulpbronnen nodig hebben. Bij een plotse voedselschaarste, bijvoorbeeld door een seizoensverandering, neemt het aantal hulpbronnen af en verlaagt de draagkracht van het gebied. Een groot aantal individuen zal sterven. Het kan dan geruime tijd duren, soms meerdere jaren, vooraleer het gebied weer voldoende draagkracht heeft om meerdere organismen te herbergen.

Als het aantal individuen van een soort in een gebied of de populatiedichtheid 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 ze sneller ziek worden en dus ook 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 nadelig zijn en de overlevingskans van organismen beïnvloeden.

• 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.

• Bij een hoge populatiedichtheid worden ziekten sneller overgedragen dan bij lage populatiedichtheden. De overdracht van ziekten tussen soortgenoten doet de overlevingskans dalen.

WEETJE

AAN DE SLAG

Leg uit hoe interacties met soortgenoten zowel voordelig als nadelig kunnen zijn.

Als een paartje knobbelzwanen jongen grootbrengt, proberen de jongen zo lang mogelijk bij de ouders te blijven. De ouders willen de jongen zo snel mogelijk weg. Leg uit waarom het nadelig is voor de ouders om de jongen te vroeg weg te jagen uit hun gebied, maar ook nadelig om ze te lang bij zich te houden.

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 individuen. Verklaar.

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.

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.

proefversie©VANIN

Meer oefenen? Ga naar .

HOOFDSTUK 2

Î Welke interacties bestaan er tussen organismen van verschillende soorten?

Op elke bewoonbare plek op aarde komen er meerdere soorten dieren, planten, schimmels en microorganismen 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.

LEERDOELEN

M Je weet welke soorten interacties er tussen organismen bestaan.

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

1 Hoe beïnvloeden organismen van een verschillende soort elkaar positief?

1.1 Mutualisme

proefversie©VANIN

Mutualisme komt van het Latijnse woord mūtu(us) (wederzijds) en van het Griekse -ismos, -isma (vaak, direct).

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. De mieren doen als het ware aan veeteelt. 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. Die samenwerking biedt beide partijen een voordeel: de mieren worden voorzien van energierijk voedsel en de bladluizen worden beschermd. Die vorm van langdurige samenwerking waarbij beide soorten een duidelijk voordeel hebben, wordt mutualisme genoemd. Dankzij mutualisme verhoogt de overlevingskans van beide partijen.

Afb. 148 Bladluizen produceren honingdauw wanneer mieren ze aanraken met hun antennen. In ruil daarvoor beschermen de mieren ze tegen rovers.

VOORBEELD NECTAR

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.

Mutualisme is niet beperkt tot een interactie tussen diersoorten, het komt ook voor tussen dieren en planten.

VOORBEELD SCHIMMELS

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. Die mutualistische relatie met schimmels is niet beperkt tot orchideeën: naar schatting 90 à 95 % van de vaatplanten houdt er een soortgelijke relatie met schimmels op na. Zo toonde recent onderzoek aan dat bomen in een bos allemaal met elkaar verbonden zijn door een ondergronds netwerk van schimmeldraden.

proefversie©VANIN

De meeste planten hebben vaatbundels voor het transport van water en zijn dus vaatplanten. Mossen behoren niet tot de vaatplanten: zij hebben geen xyleemen floëemvaten.

Afb.

hommelreus slurpt nectar van een bloem.

Afb. 150

Orchidee groeit op plek met weinig voedsel, bijvoorbeeld op een boom.

De term commensalisme komt van het

Latijnse cum mensa (cum: met, mensa: tafel), ofwel ‘eten aan dezelfde tafel’ of tafelgenoot.

1.2 Commensalisme

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. De vogels profiteren van de aanwezigheid van de grazers omdat ze minder energie verbruiken om aan voldoende voedsel te raken. 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.

Commensale interacties bestaan ook tussen plant en dier.

VOORBEELD KLIS

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, waardoor ze in uiteenlopende leefomgevingen kunnen kiemen. Dat verhoogt 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.

proefversie©VANIN

Afb. 151 Koereigers voeden zich met insecten die opspringen uit de vegetatie als runderen grazen.

Afb. 152 Planten zoals klis maken gebruiken van zoogdieren om hun zaden te verspreiden. De zaden of vruchten zijn van weerhaken voorzien en blijven zo kleven aan de vacht.

VOORBEELD EPIFYTEN

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. De samenwerking tussen de epifyten en bomen is dus een commensale relatie.

proefversie©VANIN

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.

Afb. 153

Korstmossen gebruiken de schors van bomen als houvast, maar berokkenen de boom zelf geen schade.

2 Hoe beïnvloeden organismen van een verschillende soort elkaar negatief?

2.1

Predatie

Langs autosnelwegen zie je vaak torenvalken ‘bidden’.

proefversie©VANIN

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 er zich op vallen vanuit de lucht. De muis wordt met de klauwen doodgeknepen, om vervolgens opgegeten te worden. Die vorm van interactie noemen we 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 echter 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.

De relatie waarbij een dierlijk organisme een plant consumeert, wordt herbivorie genoemd. In de meeste gevallen sterft de plant niet af en groeien de verloren delen weer aan.

Een predator is niet hetzelfde als een roofdier. De roofdieren (de Carnivora) vormen een orde binnen de zoogdieren die zich voornamelijk voeden met dierlijke organismen. Tot die orde behoren onder andere de katachtigen en hondachtigen, maar ook walrussen, zeehonden en beren. Een orka jaagt op vissen, robben en zelfs andere walvissen en is een beduchte predator in de oceanen. Het is geen roofdier, net zomin als een roofvogel die een muis vangt of een egel die een slak verorbert.

WEETJE

Afb. 155

Een walrus is een roofdier.

Afb. 154

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

Afb. 156

Een orka is een predator.

video: lijmval zonnedauw

VOORBEELD LEMMINGEN EN HERMELIJNEN

In Arctische gebieden vormen lemmingen de voornaamste prooi voor hermelijnen. Als er in een bepaald jaar heel grote aantallen lemmingen zijn, neemt het voortplantingssucces van de hermelijn toe. Bijgevolg neemt het aantal hermelijnen toe. De sterke toename in predatiedruk zorgt ervoor dat heel veel lemmingen gedood worden, zoveel dat er een voedselschaarste voor de hermelijnen ontstaat. Heel wat hermelijnen sterven dan door een gebrek aan voldoende prooien. De sterke daling in het aantal lemmingen wordt dan gevolgd door een sterke afname in het aantal predatoren. Omdat knaagdieren zoals lemmingen zich heel snel kunnen voortplanten, neemt hun aantal weer flink toe onder de verminderde predatie. De hermelijn profiteert daar op zijn beurt van, zodat het aantal predatoren, zij het met een kleine vertraging, ook opnieuw toeneemt. Zo ontstaat een cyclisch patroon van hoge en lage aantallen prooien en predatoren

10 lemming hermelijn

proefversie©VANIN

Grafiek 5

Verloop van de aantallen van hermelijn en lemming over een aantal jaren

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.

WEETJE

In de loop der tijden zijn bij verschillende organismen allerhande wijzigingen opgetreden die de predatiedruk moeten verlagen. Zo hebben sommige organismen schutkleuren waardoor ze perfect in hun omgeving opgaan en gecamoufleerd zijn. Veel soorten zweefvliegen hebben een opvallend geel-zwart gestreept patroon. Hoewel ze ongevaarlijk zijn, lijken ze op bijen en wespen die kunnen steken. Het verschijnsel dat een ongevaarlijk organisme in gedrag, kleur of vorm andere gevaarlijke of niet-smakelijke soorten nabootst, noemt men mimicry.

Afb. 157

Wespen kunnen steken en maken dat duidelijk met opvallende geel-zwarte waarschuwingskleuren. Zweefvliegen zijn ongevaarlijk en kunnen niet steken, maar lijken zo hard op wespen dat heel wat belagers ze ook met rust laten.

2.2 Parasitisme

Een gastheer is in de biologie een organisme dat andere organismen met zich meedraagt. Zo leven op heel wat zoogdieren luizen, vlooien en teken. Door bloed te zuigen, kunnen die organismen overleven en zich vermenigvuldigen. Voor de gastheer is die relatie nadelig omdat hij energie en bouwstoffen moet spenderen om nieuw bloed aan te maken en om de wonde te helen. Je leerde al dat organismen die langdurig samenleven ten koste van een gastheer, parasieten worden genoemd. 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

WEETJE

Sluipwespen vormen een grote familie insecten die hun eieren in andere insecten leggen. Als hun eieren ontluiken, eten de larven hun gastheer langzaam van binnenuit op. Als uit de larven volwassen sluipwespen komen, sterft de gastheer in de meeste gevallen. Parasieten die hun gastheer uiteindelijk doden, noemen we parasitoïden. Parasitoïdisme lijkt dus op predatie, maar een parasitoïde doodt doorgaans maar één gastheer, terwijl een predator gedurende zijn leven vele prooien doodt om te overleven.

Afb. 158

Bij parasitoïde organismen, zoals een sluipwesp, sterft de gastheer meestal. Hier zie je dat waneer de larven uit de rups komen, ze zich verpoppen. In de poppen ontwikkelen de larven zich dan tot volwassen sluipwespen.

proefversie©VANIN

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, 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 eitjes worden opgegeten door vee (tussengastheer).

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

proefversie©VANIN

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

Afb. 159

Levenscyclus van de runderlintworm

VOORBEELD EUROPESE KOEKOEK

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. Die relatie is een vorm van broedparasitisme: een dier laat zijn eieren uitbroeden of jongen grootbrengen door een andere soort. De broedparasiet hoeft geen tijd en energie te stoppen in het grootbrengen van zijn nakomelingen, maar de relatie is nadelig voor de gastheer omdat de gastheer zelf geen of minder nakomelingen kan grootbrengen.

Ga naar om te ontdekken wat hyperparasitisme is.

Afb. 160

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

De haarzakjesmijt leeft in de haarzakjes van een wimper. De mijten zijn bij iedereen aanwezig en leven vooral van talg. 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. Het onderscheid tussen commensalisme, mutualisme en parasitisme is dus niet altijd duidelijk, en soms kan de ene interactievorm in de andere overgaan.

proefversie©VANIN

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. De plant maretak bezit bladgroen en doet zelf aan fotosynthese, maar maakt gebruik van water en anorganische stoffen die uit het transportstelsel van een boom gestolen worden. Een plant zoals maretak, die zich in stand houdt ten koste van een andere plant maar zelf aan fotosynthese doet, is een halfparasiet.

Afb. 161 Een haarzakjesmijt

Afb. 162

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

Afb. 163

Maretak is een halfparasiet en haalt enkel water en anorganische stoffen uit de gastheer.

2.3 Amensalisme

Runderen die rondlopen, vertrappelen onder hun hoeven grassen en andere kleine planten. De aanwezigheid van die planten heeft geen nadelig effect op de runderen, maar het vertrappelen heeft wel een negatief effect op de groei en overleving van de 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.

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

VOORBEELD OLIFANTEN

Wanneer zware dieren zoals olifanten zich verplaatsen, vertrappelen ze grassen en andere kleine planten. Ze oefenen ook een negatieve invloed uit op veel kleinere dieren. Door hun zware voetstappen storten ondergrondse gangen in of worden holen en nesten vernield.

VOORBEELD PENICILLINE

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.

VOORBEELD WALNOTENBOOM

bacteriën geremde groei van bacteriën

penicilline

proefversie©VANIN

Een ander voorbeeld daarvan zie je onder walnotenbomen. Daar groeien andere planten meestal slecht. Dat komt omdat de notenboom een stof verspreidt die de groei van andere planten afremt.

Afb. 165 De bacteriën die zich het dichtst bij de penicilline bevinden, worden in groei geremd of sterven af.

Afb. 164

Olifanten vertrappelen grassen en andere planten onder hun poten wanneer ze zich verplaatsen.

Afb. 166

Onder walnotenbomen groeien heel wat planten slecht, omdat de boom een stof afscheidt die de groei van andere planten afremt.

2.4 Interspecifieke competitie of concurrentie

Koralen lijken op planten, maar het zijn kolonies van kleine dierlijke organismen die organisch materiaal uit het water filteren. Ze groeien op een harde ondergrond maar komen enkel voor in ondiep water omdat ze samenwerken met fotosynthetische bacteriën. De verschillende soorten koralen concurreren met elkaar voor ruimte, voedsel en zonlicht. Elke soort zou in afwezigheid van andere soorten meer ruimte kunnen innemen en groter worden. Uit dit voorbeeld blijkt dat soorten elkaar negatief beïnvloeden als ze in eenzelfde gebied wonen en daarbij gebruikmaken van dezelfde hulpbronnen. De aantallen van één soort in een gebied worden dus ook bepaald door de aanwezigheid van concurrenten.

en ruimte.

proefversie©VANIN

De relatie waarbij twee soorten wederzijds een negatieve invloed uitoefenen op elkaars overlevings- en voortplantingskansen noemen we interspecifieke competitie. De interspecifieke competitie kan leiden tot het samenleven of de co-existentie van de soorten in eenzelfde gebied. Geen van beide soorten kan zich dan maximaal uitbreiden. De interspecifieke competitie kan worden verminderd als beide soorten verschillende delen van de omgeving gebruiken.

