Theorie

Introductie

Hoe kun je verklaren dat een plantensoort – bijvoorbeeld helmgras – in een bepaald gebied in de duinen uitbundig voorkomt en op andere plaatsen niet? Hoe komt het dat je in een bepaald jaar meer kieviten ziet dan het daarop volgende jaar? Waarom zitten pissebedden altijd op donkere, vochtige plaatsen? Waarom zijn er zoveel wespen in de nazomer?

Je kunt deze vragen beantwoorden als je meer weet over:
- de omgevingsfactoren die van invloed zijn op helmplanten, kieviten, pissebedden en wespen;
- de manier waarop de helmplanten, kieviten, pissebedden en wespen zich in hun omgeving kunnen handhaven.

Je zult moeten onderzoeken hoe de planten en dieren met elkaar leven, welke onderlinge relaties ze hebben, hoe ze elkaar beïnvloeden en voor welke omgevingsfactoren ze gevoelig zijn.

Figuur 1. Organismen zijn op allerlei manieren met hun omgeving verbonden.

Dieren en planten kunnen op allerlei manieren met elkaar en met hun directe omgeving te maken hebben. Konijnen eten van de bladeren en knoppen in hun omgeving. Dit noem je een voedselrelatie. Ze maken een hol ter bescherming (woonrelatie) en om er jongen in voort te brengen. Ze paren met soortgenoten (voortplantingsrelatie). Ze worden onder andere gegeten door vossen, hermelijnen en buizerds (voedselrelatie). In hun pels leven luizen en vlooien (voedselrelatie). Ze kunnen ziek worden door het myxomatosevirus (voedselrelatie).

Figuur 2. Relaties kunnen ook weergegeven worden door één soort centraal te stellen, zoals hier het konijn.

Zo is een konijn op allerlei manieren verbonden met zijn omgeving, zowel met de biotische (levende) als de abiotische (niet-levende) omgeving.

bron: 10voorbiologie.nl

Abiotische factoren

Een organisme ondervindt invloeden van zijn omgeving. Chemische en natuurkundige factoren die op organismen inwerken, heten abiotische factoren. Het gaat hier om niet-levende zaken: eigenschappen van lucht, water en bodem als temperatuur, licht en voedingszouten.

Abiotische factoren zoals licht(sterkte), temperatuur, neerslag, luchtvochtigheid en windsterkte zijn in een  ecosysteemniet overal hetzelfde. Je moet hierin onderscheid maken tussen het macroklimaat (= de gemiddelde weergesteldheid in een bepaald gebied) en het  microklimaat (= klimaat op de plaats en in de buurt van een organisme). Wanneer je waarden van abiotische factoren wil weten, die van invloed zijn op een bepaalde plant, heb je niet veel aan de gegevens van het KNMI. Je zult zelf ter plekke het  microklimaat moeten meten. Zo zijn bijvoorbeeld de temperatuur en het vochtgehalte op een bosbodem anders dan twee meter hoger of nog hoger: rond de toppen van de bomen meet je weer andere waarden.

Planten temperen de klimaatsfactoren, terwijl de afwezigheid van planten een guur  microklimaat kan veroorzaken. Je kunt bijvoorbeeld tijdens een warme dag bij een onbegroeide zuidhelling van een duin een temperatuur van 40°C meten, terwijl het er 's nachts 0°C is!

De abiotische factoren zijn er de oorzaak van dat een soort al of niet in een bepaald gebied voorkomt. Organismen hebben aanpassingen aan de abiotische factoren van hun 'eigen' omgeving. Daarbij moet je niet alleen denken aan lichamelijke aanpassingen, maar ook aan aangepast gedrag.

In een aquarium met tropische vissen kan de verwarming uitvallen. De temperatuur daalt en de vissen gaan dood. De minimumgrens van wat ze kunnen hebben, hun tolerantie voor lage temperaturen, is dan overschreden.
Omgekeerd kan de thermostaat van een aquarium kapot gaan en de temperatuur verder laten stijgen. Als dan een bepaalde, hoge temperatuur is bereikt, zullen de vissen ook sterven. Hun maximumgrens is dan overschreden.
De vissen overleven tussen een minimum- en een maximumtemperatuur. Dat is hun tolerantiegebied. De minimum- en de maximumwaarden vormen de tolerantiegrenzen. Ergens tussen deze grenzen, meestal ergens in het midden van het tolerantiegebied, ligt een waarde voor de  abiotische factor waar de soort het best functioneert. Dat is het optimum.

