Wil je in de les werken rond het thema voedselwebben / leven in zee? Hieronder vind je een aantal suggesties.
In Voedselweb moeten de leerlingen de verschillende schakels van een voedselketen identificeren, voedselrelaties in een voedselweb weergeven en zelf een voedselweb opstellen en interpreteren
In Algen-tamogotchi zetten leerlingen zelf een fytoplanktoncultuur op, waarna ze:
- fytoplankton kunnen herkennen en voorbeelden kunnen geven.
- kunnen aantonen dat algen voedingsstoffen nodig hebben om te groeien.
- een wetenschappelijke grafiek moeten interpreteren
Het leven in zee is enigszins anders georganiseerd dan het leven op het land. Van gras naar zebra naar leeuw, een doorsnee voedselketen op het land is vrij eenvoudig. Voedselketens in zeeën en de oceaan zitten complexer in elkaar dan een grote vis die kleine vis eet, die nog kleinere vissen eet, die op hun beurt plankton verorberen. Ook al klopt in een aantal gevallen dit scenario, toch zijn er heel grote uitzonderingen.
We beginnen bij het grootste dier in zee en meteen ook de grootste van onze planeet, de blauwe vinvis (Balaenoptera musculus). Volgens de bovenstaande redenering zou het dieet van deze zeereus uit grote vissen bestaan, gezien z’n omvang. Maar je wist wellicht al dat een walvis zich voedt met krill. Krill is een verzamelnaam voor verschillende kleine soorten garnaalachtigen die in de poolwateren voorkomen. De walvis beschikt over baleinen die per hap tot 1,2 ton krill uit het water kunnen filteren, dat zijn dagelijks 40 miljoen garnaaltjes. Hij doet dit door met opengesperde muil naar het wateroppervlak te zwemmen om een grote slok te nemen waarbij het krill uit het zeewater wordt gezeefd.
Ook de grootste vis op aarde, de walvishaai (Rhincodon typus), heeft een vergelijkbaar dieet. Hoewel een duiker bijna volledig in de mond van deze grote haai zou passen heeft de walvishaai weinig interesse in grote prooien. Zijn 300 rijen kleine tanden kunnen amper voedsel kauwen. Hij filtert plankton en andere kleine zeedieren al zwemmend uit het water.
Je merkt al snel dat het moeilijk wordt om van een voedsel’keten’ te spreken in zee. Omdat vele dieren verschillende diersoorten tot prooi nemen en zelf ook door verschillende diersoorten worden opgegeten, spreken we eerder van een voedselweb.
In deze module maken we daarom kennis met het vijfgangenmenu van de zee, welke de belangrijkste ingrediënten zijn en wie wie verorbert. Smakelijk!
Krill, voedselbron voor baleinwalvissen
Eten en gegeten worden
Eten en gegeten worden, de trofische niveaus
Vijf trofische niveaus in een Antarctische voedselpiramide
Laten we een kijkje nemen naar een eenvoudig voedselweb in één van de meest productieve stukjes oceaan, de Antarctische wateren. Daarin staan de zeewezens op verschillende niveaus. Ze eten telkens wezens die op een lager niveau staan.
Net zoals op het land vormen organismen die aan fotosynthese doen de basis van de voedselpiramide in de oceaan. Deze primaire producenten zijn veelal microscopisch kleine eencellige algen zoals diatomeeën of kiezelwieren (1). De grazers van de zee, herbivoren genaamd, waaronder vooral roeipootkreeftjes (2) en krill (3) doen zich te goed aan deze algen. Ze behoren tot het dierlijke plantkon of zooplankton. Wanneer we een niveau hoger klimmen komen we de filtervoeders tegen, gaande van vlokreeftjes (4) over kleine visjes (5) tot baleinwalvissen (6). Nog een trofischniveau hoger vinden we predatoren zoals ijskabeljauwen (7) en weddellzeehonden (8). Een predator gaat actief op zoek gaat naar zijn prooi en doodt deze. Bovenaan de Antarctisch voedselpiramide staan de toppredatoren. Toppredatoren zoals orka’s (9) en grote haaiensoorten hoeven geen andere dieren te vrezen, ze worden niet bejaagd, tenzij door de mens.