VOORBEELD RODE EN GRIJZE EEKHOORN

De rode eekhoorn is de enige inheemse eekhoornsoort in Europa; dat wil zeggen dat ze er van nature voorkomt. In het Verenigd Koninkrijk werden aan het einde van de twintigste eeuw grijze eekhoorns uit NoordAmerika losgelaten. De grijze en rode eekhoorn stellen ongeveer dezelfde eisen aan hun leefgebied op het gebied van vegetatie, voedsel en nestplaats. Omdat de grijze eekhoorn iets groter is en bovendien ook nog andere voedselbronnen kan benutten dan de rode eekhoorn, heeft de grijze eekhoorn op vele plaatsen de rode eekhoorn volledig verdrongen.

Afb. 167

Verschillende soorten koralen leven naast elkaar, maar treden met elkaar in competitie voor licht, voedingsstoffen

Afb. 169

Sinds de introductie van de grijze eekhoorn in het Verenigd Koninkrijk in 1876 verdwijnt de rode eekhoorn in steeds meer gebieden.

Afb. 168 De grijze eekhoorn (rechts) heeft de rode eekhoorn (links) bijna volledig verdreven.

kwaliteit is ok, maar niet super ...

Interspecifieke competitie kan ervoor zorgen dat een soort verdwijnt zonder dat er fysieke agressie tussen beide soorten is. Als de gemeenschappelijke voedselbron grotendeels of volledig opgebruikt wordt door een van de soorten, leidt dat tot hongersnood bij de andere soort. Hongersnood zorgt voor verminderde voortplantings- en overlevingskansen, waardoor de soort moet uitwijken naar andere gebieden om te overleven of volledig verdwijnt.

WEETJE

Organismen van verschillende soorten treden met elkaar in competitie voor voedsel, ruimte en beschuttingen, maar individuen van eenzelfde soort treden daarboven nog eens in competitie met elkaar voor partners, nestgelegenheid enz. Omdat individuen van eenzelfde soort in veel sterkere mate dezelfde overeenkomstige eisen stellen, is de competitie tussen individuen van eenzelfde soort (intraspecifieke competitie of concurrentie) meestal heviger dan interspecifieke competitie.

proefversie©VANIN

Er bestaan verschillende interacties waarbij organismen van verschillende soorten elkaar negatief beïnvloeden:

• 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

• Twee of meer soorten die in een gebied eenzelfde hulpbron nodig hebben, treden met elkaar in competitie. Dat is nadelig voor beide soorten. Competitie kan leiden tot zowel het samenleven als het verdwijnen van een soort.

De verschillende relaties of interacties komen voor bij planten, dieren, schimmels, microorganismen … Ze beïnvloeden de aantallen die van elke soort in een gebied voorkomen, en daarmee ook hun overlevingskansen.

Welke relaties herken je op de foto?

Toon met een voorbeeld aan dat een interactie tussen mensen en micro-organismen voordelig kan zijn voor de mens.

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 de 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.

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?

Welke interactie of interacties kun je aantreffen tussen vogelsoorten op een voedertafel in de winter?

proefversie©VANIN

Meer oefenen? Ga naar .

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

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?

M Je leert hoe het dynamisch evenwicht tussen micro-oganismen kan worden verstoord.

M Je kunt met voorbeelden aantonen hoe de mens verstoringen beïnvloedt.

M Je kunt uitleggen welke gevolgen verstoringen hebben voor de mens.

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.

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 voor ecosystemen in onze omgeving. Door in te grijpen in de aantallen en soorten van die micro-organismen, wordt het evenwicht in die ecosystemen verstoord.

proefversie©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 ecosystemen.

LEERDOELEN

Afb. 170 Om onkruid te verwijderen, gebruikt men herbiciden.

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

Niet alleen je omgeving, maar ook je lichaam herbergt miljarden micro-organismen, 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?

proefversie©VANIN

Gezondheid wordt door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) gedefinieerd als ‘een toestand van volledig lichamelijk, geestelijk en maatschappelijk welzijn’. Omdat welzijn moeilijk op een objectieve manier te omschrijven is, beschouwen we in de biologie gezondheid als ‘lichamelijk vrij zijn van schade en van ziekten’.

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.

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 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.

Afb. 171

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

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. Om de overdracht van het virus te beperken, kreeg iedereen het advies om een mondmasker te dragen, de handen regelmatig grondig te wassen en oppervlakken schoon te maken met een desinfecterende alcoholgel. Zo probeerde men te vermijden dat besmettingen verliepen via ingeademde lucht of contact met de huid. Overdracht van andere pathogenen kan gebeuren via kleine wondjes in de huid, het eten van besmet voedsel, seksuele contacten of bloed-bloedcontact.

proefversie©VANIN

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. Een 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.

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 zijn er een aantal medicijnen ontwikkeld om je lichaam daarbij te helpen, zoals antivirale of schimmelwerende middelen en antibiotica.

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.

Hoe werkt het afweersysteem?

Afb. 172

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

2.2 Hoe kunnen interacties leiden tot infecties?

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 niet-levende 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 receptoren 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

proefversie©VANIN

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.

Bovendien bevinden de virussen zich binnen in de gastheercel. 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. De meeste van die bestrijdingsmiddelen werken, door in te grijpen op de interactie tussen virus en celmembraan. Ze beletten de koppeling tussen beide, of ze zorgen ervoor dat de virussen moeilijker kunnen binnendringen in de gastheercel.

virus

membraanreceptor gastheercel

Afb. 174 Interactie virus-gastheercel: het virus bindt aan membraanreceptoren van de gastheercel.

virus

membraanreceptor gastheercel antiviraal middel

Afb. 175 De interactie wordt verhinderd: een antiviraal geneesmiddel verhindert dat het virus kan binden aan de gastheercel.

Afb. 173

Verkoudheid is een veelvoorkomende virale infectie.

B Bacteriële infecties

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. Ze maken deel uit van een darmflora in evenwicht. Bij reizigers ontstaat er een wedijver tussen de nieuwe bacteriesoorten en de aanwezige microflora, waardoor het bestaande evenwicht in de darmflora wordt verstoord.

Een gezonde darmflora bevat overwegend commensale en mutualistische bacteriën en kan je beschermen tegen een invasie van schadelijke bacteriën. De 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.

proefversie©VANIN

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

Afb. 176

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

De foute bewoners (pathogenen) krijgen de overhand.

Afb. 177

De schadelijke bacteriën (pathogenen) zijn in de meerderheid.

De darmflora is verstoord.

Hetzelfde kan gebeuren met de bacteriële flora op de huid en in de slijmvliezen, bijvoorbeeld door het gebruik van te veel of te agressieve zepen 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.

LABO 10

Een autoimmuunziekte 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.

Er zijn aanwijzingen dat bepaalde auto-immuunziekten veroorzaakt worden door een verstoring van het natuurlijke, dynamische 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. Nuttige bacteriën die ingebracht worden, concurreren om voedsel en ruimte met schadelijke bacteriën, die daardoor worden verdreven.

proefversie©VANIN

stoelgang van gezonde donor

vloeistof klaar voor transplantatie filteren mengen met steriele zoutoplossing

worden bacteriën gewonnen uit de darminhoud van een gezond persoon. Die worden na scheiding ingebracht bij personen met darmklachten die het gevolg zijn van een onevenwichtige darmflora.

C Schimmelinfecties

De gist Candida albicans 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. Als commensaal vormt ze daar met de aanwezige bacteriën een zeker biologisch evenwicht. 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.

Afb. 178 Bij een stoelgangtransplantatie

Afb. 179 De schimmel Candida albicans is bij de meeste gezonde mensen aanwezig. Door een verstoring van het evenwicht kan hij snel toenemen en candidose veroorzaken.

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.

proefversie©VANIN

Infectieziekten ontstaan door gewijzigde interacties tussen micro-organismen 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. Door overmatig gebruik ontstaat er antibioticaresistentie. 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.

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?

Waarom is het nemen van antibiotica bij een ziekte veroorzaakt door een virus niet zinvol?

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.

Meer oefenen? Ga naar .

proefversie©VANIN

HOOFDSTUK 4

Î Wat is de invloed van gedrag op organismen?

proefversie©VANIN

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.

LEERDOELEN

M Je kunt uitleggen wat gedrag is.

M Je kunt opsommen welke prikkels gedrag uitlokken.

M Je kunt met voorbeelden illustreren wat functies van gedrag zijn.

M Je kunt voorbeelden van gedrag herkennen en benoemen bij dieren en planten.

M Je kunt de verschillende gedragsvormen opsommen.

M Je kunt met een voorbeeld aantonen dat planten gedrag vertonen.

M Je kunt uitleggen hoe je gedrag kunt bestuderen.

M Je kunt voorbeelden analyseren van aangeboren en aangeleerd gedrag.

M Je kunt uitleggen welke rol gedrag speelt bij de overlevingskans van een organisme.

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 op een prikkel 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.

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?

proefversie©VANIN

Zal de vos op afbeelding XX de achtervolging inzetten op het konijn? Vossen jagen meestal ’s nachts of in de schemering. Ze hebben ongeveer een halve kilogram 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. Bij de plakker, een nachtvlinder, bijvoorbeeld 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.

Als je al eens een roodborst in de tuin ziet, dan zal het er meestal maar eentje zijn. De roodborst, goed herkenbaar aan de oranje 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 oranje 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.

S Afb. 181 Een vos merkt een konijn op.

S Afb. 183 Jonge roodborsten hebben nog geen oranje kleur en worden dan ook niet aangevallen door hun eigen ouders.

S Afb. 182 De antennen van de plakker zijn veervormig om goed feromonen op te vangen.

S Afb. 180

Nikolaas Tinbergen, een van de grondleggers van de gedragsbiologie

VERDIEPING

De bioloog Nikolaas Tinbergen onderzocht gedrag bij meeuwen. Wanneer zilvermeeuwen bij hun nest aankomen, piepen de jongen als ze hongerig zijn en pikken ze naar de snavel van de oudervogel. Pas dan geeft de oudervogel voedsel aan het jong. Dat gedrag vervult een van de basisbehoeften van het jong: eten krijgen als het honger heeft. Tinbergen onderzocht welke prikkel dat pikgedrag bij kuikens uitlokt aan de hand van enkele modellen.

proefversie©VANIN

werkelijke snavel standaard model kop zonder snavel snavel model staafje met rode vlekken vlek ontbreekt standaard model

pikintensiteit bewegingrode vlek

S Afb. 185 Het pikgedrag van kuikens bij verschillende prikkels

Met dit experiment toonde Tinbergen aan dat jonge vogels het meest pikken naar een staafje met meerdere rode vlekken. De rode vlek op de lichtere achtergrond blijkt de sleutel tot het pikgedrag. Daarnaast is ook beweging belangrijk: een standaardsnavel die stil gehouden wordt geeft weinig reactie. Een rode vlek op een bewegende snavel blijkt het meest effectief om het pikgedrag uit te lokken. We noemen de rode vlek een sleutelprikkel. Een sleutelprikkel is een prikkel die een doorslaggevende rol speelt bij het uitlokken van bepaald gedrag.

Bij de meeuwen lokt een extra grote rode vlek of zelfs een rood voorwerp nog meer pikgedrag uit. Die versterkte prikkels noemen we supranormale prikkels

Bij de roodborst is de sleutelprikkel de rode borst. Ze lokt territoriumgedrag uit; elk volwassen dier verdedigt zijn eigen plek. Op die manier verdrijft het concurrenten en is er een grotere kans op genoeg voedsel en op het vinden van een partner, waardoor de overlevingskans stijgt. Enkel in het broedseizoen leven koppels samen, nadien zoeken ze elk weer hun eigen plek op. Ook bij mensen kunnen we zulke sleutelprikkels ontdekken. Een pasgeboren baby vertoont een zoek- en zuigreflex. Bij aanraking van de wang zal de baby zijn hoofd in die richting draaien, bij het voelen van de tepel treedt automatisch de zuigreflex op.

S Afb. 184

Zilvermeeuw met jong in nest

Wat zijn de verschillende functies van gedrag in de voorbeelden?

zuigreflex baby

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.

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.

1.2 Wat is de functie van gedrag?

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.

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

proefversie©VANIN

Afb. 187

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.

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.

S Afb. 188

Glimwormen zijn eigenlijk kevers. De vrouwtjes leiden de mannetjes met een lichtsignaal naar hun schuilplaats.

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.

S Afb. 186 Jongen van de grote mantelmeeuw bedelen om voedsel bij hun ouder.

S

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.

proefversie©VANIN

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.

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.

S Afb. 190 Door te likken en snuffelen worden wolven vertrouwd met elkaar.

S Afb. 191 Duiven snavelen om de band binnen een koppel aan te halen. Ze vormen vaak koppeltjes voor het leven.

S Afb. 189

Door met zijn rug tegen een boom te schuren, laat een beer zijn geur achter. Zo weten beren hoeveel soortgenoten in de omgeving leven.

In ‘tactiel’ herken je het Latijnse woord tactilis, afgeleid van het werkwoord tangere (aanraken).

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.

proefversie©VANIN

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.

1.3 Welke signalen gebruiken dieren om te communiceren?

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. 2u

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.

proefversie©VANIN

1.4 Vertonen planten gedrag?

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.

