Fysiologie Ecologie Arthur Rep

1. Fysiologie Ecologie Arthur Rep

2. Wat gaat het om? • Wat is de rol van de ecologie in de maatschappij? • Hoe passen organismen zich aan aan veranderende omstandighe-den en wat zijn hiervan de gevolgen op lange termijn (=evolutie)? • Waarom zijn verspreidingspatronen in de natuur zelden random? • Welke modellen beschrijven de groei van populaties en hoe worden de aantallen gereguleerd? • Hoe interacteren verschillende populaties met elkaar (o.a. predatie, competitie, symbiose)? • Hoe beschrijf je de structuur van levensgemeenschappen? • Hoe ontwikkelen levensgemeenschappen zich? • Wat zijn ecosystemen (voedselpiramiden of -webben, trofieniveaus, energiehuishouding)? • Stofkringlopen (koolstof, stikstof, fosfor) • Effecten van menselijk handelen

3. Bodemkunde • Bodemkundewaarom? • keten van grond tot mond • hoe nemen organismen stoffen op uit de bodem? • hoe reageren organismen op aanwezige stoffen? • worden stoffen afgebroken? Bodem= grond op bepaalde plek Grond= materiaal waaruit bodem bestaat Drie fasen: Gasvormige faseVloeibare faseVaste fase

4. Gasvormige fase • wortelademhaling en respiratie van micro-organismen  hoog CO2 –gehalte • microhabitat zeer variabel • waterverzadigde bodem  laag O2 -gehalte

5. Vloeibare fase • Vochtkarakteristiek- veldcapaciteit pF=2,2- verwelkingspunt pF=4,2- vochtleverend vermogen= Δvocht% (pF2,2-pF4,2) • Bodemvocht met opgeloste stoffen • Door adhesie capillaire werking  zuigspanning 1 cm waterkolom = -102 Pa = pF0 10 cm waterkolom = -103 Pa = pF1 1m waterkolom = -104 Pa = pF2 10 m waterkolom = -105 Pa = pF3 100 m waterkolom = -1 MPa = pF4 pF = -log (cm waterkolom)

6. 35 25 40 Vaste fase • Minerale bestanddelen- zand 50-2000 µm geen adsorptie houdt weinig water vast • - stof of silt 2-50 µm geen adsorptie houdt meer water vast • - klei of lutum <2 µm wel adsorptie houdt veel water vast • Bodemclassificatie met textuurdriehoek

7. Vaste fase • Organische stof- planten- en dierenresten- humus ontstaat na degradatie en polymerisatie - houdt veel water vast- groot adsorptievermogen

8. Het adsorptiecomplex l • Kleideeltjes en humus binden kationen • Adsorptiecomplex = klei-humuscomplex • Uitwisselend vermogen = CEC (cation exchange capacity) Tabel 2 CEC van enkele bodembestanddelen bodembestanddeel grootte in µm oppervlak m2/g CEC in meq/100 g kaoliniet 0,1-5,0 5- 20 3- 15 illiet 0,1-2,0 100-200 15- 40 montmorilloniet 0,01-1,0 700-800 80-150 organische stof 200-400 _ • Afhankelijk van pH • Belangrijk instrument milieuwetgeving

9. Het adsorptiecomplex ll • (Water)bodemkwaliteitNorm geldt voor sediment met 10% org.stof en 25% lutum

10. pH en redoxpotentiaal • pH • pH-H20 meet reële zuurgraad • pH-KCl meet potentiële zuurgraad = maat voor verzadiging van het adsorptiecomplex • pH-H20 varieert meer dan pH-KCl • redoxpotentiaal • Geoxideerde bodem Eh=+800 mV • Heterotrofe activiteit doet Eh dalen tot +500 mV • In anaëroob (methanogeen) sediment Eh=-450 mV

11. Waterhuishouding • Waterpotentiaal= -R.T.i.M.10–3 Mpa • totaal= pressure + solutes • Watertransport door membranen wordt gefaciliteerd door aquaporinen

12. Wateractiviteit • In levensmiddelenmicrobiologie gebruikt men begrip wateractiviteit aw •  = RT ln aw /V

13. Planten - watertransport • Transpiratie • Buitenlucht =-10...-100 MPa • Ademholte =-7,0 MPa • Celwanden =-1,0 Mpa • Cohesie en adhesie =capillaire kracht • Xyleem =-0,8 Mpa • Worteldruk door ionenopname • Centrale cylinder =-0,6 Mpa • Bodemvocht • =-0,3 MPa

14. Transpiratie

15. Watertransport Hoe verklaar je de dikteveranderingen?

16. Huidmondjes • Sluitcellen: • nemen K+-ionen op • opname water door afname waterpotentiaal • door toename turgor wordt opening groter

17. 2.1 Essentiële nutriënten

18. Essentiële nutriënten • Essentiële voedingsstoffen: • Nodig voor groei en reproductie bij verschillende plantensoorten • Kunnen niet worden vervangen door andere elementen • Hebben een directe functie • Minimumwet van Blackman: • Eindresultaat van groei wordt bepaald door factor die minimaal aanwezig is

19. Opname nutriënten • Selectieve opname door: • concentratieverschil • membraaneigenschappen • ladingsverschil • carriers

20. Transport door de wortel • Wortelstelsel • groot oppervlak door wortelharen • extra opname met hulp van mycorrhizae • Transport • in schors via apoplast en symplast • endodermis sluit apoplast af door Bandjes van Caspari