De Antarctische voedselpiramide zoals hier voorgesteld, is slechts een sterk vereenvoudigde weergave. Een soort kan meerdere trofische niveaus doorlopen in zijn leven. Een kabeljauw bijvoorbeeld, begint zijn leven als larve tussen het plankton en dient dan als voedsel voor vissen als de haring. Maar eens volgroeid, voedt de kabeljauw zich op zijn beurt zelf met haringen.
Je had het al zien aankomen, de werkelijkheid laat zich niet zo gemakkelijk in vijf categorieën indelen, de trofische niveaus raken verstrengeld tot een heus voedselweb. Het Antarctische voedselweb draait rond krill, het favoriete voedsel van de pooldieren! Alle dieren eten (onrechtstreeks) krill. Aan dit voedselweb kunnen we vogels toevoegen zoals pinguïns. Zij eten krill en pijlinktvis, en worden op hun beurt gegeten door zeeluipaarden. De albatrossen staan bovenaan hun voedselketen, maar we kunnen ze toch moeilijk dezelfde eer als bijvoorbeeld orka’s toekennen?
En nu wat pittiger, krill in het Antarctische voedselweb
Van al het leven in zee neemt plankton een heel bijzondere plaats in. Plankton (Grieks voor ‘drijver’) is de verzamelnaam van alle planten en dieren die passief in de waterkolom meedrijven, respectievelijk het fytoplankton (planktonplantjes) en zoöplankton (planktondiertjes) genoemd. Sommige planktongroepen zoals diatomeeën en copepoden blijven heel hun leven lang deel uitmaken van het plankton. Andere, waaronder nogal wat grotere organismen als vissen en krabben, doorlopen de planktonfase enkel tijdens de eerste stadia van hun levensgeschiedenis.
Plankton is niet per se onbeweeglijk, deze kleine wezens zijn alleen niet in staat om noemenswaardig tegen de stroom in te zwemmen. Vaak kunnen ze wel korte snelle bewegingen maken om bv. snel weg te schieten om aan predatoren te ontkomen. Wanneer vissen in scholen jagen, heeft het wegspringend zoöplankton geen schijn van kans. Vroeg of laat belandt het in de maag van een jachtpartner.
De grootste migratie ter wereld speelt zich dagelijks af onder het zoöplankton. Overdag zakken vele soorten een paar honderd meter af tot in de diepte van de oceanen. Daar is het donker en kunnen roofdieren hen moeilijk zien. ’s Nachts migreren ze terug naar de oppervlakte om rustig op fytoplankton te grazen. De migratie vindt echter alleen plaats als er predatoren in de buurt zijn. Waarom anders energie verspillen?
Heel wat factoren bepalen het voorkomen van fytoplankton. Voor het fytoplankton is het van levensbelang dicht bij het wateroppervlak te blijven waar zonlicht doordringt zodat ze aan fotosynthese kunnen doen. Met behulp van dit zonlicht, koolstofdioxide (CO2), water, nutriënten (zoals stikstof (N), fosfor (P), en kiezelzuur (Si)) en het pigment chlorofyl vormen ze de nodige suikers om hun lichaam op te bouwen. Er komt daarbij ook zuurstof vrij, waarvoor dank. Fytoplankton kan dus moeilijk overleven beneden een zekere diepte. Daaronder verbruiken ze meer energie dan de fotosynthese oplevert en verhongeren ze na een tijdje. In regio’s met een diepe menging van de waterkolom, waar het fytoplankton onvoldoende tijd heeft om aan de oppervlakte door te brengen, kan amper fytoplankton leven.
Plankton vormt ook de basis van het voedselweb in de diepere delen van de zee en oceaan. Alle planktondeeltjes die niet werden opgegeten, zinken als zeesneeuw naar de zeebodem. Voor de bewoners uit de diepte komt hun voedsel uit de lucht vallen. Na de lentebloei van fytoplankton bedekt de bodem van de diepgelegen abyssale vlaktes zich met een dikke laag afgestorven plankton. Ook dode dieren zorgen voor een grote feestmaaltijd op de zeebodem. Vandaar dat de zeebodem zo rijk is aan nutriënten (voedingsstoffen). In zones waar water uit de diepte terug naar de oppervlakte stroomt, opwellingsgebieden genaamd, zoals de Baai van Biskaje voor de Noord-Spaanse en West-Franse kust, krijgen we hierdoor zeer voedingsrijke en diverse ecosystemen.
