Ecologie en experiment tentamen samenvatting
Eco1 Organisms & physical environment
Ecologie is de wetenschap die organismen in hun omgeving bestudeerd. Een ecosysteem bestaat uit
de interactie tussen alle biotische en abiotische factoren, dit idee kwam tot stand door Sir Arthur
Tansley in 1935. Je kijkt bij onderzoeken van een ecosysteem naar de verdeling en patronen van het
aantal organismen op bepaalde plekken.
Het abiotische deel van een ecosysteem bestaat uit klimatisch (regen,
licht, wind en temperatuur) en edafisch (grond, pH, mineralen en
topografie/stijlheid). Deze factoren zijn op lokale of globale schaal te
bekijken. In de afbeelding rechts zie je de globale figuur, hierin zijn
biomen te zien met het aantal soorten organismen. Je hebt dus grote
groepen met organismen die gelijk lijken door morfologie, maar
andere adaptaties hebben. De niet ingevulde stukken komen geen
organismen voor.
De fundamentele ecologische principes zijn omgevingsfactoren,
abiotische factoren variëren in ruimte en tijd. Organismen hebben een
constante interne omgeving nodig (homeostasis). Organismen
functioneren alleen binnen hun gelimiteerde grens van tolerantie, deze
tolerantie grenzen verschillen weer tussen organismen.
Een niche is de range van fysische en chemische condities waarin een
soort kan overleven en reproduceren en de scala aan essentiële bronnen
die het gebruikt. In andere woorden: de abiotische grenzen waarin een
organisme kan voorkomen, deze zijn dus heel abstract en bestaan uit veel
dimenties (bijvoorbeeld pH, licht en vochtigheid). Er kunnen dus niet twee
soorten voorkomen in dezelfde niche, er zal competitie zijn. Een habitat is
heel verschillend, dit is de letterlijke plek waar je een organisme kunt
vinden.
De curve rechts weergeven komt voor bij een niche variabele (bijvoorbeeld
vochtigheid). Hoe hoger of lager deze van het optimum gaat, hoe hoger
het stressniveau en dus indirect minder reproductie, groei en overleving.
De vorm van deze curve kan verschillende breedtes hebben, hoe breder,
hoe meer tolerant een organisme is. Een specialist komt voor op één bepaalde plek waar niet veel
organismen voorkomen, de tolerantiegrens is dus laag. Generalisten komen op veel meer plekken
voor en hebben een vrij grote tolerantiegrens. De curve
kan ook nog andere vormen hebben. Je ziet links
bijvoorbeeld een curve van toxiciteit, als dit laag is, is er
geen stress, hoe hoger hoe slechter dit gaat. Rechts zie je
een voorbeeld van sporenelementen, zware metalen zijn
in geringe hoeveelheid nodig, maar bij grotere
hoeveelheden worden deze ook toxisch.
De niche variabelen op de X-as kunnen zijn: condities, deze
zijn veranderbaar en niet consumeerbaar of resources, deze zijn veranderbaar en consumeerbaar
(metalen en licht ook! Tenzij licht voor heterotrofen). Voorbeelden voor condities zijn dus
temperatuur, pH, zoutheid, vochtigheid, vervuiling en frequentie van verstoring (bijvoorbeeld
voorrang geven aan tolerante organismen). Resources kunnen straling, CO2, water, nutriënten,
voedsel en nestingsplekken zijn.
,Stress tolerantie is de vaardigheid onder een grote range van condities te blijven functioneren.
Acclimatiseren komt hier ook bij voor, de verandering van tolerantie (stress ervaring), een organisme
kan dus variëren van stress tolerantie. Bij acclimatie past een organisme zich aan maar kan een
organisme nog wel functioneren in oude omstandigheden. Bij adaptatie kan een verandering in stress
tolerantie komen na een grote blootstelling aan stress, deze verandering is permanent (een C3 plant
kan niet meer C4 doen, de aanpassing is dus een trade-off).
Plantenadaptaties hebben ook te maken met de tolerantie, zoals gewend zijn
aan kou in winterperiodes of kanaaltjes voor zuurstof in
overstromingsgebieden.
Waterstress bij droogte kan leiden tot verwelken, kort tijdig slap laten hangen
van bladeren zodat er minder vochtverlies is, dit is een acclimatie. Een
adaptatie is die van een vetplant. Bij waterstress kijk je naar de
beschikbaarheid in bodems. Er zijn verschillende
fases: verzadigd (alleen vaste delen en water),
veldcapaciteit (al het water wat na trekken van
zwaartekracht uit de bodem getrokken is) en
wilting point (punt van verwelken, na straling
weinig water aanwezig, plantenwortel kan niet
harder trekken aan watermoleculen dan
bodemmoleculen). Hoe hard een bodem aan
water trekt hangt af van textuurgrootte. Zand is
bijvoorbeeld veel groter waardoor water tussen
poriën kan gaan zitten. Klei is ook nog geladen
waardoor heel veel water kan gaan zitten tussen
de poriën. Hoe meer fijne poriën, hoe meer water
vastgehouden kan worden, poriënvolume is dus ook afhankelijk
van deeltjesgrootte. Bodems werken een zuigspanning uit op
het water, planten kunnen een bepaalde kracht trekken (onder
verwelkingspunt niet meer), zie de pF-curve. Van beneden naar
boven is uitlekken. Planten kunnen water consumeren van
veldcapaciteit tot verwelkingspunt. Van links naar rechts zal het
dus zand, zilt en klei zijn in de grafiek. Op verwelkingspunt blijft
water door adhesie vastzitten tussen de korrels.