VOORBEELD BOODSCHAPPERSTOFFEN

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. Zo beschermt de plant zichzelf en communiceert hij ook met planten in de buurt: bij een aanval kunnen ze sneller reageren.

boodschappermolecule

Communicatie bij planten door boodschappermoleculen

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.

EERSTE AANVAL

NA EEN TIJDJE

Bah!

Jou laat ik met rust!

W Afb. 192

‘Mimicry’ betekent ‘nabootsing’ of ‘camouflage’.

VOORBEELD MIMICRY

Sommige organismen vertonen kenmerken waardoor ze op een ander organisme lijken. Zo lijken de bloemen van de vliegenorchis, een soort orchidee, op een vrouwelijk insect. Het verschijnsel waarbij een organisme kenmerken vertoont waardoor het op een ander organisme lijkt, is mimicry. Mimicry is ontstaan doordat het een voordeel oplevert voor het organisme. Het is een gevolg van evolutie.

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. Het gedrag stimuleert de eigen voortplantingskansen.

proefversie©VANIN

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.

WEETJE

Antilopen houden van de blaadjes van acaciabomen. Wanneer de blaadjes van acaciabomen worden aangevreten door antilopen, komen er vluchtige boodschappermoleculen vrij die kunnen worden opgevangen door andere acaciabomen. Als dat gebeurt, ontstaat er in de blaadjes van de bomen een chemische reactie. De plant produceert een chemische stof, tannine, die de blaadjes minder smakelijk maakt én in grote hoeveelheden zelfs giftig is voor de antilopen. Pech voor de antilopen? Of toch niet? Wetenschappers stelden vast dat dieren vaak tegen de wind in grazen. Zo waaien de boodschappermoleculen weg van bomen die nog niet zijn aangevreten, en zal er in die bomen geen verdedigingsreactie ontstaan.

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.

S Afb. 193 Een vliegenorchis

S Afb. 194 Een impala, een antilopesoort die voorkomt in Afrika

2 Hoe bestudeer je gedrag?

Als een hond kwispelend met zijn staart komt aangelopen, wordt al snel gezegd dat die hond blij is. Mensen hebben de neiging om op bepaald gedrag van dieren een menselijk gevoel te plakken. Honden kwispelen echter ook als ze zenuwachtig zijn of zelfs bij agressie. Als je gedrag van dieren correct wilt bestuderen, moet je dat gestructureerd aanpakken. Daarbij noteer je elke handeling die het organisme uitvoert en probeer je met die gegevens de functie van dat gedrag te bepalen.

Om het gedrag van een dier objectief te bestuderen, wordt een ethogram opgesteld. Dat is een lijst met alle mogelijke handelingen die het dier kan uitvoeren. Vooraf bestudeer je het dier en maak je een lijst van alle handelingen die je kunt vaststellen. Het is belangrijk goed te verwoorden wat je precies bedoelt. Hieronder zie je een voorbeeld van zo’n ethogram van een kip.

Handeling

kakelend stappen

Afkorting Omschrijving

KS kip stapt kakelend rond stappen

S kip stapt rond pikkend stappen

PS kip stapt rond en pikt daarbij pikken

P kip pikt iets op van de grond snavel wrijven

SW kip wrijft snavel schoon scharrelen met poten

SP kip scharrelt met poten op de grond vleugels strekken

VS kip strekt vleugels uit

Antropomorfisme is het toeschrijven van menselijke eigenschappen aan dieren. De term ethogram is afgeleid van ethologie, de vroegere benaming van gedragsbiologie.

proefversie©VANIN

video: gedrag kip

VIDEO

S Tabel XXX

Ethogram kakelende kip

Wanneer je een ethogram hebt opgesteld, kun je het dier bestuderen. De waarnemingen noteer je in een protocol. Daarin leg je vooraf vast hoelang je het dier wilt bestuderen en in welk tijdsinterval je telkens een waarneming noteert. Wanneer de kip uit het voorbeeld heel actief is, kan het voldoende zijn het gedrag gedurende anderhalve minuut te bestuderen en elke vijf seconden te noteren wat het dier doet. Je gebruikt daarvoor de afkortingen uit het protocol.

Als je een dier gedurende een langere periode wilt observeren, kun je een video maken en nadien de resultaten verwerken. Hieronder vind je een voorbeeld van zo’n protocol.

[0,30[ [30,60[ [60,90[

[0,5[ PS KS PS

[5,10[ KS KS KS

[10,15[ S S KS

[15,20[ KS KS P

[20,25[ KS VS P

[25,30[ P PS SP

S Tabel XXX Kakelende kip: protocol met waarnemingen

Tijdsinterval [0,5[ betekent van 0 tot 5 seconden. Bij de start van de vijfde seconde wordt een nieuw interval begonnen.

Vanuit de waarnemingen kun je de resultaten verwerken in een staafdiagram waarbij je op de horizontale as de verschillende handelingen noteert en op de verticale as uitzet hoe vaak die handelingen voorkwamen.

Frequentieanalyse kakelende kip

aantal keer handeling type handeling

S Grafiek XXX Frequentieanalyse kakelende kip

proefversie©VANIN

Gedrag wordt bestudeerd vanuit een objectieve observatie:

• In een ethogram noteer je alle mogelijke handelingen die het organisme kan uitvoeren.

• In een protocol leg je vast welke handelingen je zult bekijken en hoelang je de studie zult doen.

• De waarnemingen verzamel en verwerk je in een diagram of grafiek waarmee overzichtelijk weergeeft hoe vaak elke handeling voorkomt.

3 Is gedrag aangeboren of aangeleerd?

proefversie©VANIN

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?

3.1 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 aangeboren reflexen. Een pasgeboren baby beschikt naast de zuigreflex over heel wat andere reflexen zoals de loopreflex, grijpreflex, voetzoolreflex … Veel van die aangeboren reflexen verdwijnen geleidelijk tijdens de motorische ontwikkeling van het kind.

S Afb. 195 Puppy’s gaan vanaf de geboorte op zoek naar melk bij de moeder.

S Afb. 196 Een volwassen hond heeft geleerd dat hij een koekje krijgt als hij zit.

S Afb. 197

Een moeder draagt haar jong bij zijn nekvel. De kleine poes weet dat ze zich stil moet houden.

Baltsgedrag is een combinatie van verschillende aangeboren handelingen zoals voortplantingsgedrag en vlucht- en aanvalsgedrag.

B Gedragspatronen

Vaak vertonen dieren gedrag dat uit opeenvolgende stappen bestaat, een gedragspatroon.

Baltsen

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.

proefversie©VANIN

Een groep wolven die samenleeft, noemt men een roedel. Een roedel ontstaat wanneer een koppel een nieuw territorium inneemt. Gemiddeld krijgt een koppel vijf à zes welpen. Die welpen blijven één tot twee jaar bij het ouderpaar; samen vormen ze dan de roedel of familiegroep.

Wolven jagen in principe op wilde dieren zoals herten, hazen, konijnen …, maar als landbouwdieren zoals schapen slecht beschermd zijn, vormen ze een gemakkelijke prooi. Je kunt die dieren met schrikdraad beschermen. Zo leren wolven om geen landbouwdieren aan te vallen.

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.

S Afb. 198 Baltsende futen

video: baltsgedrag futen

S Afb. 199 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 andere 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.

proefversie©VANIN

Fixed action pattern

Soms wordt een opeenvolging van handelingen altijd op precies dezelfde manier doorlopen. Dat heet dan 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.

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. Door die gedragspatronen, die genetisch bepaald zijn, zal een spin met een goed gebouwd web insecten kunnen vangen en dus voorzien in haar voedsel.

S Afb. 200 Patroon van de cirkeldans

S Afb. 201 Patroon van de kwispeldans

S Afb. 202 Bouw van een spinnenweb

video: kwispeldans

video: spinnenweb

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

proefversie©VANIN

S Afb. 203

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.

WEETJE

3.2 Wat is aangeleerd gedrag?

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.

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.

In de Nederlandse taal gebruiken we ‘papegaaien’ zelfs als werkwoord; het betekent iemand napraten.

proefversie©VANIN

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.

S Afb. 204 Niet enkel papegaaien observeren en imiteren; denk maar aan een klein meisje dat de hoge hakken van haar moeder aantrekt. Door belangrijke personen uit hun leven te imiteren, leren kinderen om een zelfbeeld te creëren.

S Afb. 205 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.

proefversie©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. 206 Klassieke conditionering: experiment van Pavlov

S Afb. 207 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-anderror; 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.

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.

Technieken nabootsen werd onder andere vastgesteld bij apen, mezen, eksters en kraaien.

S Afb. 208

Een ekster probeert een walnoot te openen door er met zijn snavel in te pikken.

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

video: inzicht aap

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.

proefversie©VANIN

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.

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.

S Afb. 209 Politiepaarden worden zo getraind dat ze gewend raken aan luide knallen en drukte.

S Afb. 210

Wanneer een kat dwangmatig aan haar pels likt tot ze kale plekken krijgt, spreken we van stereotiep gedrag.

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

proefversie©VANIN

imitatie Gedrag van andere dieren wordt na observatie nagebootst.

herhalen en oefenen

Gedrag waarbij een handeling meerdere keren wordt uitgevoerd om tot een gewenst resultaat te komen.

inprentingGedrag waarbij jonge dieren in een heel korte periode bepaalde kenmerken van hun soortgenoten of andere elementen van hun milieu in zich opnemen.

klassiek conditioneren

operant conditioneren

Een bestaande prikkel wordt vervangen door een andere prikkel, met hetzelfde gedrag als gevolg.

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 voor het vermijden ervan.

trial-and-error Gedrag dat een bepaald resultaat oplevert, wordt opnieuw geprobeerd en eventueel verbeterd, maar gedrag met een neutrale of negatieve uitkomst niet.

gewenningSignalen van herhaalde prikkels zonder negatief gevolg worden door het zenuwstelsel genegeerd.

inzicht 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.

Ook de fysieke kenmerken van de ‘tamme’ muizen veranderden. Ze kregen een kortere snuit en witte plekken in hun vacht. Dat kan worden verklaard doordat de bijnieren die adrenaline produceren bij stress ontstaan uit hetzelfde stukje embryo als de snuit en de kleur van de vacht. Door het ontbreken van stress en angst is er een wijziging in de erfelijke kenmerken ontstaan.

VERDIEPING

Wijzigt gedrag over de generaties heen?

Gedrag verandert tijdens het leven van een organisme. Maar wijzigt gedrag ook over de generaties heen?

proefversie©VANIN

video: alarmgeluid merel en zanglijster

Zwitserse wetenschappers onderzochten gedurende twee jaar wilde muizen. Ze zorgden ervoor dat een verlaten schuur een veilige habitat werd voor wilde muizen en ontoegankelijk was voor vogels en katten. Om de paar weken voorzagen ze de muizen van lekker eten en water. Na enkele generaties werden de muizen tam. Ze hadden minder stress en angst dan hun wilde soortgenoten. De muizen werden wel afhankelijker van aangeboden voedsel, maar het onderzoek toont aan dat gedrag over de generaties heen kan wijzigen.

Om te weten of gedrag evolueert, zouden we moeten vergelijken welk gedrag voorouders en huidige organismen vertonen. Dat is niet zo vanzelfsprekend. Wanneer we willen vergelijken hoe de voorouders van bijvoorbeeld paarden, ezels en zebra’s er hebben uitgezien dan kunnen we een beroep doen op fossiele beenderen die we kunnen vergelijken qua grootte, dikte, vorm … Op die manier kunnen we ons een voorstelling maken van hoe die voorouder er zou hebben uitgezien. Maar beenderen vertellen ons niets over het gedrag van die dieren. Hoe kunnen we dan onderzoeken of gedrag evolueert?

Een eerste manier om dat na te gaan is om het gedrag te vergelijken van organismen die in de tree of life dicht bij elkaar staan. Zo kunnen we de zang van verwante vogels onderzoeken. Als verschillende verwante soorten dezelfde basiszangpatronen gebruiken, kunnen we veronderstellen dat hun voorouders die waarschijnlijk ook gebruikt hebben, maar dat er over de generaties heen variaties ontstaan zijn. Zo kun je in de roep van bijvoorbeeld lijsterachtigen zoals de merel en de zanglijster vaak eenzelfde basispatroon ontdekken, maar elke vogelsoort gebruikt andere toonhoogten.

Bij mensen, chimpansees en bonobo’s is moederzorg een typisch gedrag; dat kenmerk was dus vermoedelijk ook al bij onze gemeenschappelijke voorouders aanwezig. Het zorggedrag van een moeder voor haar jong verhoogt de overlevingskansen van die dieren. Wanneer dat gedrag ontstond en of het hetzelfde bleef, kunnen we niet controleren.

S Afb. 211 Moederzorg is gedrag dat zowel chimpansees als mensen stellen.

Een tweede manier is kijken naar de evolutie in gedrag van soorten die nu leven. Een onderzoek toonde aan dat er onder de grond in de Londense metro een mug voorkomt die bloed zuigt bij mensen. Dat lijkt heel gewoon, maar de muggen van dezelfde soort die bovengronds leven, zuigen enkel bloed bij vogels. In de gewijzigde omstandigheden konden muggen die bloed bij de mens haalden beter overleven dan de muggen die dat niet konden. Dat leidde tot meer voortplantingskansen voor die muggen en die hadden dus ook meer nakomelingen. Dit is een voorbeeld van natuurlijke selectie. Hier zie je hoe een bepaalde eigenschap in een nieuwe omgeving een voordeel kan bieden en daardoor kan leiden tot het ontstaan van nieuwe soorten. Dat is hoe evolutie werkt.