Na deze lange reis richting de zeebodem komen de opruimers of reducenten in actie. Deze organismen eten het afval op en breken het af. Een belangrijke taak is hierbij weggelegd voor bacteriën en schimmels. Bacteriën komen dus ook in zee voor en zelfs in grote aantallen: miljoenen per liter zeewater. Ze zetten organisch materiaal, afkomstig van zowel dieren als planten uit ieder trofisch niveau, om in anorganisch materiaal zodat de bouwstoffen weer opnieuw in het voedselweb worden opgenomen. Zonderbacteriën zou er geen leven in zee en op aarde mogelijk zijn.
Nu zal je je misschien afvragen waar de reducenten in het voedselweb staan. Bacteriën voeden zich met tal van organismen en worden op hun beurt geconsumeerd door zeewezens zoals rondwormen. Hen boven de toppredator of onder de primaire producenten in een voedselweb plaatsen, is dus een beetje een kip of ei discussie. Met de toevoeging van de reducenten spreken we dan ook eerder over de voedselkringloop. Er is geen begin, en ook geen einde meer te vinden.
Organismen die zelf hun suikers kunnen aanmaken, halen energie uit licht (= fotosynthese) of uit oxidatie van anorganiche stoffen (= chemosynthese). Energiebron (1), koolstofdioxide (2), water om suikers te produceren (3). Fotosynthese heeft als bijproduct zuurstofgas (4) terwijl chemosynthese sulfuiden produceert (4).
Terwijl het merendeel van de primaire productie in de bovenste laag van de oceaan door fotosynthese gebeurt, halen organismen die het zonlicht nooit te zien krijgen hun energie uit anorganische stoffen. Dit proces heet chemosynthese. Om het proces van chemosynthese te bestuderen, dienen we dus een kijkje te nemen in de diepzee, meer bepaald in één van de meest vijandige leefomgevingen op aarde, rond de hydrothermale bronnen.
Rond de jaren 90 veranderde ons beeld van het leven in de diepzee -en op aarde in het algemeen- drastisch dankzij het gebruik van ROV’s (Remotely Operated Vehicles). Dit zijn onbemande onderwaterrobots. In de diepere delen van de oceaan vonden onderzoekers microbieel en dierlijk leven rond scheuren in de oceaankorst waar kokend heet water vol metalen en andere chemicaliën uit de oceaanbodem opborrelt.
Zo ontdekten onderzoekers reusachtige kokerwormen(Riftia pachyptila) die volledig zijn aangepast aan het leven in een toxische soep. In plaats van een mond of ingewanden heeft deze soort een gespecialiseerd orgaan waarin bacteriën hen aan de nodige voedingsstoffen helpen. De bacteriën oxideren sulfiden aan een hoog tempo en delen de energie die hierbij vrijkomt met de kokerworm. Chemosynthese is dus energie vrijmaken uit de oxidatie van anorganische stoffen om suikers aan te maken. Vooral bacteriën zijn in staat tot chemosynthese: zwavelbacteriën oxideren waterstofsulfide tot zwavel, nitrietbacteriën ammoniak tot nitriet en nitraatbacteriën oxideren nitriet tot nitraat.
Nu we heel wat meer weten over de voedselkringloop in zee, kunnen we proberen de voedselkringloop van onze Noordzee te beschrijven. Terwijl de Belgische Noordzee er als een grijsbruine, oninteressante watermassa uit ziet, blijkt dit stukje onzichtbare natuur best wel boeiend, tenminste als je het geluk hebt om er in te kunnen duiken.
