Energiestromen

Energiestromen

Dissimilatie en assimilatie

Glucose wordt door alle organismen als energiebron gebruikt. 
De glucose die over is, wordt gebruikt voor groei (en herstel). 

Autotroof

Planten (en sommige bacteriën) maken zelf de benodigde glucose. We noemen dit autotroof. Dit doen ze d.m.v. de fotosynthese (klik hier voor meer informatie). Een autotroof organisme (een groene plant) maakt met behulp van de fotosynthese van anorganische stoffen (CO2 en H2O), organische stoffen (glucose, C6H12O6). De gevormde glucose kan vervolgens weer worden gebruikt voor de dissimilatie (voor energie) of de assimilatie (groei).

Heterotroof

Dieren (en dus ook de mens), bacteriën en schimmels, komen aan de benodigde glucose door zich met andere organismen te voeden. We noemen dit heterotroof.
De gevormde glucose kan vervolgens weer worden gebruikt voor de dissimilatie (voor energie) of de assimilatie (groei).

Voedselketen

Een voedselketen geeft schematisch weer hoe de energiestromen in een ecosysteem verlopen. De energie uit de zon wordt door planten opgenomen en vastgelegd in glucose. Doordat planten gegeten worden door planteneters en deze dieren vervolgens weer worden gegeten door vleeseters, wordt de energie doorgegeven.

Een voedselketen begint altijd met een producent (P). Dit is een groene plant die door middel van fotosynthese glucose kan maken. Een producent wordt gegeten door een consument van de 1e orde (= een planteneter, herbivoor). Een plant hoeft hiervoor niet helemaal worden opgegeten. Onder vraat verstaan we de schade die een plant heeft doordat hiervan is gegeten. 

Een consument van de 1e orde wordt gegeten door een consument van de 2e orde (= vleeseter, carnivoor), enzovoort.

De plek die een organisme in een voedselketen inneemt, noemen we het trofische niveau. Hierboven zie je een voedselketen die uit vier trofische niveaus bestaat.

Hoe maak je een voedselweb?

Een voedselweb bestaat uit een netwerk van verschillende voedselketens. In een voedselweb worden de voedselrelaties schematisch weergegeven. Om een goed voedselweb te maken moet je je aan een aantal regels houden. In het filmpje wordt dit uitgelegd. 

Samengevat zijn de 5 regels:
1:  pijlen in de richting van de volgende schakel;
2:  bevat altijd aan het begin een producent;
3:  soortnamen (geen groepen);
4:  benoem altijd het organisme waarvan iets afkomstig is;
5:  per schakel één organisme.

Biomassa

Met de biomassa wordt het totale gewicht (in grammen) aan energierijk materiaal in een organisme bedoeld. Vaak wordt hiervoor gekeken naar het drooggewicht (het gewicht aan droge stof). Bij planten bepaal je dit door de planten (inclusief de wortels) te oogsten en te laten drogen in een droogoven. Het water verdampt daardoor en wat overblijft is de droge stof. Het gewicht van de net geoogste planten noemen we het versgewicht. Het gewicht nadat het water eruit is verdampt, noemen we het drooggewicht.

De eenheid van biomassa is g m-2 (gram per vierkante meter)  of g m-2y-1 (gram per vierkante meter per jaar)

 

Versgewicht – vocht = drooggewicht.

BPP en NPP

Alle glucose die in een bepaald gebied door de planten wordt gevormd, vormt de bruto primaire productie, afgekort de BPP. Een deel van deze glucose wordt gebruikt voor de dissimilatie. De rest wordt omgezet in biomassa. Dit noemen we de netto primaire productie, afgekort NPP.

Deze NPP is beschikbaar voor de volgende schakel van de voedselketen. Maar een deel wordt echter niet opgegeten. Van het deel dat wel wordt opgegeten, wordt een deel niet verteerd en dus uitgepoept. Dit deel gaat dus ook verloren voor de volgende schakel.

Een deel van de NPP wordt gebruikt voor de dissimilatie en het andere deel voor de groei van de biomassa. Dàt deel is weer beschikbaar voor de volgende schakel van de voedselketen. Maar ook hier wordt een deel niet van opgegeten. Het deel dat wel wordt opgegeten, wordt weer deels uitgepoept of gebruikt voor de dissimilatie of voor de groei van biomassa.