Planten kunnen op verschillende manieren omgaan met
waterstress. Drie ecologische strategieën zijn: uitstellen van
metabolisme (wachten tot een betere tijd komt, niet
groeien/reproduceren), tolerantie aanpassen of een escape
mechanisme (snelle hele levenscyclus en alleen kunnen
functioneren in goede tijden).
Adaptaties voor overstroming zijn wortels boven water laten
komen zodat hier zuurstof doorheen kan komen, ook kunnen
planten buisjes maken voor zuurstof of zichzelf langer laten
groeien.
Lichtaanpassingen zijn op bladeren, zonnebladeren zijn wat
meer generfd, hebben een dikkere waslaag en zijn wat dunner.
Schaduwbladeren zijn juist dikker, hebben een dunnere
waslaag en zijn wat minder generfd. Bomen kunnen ook
bladeren anders zetten, hogere bladeren kunnen in een
schuinere hoek staan. Afhankelijk van de condities zal een plant
adaptaties doen, respiratiekosten en opbrengst spelen hierbij
, de grootste rol (daarom kerninhoud boom dood en buitenkant levend). Planten die groeien onder
veel licht (of een nutriëntarme bodem) verliezen ook veel water en zullen ook meer koolstof stoppen
in hun wortelsysteem om dit te compenseren, want bij hoge fotosynthese zal veel water verloren
gaan door huidmondjes. Schaduwplanten zullen wanneer genoeg vocht aanwezig maken meer
bladeren aanmaken en minder wortels. Als deze planten op de verkeerde plek staan zal de respiratie
in wortels of bladeren te groot zijn en zal er te weinig energie overblijven om in leven te blijven.
Primaire productie in aquatische systemen heeft een soortgelijk compensatiepunt. Een waterlaag
vangt namelijk licht op waardoor op grotere diepte minder licht is. Dit is dus een
lichtcompensatiepunt (respiratie/fotosynthese gelijk) van planten in water. Waterplanten moeten zich
ook aanpassen aan de lage CO2 condities onder water, adaptaties zijn bijvoorbeeld het opslaan van
CO2 na de fotosynthese zodat dit weer gebruikt kan worden in de koolstofcyclus.
Er is tegenwoordig een sterke toename in CO2, de bovengenoemde adaptie is dus eigenlijk niet meer
nodig doordat de CO2-hoeveelheid groter wordt in het water. De competitie zal dus verhogen en
planten met deze adaptie worden weggedrukt.
C3/C4 aanpassingen zijn aanpassingen op grote hoeveelheden licht en hoge temperatuur, C4 kan
meer biomassa maken onder deze omstandigheden. Natuurlijk verschillen deze variabelen per niche
en dus zal C4 niet C3 uitdrijven. De verhoging CO2 in de atmosfeer maakt ook de C4 adaptatie minder
nodig, deze trade-off van C4 planten kan dus negatief werken, C3 zou dus C4 uit
kunnen drijven.
Nutriënten kunnen binden aan negatief geladen kleiplaatjes, de
nutriëntenbeschikbaarheid zal dus ook groter zijn in klei dan in zandbodems.
Dierlijke aanpassingen aan omstandigheden zijn bijvoorbeeld warmbloedig en
koudbloedig. Warmbloedig zijn kost veel energie, maar als koudbloedige moet je
steeds zoeken naar de juiste habitat. De zones van tolerantie verschuiven dus
per dag voor koudbloedige organismen.
De oppervlakte naar volume ratio neemt toe wanneer een dier kleiner is, er zal meer uitwisseling van
warmte zijn met de omgeving. Ook wateropname en metabolisme snelheid hangen samen, er is
namelijk meer energie wat geoxideerd moet worden.
Warmtestromen die lichaamstemperatuur beïnvloeden zijn: conductie, convectie, radiatie en
verdamping. Adaptaties voor de eerste twee zijn isolatie en oppervlakte verkleining, voor de derde is
het kleur/structuurverandering en de laatste is zweten.
Wekcollege Eco1
Beer’s law is de wet die zegt dat lichtabsorptie direct proportioneel is aan afstand die het door een
medium aflegt en de concentratie van deze oplossing (concentratie en molaire absorptieconstnte):
. Een formule die hierop lijkt is Iz = I0*e-kw*z. Waar Iz de intensiteit op diepte z is, I0
is het licht bovenaan het oppervlak, z is de diepte en kw is de constante van het water. Kw wordt
groter bij meer algen in het water (door bijvoorbeeld toevoeging van N), want er wordt meer zonlicht
geabsorbeerd. Onder de kritieke diepte is geen groei meer mogelijk doordat er geen licht meer is,
deze neemt af bij troebeler water.
Bodems kunnen ook grote hoeveelheden kationen (positieve ionen) binden. De kation exchange
capacity (CEC) van een bodem is de hoeveelheid kationen die het kan binden aan de negatief geladen
kleideeltjes in de bodem. Dit wordt met Ba 2+ gemeten, dit wordt toegevoegd aan de groep,
uitgespoeld en vervolgens met K+ ionen gemeten. Een hoge CEC betekent dus dat er veel nutriënten
aanwezig zijn in de bodem. Een hoge pH kan betekenen dat er veel H+ ionen in de bodem zitten, deze
kunnen ook binden aan de negatieve kleideeltjes waardoor andere nutriënten als ammonium,
calcium, magnesium, etc los kunnen laten en beschikbaar kunnen zijn voor de planten. Een te zure
bodem betekent dat ook aluminium los kan laten en dit is in grotere hoeveelheden giftig, het moet