Nederlandse onderzoekers ontdekten dan weer dat koolmezen steeds hoger gaan zingen in steden. Normaal gezien zingen mannetjes heel laag om een vrouwtje aan te trekken, maar daarmee komen ze niet meer boven het stadslawaai uit. Door een zangpatroon met hogere tonen te kiezen, lukt dat wel en hebben ze meer kans om zich voort te planten in een stedelijke omgeving dan lager zingende dieren. Over meerdere generaties heen leidde dat uiteindelijk tot hoger zingende koolmezen in de stad.

Onderzoek naar het erfelijke materiaal van deze muggen toonde aan dat er heel wat verschillen ontstaan zijn in een korte periode.

proefversie©VANIN

Als er te veel lawaai is, zoals in de stad, zullen mannetjes hun gedrag aanpassen en proberen om met een hogere frequentie of op een hogere toon te zingen. De mannetjes die daarin slagen, zullen succesvoller zijn en meer nakomelingen krijgen. Als dat hoger zingen erfelijk bepaald is, zullen de mannetjes die hoger zingen, dat kenmerk doorgeven aan hun kroost, die dus ook hoger kunnen zingen.

De nieuwe generaties zullen overwegend bestaan uit hoger zingende koolmezen. In dat geval kan het veranderde gedrag leiden tot koolmezen met die nieuwe eigenschap. Gedrag kan dus evolueren.

Uit beide voorbeelden (muggen en koolmezen) blijkt dat de aanpassing van gedrag aan de omstandigheden als gevolg kan hebben dat de overlevingskansen van een organisme toenemen. Als dat gedrag erfelijk is, hebben de nakomelingen doorgaans gelijkaardige eigenschappen en zullen ook zij een betere overlevingskans hebben. Zo kan gedrag veranderen over verschillende generaties heen.

S Afb. 212 De mannelijke koolmees verhoogt zijn zang in de stad om boven het stadslawaai uit te komen. Hij is dan wel iets minder aantrekkelijk voor vrouwtjes, een moeilijk evenwicht.

Welke prikkels lokken gedrag uit? Geef bij elke prikkel een voorbeeld.

Waarom zal een wolf die voorbij een weide met schapen loopt, niet altijd toeslaan en een schaap doden en opeten?

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.

Welke communicatievormen kun je onderscheiden bij de volgende vormen van aangeboren gedrag?

a de bijendans

b het baltsen van vogels

Benoem in elk van de voorbeelden de aard van de signalen die worden gebruikt om te communiceren. Bespreek voor elk van de voorbeelden hoe de communicatie de overlevingskansen bevordert.

proefversie©VANIN

a 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.

b Hagedissen gebruiken feromonen om aan soortgenoten hun aanwezigheid duidelijk te maken en een partner aan te trekken.

c 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.

d De dominante mannetjes in een groep bavianen grommen dreigend naar de minder dominante dieren om die op hun plaats te zetten.

Toon met een zelfgekozen voorbeeld aan dat ook planten gedrag vertonen.

Binnen in de bloem van de witte dovenetel zitten klieren die de zoete stof nectar produceren.

Wat is de functie van de productie van die stof voor de plant?

Hoe bestudeer je het gedrag van een dier objectief?

Leg elke stap kort uit.

Zijn de volgende vormen van gedrag aangeboren of aangeleerd?

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.

e Een pasgeboren zeeschildpad kruipt vanop het strand richting de zee.

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 biedt mezen in een bos 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. 11

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.

f Een hond draagt een halsband die een onaangename trilling geeft als hij zijn terrein verlaat. Uiteindelijk zal de hond het terrein niet meer verlaten.

proefversie©VANIN

Meer oefenen? Ga naar .

INTERACTIES

• samen werking (verdediging tegen predatoren of voortplanting) concurrentie als bronnen gelimiteerd zijn leidt tot een dynamisch evenwicht rond draagkracht

• gr oepsvorming

• paar vorming

voordelig voor het individu nadelig voor het individu

interacties tussen organismen van eenzelfde soort

positieve invloed mutualisme: voordelig voor beide partijen commensalisme: voordelig voor één partij, neutraal voor andere partij

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 interspecifieke competitie: nadelig voor beide partijen

Schimmel vermenigvuldigt zich. bestrijding met antimycotica

• c oncurrentie met nuttige bacteriën door transplantatie microflora

• antibiose: g ebruik van antibiotica (gevaar: antibioticaresistentie)

negatieve invloed

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

• v erstoring balans nuttige en schadelijke bacteriën van microflora herstel van evenwichtige microflora door

• lichaams vreemde bacteriën produceren gifstoffen of verstoren evenwichten in bestaande microflora

besmetting door bacteriën

interacties met pathogenen

INTERACTIES

kennisclip gedrag

GEDRAG

proefversie©VANIN

GEDRAG

= geheel van handelingen die een organisme onderneemt als reactie op een prikkel het sturen van boodschappen

= COMMUNICATIE

• sensitief

• auditief

• visueel

• chemisch 2u

AANGEBOREN

• reflex

• FAP

• baltsen

• bijendans

• andere: jacht, territorium, groepsband

in functie van:

• voortplanting

• voedsel

• veiligheid

• samenleven

VERHOOGT OVERLEVINGSKANSEN

AANGELEERD

• imitatie

• herhalen en oefenen

• inprenting

• klassiek/operant conditioneren

• trial-and-error

• gewenning

• inzicht

• stereotiep gedrag

Notities proefversie©VANIN

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!

VERKEN

JE KUNT AL ...

• uitleggen dat heel wat soorten met elkaar in interactie gaan;

• uitleggen dat stofomzettingen, stofuitwisselingen en energieomzettingen nodig zijn voor het overleven van mens en dier;

• de rol van enkele biotische en abiotische factoren tijdens een terreinstudie onderzoeken;

• uitleggen wat de rol is van producenten, consumenten en reducenten in voedselrelaties.

• uitleggen dat organismen afhankelijk zijn van elkaar en van hun omgeving om te kunnen overleven;

• met voorbeelden het belang van biodiversiteit voor de mens toelichten.

proefversie©VANIN

• de begrippen habitat, biotoop, levensgemeenschap en ecosysteem herkennen en gebruiken;

• positieve en negatieve biotische en abiotische factoren in een ecosysteem herkennen;

• aantonen dat levende en niet-levende omgevingsfactoren zowel positieve als negatieve invloeden hebben op het overleven van organismen;

• verduidelijken dat materiekringlopen en energiestroom samen met biodiversiteit bijdragen aan het goed functioneren van een ecosysteem.

• hoe menselijke acties het evenwicht binnen een ecosysteem kunnen beïnvloeden;

• uitleggen welke nadelen een verstoring heeft voor mens en natuur;

• toelichten hoe de mens een verstoord ecosysteem kan herstellen;

• betrouwbare informatie opzoeken over de invloed van klimaatopwarming op ecosystemen en duurzame oplossingen voorstellen.

JE LEERT NU ...

H1

H2

HOOFDSTUK 1

Î Wat is een ecosysteem?

proefversie©VANIN

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 daar enkele voorbeelden van. Nochtans zijn wij afhankelijk van die ecosystemen om te overleven. In dit hoofdstuk definiëren we een gezond ecosysteem en onderzoeken we welke factoren de duurzaamheid van een ecosysteem mee bepalen.

LEERDOELEN

M Je kunt de begrippen habitat, biotoop, levensgemeenschap en ecosysteem omschrijven.

M Je kunt aantonen dat biotische en abiotische factoren in een ecosysteem het overleven van zijn bewoners positief en negatief beïnvloeden.

M Je kunt verduidelijken hoe materiekringlopen en energiestroom bijdragen aan het goed functioneren van een ecosysteem.

M Je kunt voor meerdere stoffen de kringloop en de overgang tussen energiearme en energierijke vormen uitleggen.

1 Welke invloeden spelen een rol in een ecosysteem?

De Europese boomkikker (Hyla arborea L.) 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 struweel naar bos, vlak bij een poel. 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.

Afb. 213 De lange tenen van de boomkikker monden uit in hechtschijfjes waarmee ze aan plantoppervlakken kunnen kleven.

is een vegetatievorm die vooral uit struiken bestaat.

video: boomkikker

VIDEO

Struweel

Een poel is een geïsoleerde, stilstaande en ondiepe waterpartij die niet met een naburige beek of rivier in verbinding staat. Poelen ontstaan wanneer hemelwater zich in een laagte verzamelt.

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.

proefversie©VANIN

Een houtwal is een door de mens aangelegde aarden wal (rond een poel, vijver of weide) met struiken en ook bomen die samen meer dan één bomenrij dik zijn.

Een strooisellaag is het deel van de bodem waarin je gevallen bladeren of naalden nog kunt herkennen.

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 biotische factoren en abiotische factoren. In de onderstaande tabel zie je welke levende en niet-levende invloeden de boomkikker ondervindt.

Afb. 215

Libellennimfen eten boomkikkervisjes en beïnvloeden daarmee het aantal boomkikkers rond de poel. Omgekeerd eten volwassen boomkikkers ook volwassen libellen. Ze beïnvloeden op hun beurt het aantal libellen bij de poel.

Biotische factoren die de overlevingskans van de boomkikker beïnvloeden FACTOR VERKLARING

positief goed ontwikkelde oevervegetatie met struiken en bomen, bv. braamstruiken bescherming tegen roofdieren houtwallen, strooisellagen, konijnenholen, boomholten aan de waterkant

aanwezigheid van muggen, wantsen, kevers, vliegen, libellen, regenwormen …

negatief dikke algenlaag op de poel

overwinterplekken bij een poel

voedsel voor de volwassen boomkikker

licht moet kunnen invallen om de poel op te warmen voor de kikkervisjes; kikkervisjes verstikken onder de algen aanwezigheid van vis en libellennimfen in de poel kikkervisjes worden opgegeten

aanwezigheid van parasitaire schimmels zoals Batrachochytrium dendrobatidis

infectie van de bek van de kikkervisjes aanwezigheid van de groene kikkerconcurrentie om voedsel

Afb. 214

De struiken van de houtwal aan de rand van de poel vormen de habitat van de volwassen boomkikkers. Voor de kikkervisjes is het poelwater met waterplanten de habitat.

video: geluid boomkikker

Abiotische factoren die de overlevingskans van de boomkikker beïnvloeden FACTOR

VERKLARING

positief ondiepe, open poelen met veel zonlichtwater warmt goed op en zorgt voor een goede ontwikkeling van de kikkervisjes

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

ondergrond met vorstvrije holten rondom de poel, bv. tussen lichte kiezel

geïsoleerde poel die niet met naburige beken of rivieren verbonden is

proefversie©VANIN

overwinterplekken voor boomkikkers (van oktober tot maart-april)

omdat er geen verbinding is met naburig water, blijft de poel visvrij en worden de kikkervisjes niet opgegeten

negatief turbulent, troebel, zanderig poelwatertroebel water warmt niet goed op waardoor de ontwikkeling van kikkervisjes uitblijft

Een boomkikker leeft natuurlijk niet alleen bij en in een poel. 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 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. Alle samenlevende organismen die rechtstreeks of onrechtstreeks een positieve of negatieve invloed op elkaar uitoefenen vormen een levensgemeenschap.

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.

Tabel

Afb. 216 Kamsalamander

Afb. 217 Blauwe reiger

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. Hoewel schaatsenrijders en bootsmannetjes dezelfde habitat bewonen, zijn het geen voedselconcurrenten: schaatsenrijders ruimen de in het water gevallen insecten op, terwijl bootsmannetjes geheel andere soorten in aantal beperken. Ze hebben dus een verschillende rol of niche. Daardoor kunnen beide soorten perfect in dezelfde habitat wonen zonder elkaar weg te concurreren.

De gewone vijverloper loopt net als de schaatsenrijder over het wateroppervlak, maar hij is veel trager. Ook hij eet alles op wat in het water valt en kleiner is dan hijzelf. De vijverloper blijft echter noodgedwongen uit de buurt van zijn snellere neef, de schaatsenrijder: de schaatsenrijder zou hem telkens te snel af zijn. Om die reden tref je de vijverloper enkel aan tussen de waterplanten aan de rand van de poel. Soorten met dezelfde niche kunnen onmogelijk samenleven in dezelfde habitat.

proefversie©VANIN

• Biotische factoren zijn invloeden van andere levende wezens op het overleven en voorkomen van een soort. Abiotische factoren zijn invloeden van de niet-levende omgeving op het overleven en voorkomen van een soort. Biotische en abiotische factoren kunnen de overlevingskans van organismen zowel positief als negatief beïnvloeden.

• Een levensgemeenschap is het geheel van alle samenlevende organismen die rechtstreeks of onrechtstreeks een positieve of negatieve invloed op elkaar uitoefenen.

• Een habitat is de leefplek van één soort.

• Een biotoop is de leefplek van een levensgemeenschap.

