6 H6 Ecosystemen zijn stabiel en veranderen toch: Dynamiek
6 H6 Ecosystemen zijn stabiel en veranderen toch: Dynamiek
6 Ecosystemen zijn stabiel en veranderen toch: Dynamiek
Een voedselketen in Burgers' Ocean kan alleen bestaan dankzij de verzorging door de mens. In de vrije natuur, zoals bijvoorbeeld de Waddenzee, kan een voedselketen wel bestaan zonder ingrijpen van de mens. Maar ook hier geldt: een ecosysteem kan veranderen.
Centrale vraag voor hoofdstuk 6
In hoofdstuk 6 ga je je bezighouden met de vraag:
Hoe kunnen ecosystemen in de natuur stabiel blijven en in de loop van de tijd toch veranderen?
Klik op het icoon ‘predator population grows’ en klik op ‘graph on’.
Je ziet in de animatie dat er schommelingen optreden rond een biologisch evenwicht. Een biologisch evenwicht is een toestand waarbij een ecosysteem min of meer gelijk blijft doordat er een stabiliteit is ontstaan voor wat betreft het aantal van de levende en niet-levende elementen waaruit het is opgebouwd. In de ecologie betekent die stabiliteit niet dat er geen dynamiek bestaat. Deze dynamiek schommelt rondom dat evenwicht.
Als er sprake is van prooidieren en roofdieren met meerdere relaties, kan er echter, behalve schommelen rond een evenwicht, ook chaos ontstaan: een onvoorspelbare en steeds wisselende fluctuatie van de verschillende populaties.
Het begin van het eerste experimentele bewijs voor één van die gevallen ontstond toen de Duitse bioloog Reinhard Heerkloss verschillende soorten plankton opviste uit de Oostzee. Hij creëerde op die manier een ecosysteem in zijn eigen aquarium. Acht jaar lang bestudeerde hij de planktonsoorten uitvoerig. Ondanks dat Heerkloss alle abiotische factoren constant hield, varieerden de aantallen per planktonsoort hevig. De soorten waren zelf verantwoordelijk voor chaos.
6.2 Dynamiek in een model
Het prooidier-predatormodel van Lotka en Volterra
In de periode 1915-1920 hield de Italiaanse bioloog Umberto D’Ancona zich bezig met de vangstgrootte van verschillende soorten vis die in de Middellandse Zee gevangen werden. Het viel hem op dat in de loop van het onderzoek het percentage gevangen kraakbeenvissen (haaien en roggen) toenam. Deze vissen werden over het algemeen niet door mensen gegeten. In de periode van de Eerste Wereldoorlog was de totale vangst flink gedaald. Dus moest het aantal vissen in zee zijn toegenomen, maar dat verklaarde niet de relatieve toename van de kraakbeenvissen. D’Ancona formuleerde de hypothese dat de kraakbeenvissen predatoren (roofdieren) waren die dezelfde vissen (prooidieren) consumeerden als de mens. Dus toen de visdruk afnam, nam het aantal prooien voor hen toe en namen de kraakbeenvissen sterk in aantal toe. Maar deze redenering is niet helemaal sluitend, immers de prooidieren zouden met een vergelijkbaar percentage moeten toenemen.
Opdracht 6.8
We proberen de waarneming van D’Ancona te verklaren met het zogenaamde Lotka-Volterra model over de relatie tussen prooidieren en predatoren, in het modelleerprogramma Coach.
(a) Laat in Coach het model kabhaar.cma een periode van 200 jaar doorrekenen.
Tussen welke waarden schommelen de populaties van de kabeljauwen en de haaien?
Leg het verschil in de waarden van beide vissoorten uit.
(b) Wat gebeurt er als je het aantal kabeljauwen en haaien beide op 1000 zet?
(c) Zet de aantallen weer op de oorspronkelijke waarden.
Onderzoek nu wat er gebeurt als je op beide populaties een visdruk (factor vd) zet. Die visdruk staat oorspronkelijk op de waarde 0: er wordt niet gevist. Bij een waarde van vd = 0.01 wordt 1% van de vispopulaties van de kabeljauw en van de haai weggevangen door de mens.
(d) Test waardes van vd van 0, 0.001, 0.005, 0.02 en 0.03. Noteer de aantallen kabeljauwen en haaien na 200 jaar.
Worden D’Ancona’s ontdekkingen in het model bevestigd? Leg je antwoord uit.
(e) Noem twee niet erg realistische uitgangspunten van het gebruikte model. Leg uit waarom men zo’n model niet ‘superrealistisch’ maakt.
(f) Beantwoord bovenstaande vragen in een tekstdocument en sla deze op in je portfolio.
Als je over een wat langere tijd naar een ecosysteem kijkt, bijvoorbeeld over een periode van 10-50 jaar, zie je een wat meer gerichte verandering: in het door jou gevolgde ecosysteem komen andere soorten planten en dieren! Dat proces wordt successie genoemd.
In de duinen zie je successie in actie, vooral waar wind, zand en zee vrij spel hebben. Van de zeereep naar het binnenduin is er een gradiënt in zout, kalkgehalte en ouderdom van de bodem. Je kunt de duinen een gradiënt-ecosysteem noemen. Die gradiënt vind je terug in een karakteristieke opeenvolging van ecosystemen: strand, zeereep, open duinvalleien, struweelduinen en binnenduinrandbossen. Hoe meer landinwaarts, hoe meer de duinen als gevolg van successie zijn begroeid met struiken, zoals duindoorn en meidoorn. Opvallend is dat er in de lengterichting van ons land een vrij scherpe scheiding is tussen kalkrijke duinen en kalkarme duinen. Ten noorden van de Verbrande Pan in het Noord-Hollandse Bergen zijn onze duinen kalkarm, ten zuiden daarvan kalkrijk.