Figuur 17. Twee verschillende tolerantiegebieden

Een vis die moet leven in de buurt van de minimumgrens zal niet goed functioneren. Alle levensprocessen - ademhaling, voortplanting, beweging en groei - verlopen traag of niet. De beste temperatuur voor een proces noemen we de optimumtemperatuur. Zo’n optimum kan per soort verschillen.

Temperatuurgevoeligheid bij organismen heeft alles te maken met de enzymwerking in de  stofwisseling. Er zijn voor de vele stofwisselingsreacties die zich in de cellen voltrekken, veel verschillende enzymen nodig (zie 6.3). Bij een te lage temperatuur (beneden het minimum) zijn enzymen niet actief en boven de maximumtemperatuur gaan enzymen kapot. Daarom worden de tolerantiegrenzen van elk organisme met name hierdoor bepaald.

Licht
Groene planten hebben licht nodig voor de  fotosynthese. Zonder  fotosynthese kunnen ze niet groeien. Planten die naast elkaar leven, beconcurreren elkaar om het licht. Licht is al snel de beperkende factor voor een plant. Dit betekent dat als er te weinig van de factor aanwezig is, zoals licht, het organisme wordt geremd in zijn stofwisseling en dus groei en ontwikkeling.

Figuur 18. De intensiteit van de  fotosynthese van verschillende soorten planten bij verschillende lichtintensiteiten

De optimale lichtintensiteit is niet voor alle soorten planten gelijk. Bij zogenoemde zonneplanten is deze hoger dan bij schaduwplanten. Zonneplanten komen voor op plaatsen met weinig schaduw, bijvoorbeeld op grasvlaktes en in woestijnen.

Licht heeft niet alleen invloed op de groeisnelheid van planten, maar ook op de groeirichting van de stengels. Planten groeien naar het licht toe.

Veel soorten schaduwplanten zijn aangepast aan het weinige licht. Doordat ze grotere bladeren hebben dan zonneplanten en doordat de bladgroenkorrels meer bladgroen hebben, kunnen ze op schaduwrijke plaatsen groeien, bijvoorbeeld onder bomen en struiken; bij teveel zonlicht gedijen ze niet.

Figuur 19a. Schaduwplanten	Figuur 19b. Zonneplanten

Niet elke plant die onder een boom staat, is een schaduwplant. Soorten als de bosanemoon en speenkruid (zie figuur 20) groeien en bloeien in het vroege voorjaar, nog voordat de bladeren aan de bomen zitten. Deze zogeheten voorjaarsbloeiers kunnen snel groeien met behulp van reservestoffen die ze het jaar ervoor hebben opgeslagen in ondergrondse delen (zoals wortelknolletjes, wortelstokken en bollen).

Figuur 20a. Bosanemoon	Figuur 20b. Speenkruid

Ook de seizoensritmiek van planten en dieren wordt voor een belangrijk deel door licht bepaald. In het voorjaar worden amfibieën en vogels seksueel actief en veel plantensoorten gaan bloeien. Dit gedrag wordt beïnvloed door de veranderde daglengte (= het aantal uren licht per dag). De vogeltrek in de nazomer is meer een gevolg van de kortere daglengte dan de lagere temperatuur of door voedselgebrek. Minder licht per dag is ook een van de oorzaken van de bladval bij loofbomen in de herfst.

Temperatuur
Ook temperatuur heeft invloed. Als bij ons in Nederland de dagtemperatuur in het voorjaar hoger wordt, 'ontwaakt' de natuur. Er vliegen weer insecten rond, de vogels gaan zingen, planten gaan groeien en knoppen van bomen en struiken lopen uit.

De omgevingstemperatuur is, net als licht, van grote invloed op de activiteiten van organismen. Zo zijn diersoorten met een wisselende lichaamstemperatuur (zoals amfibieën, reptielen en insecten) afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Je noemt deze dieren ectotherme ('koudbloedige') dieren. Ze laten hun lichaam opwarmen door de zon en worden actiever naarmate hun lichaamstemperatuur stijgt.

Endotherme ('warmbloedige') dieren hebben een constante lichaamstemperatuur. Zij kunnen weliswaar lage temperaturen verdragen, maar ze hebben dan veel energie nodig om warm te blijven. Warmbloedige dieren hebben daarom in verhouding meer voedsel nodig dan koudbloedige dieren. Bij warmbloedige dieren is de verhouding tussen oppervlak en inhoud van groot belang. Hoe groter naar verhouding het oppervlak ten opzichte van de inhoud, des te moeilijker het voor het dier is om warm te blijven: er kan veel warmte uitstralen.

Biologen spreken over de oppervlakte-inhoudrelatie. Daarom vind je grote pinguïnsoorten in koude gebieden, en de kleine soorten in minder koude gebieden. Hetzelfde geldt voor berensoorten: de ijsbeer is de grootste berensoort, zijn oppervlakte-inhoudrelatie is het kleinst van alle berensoorten.