• De manier waarop een soort omgaat met zijn omgeving en de rol die hij daarbij opneemt, noemen we zijn niche.

Afb. 218 Schaatsenrijder

Afb. 219 Bootsmannetje

Afb. 220 Gewone vijverloper

Rond de eeuwwisseling stond de boomkikker op de Rode Lijst met de vermelding ‘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.

De Rode Lijst is een jaarlijks gepubliceerde lijst waarin naast bedreigde soorten ook beschermingsmaatregelen staan om die soorten weer in aantal te laten toenemen. Overheden en natuurorganisaties baseren zich bij hun beleid en beheer op die lijsten. De lijst wordt opgemaakt door de International Union for Conservation of Nature (IUCN), waarvan tal van landen en natuurorganisaties lid zijn.

proefversie©VANIN

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 interacties van de biotische en abiotische factoren van een biotoop zorgen ervoor dat het systeem blijft bestaan. 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.

Een ecosysteem is het geheel van een biotoop en de daarin voorkomende levensgemeenschap, samen met de biotische en abiotische factoren. Dankzij de interacties tussen die factoren kan de levensgemeenschap zichzelf onderhouden

Afb. 221

Doelgerichte beheerswerken: om de overlevingskans van de kikkervisjes te verhogen, verwijdert men de vissen door de plas met een pomp droog te trekken.

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

2.1 Wat is het belang van voedsel voor het evenwicht in een ecosysteem?

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. De koolmees eet rupsen en voert de rupsen aan zijn jongen. Jonge koolmezen eten wel zeventig rupsen per dag. De meeste rupsen eten bladeren. Koolmezen worden op hun beurt opgegeten door andere dieren, bijvoorbeeld door de boomvalk.

Op basis van die interactie tussen organismen kun je ze rangschikken in een voedselketen. Een voedselketen is een aaneenschakeling van organismen, waarbij een organisme uit de keten zich voedt met de vorige schakel en zelf voedsel is voor de volgende schakel. Voedsel, en dus materie, wordt doorgegeven. De interactie tussen de organismen in de voedselketen is een voedselrelatie.

proefversie©VANIN

Energiearm betekent dat de verbindingen slechts een kleine hoeveelheid energie bevatten, zoals water en CO2

Op basis van hun rol in de voedselketen kun je producenten en consumenten onderscheiden. Producenten in een ecosysteem produceren energierijke, organische stoffen die hoofdzakelijk opgebouwd zijn 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.

De geproduceerde verbindingen worden energierijk dankzij fotosynthese. 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. Producenten vormen het begin van elke voedselketen

Afb. 223

Rupsen eten bomen kaal.

Om alle stoffen aan te duiden die door organismen geproduceerd worden, gebruikt men de term biomassa. Biomassa is dus niets anders dan organische energierijke stoffen. Stoffen zoals steenkool, aardgas of krijt werden gevormd in geologische processen en niet door organismen, en maken daarom geen deel uit van de biomassa.

Organismen die planten en andere dieren opeten of consumeren, zijn consumenten. Zij halen energierijke organische stoffen bij andere organismen door die op te eten; ze zijn heterotroof Er zijn meerdere soorten consumenten. In de voedselketen op afbeelding XXX eten de rupsen bladeren; het zijn planteneters of herbivoren. De boomvalk voedt zich met dierlijke organismen; het is een vleeseter of carnivoor. Een koolmees eet in het broedseizoen rupsen en larven maar in het najaar en in de winter eet hij vooral zaden. De koolmees is dus een alleseter of omnivoor. Een speciale groep consumenten zijn de detrivoren of detrituseters. Ze eten plantaardige of dierlijke resten (detritus). Een regenworm is een detrivoor die plantaardig afval eet. Na vertering van het organische afval bevatten zijn uitwerpselen nog altijd onvolledig verteerd organisch materiaal. Dat is ook het geval bij de mestkever die van dierlijke onverteerde resten in de mest leeft. De hyena en de aasgier zijn eveneens detrivoren die we ook aaseters noemen, omdat ze resten van prooien eten die door carnivoren zijn gedood.

Producenten vormen de start van elke voedselketen, daarna volgen de verschillende soorten consumenten. Planteneters zijn altijd de tweede schakel van een voedselketen. Omdat het de eerste groep consumenten uit de keten is, worden ze consumenten van de eerste orde genoemd. De derde schakel in de voedselketen zijn de vleeseters die leven van planteneters. Het zijn consumenten van de tweede orde. Vleeseters die de vorige vleeseters uit de keten opeten, worden de consumenten van de derde orde genoemd enz.

Sommige dieren eten meerdere soorten of worden door meerdere organismen opgegeten. Op die manier zijn voedselketens verbonden tot een voedselweb. Dankzij die talrijke voedselrelaties wordt er in het ecosysteem voortdurend materie van het ene naar het andere organisme doorgegeven.

proefversie©VANIN

lynx

valk

konijn

muis eekhoorn planten

vos

Je leerde al dat er in elk goed werkend ecosysteem een evenwicht moet zijn tussen de populaties van de verschillende schakels. Bekijk opnieuw de voedselketen op afbeelding XXX. Als het aantal rupsen daalt, dan hebben de koolmezen te weinig eten en zal ook het aantal koolmezen dalen. Daardoor kunnen er weer meer rupsen overleven en neemt hun aantal toe. Dat heeft als gevolg dat ook het aantal koolmezen opnieuw stijgt. Tussen het aantal rupsen en het aantal koolmezen is er een slingerbeweging waardoor het aantal organismen zichzelf in evenwicht houdt. Dat is een ecologisch evenwicht of biologisch evenwicht. In dat evenwicht zijn de aantallen organismen niet constant: het is dus een dynamisch evenwicht.

proefversie©VANIN

Trofisch is afgeleid van het Griekse woord trofein wat ‘voeden’ betekent.

Grafiek 7 Dynamisch evenwicht in de voedselrelatie tussen rupsen en koolmezen

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. Die hoeveelheden zijn niet duidelijk af te leiden uit de figuur van een voedselketen of het voedselweb. Om die hoeveelheden weer te geven, is er een andere voorstelling nodig: 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. Zo geeft de voedselpiramide het aantal vertegenwoordigers weer dat per schakel in de voedselketens aanwezig is.

consument van de 3e orde heterotroof carnivoor

consument van de 2e orde heterotroof carnivoor

consument van de 1e orde heterotroof herbivoor

autotrofe producent

Afb. 226 Voedselpiramide van aantallen

Als je dat voor een bos bekijkt, zie je dat de weergave van de aantallen per niveau niet altijd een duidelijk beeld geeft van de hoeveelheid voedsel die er per trofisch niveau aanwezig is. Dat komt omdat één boom veel meer massa bevat dan één rups, maar er zijn minder bomen dan rupsen. Daarom is het duidelijker 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 hoeveel biomassa doorstroomt naar een volgend trofisch niveau. Afbeelding XXX stelt een piramide van biomassa voor.

proefversie©VANIN

consument van de 3e orde

consument van de 2e orde

consument van de 1e orde producenten

Uit de piramide van biomassa valt op dat er een gedeelte aan biomassa is dat niet doorstroomt naar het volgende trofisch niveau. 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.

Dat verlies van biomassa in de voedselpiramide kan men verklaren door:

• de verbranding van een deel van de biomassa voor het op gang houden van de eigen levensprocessen, bijvoorbeeld voor het warm houden van je lichaam, voor het transport van stoffen, voor het doorgeven van impulsen ... Dat deel wordt omgezet in energie, CO2 en H2O. Dat deel van de opgenomen biomassa kan niet meer als voeding worden gebruikt door organismen van het volgende trofisch niveau;

• niet opgegeten materiaal:

—organismen die sterven zonder dat ze worden gegeten; —prooien die niet volledig worden opgegeten; —de aanwezigheid van onverteerd materiaal in de uitwerpselen.

Afb. 227

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.

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

brandstof voor levensprocessen

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

afgestorven organismen

proefversie©VANIN

Afb. 228

Bij de overgang naar een volgend trofisch niveau gaat er biomassa verloren.

Dat betekent 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

Het gedeelte van het organisch materiaal dat op afbeelding XXX (naar rechts) verloren lijkt te gaan bij de overgang naar een hoger trofisch niveau, dient wel nog als voedsel voor andere organismen zoals bacteriën en schimmels. Die organismen zijn reducenten. Zij breken dat organisch materiaal af tot eenvoudige energiearme anorganische verbindingen, zoals koolstofdioxide (CO2), water (H2O), ammonium (NH4+), nitrieten (NO2-) en nitraten (NO3-). De energie die daarbij vrijkomt, gebruiken de reducenten om te overleven.

De energiearme anorganische verbindingen, die door de reducenten worden vrijgezet, komen in de bodem terecht als opgeloste stoffen, of in de atmosfeer als gas. Planten kunnen die verbindingen opnemen en hergebruiken om in de fotosynthese opnieuw organische stoffen op te bouwen. Op die manier vullen de producenten de biomassa opnieuw aan.

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

brandstof voor levensprocessen

afgestorven organismen resten prooien uitwerpselen

afgestorven organismen

proefversie©VANIN

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 die niet wordt doorgegeven tussen de trofische niveaus, 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 kringloop van materie of materiekringloop. Dankzij het voortdurende hergebruik van materie kan een ecosysteem gezond blijven.

van de eerste orde

organische stoffen

lichtenergie

organische stoffen

organische (afval)stoffen

anorganische stoffen

Afb. 230 Kringloop van materie

organische (afval)stoffen

van de tweede orde

Afb. 229 Van voedselpiramide naar kringloop van materie

biomassa voor reducenten

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.

Op basis van hun rol in de voedselrelaties worden organismen ingedeeld in twee groepen:

• de producenten vormen de basis van elke voedselrelatie. Ze zijn autotroof: ze maken energierijke organische stoffen uit energiearme anorganische stoffen met behulp van lichtenergie;

• de consumenten voeden zich met energierijke organische stoffen: ze zijn heterotroof Op basis van het dieet van de consumenten kun je herbivoren, carnivoren en omnivoren onderscheiden.

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. Zij zetten dat 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 Die materiekringloop vormt de basis voor een evenwichtig ecosysteem; zonder die kringloop kan een ecosysteem zichzelf niet onderhouden.

anorganische stoffen organische stoffen organische (afval)stoffen organische (afval)stoffen producenten consumenten reducenten

proefversie©VANIN

D Voorbeelden van kringlopen

Materie is opgebouwd uit meerdere atoomsoorten of elementen. In de voedselketen worden die elementen via allerlei omzettingen en chemische reacties telkens aan andere atoomsoorten gebonden, waardoor er nieuwe moleculen ontstaan. Omdat de materie telkens wordt hergebruikt, ontstaan er zo kringlopen van die elementen. 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.

ademhaling transpiratie

condensatie

transport neerslag

afvoer via oppervlakte

ademhaling

consumenten

producenten

proefversie©VANIN

opname door planten

verdamping

doorsijpeling in grondwater

transport

Het water op aarde is voortdurend in beweging en vormt een circulatie die we de waterkringloop noemen:

1 Door opwarming van de zon en door transpiratie verdampt water op het aardoppervlak.

2 De waterdamp stijgt, maar in hogere luchtlagen zal hij door lagere temperaturen condenseren tot wolken.

3 Wolken verplaatsen zich met de luchtstromen.

4 Water komt dan elders onder de vorm van neerslag uit de wolken terug op het aardoppervlak terecht. Afhankelijk van de temperatuur kan dat regen, hagel of sneeuw zijn.

5 Een 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.

Producenten en consumenten wisselen ook voortdurend water uit:

• producenten nemen bodemwater op via de wortels; ze hebben dat nodig om aan fotosynthese te doen. Via de huidmondjes in de bladeren kunnen ze water verliezen door verdamping;

• consumenten vullen hun vochtgehalte voortdurend aan door water te drinken. Bij het ademen en via de uitscheiding verliezen ze water. Dat komt in de lucht of in de bodem terecht.

Water gaat dus niet verloren. In de waterkringloop circuleert water tussen zee, wolken en neerslag. Water wordt ook voortdurend uitgewisseld tussen producenten en consumenten.

Afb. 231 De waterkringloop

D2 De stikstofkringloop

De stikstofkringloop geeft de weg weer die het stikstofatoom in een ecosysteem volgt. Stikstof zit in heel wat belangrijke organische verbindingen. 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 ammonium-ionen (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.

proefversie©VANIN

De lucht die we inademen, bevat ongeveer 79 % stikstofgas, net zoveel als de uitgeademde lucht. Daaruit kun je afleiden dat onze cellen geen N2 verbruiken.