Haal je van de bruto primaire productie de hoeveelheid glucose af die gebruikt wordt voor de dissimilatie, dan houd je de netto primaire productie over. Dit wordt omgezet in biomassa en is beschikbaar voor de volgende schakel van de voedselketen. Een deel wordt echter niet opgegeten. Een deel wordt niet verteerd en wordt poep. Het deel dat overblijft wordt gebruikt voor de dissimilatie en voor de groei van biomassa.

In BiNaS vind je een schema waarin de energiestromen zijn weergegeven.

Piramide van biomassa (productiviteit)

Van de ene schakel naar de andere in de voedselketen is er verlies van biomassa door de volgende drie oorzaken:

  1. onverteerde resten
  2. dissimilatie
  3. niet alles wordt opgegeten
Daardoor is de totale biomassa van elk trofisch niveau minder dan die van niveau ervoor. Zo ontstaat een piramide vorm: de piramide van biomassa.
Accumulatie

Accumulatie is het is het doorgeven van gifstoffen van de ene naar de andere schakel in een voedselketen, terwijl er verlies van biomassa is. Er is dus sprake van een ophoping van gifstoffen. Daardoor is het nadelige effect van de gifstoffen het grootste in de laatste schakel, het hoogste trofische niveau. Daardoor krijgen de dieren uit deze schakel zulke extreem hoge concentraties bestrijdingsmiddelen in hun lichaam dat ze hieraan kunnen sterven.

Biologisch afbreekbare stoffen accumuleren niet (of minder) aangezien deze stoffen worden afgebroken. Persistente gifstoffen zijn niet of nauwelijks afbreekbaar en blijven in het milieu aanwezig. Persistente gifstoffen hebben de grootste schade aan de top (=einde) van een voedselketen.

Wanneer bepaald onkruid (of insect) niet meer gevoelig is voor een bestrijdingsmiddel, is dit onkruid (of insect) resistent. Resistentie ontstaat door mutaties en/of recombinaties van allelen. Resistentie zit in het DNA. Door mutaties en/of recombinaties ontstaat er genetische variatie. Door de selectiedruk (in dit geval het bestrijdingsmiddel) evolueert het onkruid (of insect), waardoor er een populatie met resistente onkruidplanten (of insecten) ontstaat. 

Voor meer uitleg over evolutie, klik hier…

Kringlopen

Bacteriën en schimmels maken van een voedselketen een kringloop.  Bacteriën en schimmels horen bij het trofische niveau van de reducenten. Zij zetten organische stoffen weer om in anorganische stoffen die weer beschikbaar komen voor de producenten.

De koolstofkringloop

Met behulp van de fotosynthese zetten groene planten koolstofdioxide om naar glucose. Een plant maakt dus organische stoffen van van anorganische stoffen. Het C-atoom dat in koolstofdioxide (CO2) zit, wordt zo ‘ingebouwd’ in een glucosemolecuul (C6H12O6). Dit C-atoom gaat vervolgens door het hele ecosysteem heen, waarbij het in een energierijke vorm (glucose) wordt doorgegeven. Deze glucose kan door middel van dissimilatie worden afgebroken tot o.a. koolstofdioxide, waarbij energie vrijkomt. Glucose kan ook gebruikt worden voor de voortgezette assimilatie (groei van biomassa) en in een later stadium alsnog worden afgebroken tot koolstofdioxide.

BiNaS 93F geeft in een schema de koolstofkringloop weer.

In de koolstofkringloop spelen de fotosynthese, de voortgezette assimilatie en de dissimilatie dus een grote rol.

Het versterkte broeikaseffect

Wanneer het afgestorven weefsel door de reducenten (bacteriën en schimmels) wordt afgebroken, wordt de kringloop gesloten. 
In de atmosfeer rondom de aarde zitten gassen (zoals CO2) die de warmte rondom de aarde vasthouden. Dit zorgt ervoor dat de temperatuur op aarde binnen onze tolerantiegrenzen ligt; wij en andere organismen kunnen hierin overleven. Dit effect wordt het broeikaseffect genoemd.

Wanneer fossiele brandstoffen (= organisch materiaal van heel lang geleden) worden verbrand in fabrieken of auto’s, wordt er extra CO2 toegevoegd aan de buitenlucht. We spreken dan over het versterkte broeikaseffect.

Fossiele brandstoffen raken een keer op. Vandaar dat men op zoek is naar alternatieve brandstoffen. Biobrandstof is afkomstig uit biomassa uit de huidige kringloop. Het verbranden van hout in een houtkachel levert wel CO2 uitstoot op, maar deze CO2 is vlak daarvoor door de boom opgenomen en hoort dus tot de huidige kringloop. Het verbranden van hout (of andere biobrandstof) is daarom CO2 -neutraal. Helaas komen er andere schadelijke stoffen (fijnstof) vrij bij het stoken van hout in een houtkachel, waardoor dit wellicht geen milieuvriendelijk alternatief is.