Het leven van de meeste organismen speelt zich af bij temperaturen tussen de 0°C en 45°C. Uitzonderingen zijn er altijd: in hete bronnen in vulkanische gebieden, in de diepzee, maar ook in gletsjer-ijs is leven. De tolerantiegrenzen van deze organismen zijn erg afwijkend van het beeld dat hiervoor is geschetst.

Water

Water is een bouwstof, een oplosmiddel, een transportmiddel, een warmtereservoir en een koelmiddel voor organismen. Zonder water is leven niet mogelijk.

Planten
Vaak zie je aan de bouw van een plant of deze in een vochtig of droog milieu thuishoort. Het wortelstelsel en de bouw van blad en stengel zijn veelal aangepast aan de hoeveelheid water in het milieu. Waterplanten die geheel onder water leven, hebben smalle, dunne bladeren en slappe stengels. Waterplanten die gedeeltelijk boven water leven, hebben holle stengels met luchtkanalen; de bladeren die boven het water uitsteken, hebben veel  huidmondjes. Bij waterlelies (zie figuur 20a) en andere planten met bladeren die op het wateroppervlak drijven, zitten de  huidmondjes aan de bovenkant van de bladeren.

De meeste landplanten in een gematigd milieu (niet te droog - niet te nat) hebben een waslaagje op de bladeren; aan de onderkant van de bladeren zitten  huidmondjes. Landplanten in een vochtiger milieu (bijvoorbeeld oeverplanten) lopen niet snel de kans om uit te drogen. Het waslaagjes is heel erg dun en ze hebben overal  huidmondjes. Het wortelstelsel is klein.

De planten in drogere ecosystemen hebben bladeren met een erg dikke waslaag en met zeer weinig, vaak ingezonken huidmondjes. Deze planten hebben uitgebreide wortelstelsels. Bij sommige soorten ontbreken zelfs echte bladeren: bij cactussen bijvoorbeeld zijn het stekels. Planten in een zout milieu (bijvoorbeeld in de kwelders van de Waddeneilanden) hebben uitrustingen die lijken op die van de planten in een droog milieu. Deze zogenoemde zoutplanten dreigen immers uit te drogen, omdat de osmotische waarde van hun omgeving zo hoog is (zie figuur 21b).

Figuur 21a. Waterlelies	Figuur 21b. Zeekraal, een zoutplant, staat met zijn voeten in zout water.

Dieren
Bij landdieren speelt water een grote rol bij hun gedrag, want landdieren moeten zorgen dat ze niet uitdrogen. Een aantal soorten insecten, de meeste soorten reptielen, vogels en zoogdieren kunnen in een droge omgeving leven, omdat ze een huid (of pantser) hebben die waterdicht is. Bovendien produceren ze geconcentreerde urine om zo min mogelijk water te verliezen. Maar de meeste diersoorten vind je in een vochtigere omgeving: in de grond, in het mos, tussen planten, bladeren, takken en stenen of in het water.

Er zijn enkele diersoorten die nooit drinken. Ze gebruiken water dat vrijkomt bij de stofwisselingsprocessen (bij verbranding bijvoorbeeld ontstaat water). Onder andere de eerder genoemde woestijnspringmuis kan zo (vrijwel) zonder water leven. Ook maken woestijndieren gebruik van de waterdamp in de lucht.

Waterorganismen
Voor waterplanten en -dieren zijn, behalve het water zelf, verschillende andere abiotische factoren die verband houden met het water, van levensbelang. Deze factoren zijn onder meer watertemperatuur, stroming, zuurgraad en opgeloste anorganische (voedings)stoffen.

Wanneer de watertemperatuur hoger wordt, kan er in water minder zuurstof oplossen, waardoor zuurstoftekort kan optreden. Stromend water bevat over het algemeen meer zuurstof dan stilstaand water.

Bij een hoge zuurgraad lost het - met name voor vissen - giftige metaal aluminium op in water. Van nature komt aluminium in bepaalde bodems van zoetwatermeren voor. Zuur lost kalk op: in zoetwater met een pH van lager dan 6 kunnen geen schelpdieren meer leven.

De hoeveelheid opgeloste anorganische  voedingsstoffen (bijvoorbeeld nitraten en fosfaten) heeft invloed op de plantengroei. Bepaalde algensoorten bijvoorbeeld gedijen erg goed in dit voedselrijke water en kunnen massaal gaan groeien. Deze algenbloei kan een sloot of plas volledig verstikken.