De relatie tussen wortelknolbacteriën en de vlinderbloemige is een voorbeeld van mutualisme. Wortelknolbacteriën zetten stikstofgas uit de lucht om in een vorm die bruikbaar is door de vlinderbloemigen. De bacteriën krijgen in ruil van de plant energierijke fotosyntheseproducten. In dat samenlevingsverband hebben zowel de plant als de bacteriën een voordeel.

vrijzetten van stikstof uit anorganische verbindingen

producenten

organische stikstofverbindingen

consumenten

vastleggen van stikstof

stikstof in organische (afval)stoffen

reducenten

stikstoffixerende bacteriën

anorganische stikstofverbindingen

Afb. 232

De stikstofcyclus

1 Stikstof kan echter 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.

Stikstoffixatie kan gebeuren via verschillende processen:

• tijdens onweer kan atmosferische stikstof (N2) worden omgezet naar nitraat (NO3-) met energie van bliksem. Het gevormde nitraat komt via regen in de bodem terecht;

• stikstoffixerende bacteriën die vrij in de bodem voorkomen, kunnen stikstofgas (N2) uit de lucht vastleggen in ammonium- en nitraationen (NH4+ en NO3-);

• wortelknolbacteriën nemen stikstofgas (N2) op en zetten het gas om in ammonium- en nitraationen (NH4+ en NO3-). Wortelknolbacteriën zijn stikstoffixerende bacteriën die leven in wortelknolletjes. Die knolletjes worden gevormd in de wortels van vlinderbloemige planten, zoals klaver.

Door fixatie van N2 uit de lucht kunnen dus ammonium en nitraat worden gevormd. De in de lucht aanwezige stikstof wordt zo bruikbaar voor de plant

de stikstofcyclus in vier weergaven

Afb. 233

Wortelknolbacteriën

proefversie©VANIN

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 en 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. 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.

rottingsbacteriën nitrietbacteriën nitraatbacteriën

voedsel ammonium NH4 +

organische stofanorganische stofanorganische stofanorganische stof

ammonificatie nitrificatie nitrificatie

Afb. 234

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-).

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.

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.

verdieping 1u en 2u

Waarom zijn nitraten schadelijk voor dieren? Als nitraten worden omgezet in nitrieten kunnen ze de werking van hemoglobine grondig verstoren. Hemoglobine zal dan minder goed binden met zuurstofgas, wat tot een zuurstoftekort kan leiden in meerdere weefsels. De huid kan daardoor blauw verkleuren, vandaar de naam blauwziekte of cyanose. Vooral voor zuigelingen kan dat gevaarlijk zijn (blauwziekte bij baby’s).

proefversie©VANIN

WATERKRINGLOOP

Afb. 235 Blauwziekte bij een baby STIKSTOFKRINGLOOP

N-verbindingen N in organische (afval)stoffen

anorganische N-verbindingen

• De waterkringloop is het circuleren van water tussen zee, wolken en neerslag.

• De stikstofkringloop geeft de weg weer van het stikstofatoom in een ecosysteem.

E De belangrijke functies van micro-organismen

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.

LABO 11

Afb. 236 Naast riet worden ook andere planten in natuurlijke waterzuiveringssystemen gebruikt..

Afb. 237 Zuiver stromend water

Ook op andere manieren hebben micro-organismen een belangrijke functie in ecosystemen. Als reducenten zijn micro-organismen belangrijk voor het zelfreinigende vermogen van water. Natuurlijke waterzuiveringssystemen worden meer en meer toegepast om regenwater te zuiveren voor privégebruik. Ook in zwemvijvers is dat een belangrijk systeem. Daarbij wordt vaak riet gebruikt. 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 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 micro-organismen 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/ionen die de producenten nodig hebben om nieuwe organische stoffen aan te maken.

proefversie©VANIN

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

In elke schakel van de voedselpiramide zie je dat biomassa als voedsel wordt opgenomen door de organismen van een volgend trofisch niveau. Tegelijk met de biomassa wordt er dus ook energie doorgegeven. Aangezien niet alle biomassa als voeding dient, gaan er voor de organismen van het volgende trofisch niveau organische stoffen en dus tegelijk ook energie verloren. Dat kon je duidelijk afleiden uit de voedselpiramide van biomassa.

De opgenomen organische stoffen worden gedeeltelijk gebruikt als bouwstenen voor organische moleculen, weefsels en organen, dus voor de aangroei van biomassa. Je leerde ook dat een deel van de opgenomen energierijke organische stoffen wordt gebruikt als brandstof voor het leveren van de energie die nodig is voor het op gang houden van de eigen levensprocessen. Dat verbrandingsproces 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

Aquatisch is het bijvoeglijk naamwoord van het Latijnse woord aqua wat ‘water’ betekent.

voedsel energierijke

organische stoffen of biomassa

bouwstenen energie

nodig voor de groei

nodig voor herstel van beschadigde weefsels

proefversie©VANIN

nodig voor levensprocessen

nodig om arbeid te leveren warmte

voedselniveau 4 consument derde orde

voedselniveau 3 consumenten tweede orde

Afb. 238

Energierijke organische stoffen of biomassa gebruiken organismen als bouwstoffen en als brandstof..

voedselniveau 2 consumenten eerste orde

voedselniveau 1 producenten

Afb. 239

Piramide van energie in het ecosysteem ‘grasland’

Enkel via het doorgeven van biomassa wordt er energie doorgegeven naar het volgende trofisch niveau, maar er gaat voortdurend energie verloren via het verlies van biomassa, via de celademhaling en als warmte. Dat heeft tot gevolg dat naarmate het trofisch niveau stijgt, er steeds minder energie beschikbaar is. Die afname van de hoeveelheid chemische energie die voor het volgende trofisch niveau beschikbaar is, kan ook in piramidevorm worden weergegeven. Die voorstelling noemen we de piramide van energie van een ecosysteem.

Uit afbeelding XXX kun je afleiden dat slechts ongeveer 10 % van de chemische energie, die aanwezig is in een bepaald voedselniveau, beschikbaar is voor het volgende voedselniveau.

Als er bij elke overgang van het ene naar het andere trofisch niveau energie verloren gaat, bevat de doorgegeven biomassa telkens minder energie. Na het doorlopen van een aantal trofische niveaus bevat de biomassa te weinig energie voor de consumenten; ze bestaat nu uit energiearme organische afvalstoffen. Reducenten kunnen die afvalstoffen wel nog als energiebron gebruiken. Zij zetten dat afval om in anorganische stoffen.

In het fotosyntheseproces nemen de producenten die anorganische stoffen op en leggen lichtenergie vast in chemische energie, die wordt ingebouwd in energierijke organische stoffen. Die verbindingen worden dan via de biomassa aan de volgende schakel doorgegeven. In tegenstelling tot materie verdwijnt er dus voortdurend energie uit een ecosysteem. Via de fotosynthese wordt er voortdurend energie toegevoegd. Opdat alle organismen voldoende energierijk voedsel zouden vinden, is het nodig dat het energieverlies voortdurend wordt aangevuld. Enkel dan kunnen alle organismen overleven en kan een ecosysteem blijven bestaan.

proefversie©VANIN

warmte

verlies biomassa

celademhaling

energiebron

Afb. 240

De energie die per trofisch niveau verloren gaat, kan deels door reducenten worden gebruikt.

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. Men spreekt daarom van een energiestroom. 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 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.

2 atmosfeer fotosynthese

ademhaling ademhaling

ademhaling

producenten

organische koolstofverbindingen

koolstof in organische (afval)stoffen

koolstofhoudende anorganische stoffen

proefversie©VANIN

consumenten

koolstof in organische (afval)stoffen

reducenten

Afb. 241 De koolstofkringloop

De belangrijkste bron van koolstof voor een ecosysteem is CO2 in de atmosfeer. Dat gas wordt door producenten opgenomen tijdens de fotosynthese en gebruikt voor de opbouw van glucose. Het proces waarbij koolstof via CO2 wordt vastgelegd in glucosemoleculen noemen we ook wel de koolstofassimilatie

Via het fotosyntheseproces komt koolstof in de voedselketen terecht. Koolstof wordt door de planten, 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 die door de planten worden opgebouwd, halen organismen tijdens de celademhaling hun nodige energie. De koolstof die in suikers, eiwitten en vetten aanwezig is, komt tijdens de afbraak (dissimilatie) van die energierijke organische stoffen vrij als CO2. Via de celademhaling verdwijnt er dus weer koolstof uit het ecosysteem en wordt de voorraad in de atmosfeer opnieuw aangevuld.

de koolstofkringloop in drie weergaven

Je ziet dat celademhaling en fotosynthese het CO2-gehalte in de atmosfeer in evenwicht houden. 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.

O 2 atmosfeer

proefversie©VANIN

opname water en CO 2 in de fotosynthese

O2-opname ademhaling

producenten

zuurstof in organische stoffen

zuurstof in organische (afval)stoffen

zuurstofhoudende anorganische stoffen

Afb. 242 De zuurstofkringloop

reducenten

O2-opname ademhaling

consumenten

zuurstof in organische (afval)stoffen

Tijdens de celademhaling wordt CO2 gevormd. Autotrofe organismen nemen dat gas op om aan fotosynthese te kunnen doen. De zuurstof- en koolstofkringloop zijn dus met elkaar verbonden

In de fotosynthese wordt zonne-energie met behulp van CO2 en H2O vastgelegd in glucose (C6H12O6). In de celademhaling, bij de energieproductie in de mitochondriën, worden energierijke stoffen zoals glucose (C6H12O6) dan weer verbrand (met O2) tot CO2, H2O en energie. De celademhaling en de fotosynthese zorgen er dus ook samen voor dat het zuurstofniveau binnen een ecosysteem op peil blijft.

Een levensgemeenschap kan zichzelf onderhouden als de organismen over voldoende energie beschikken om te overleven. Zonder de voortdurende input van energie via het fotosyntheseproces geraakt het evenwicht in een ecosysteem verstoord.

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.

proefversie©VANIN

verdieping 1u en 2u

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 hoeveelheid energierijke organische stoffen die door de producenten wordt aangemaakt, moet dus in balans zijn met de hoeveelheid die door de consumenten wordt verbruikt. Dat evenwicht wordt behouden dankzij twee drijvende krachten: het hergebruik van de materie in kringlopen en de continue energietoevoer via de fotosynthese. Het is dus essentieel dat beide krachten blijven bestaan.

A Belang van biodiversiteit

Om dat evenwicht in stand te houden, is het belangrijk dat er voldoende biodiversiteit heerst in het ecosysteem. Elk organisme in een ecosysteem vervult daarin een of meerdere functies. Een vogel kan rupsen eten en vervult dan de rol van jager, maar diezelfde vogel kan ook als voedsel dienen voor bijvoorbeeld een vos of een slang en is dan een prooi. Een plant voedt zich met bepaalde elementen uit de bodem en brengt die stoffen zo in de materiekringloop. Tegelijk voegt de plant via fotosynthese voortdurend energie toe aan het ecosysteem. Planten vervullen de rol van producenten.

Afb. 243 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.

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. Als elke functie door meerdere organismen kan worden uitgeoefend, kan een ecosysteem zich na een verstoring, zoals een brand of een ziekte, beter en sneller herstellen. Ecosystemen waarin verschillende soorten eenzelfde rol delen, zijn minder kwetsbaar; ze hebben een hogere weerstand. Wanneer de functie van één soort uitvalt, kan die immers worden overgenomen door een andere soort. Tijdens de broedperiode eten koolmezen rupsen. Wanneer een bepaalde (nacht)vlindersoort verdwijnt, dan verdwijnt ook zijn larve. De koolmezen zijn dan aangewezen op andere rupsen of insectenlarven die in het ecosysteem voorkomen. Als de uitgestorven rups de enige voedselbron voor de koolmees zou zijn, dan moet de koolmees uitwijken en elders voedsel gaan zoeken.

De grote diversiteit aan soorten is dus 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.

In een gezond ecosysteem zijn er voor elke rol voldoende soorten organismen aanwezig. Enkel dan kunnen alle functies worden vervuld die nodig zijn om de materiekringloop en de energiedoorstroom te handhaven, ook bij verstoringen. Voldoende biodiversiteit is dus een noodzaak voor het voortbestaan van een evenwichtig ecosysteem. 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.

B Wisselwerking tussen biodiversiteit en andere factoren

Om de biodiversiteit in een ecosysteem te behouden, moeten er zo veel mogelijk verschillende soorten bewoners zijn. Dat betekent dat er voldoende bronnen 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.

• Ook de input van energie heeft een invloed. Zo is licht noodzakelijk voor fotosynthese, een proces dat zorgt voor de blijvende instroom van energie in een ecosysteem én voor de productie van biomassa.

• De productie van biomassa of van energierijke organische stoffen 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.

verdieping 1u en 2u

proefversie©VANIN

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. Op die manier beïnvloeden abiotische factoren het overleven van planten en dieren. De abiotische factoren zijn bepalend voor de biotoop van de levensgemeenschap

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.

koolstof water stikstof zuurstof

abiotisch

water

bodem

lucht

zonne-energie

MATERIEKRINGLOOP

koolstof water stikstof zuurstof

Afb. 245

Materiekringloop, een wisselwerking tussen biotische en abiotische factoren

biotisch

planten

dieren

bacteriën

schimmels

proefversie©VANIN

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.

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.

Ecosysteemdiensten worden in vier groepen ondergebracht, nl. de producende, regulerende, culturele en ondersteunende diensten.

proefversie©VANIN

verdieping 1u en 2u

Afb. 246

Ecosysteemdiensten: een waaier van voordelen die ecosystemen aan mensen leveren.

verdieping 1u en 2u

A Producerende ecosysteemdiensten

Producerende ecosysteemdiensten zijn voordelen die ecosystemen aan de mens leveren in de vorm van nuttige producten of energie. Ecosystemen die voor die diensten zorgen, bieden meteen ook werkgelegenheid, want er is arbeid nodig om de producten uit het ecosysteem te halen.