De Belgische Noordzee kent een grote biodiversiteit met zo’n 2.000 meercellige dier- en plantensoorten, die ze onder meer te danken heeft aan haar nutriëntenrijke zeewater, stromingen en de zandige ondergrond. Het turbulente water zorgt dat voedingsstoffen die naar de bodem zinken, door constante menging voortdurend terug in de waterkolom worden gebracht. Zo vormt afgestorven plankton voedsel voor het benthos, dit zijn de organismen die net boven, op of in de bodem leven. Hiertoe behoren bijvoorbeeld roeipootkreeftjes, rondwormen, tweekleppigen en platvissen. IJverige aaseters als krabben en zeesterren die zich over de bodem verplaatsen op zoek naar allerlei dierlijke resten, houden de bodem mooi opgeruimd. De typische groenbruine kleur van het zeewater danken we aan de aanwezigheid van drijvende sedimentdeeltjes en plankton. Algen voeden zich met nutriënten die met de hulp van bacteriën in de voedselkringloop zijn terechtgekomen.
De kust- en zeevogels vormen een belangrijke schakel in de voedselkringloop van de Noordzee. De zilvermeeuw ken je vast wel als brutale alleseter die om restjes komt bedelen bij strandtoeristen. Sommige soorten zeevogels zoals de Jan-Van-Gent of het visdiefje komen echter amper op het strand. Ze voeden zich op zee met pelagische vis die ze behendig uit het water opvissen of die door vissersschepen overboord wordt gegooid.
De laatste 10 jaar krijgen we terug bruinvissen, soms witsnuitdolfijnen en een occasionele tuimelaar in onze wateren. Wist je dat in de Belgische Noordzee haaien voorkomen? Niet de grote walvishaai, want die zoekt liever warmer oorden op, maar ons kustgebied is een thuis voor kleinere haaiensoorten als de hondshaai, de gladde haai en de doornhaai. Geen van hen wordt groter dan 1,60 meter. Je hoeft dus niet bang te zijn dat je bij een duik in de Noordzee op het menu staat van deze haaiensoorten. Ze dienen eerder voor ons op te passen, voor ze als bijvangst in vissersnetten vastzitten.
Top down controle in het voedselweb, zonder en met orka's
Alles in een ecosysteem staat met elkaar in verband. Wat gebeurt er als een van de schakels uit de voedselkringloop verandert? Krijgen de organismen die een trofisch niveau hoger staan dan nog wel voldoende voedsel? En wat gebeurt er met hun prooi die plots minder bejaagd wordt? De gevolgen van een verandering in de voedselkringloop laten zich snel voelen. Er vindt een trofische cascade plaats, een soort domino-effect dat door de opeenvolgende trofische niveaus wordt doorgegeven.
Laat ons dit illustreren met een eenvoudig voorbeeld uit Californische wateren: orka eet zeeotter, zeeotter eet zee-egel, zee-egel eet kelp (een bruinwier). Zonder de orka zijn er meer zeeotters. Dit betekent een daling van het aantal zee-egels en een verhoging van de hoeveelheid kelp. In dit voorbeeld beïnvloedt de orkapopulatie het hele voedselweb. Elke wijziging in de populatie van de predatoren heeft een direct invloede op zijn prooien. Wanneer predatoren de populaties van hun prooien onder controle houden, noemen we dit top-down controle.
Mocht het kelp aangetast worden door een ziekte, vindt er een omgekeerd effect plaats wat we bottom-up controle noemen. In dat geval bepaalt de hoeveelheid prooi hoeveel predatoren er zijn. Vaak bepalen abiotische factoren zoals de aan- of afwezigheid van nutriënten of zonlicht de productiviteit van bepaalde wateren. Wanneer men in de landbouw te veel meststoffen gebruikt, belandt het teveel aan nitraten en fosfaten in de bodem en uiteindelijk in zee. Algen zijn verzotop dit teveel aan nutriënten in het kustwater waardoor we een heuse algenbloei krijgen. Bij verdergaande eutrofiëring domineren algen het water. Ze zorgen ervoor dat andere planten door lichtgebrek niet meer kunnen groeien. Bij afbraak van de algen verbruiken de reducenten ook meer zuurstof dan voorhanden waardoor er in zee zuurstofloze plaatsen kunnen ontstaan, wat nadelig is voor al het leven in het water.