Bepaalde diersoorten leven in de overgang tussen zout en zoet water; hier bepaalt het zoutgehalte het voorkomen van soorten die aangepast zijn om de zoutwisselingen in het milieu het hoofd te bieden.

Lucht
De lucht bevat verschillende gassen: onder andere zuurstof (21%) en koolstofdioxide (bijna 0,04%). Deze twee gassen zijn van levensbelang voor verreweg de meeste organismen. Zuurstof is nodig voor de verbranding. Groene planten gebruiken koolstofdioxide voor de  fotosynthese. De stikstof (79%) in de lucht wordt, behalve door een aantal soorten bacteriën, niet gebruikt.

Luchtverplaatsing (= wind) is voor veel organismen een belangrijke milieufactor. Ventilatie ververst de verbruikte lucht en vergroot de verdamping. Bij planten is de wind behulpzaam bij het verspreiden van  stuifmeel en zaden. De sporen van schimmels hebben maar weinig luchtbeweging nodig, ze zijn ontzettend klein en licht.

Figuur 22a. Stuifmeelverspreiding (berkenkatjes) via de lucht

Figuur 22b. Zaadverspreiding (paardenbloem) via de lucht

De vogel- en de vlindertrek worden door de wind beïnvloed. Orkanen kunnen verwoestend werken op ecosystemen: bomen waaien om, koraalriffen en kusten worden kapot gebeukt door de woeste zee. Ecologen en bosbeheerders zien dit trouwens niet altijd somber in: in het  ecosysteem is ruimte voor verjonging ontstaan.

Bodem
Planten wortelen in de bodem, die altijd gekenmerkt wordt door een bepaalde structuur. Niet alleen planten vinden er houvast, ook allerlei kleine diersoorten (zoals mijten, regenwormen, aaltjes, spinnen, kevers), en  schimmels en bacteriën brengen er het grootste deel van hun leven in door. Muizen en konijnen graven holen in de bodem. In de bovenste laag bevindt zich vaak  humus (= dode, plantaardige en dierlijke resten). De bodem kun je daarom soms ook als biotische factor beschouwen.

De bodemdeeltjes zelf vormen het fundament van de bodem en zijn wel degelijk  abiotisch. Elke bodem wordt gekenmerkt door de overheersende korrelgrootte. Een kleiige bodem met relatief kleine korrels (gemiddeld 0,002 mm) die tegen elkaar aan plakken, bevat weinig lucht en houdt vocht en  voedingsstoffen lang vast. Wortels kunnen niet goed naar de diepere lagen doordringen.

Een zandige bodem heeft relatief grote korrels (van 0,05 - 2 mm), die losjes tegen elkaar aan liggen. Er zit veel lucht tussen de korrels; hierdoor verdwijnen water en de daarin opgeloste  voedingsstoffen snel naar de diepere ondergrond. Het gevolg is dat de bovenste laag droog, voedselarm en goed doorlucht is. De hoeveelheid lucht in de bodem is belangrijk voor de opname van zuurstof door de ondergrondse plantendelen.

Figuur 23a. Kleiige bodem	Figuur 23b. Zandige bodem

Behalve de korrelgrootte bepalen andere abiotische factoren als zuurgraad, kalkgehalte, vochtigheid en opgeloste zouten de bodemgesteldheid. En bij elke type bodem horen 'eigen' planten: de grove den groeit op een zure bodem. Brandnetels tref je aan op voedselrijke bodem, heide groeit op arme zandgrond.

Humus 'verbetert' de bodemstructuur.  Humus houdt water vast en dat is op zandgronden gunstig. Op kleiige bodems zorgt  humus er juist voor dat de klei 'korreliger' wordt, waardoor wortels beter naar de diepte kunnen doordringen.

bron: 10voorbiologie.nl

Biotische factoren

Biotische milieufactoren zijn in een ecosysteem de organismen van andere soorten die invloed kunnen uitoefenen op het leven en de populatie van een soort. Daarnaast kunnen andere individuen van dezelfde soort een biotische factor zijn. De biotische factoren zijn van invloed op de overlevingskansen van het individu of populatie en op het verloop van de evolutie van de soort. Biotische factoren hebben, in tegenstelling tot abiotische factoren, altijd een biologische oorsprong.

Een voorbeeld: Er is een populatie konijnen. Een populatie vossen eet deze konijnen. Het aantal vossen hangt af van het aantal beschikbare prooidieren, in dit geval de konijnen. Als er een afname komt van het aantal konijnen, komt er ook een afname van het aantal vossen. Dit komt doordat de vossen te weinig konijnen hebben om te overleven. De konijnen zijn in dit geval de beperkende factor voor de groei van de populatie vossen.

bron: 10voorbiologie.nl