• Stoffen die meteen gebruikt kunnen worden zijn directe producten. Het gaat daarbij om voedsel als vlees, vis, fruit, groenten en honing, maar ook om grondstoffen zoals timmerhout en klei voor de bouw, of katoen, vlas en wol voor textiel. Ook ertsen voor de industrie of biomassa en fossiele brandstoffen zijn rechtstreeks bruikbaar.

proefversie©VANIN

In Westerse landen wordt ongeveer 25 % van alle geneesmiddelen vanuit moleculen van planten bereid.

• Daarnaast zorgen ecosystemen ook voor indirecte producten zoals drinkwater en medicijnen. Die stoffen zijn niet rechtstreeks bruikbaar, maar moeten bijkomende processen ondergaan vooraleer ze hun nut kunnen bewijzen. Zo krijg je pas drinkwater als de bodem het water uit rivieren en meren gefilterd heeft. Tal van geneesmiddelen worden gemaakt vanuit onderdelen van bepaalde organismen.

Afb. 247 Fruit is een bron van vitaminen, mineralen en voedingsvezels

Afb. 248 Katoen is een belangrijke natuurlijke vezel in de textielindustrie.

Afb. 249

Bronwater dat natuurlijke filtering onderging doorheen de bodem van een loofbos.

Afb. 250

Uit de naalden van sommige taxussoorten wordt de grondstof gewonnen voor een kankermedicijn.

B Regulerende ecosysteemdiensten

Een ecosysteem levert een regulerende dienst als het veranderingen opvangt of als het essentiële processen aanstuurt die voor de mens van belang zijn. Vaak zijn het grote ecosystemen die verstoringen kunnen opvangen. De regulerende diensten zijn (alle) diensten die op de achtergrond werken. Ze zijn vaak pas zichtbaar op het moment dat we ze verliezen.

• Zo vormen bossen als ecosysteem een belangrijke buffer tegen de opwarming van het klimaat.

—De producenten zorgen er via de fotosynthese voor dat de grote hoeveelheden CO2, die vrijkomen bij verbrandingsprocessen, opnieuw in biomassa vastgelegd worden. CO2 is een broeikasgas; het houdt de warmte op aarde vast. Door die omzetting naar biomassa stijgt de temperatuur minder snel.

—Bomen hebben ook een sterk afkoelend effect, omdat ze via hun bladeren water verdampen. In dat verdampingsproces wordt immers heel wat warmte aan de omgeving onttrokken.

—Bovendien spelen bossen een belangrijke rol in het verbeteren van de luchtkwaliteit door de filtering van fijn stof uit de lucht.

—Daarnaast zijn bossen nuttig bij overvloedige regens: ze reageren als een spons. Daardoor houden ze grote hoeveelheden water vast in de bodem en beschermen ze tegen overstromingen. Dat is bij droogte een voordeel: de bodem droogt immers minder snel uit.

• Andere grote ecosystemen zoals waterstromen, meren en zoetwaterplassen hebben dan weer een zelfreinigend vermogen en kunnen vervuiling (gedeeltelijk) wegnemen. Vervuild water kan via biologische processen door micro-organismen immers gezuiverd worden: vele soorten heterotrofe bacteriën en bacterie-etende eukaryoten helpen om het water te zuiveren. De mens kopieerde zelfs die regulerende ecosysteemdienst om het rioolafvalwater te zuiveren.

Dat zelfreinigende vermogen is belangrijk. Daardoor wordt de kwaliteit van het water geregeld, wat dan weer essentieel is voor het behoud van bijvoorbeeld het visbestand, of voor de beschikbaarheid van water voor het bevloeien van landbouwgronden.

252 In een rioolwaterzuiveringsinstallatie verwerken heterotrofe bacteriën en eukaryote eencelligen hoopjes (organisch) afval. Daardoor zinkt het geheel naar de bodem (als slib) en blijft er gezuiverd water bovenop staan, dat vanuit een overloopvat weer de natuur in kan.

Bacteriën en eukaryote eencelligen verwerken het afval in afvalwater.

proefversie©VANIN

verdieping 1u en 2u

Afb. 251 Bossen leveren regulerende ecosystemen: ze bufferen tegen klimaatopwarming, zuiveren de lucht en houden water vast.

Afb.

Afb. 253

Soms zijn het specifieke organismen die vanuit een ecosysteem een heel belangrijke regulerende bijdrage leveren aan de naburige ecosystemen of aan de mens.

• Hommels en bijen bestuiven vanuit een grasland of heide de bloemen van andere ecosystemen of de fruitbomen op plantages. Op die manier starten ze de ontwikkeling van zaden en vruchten op. Die organismen zijn cruciaal. Zo weet men dat meer dan 75 % van de planten die bestuivers nodig hebben voor hun voortplanting en schat men dat minimaal 35 % van de wereldvoedselproductie volledig afhankelijk is van de bestuiving door dieren.

• Er bestaan ook planten, zoals zinkboerenkers, die zware metalen, zoals zink of cadmium, uit de bodem opnemen, waardoor de mens, maar ook tal van andere organismen, geen vergiftiging meer kunnen oplopen. Zonder die organismen zou het opruimen van afval en gifstoffen veel duurder zijn.

• Ook plagenbestrijders als de roofwantsen en oorwurmen die de perenbladvlo onder controle houden, laten een tuinbouwer besparen op chemische bestrijdingsmiddelen. Verlies van ecosystemen als een heide of grasland zou die predatorinsecten snel doen verdwijnen en daardoor leiden tot verlies van opbrengst door plagen.

Afb.

Een bijenwerkster beschikt over stuifmeelkorfjes om stuifmeel te transporteren. Dat stuifmeel dient als (eiwitrijk) voedsel voor de bijenlarven, maar bestuift bij dat transport ook aangeraakte bloemen die daarna zaad en vruchten kunnen vormen.

is een

Bossen vangen dus veranderingen in temperatuur en vochtigheid op. Dankzij die regulerende dienst blijft het bijvoorbeeld mogelijk om voldoende voedsel te telen. Zo blijft die productiedienst, het leveren van voedsel, gevrijwaard. Ook de regulerende werking van een waterpartij is belangrijk om bepaalde productiediensten, zoals het leveren van vis of voeding, te behouden. Daarnaast kunnen regulerende ecosysteemdiensten ook de nadelige invloeden van een verstoring op bepaalde productiediensten beperken.

De perenbladvlo laat een zoete vloeistof

een

Tuinbouwers experimenteren daarom volop met het uitzetten van oorwurmen. Die natuurlijke vijand eet de eitjes van de perenbladvlo.

proefversie©VANIN

254

Afb. 255

Zinkboerenkers

plant die zware metalen zoals zink of cadmium uit de bodem kan opnemen.

Afb. 256

achter op peren, waardoor

laagje zwarte schimmel de peren moeilijk verkoopbaar maakt.

Spreiding en voorkomen aantal hittegolfgraaddagen in de zomer van 2020

Uit afbeelding XXX kun je opmaken dat in de zomer de temperatuur in steden doorgaans hoger ligt dan in de omgevende landelijke gebieden. Temperaturen tot 40 °C zijn geen uitzondering voor die ‘hitte-eilanden’: betonnen gebouwen absorberen veel zonnewarmte en dat kan in de zomermaanden aanleiding geven tot hittestress bij mensen. In steden zoals Gent blijkt dat het integreren van groene zones, zoals kleine loofbossen en parken met een grote boomsoortendiversiteit en vegetatie, een temperend effect heeft op de extreme temperaturen in de stad. De vele boomsoorten kunnen snel water verdampen en helpen zo om de temperatuur te bufferen. Ook de veelheid aan waterpartijen, zoals vijvers, kanalen en zoetwaterplassen met groene oevers dragen daaraan bij.

C Culturele ecosysteemdiensten

De meeste mensen houden van parken en schilderachtige lanen en laten zich bij de keuze van hun woonplaats door een groene omgeving beïnvloeden. Ze vinden in verschillende aspecten van die ecosystemen (mentale) rust, schoonheid of esthetische waarde

Culturele diensten zijn alle directe en indirecte niet-materiële voordelen, zoals je welbevinden, die ecosystemen kunnen bieden.

proefversie©VANIN

Het belang van ecosystemen voor het geestelijk welzijn werd ook al in oude beschavingen aangetroffen. Al meer dan 20 000 jaar geleden tekenden mensen afbeeldingen van dieren, planten en weerpatronen in grotten. Die tekeningen dragen bij aan het opbouwen van kennis en het verspreiden van ideeën. Een culturele dienst is dus een immateriële dienst die bijdraagt aan de ontwikkeling en culturele vooruitgang van mensen. Ook de ontwikkeling van bepaalde vormen van creativiteit zoals muziek, kunst, architectuur en recreatie zijn culturele diensten.

(Vlaanderen)

Afb. 258 De esthetische waarde van de natuur

De nabijheid van groen stimuleert beweging, met directe positieve effecten op gezondheid: wandelen, fietsen en buiten sporten in een groene omgeving verbeteren je lichamelijke conditie. Ook indirect levert het voordelen via het verminderen van overgewicht en obesitas. Daarnaast is beweging ook goed als geestelijke ontspanning. Contact met groen zorgt bovendien voor een betere ontwikkeling van kinderen.

proefversie©VANIN

D Ondersteunende ecosysteemdiensten

De natuur biedt zo veel diensten dat we soms de meest fundamentele over het hoofd zien. Ecosystemen kunnen niet in stand worden gehouden zonder dat natuurlijke processen zoals fotosynthese, materiekringlopen, de waterkringloop en het ontstaan van bodems blijven doorlopen. Die onderliggende processen zijn daarom ondersteunende diensten; zonder die diensten zouden de productie-, regulerende en culturele diensten niet bestaan.

Om alle andere ecosysteemdiensten te realiseren en in stand te houden zijn meerdere ondersteunende diensten noodzakelijk:

• materiekringlopen en energiestromen zijn duidelijke voorbeelden van ondersteunde ecosysteemdiensten, want ze zorgen ervoor dat ecosystemen kunnen behouden blijven;

• het vasthouden van een vruchtbare bodem is o.a. het werk van reducenten die voor mineralisatie van organisch afval zorgen, de planten die met hun wortels bodemerosie voorkomen en het bodemleven dat voor een goede bodemstructuur zorgt.

Ecosystemen zijn dus essentieel voor een goede levenskwaliteit. Ecosystemen die verzwakt zijn door een verlies van biodiversiteit zullen die producerende, regulerende, culturele en ondersteunende voordelen minder goed kunnen leveren. Dat wordt problematisch, gezien de behoefte aan die ecosysteemdiensten recht evenredig meegroeit met de steeds groter wordende wereldbevolking. De vier groepen ecosysteemdiensten tonen aan waarom het belangrijk is om de natuur te beschermen en de biodiversiteit zo groot mogelijk te houden. Gezonde ecosystemen zijn onze natuurlijke rijkdom.

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.

Afb. 259 Wandelen in een groene omgeving

Afb. 260 Fotosynthese is noodzakelijk voor alle levende organismen. Zonder dat proces zou er onvoldoende zuurstof zijn.

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 biotische factor wordt in de tekst vermeld?

c Over welke abiotische factor gaat het?

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.

a De massa van de kalveren en het totale veevoer zijn exact dezelfde.

b De massa van de kalveren is het grootst.

c De massa van het totale veevoer is het grootst.

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?

a Op welke micro-organismen wordt gerekend voor de stikstofbemesting van de bodem?

b Welke stofomzetting voeren die organismen door?

c Wat is de naam van dat proces?

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?

proefversie©VANIN

Het ene organisme is voor zijn voeding afhankelijk van het andere.

a Hoe noem je die interactie?

b Je kunt die interactie weergeven met een voedselketen/voedselweb of met behulp van een voedselpiramide. Verklaar hoe je die keuze maakt.

Geef twee voorbeelden om aan te tonen dat het fotosyntheseproces aan de basis ligt van meerdere interacties in een ecosysteem.

Omschrijf de stofomzettingen in de stikstofkringloop waarbij energierijke stoffen worden afgebroken tot energiearme stoffen.

Meer oefenen? Ga naar .

HOOFDSTUK 2

Î Hoe geraken ecosystemen uit evenwicht?

proefversie©VANIN

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 de 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.

LEERDOELEN

M Je kunt vanuit voorbeelden verduidelijken hoe de mens ecosystemen verstoort door materiekringlopen, energiestromen en/of biodiversiteit te veranderen.

M Je kunt de nadelige gevolgen van een verstoring toelichten.

M Je kunt toelichten hoe de mens in een verstoord ecosysteem voor herstel kan zorgen.

1 Hoe kan de mens ecosystemen verstoren?

Ecosystemen kunnen uit evenwicht geraken wanneer een van de volgende drie elementen grondig beïnvloed wordt:

• 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;

• 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

is

Afb. 261

De bever

een sleutelsoort: hij bouwt dammen in de waterloop. Dat zorgt tegelijkertijd voor nieuwe natte biotopen (stroomopwaarts) en nieuwe droge biotopen (stroomafwaarts).

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 eutrofiëring Ecosystemen kunnen erg te lijden hebben onder een eutrofiëring.

zonlicht

proefversie©VANIN

algenbloei

Afb. 262

Eutrofiëring kan zorgen voor het sterven van de gehele levensgemeenschap, en dus voor het verdwijnen van een ecosysteem.