De les die we kunnen trekken is dat er uiterst voorzichtig moet omgegaan worden met ingrepen in het ecosysteem. De gevolgen zijn immers verstrekkend en zeer moeilijk te voorspellen omdat alles zo nauw met elkaar verbonden is en de zee een open ecosysteem is....
Wanneer soorten zich buiten hun natuurlijke verspreidingsgebied begeven, kunnen ze in het nieuwe ecosysteem heel wat schade aanrichten. Hoewel het merendeel van de exotische of uitheemse soorten geen probleem vormen, bestempelen we sommige exoten als invasieve soorten. Sommigen exoten roeien de inheemse soorten volledig uit door met hen in competitie te treden voor de beschikbare plaats en voedsel. Anderen brengen vreemde parasieten en virussen mee waar inheemse soorten zich niet tegen kunnen verweren.
Indringers in een ecosysteem hoeven niet groot en gemeen te zijn om schade aan te richten. Schijnbaar onschuldige kleine ribkwalletjes (tot max 12 cm groot) zijn in staat om een hele visserij van de kaart te vegen. De Amerikaanse ribkwal (Mnemiopsis leidyi) is zo'n beruchte rover van dierlijk plankton, viseieren en vislarven. In de jaren 80 maakte hij het in de Zwarte Zee al te bont door het hele ecosysteem te vernietigen. Daar was een zeer succesvolle commerciële ansjoviskwekerij, die hierdoor in elkaar is gestort. Deze veelvraat belandde vermoedelijk in de Zwarte Zee door mee te reizen met het ballastwater van vrachtschepen. Ribkwallen zijn zo succesvol omdat ze zich gemakkelijk aan een nieuwe leefomgeving aanpassen én aan zelfbevruchting doen. Eén enkele ribkwal kan zo aanleiding geven tot een explosieve groei van de populatie. Niet verwonderlijk dus dat de Amerikaanse ribkwal als een echte pestsoort wordt aanzien. Intussen is hij ook al in Belgische wateren en havens gesignaleerd en wist hij zich in vier jaar over het ganse kustgebied te vestigen. Kennelijk ondervindt hij geen al te grote hinder van onze koude winters. Vooral halfgesloten zeeën (zoals de Noordzee en Oostzee) zijn vatbaar voor plagen van kwallen.
Wanneer kwallen in grote getallen in het kustwater aanwezig zijn, brengen ze niet alleen schade toe aan de vispopulaties en het ecosysteem, maar kunnen ze daarnaast industriële installaties die zeewater gebruiken blokkeren. Grote groepen vervelende kwallen maken het strand en zwemwater zeer onaangenaam, met alle gevolgen voor het toerisme. Ook nog kunnen kwallen kunnen de stabiliteit van vissersschepen in gevaar brengen wanneer ze de netten te zwaar beladen.
De kwallenpest
Contaminatie van de voedselkringloop
Contaminatie van de voedselkringloop
Aalscholvers en zeehonden zijn maar enkele van de predatoren die graag paling op hun menu hebben.
Alles in de natuur draait om kringlopen waarbinnen levensnoodzakelijke elementen zoals koolstof (C), waterstof (H), zuurstof (O) en stikstof (N) circuleren. Nu treffen we in de voedselkringloop ook chemische stoffen aan die er niet in thuis horen. Denk maar aan het insecticide DDT, zware metalen als kwik en cadmium, PCB’s, dioxines, vlamvertragers, farmaceutische producten (zoals de werkzame stoffen uit anticonceptie) en microplastics uit schoonheidsmiddelen. Deze vervuilende en schadelijke stoffen komen via rivieren in zee terecht en kunnen zich ophopen in de mariene voedselkringloop.
Aangezien voedingsstoffen, slibdeeltjes en toxines in het water vaak aan elkaar kleven, krijgen organismen de schadelijke stoffen samen met hun voedsel binnen. De polluenten hopen zich op in het weefsel van een organisme. Zodra dit organisme wordt opgegeten, belanden de schadelijke stoffen in de hogere trofische niveaus van de voedselkringloop. Predatoren staat dus bloot aan hogere concentraties. De toppredatoren krijgen de hoogste doses binnen. Dit verschijnsel noemen we bioaccumulatie.