Naast het zoeken van alternatieve energie bronnen, zoekt men ook naar mogelijkheden om energie te besparen.

Voor meer uitleg over het versterkte broeikaseffect, klik hier…

De stikstofkringloop

Stikstofgas (N2) is in grote hoeveelheid in de buitenlucht aanwezig. Planten hebben dit N-atoom (stikstof) nodig om aminozuren (en dus uiteindelijk eiwitten) te maken. Ook gebruiken de planten stikstof om DNA en chlorofyl te maken (voor bladgroenkorrels). Dieren en schimmels en bacteriën moeten via hun voeding N-bevattende organische verbindingen binnenkrijgen. Zij kunnen daarmee dan hun eigen aminozuren/eiwitten maken en hun eigen DNA.

Het N-atoom gaat dus  in vele vormen door het ecosysteem heen. Bacteriën spelen hierbij een grote rol.

In BiNaS 93G is een schema van de stikstofkringloop met de bijbehorende bacteriën opgenomen.

Nitriet- en nitraatbacteriën

Ammoniumionen (NH4+) kunnen alleen onder aerobe omstandigheden (dus in de aanwezigheid van voldoende zuurstof) omgezet worden in nitriet (NO2–). Nitrietbacteriën zijn dus aerobe bacteriën.

Nitriet kan door nitraatbacteriën omgezet worden in nitraat (NO3–), ook alleen bij voldoende zuurstof. Nitraatbacteriën zijn dus ook aerobe bacteriën.

De andere bacteriën die eenrol spelen in de stikstofkringloop zijn anaeroob. Dat wil zeggen dat zijn zonder (of met weinig) zuurstof kunnen leven. Zij hebben geen zuurstof nodig om stoffen om te zetten.

 

Eutrofiëring

Bij eutrofiëring kun je mooi zien hoe abiotische factoren en biotische factoren elkaar beïnvloeden.

Eutrofiëring betekent letterlijk ‘goede voeding’.
Vaak wordt de term gebruikt in relatie met oppervlaktewater (b.v. een slootje). Door menselijke activiteiten (industrie, landbouw) komen er soms nitraten en fosfaten in een sloot of in ander oppervlaktewater.

Zo kunnen bijvoorbeeld meststoffen van landbouwgrond met de regen in het grondwater en/of het oppervlaktewater terecht komen. Dit wordt uitspoeling genoemd.

Hierdoor krijgen algen (kleine plantjes) veel mineralen (= eutrofiëring). Deze algen delen zich explosief. Er komt dan bovenin de sloot een dikke laag met algen (de sloot ziet er groen uit; zie foto). We noemen dit algenbloei.

Vissterfte

Deze dikke laag met algen gebruikt ’s nachts veel zuurstof (voor de dissimilatie). Daardoor ontstaat er een zuurstoftekort in het water, waardoor vissen sterven.

Sommige algensoorten produceren gifstoffen (toxines). Ook hier kunnen vissen aan dood gaan.

Verder houdt de laag algen overdag veel zonlicht tegen. Daardoor is eronder in de sloot niet of nauwelijks fotosynthese mogelijk. Daardoor ontstaat een zuurstoftekort in het water (omdat bij de fotosynthese zuurstof vrijkomt). ’s Nachts gebruiken de planten en de dieren allemaal zuurstof en aangezien er weinig zuurstof is, gaan er na verloop van tijd de vissen dood.

Door een gebrek aan fotosynthese sterven waterplanten. De dode plantenresten worden door de reducenten (schimmels en bacteriën) afgebroken die daarbij zuurstof verbruiken (voor hun dissimilatie). Dit heeft tot gevolg dat er nog minder zuurstof in het water zit.

Ook is het door de laag algen soms zo donker onderin de sloot dat roofvissen hun prooien niet kunnen zien en dus niet kunnen vangen. Ook daarom gaan na verloop van tijd (niet na één nachtje) vissen dood.

Gevolgen voor de biodiversiteit

Door de vissterfte sterven na verloop van tijd ook vogels die voor hun voedselvoorziening afhankelijk zijn van deze vissen. In het gebied komen na verloop van tijd minder diersoorten. De biodiversiteit daalt.