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. Die algenbloei verhindert het doordringen van voldoende licht naar de diepere lagen van een zoetwaterplas, waardoor onderwaterplanten niet aan fotosynthese kunnen doen en zullen afsterven. De aanmaak van zuurstofgas daalt.

Eutrofiëring zorgt voor een woekering van draadalgen die nagenoeg het volledige wateroppervlak van het zonlicht afsluiten.

Eutrofiëring komt van het Griekse eu (goed) en trofein (voeden).

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 nog meer onderwaterplanten, de producenten van energierijke stoffen, sterven. Daarmee komt de energiedoorstroming tot stilstand

Door het zuurstoftekort verdwijnen ook essentiële reducenten die tussenkomen in het verwerken van alle afval

Afb. 263 Draadalgen

Afb. 264

Afb. 265 Massale vissterfte door hypoxie

NH4+ en NO3–

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: 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

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).

proefversie©VANIN

Het Mestactieplan omvat de volgende maatregelen:

• in mestverwerkingsinstallaties worden ammonium en ammoniak achtereenvolgens omgezet tot nitraat (nitrificatie) en het onschadelijke stikstofgas (N2). Daardoor kunnen ammonium en nitraat niet instromen in naburige ecosystemen;

• landbouwers worden gestimuleerd om groenbemesters te gebruiken. Groenbemesting is het natuurlijk bemesten van de grond via het extra telen van planten om die vervolgens onder te ploegen. Daarbij worden vlinderbloemigen gezaaid in de periode voor of na het telen van een landbouwgewas. Dankzij stikstoffixatie worden zo lokaal extra voedingstoffen in de bodem gebracht, zonder dat er een overmaat ontstaat. Bovendien zal de ondergeploegde groenbemester meer organisch materiaal in de bodem brengen, wat de bodemstructuur verbetert.

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.

LABO 12

Afb. 266 Braam (links), kleefkruid (midden) en hondsdraf (rechts) zijn dominante planten in een stikstofrijke bodem.

WEETJE

Afb. 267 Composteren in eigen tuin

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.

Tijdens het plaggen wordt uitsluitend de bovenste bodemlaag verwijderd, zelden dieper dan de eerste 10-20 cm van de bodem.

Minder ingrijpende manieren om de stikstofbevattende stoffen te verwijderen, zijn begrazing door schapen, geiten en runderen, of maaien.

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.

proefversie©VANIN

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 en daarom ook ecosysteemdiensten opnieuw ruimer voorhanden maken.

Afb. 268

Afb. 269

Een graafbij nestelt in het zand.

Afb. 270

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. Dat is economisch voordelig, want je kunt als boer je machines afstemmen op je gewas, gericht bemesten enz. Dat maakt het productieproces goedkoper en de prijs voor de consument lager.

proefversie©VANIN

Tegelijk zorgen monoculturen voor heel wat nadelen 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: herbiciden mogen dan wel ongewenste concurrerende planten tussen het gewenste gewas weghouden, ze belanden ook in de omliggende ecosystemen en doden daar andere bloeiende planten. Bijen en hommels worden zo het slachtoffer van een tekort aan voedsel; —ook het gebruik van insecticiden en fungiciden, die schadelijke insecten(larven) en schimmels doden, kunnen ziekten of sterfte van bestuivers veroorzaken. Bijen en hommels nemen sommige gifstoffen op met de nectar en het stuifmeel. Dieren bovenaan de voedselketen eten vele vergiftigde prooien, waardoor de gifstoffen zich in die dieren opstapelen. Men noemt dat ook accumulatie van gifstoffen. Toppredatoren sterven daar dan ook het vaakst aan.

Afb. 271

Het gebruik van pesticiden heeft schadelijke gevolgen.v

bloem

Afb. 272

• 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.

indringen van lucht en warmte

terugkaatsing van de warmte

proefversie©VANIN

zeer langzame bodemopwarming

warmte lucht

Die verdichting heeft meerdere gevolgen: —zaden kunnen minder makkelijk kiemen en jonge plantjes zullen minder makkelijk wortel vormen; regenwater zal makkelijker afstromen en de bodem zal minder water kunnen opnemen; —door de bodemverdichting ontstaat er een gebrek aan zuurstofgas rond de haarwortels van planten. Die nemen daardoor moeilijker water en voedsel op. De planten groeien dan trager en de opbrengst vermindert, zelfs bij bemesting. Ook reducenten die de planten van voedsel moeten voorzien, zullen moeilijker kunnen overleven. Bovendien zal een dichte structuur de bodem gevoeliger maken voor parasitaire schimmelinfecties.

Dat alles leidt ertoe dat de materiekringloop stokt

WEETJE

Toen landbouwers in de jaren vijftig van de vorige eeuw grote hoeveelheden pesticiden (zoals DDT) begonnen te gebruiken, zakten de populaties slechtvalken in elkaar. De slechtvalk kreeg als toppredator heel veel gif binnen. DDT zorgde er immers voor dat kalk onvoldoende werd afgezet in de eierschaal. De dikte van de schaal nam daardoor zo sterk af dat de broze eieren kapotgingen. De voortplanting van de slechtvalk viel praktisch volledig stil. In de jaren zestig verdween de soort volledig uit België. Door het verbod op pesticiden, en dankzij beschermingsprogramma’s in heel Europa, is de slechtvalkpopulatie de jongste decennia aan een langzaam herstel begonnen.

LABO 13

Afb. 273 Opwarming van de bovenste bodemlaag door een goede bodemstructuur

Afb. 274 Koele bovenlaag van de bodem door bodemverdichting

Afb. 275

Een slechtvalk voedt zich meestal met vogels die hij vangt tijdens een razendsnelle (tot 300 km/h) duikvlucht.

Wisselteelt wordt ook wel eens teeltrotatie of vruchtwisseling genoemd.

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. Elke zone krijgt een ander gewas als gast en dat wisselt elke periode of een volgend jaar. 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

bladgewassen wortelgewassen vruchtgewassen peulgewassen koolgewassen

Die manier van telen is een stuk arbeidsintensiever, en kost dus meer geld, maar de biodiversiteit wordt gestimuleerd en de schade door uitputting of verdichting van de bodem wordt vermeden proefversie©VANIN

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.

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.

WEETJE

Afb. 276

Agroforestry is een alternatief voor monocultuur.

VOORBEELD BIOLOGISCHE PLAAGBESTRIJDERS

Predatorinsecten

lieveheersbeestjelarven

Prooien

bladluizen, spintmijten (bv. bij sperziebonenteelt)

proefversie©VANIN

oorwurmen perenbladvlo (bv. bij perenteelt)

roofwantsen rupsen, bladluizen, perenbladvlo

sluipwesplarven bladluizen, witte vlieg (bv. bij katoenteelt)

zweefvlieglarven bladluizen (bv. bij paprikateelt)

Afb. 277 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.

proefversie©VANIN

bestrijdingsmiddel 1 t1/2 = 4 uur

bestrijdingsmiddel 2 t1/2 = 20 uur

Grafiek 8

De halfwaardetijd van twee bestrijdingsmiddelen: bestrijdingsmiddel 1 is selectief en heeft een veel kortere halfwaardetijd.

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.

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. Inheemse soorten zijn soorten die eigen zijn aan het lokale ecosysteem.

Afb. 278

Feromoonval

Afb. 279

Aziatisch lieveheersbeestje

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

Hieronder ontdek je nog een invasieve soort in België.

exoot: Amerikaanse vogelkers

origine Amerika

introductie In de 17e eeuw werd de soort naar Europa gebracht als sierboom voor in parken en arboreta. Tweehonderd jaar later plantte men de boom aan voor de houtproductie.

invasieve invloed op inheemse soorten

proefversie©VANIN

Jonge inheemse planten worden door Amerikaanse vogelkers overschaduwd, waardoor hun overlevingskansen sterk verminderen. Daarnaast zorgt de bladafval voor een verminderde bodemkwaliteit.

bestrijding Natuurverenigingen rooien actief de Amerikaanse vogelkers.

Ecosystemen kunnen worden verstoord door veranderingen in de biodiversiteit. 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:

• 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 dezelfde 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 …

verdieping 1u en 2u

2 Hoe kunnen natuurlijke veranderingen ecosystemen verstoren?

2.1 Naar een climax door successie

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:

1 Op een constructiesite ligt een braakliggend stuk grond.

2 Klaprozen, wilgenroosjes en vingerhoedskruid zijn pionierplanten: zij zijn de eerste plantensoorten die zich op de grond vestigen en vormen de pioniervegetatie. Welke plantensoorten deel zullen uitmaken van de pioniervegetatie hangt grotendeels af van welke zaden door de wind op die plaats komen aangewaaid, en welke planten kiemkrachtige zaden (met voldoende reservevoedsel) in de bodem hebben achtergelaten. Soms kunnen die zaden daar al vele jaren liggen alvorens te ontkiemen.

3 Vrij snel volgen de vlinderbloemige planten. Een voorbeeld daarvan is brem. Omdat die plant wortelknolbacteriën heeft die in mutualisme leven en de plant voorzien van energiearme anorganische meststoffen (ammonium, nitraat) kunnen zij op de weinig vruchtbare bodem leven.

4 Omdat de vlinderbloemige soorten de bodem met stikstofverbindingen verrijken, zullen vanaf nu ook meer stikstofminnende planten beginnen groeien. Daaruit kun je afleiden dat de extra instroom aan stikstofverbindingen – een invloed op de materiekringloop – een verandering van het ecosysteem veroorzaakt. Een dicht struweel van vlier, braam en andere struiken overgroeit na een paar jaar de eenjarige pionierplanten. Meerjarige plantensoorten kunnen immers groeien op een bodem die veel energiearme anorganische voedingstoffen bevat.

5 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.

proefversie©VANIN

6 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.

Uit dit voorbeeld 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.

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.

verdieping 1u en 2u

Afb. 280 Van successie tot climax

Ecosysteem bij start successie

Ecosysteem bij climax

verdieping

1u en 2u

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.

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 enz. Op afbeelding XXX 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.

proefversie©VANIN

gaswolk zonnestraling geraakt minder goed door dikkere atmosfeer

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.

Afb. 282

Afkoeling door gebrek aan zonlicht dat het aardoppervlak bereikt

Afb. 281

Ongeveer 4000 jaar geleden stierven mammoeten uit in NoordSiberië.

proefversie©VANIN

voorlopig wit gehouden ... (voor spread bij synthese)

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. TIP

proefversie©VANIN

In een serre valt zonlicht doorheen het glas op de donkere bodem. Op die plek wordt het zonlicht omgezet in twee andere energievormen: warmte en infraroodstraling. Door de warmte die ontstaat, zal de temperatuur van de bodem toenemen. 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. De energie onder de vorm van infraroodstraling verlaat de serre voor het grootste deel: glas laat een groot deel van het infrarode licht door. Klimaatopwarming wordt op dit moment voor een groot deel veroorzaakt door broeikasgassen zoals CO2, CH4 en andere gassen.

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 op en leg uit:

a waarom men dat denkt; b welke ecosysteemdienst daarmee zou wegvallen; c of de bezorgdheid terecht is.

Bladverliezende bomen zoals wintereik, zomereik, beuk en es vormen sleutelsoorten 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 klimaatverandering ervoor dat het langer warm blijft, waardoor ook de verkleuring en de val van het blad wordt uitgesteld.

a Leg uit 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 regulerende ecosysteemdienst van bestuiving komt te vervallen.

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 van de algen.

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.

Sommige invasieve soorten doen het bij ons bijzonder goed. De klimaatopwarming maakte van onze regio een ideale leefplek voor die soorten.

a Zoek uit welke biotoop een reuzenbalsemien graag bewoont. Benoem daarbij drie abiotische factoren.

b Leg uit waarom de reuzenbalsemien een exoot is.

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.

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.

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.

proefversie©VANIN

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.

c Zoek nog vijf manieren op om je ecologische voetafdruk te verkleinen.

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 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 zonneenergiestroom naar de aarde voor verstoorde ecosystemen kan zorgen.

De halsbandparkiet en de Amerikaanse stierkikker zijn exoten. Zoek voor beide soorten op welke invasieve invloed ze hebben op inheemse soorten.

Halsbandparkieten komen oorspronkelijk uit CentraalAfrika en Zuid-Azië. Sommige halsbandparkieten ontsnapten per ongeluk bij vogelverzamelaars.

Amerikaanse stierkikker komt uit Noord-Amerika. Hij werd vanaf 1932 ingevoerd in Europa voor de productie van kikkerbillen.

Meer oefenen? Ga naar .

De

THEMASYNTHESE

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.

proefversie©VANIN

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.

verlies biomassa

energiebron ENERGIESTROMEN anorganische stoffen organische stoffen organische (afval)stoffen organische (afval)stoffen producenten

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 nietlevende omgeving op het overleven en voorkomen van een soort.

proefversie©VANIN

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.

Biotische factoren

Biotische factoren zijn invloeden van andere levende wezens op het overleven en voorkomen van een soort.

ECOSYSTEMEN UIT EVENWICHT

VERSTORINGEN DOOR DE MENS

• 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

kennisclip VIDEO

proefversie©VANIN