Heel wat vervuilende stoffen binden zich goed aan vet. Hoe meer vet een organisme heeft dus heeft, hoe meer stoffen er kunnen ophopen. Vette vissoorten zoals de paling hebben sterk te lijden onder de opstapeling van vervuilende stoffen. De hoeveelheid opgestapelde polluentenin de naar zee trekkende paling speelt een rol in de achteruitgang van deze vissoort. De chemicaliën hebben een grote impact op de conditie van de dieren, en bijgevolg op het voortplantingssucces en de ontwikkeling van de larven.
Gezien de mens deel uitmaakt van de voedselkringloop, dienen we op te passen met het eten van predatoren uit zee. Onderzoek wijst uit dat we zeevruchten als mosselen en oesters of vette vissoorten zoals zalm, ansjovis en makreel beter niet meer dan 1 keer per week verorberen. Vooral in mediterrane soorten blijken veel chemicaliën opgehoopt te zijn. En gerechten als haaienvinnensoep, Vlaamse rivierpaling, zwaardvissen en tonijn mogen volledig van het menu geschrapt worden.
Het ontrafelen van het voedselweb en het trofische niveau waartoe een organisme uit zee behoort is voor biologen allesbehalve makkelijk. Op het land kom je vaak al een heel eind door simpelweg te observeren, maar in zee ligt dat moeilijker. Daar kunnen we zelfs met dure, gesofisticeerde apparatuur zoals duikboten en onderwatercamerasystemen slechts een fractie van het leven van een organisme te weten komen. Hoe spoor je dan in godsnaam op wat een zeedier gegeten heeft en door wie hij wordt gegeten?
Om te beginnen nemen onderzoekers biologische en chemische stalen van de leefomgeving. Maagonderzoek van grotere soorten kan ons een bijkomend idee geven van het dieet. In het geval van kleine soorten als de roeipootkreeftjes waar maagonderzoek moeilijk is, maken onderzoekers gebruik van een techniek om de plaats van deze soort in het ecosysteem te meten, namelijk isotopenanalyse.
Isotopen zijn als een soort handtekening, nagelaten in een organisme die ons iets meer vertelt over zijn voedingsgewoonten. Om de doorstroming van al het voedsel in een voedselkringloop te achterhalen, dus wie eet wie, bekijken onderzoekers de stabiele isotoopverhoudingen van koolstof en stikstof. Het weefsel van organismen bestaat ruwweg uit zo’n 40% koolstof en 10% stikstof, die beiden door voeding verkregen zijn. Stabiele isotopen van koolstof (C-12 en C-13) en stikstof (N-14 en N-15) kunnen vertellen wat een organisme zelf tijdens zijn leven heeft gegeten. Je bent wat je eet! Het meten van kleine verschillen in de isotopensamenstelling van planten en dieren levert zo unieke informatie op. Zo toont de verhouding tussen de stikstofisotopen N-14 en N-15 aan hoe hoog een dier in het voedselweb zit en maken koolstofisotopen het mogelijk om onderscheid te maken tussen voedsel uit zee of van op het land.
Verwar dit alles trouwens niet met koolstofdatering (C-14), een methode o.a. in de archeologie gebruikt om de ouderdom te bepalen. Hoewel de isotopenanalyse op dezelfde principes steunt, gaat het hier om het verval van isotopen over het verloop van de tijd waardoor we de leeftijd kunnen bepalen.
Je bent wat je eet: de isotopenverhouding verandert volgens het dieet
dwvdzee%20copy.jpg)
%20dwvdz.jpg)
%20naar%20Thomas%20et%20al%202008%20copy.jpg)
%20sahfos.jpg)
%20ESA.jpg)
%20NOC%3BR.Lampitt.jpg)
%20Mbari.jpg)
%20Mbari.jpg)
%20NASA.gif)
%20Drake%2C%20Allison.%20Publisher_Drake%2C%20Allison.%20CC%20License.jpg)
%20kustwiki.jpg)
%20vliz.jpg)
%20spint.int.jpg)
%20spc%20copy.jpg)