Je vindt bepaalde soorten wel ten noorden en niet ten zuiden van dit punt (bijv. dopheide en struikheide) en omgekeerd (bijv. kardinaalsmuts en slangenkruid). Dergelijke soorten heten indicatorsoorten. Zij geven aanwijzing over de samenstelling van de bodem.
Extra activiteit
Een heel snelle vorm van successie vindt plaats als een lichaam (lijk) in de natuur wordt afgebroken. Een aantal insecten is achtereenvolgens betrokken bij die afbraak. Blauwe bromvliegen van het geslacht Calliphora (links) en groene bromvliegen van het geslachtLucilia (rechts) komen vooral in zonnige omstandigheden als eerste op een warm lijk af. Ze leggen er hun eieren, die zich ontwikkelen tot drie opeenvolgende larvenstadia (maden) en daarna tot pop en volwassen insect. Van die verschillende stadia leven andere geleedpotigen, zoals roofmijten, kevers en sluipwespen. Aan het eind verschijnen larven van spektorren en kleermotten, die aan de resterende botten, huid en haren knagen.
In de afbeelding hieronder zie je de opeenvolging van insecten en andere geleedpotigen in de loop van de dagen nadat iemand is overleden. Een forensisch entomoloog kan aan de dieren die hij aantreft en de stadia waarin zij zijn, afleiden hoe lang de betreffende persoon al dood is.
Je zou zelf een stuk vlees ergens kunnen neerleggen en kijken welke insecten achtereenvolgens verschijnen.
klik op de afbeeldingen om deze te vergroten.
6.4 Twee stabiele toestanden in een meer
In deze paragraaf kijken we naar het werk van Marten Scheffer.
Van het werk van Marten Scheffer vind je hieronder een computermodel in het programma Coach. In dit model zie je de relatie tussen twee vissoorten in een meer, sloot of plas: de brasem en de snoek.
Open het model RenéArjan.cma.
Beantwoord de volgende vragen op de computer en bewaar het document in je digitale portfolio.
(a) Hoe kun je aan het model zien dat de snoek de predator is en de brasem de prooi?
(b) Laat het model nu de veranderingen in de dichtheden van beide populaties berekenen door op de startknop te klikken. Maak een afbeelding van je model (bijv. met de printscreen functie) en plak deze in je document. Geef aan tussen welke dichtheden de populaties schommelen.
(c) In het model zit een factor "helderheid". Die staat ingesteld op 10.000.
Wat gebeurt er met snoeken en brasems als de helderheid steeds een factor 10 kleiner wordt gemaakt?
Maak een afbeelding van je model (bijv. met de printscreen functie) en plak deze in je document. Geef aan tussen welke dichtheden de populaties schommelen, als daar sprake van is. Bedenk dat bij een troebel meer de snoek de brasem niet goed kan zien.
(d) Er zijn eigenlijk vier belangrijke schakels in de voedselketen: algen, watervlooien, brasems en snoeken. In het model heb je gezien dat de snoek in troebel water flink in aantal afneemt en de brasem niet.
Wat betekent dat voor de algen en de watervlooien?
En wat gebeurt er in helder water met algen en watervlooien?
(e) Bedenk ook dat water vooral troebel wordt door algenbloei.
Leg uit dat er zowel een heldere als een troebele stabiele toestand in een meer kan bestaan.
(f) Leg uit waardoor Marten Scheffer erin slaagde om meren, sloten en plassen weer helder te maken door het massaal wegvangen van brasems.
Op de lange termijn verandert de leefomgeving. Je kunt hierbij denken aan de afwisseling van ijstijden met perioden die wat warmer zijn, verplaatsen van de loop van rivieren of het verschuiven van continenten in de loop van de tijd. En je weet dat er in de natuur via het proces van evolutie veranderingen optreden in populaties. Soms ontstaan er individuen die in de veranderde omstandigheden kunnen overleven, soms treedt migratie op, of de populatie sterft uit en haar plaats wordt overgenomen door een andere populatie. Op de lange termijn kan een uitstekende aanpassing dus een doodlopende weg zijn. Als de omstandigheden veranderen, zijn organismen zo gespecialiseerd dat ze nu geen kant meer op kunnen!
6.6 Wat heb je geleerd?
Leerdoelen
Je kunt:
13. uitleggen welke rol biotische en abiotische factoren spelen bij de dynamiek binnen een ecosysteem;
14. de dynamiek in een ecosysteem beschrijven;
15. herkennen dat een ecosysteem in verschillende evenwichtssituaties kan verkeren.
Reflectie
Schrijf hier de vraag. Maak een link van 'plaats hier je uw' en vul wel de title/mouseover, maar nier de URL. Bij mouseover wordt nu de antwoordindicatie getoond.
Het arrangement 6 H6 Ecosystemen zijn stabiel en veranderen toch: Dynamiek is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-08 11:01:41
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Dynamische ecologie' voor VWO 5 voor het vak biologie.
Leerniveau
VWO 5;
Leerinhoud en doelen
Dynamisch evenwicht;
Biologie;
Zelforganisatie van ecosystemen, dynamiek en evenwicht;
Zelfregulatie van ecosystemen;
Ecosysteem;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Trefwoorden
e-klassen rearrangeerbaar
6 H6 Ecosystemen zijn stabiel en veranderen toch: Dynamiek
en
Bètapartners
2015-05-08 11:01:41
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Dynamische ecologie' voor VWO 5 voor het vak biologie.
KabHaai.cma