21. Het adsorptiecomplex lll • Zure regen • pH is ook van belang voor beschikbaarheid

22. Suikertransport • Verschil plant-dier:

23. Pressure flow • Pressureflow = Drukstroom • is gevolg van hydrostatische drukverschillen die door osmose zijn ontstaan

24. Waterhuishouding bij dieren • Terug naar de nieren

25. Waterhuishouding bij dieren • Deze vis leeft in zoet/zout water

26. Waterhuishouding bij dieren • Deze vis leeft in zoet/zout water

27. Einde deel 1

28. Inleiding ecologie • Ecologie = wetenschappelijke studie van de interacties tussen organismen en hun omgeving • Observationeel en experimenteel onderzoek- lab- en veldexperimenten moeilijk- wiskundige modellen en simulaties • Wederzijdse beïnvloeding organisme en omgeving- korte termijn: fysiologische adaptatie, verschuiving genfrequenties- lange termijn: evolutie • Omgeving: biotische en abiotische factoren

29. Ecologie - integratieniveaus • Gemeenschapsecologie onderzoekt interacties tussen soorten binnen gemeenschap • Autoecologie onderzoekt invloed van omgevingsfactoren • Populatie-ecologie onderzoekt samenstelling populatie • Systeemecologie kijkt naar verband tussen gemeenschap en milieu Ecologie is onmisbaar in onderzoek naar milieuproblemen Biosfeer = som alle ecosystemen

30. Biosfeer – abiotische factoren • Bioom = globaal ecosysteem in klimaatzone • Temperatuur- snelheid bioprocessen- lichaamstemperatuur • Water- osmoregulatie, uitdroging • Licht- fotosynthese, daglengte • Wind- transpiratie, uitdroging • Bodem- mineralen, pH • (Periodieke) verstoring

31. Zoetwatersystemen • Verticale stratificatie bij diepe meren (wielen, zandputten, grindgaten)Beneden spronglaag of thermocline in eutrofe meren anaëroob

32. Autoecologie • Organismen overleven en reproduceren binnen bepaalde grenzen • Regulators besteden energie aan homeostase, conformers variëren met de omgeving • Habitat = woonplaats • Allocatieprincipe = organisme moet zijn energie verdelen over activiteiten

33. Natuurlijke selectie en adaptatie Feit 1 Potentieelexponentiële groei Conclusie 1 Strijd om het bestaan tussen individuen Feit 2 Waargenomen steady state Conclusie 2 Survival of the fittest Feit 4 Elk individu is uniek Feit 3 Hulpbronnen zijn beperkt Conclusie 3 Graduele verandering over langere tijd: evolutie Feit 5 Variatie is erfelijk

34. Natuurlijke selectie en adaptatie • Summarizing Darwin’s ideas: • • Natural selection is this differential success in reproduction, and its productis adaptation of organisms to their environment • • Natural selection occurs from the interaction between the environment andthe inherent variability in a population • • Variations in a population arise by chance, but natural selection is not achance phenomenon, since environmental factors set definite criteria forreproductive success

35. Adaptatie • Adaptatie heeft evolutionaire basis- variatie milieu mag niet te groot zijn- fysiologische aanpassing- morfologische aanpassing- gedragsverandering- genetische verandering, evolutie

36. Populatie-ecologie • Populatie = individuen van een soort in één gebied • Dichtheid = aantal per ruimte-eenheid- diverse bemonsteringstechnieken- merk-terugvangmethode

37. Dispersie • Dispersie = verspreidingspatroon- random: Poisson-verdeeld s=m - groepsgewijs: s>m - regelmatig: s< m

38. Statistische toetsing l • Statistische toetsing van een verspreidingspatroon • aantal dieren x per monster totaal • 0 1 2 3 4 5 6 7 _ • A Regelmatig aantal monsters 0 2 4 8 4 2 0 0 20 • (uniform) totaal aantal dieren 0 2 8 24 16 10 0 0 60 _ • B Toevallig aantal monsters 2 3 3 3 5 2 2 0 20 • (random) totaal aantal dieren 0 3 6 9 20 10 12 0 60 _ • C Groepsgewijs aantal monsters 5 3 1 1 2 4 4 0 20 • (clusters) totaal aantal dieren 0 3 2 3 8 20 24 0 60 _ • D Volgens Poisson aantal monsters 1.0 3.0 4.5 4.5 3.4 2.0 1.0 0.6 20 • totaal aantal dieren 0.0 3.0 9.0 13.5 13.6 10.0 6.0 4.9 60 _ • Poisson: P(x=0, 1, 2, 3, 4, enz.) = e–m·(1, m, m2/2!, m3/3!, m4/4!, enz.)

39. Statistische toetsing ll • Is A random verdeeld? We berekenen: • - de standaardafwijking sn-1 uit de reeks 1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4, enz. en vinden sn-1 = 1.12 (variantie sn-12 = 1.26). • - de standaardafwijking sp volgens Poisson uit m en vinden sp = 1.73 (variantie sp2 = 3.00). • - sn-12 / sp2 is de dispersiecoëfficiënt • Hypotheses: • • H0 : dispersiecoëfficiënt = 1, de dieren zijn volgens het toeval verdeeld, • • Ha1: dispersiecoëfficiënt < 1, de dieren zijn regelmatig verdeeld, • • Ha2: dispersiecoëfficiënt > 1, de dieren zijn groepsgewijs verdeeld. • (n–1)·sn-12 • ———— is 2-verdeeld • sp2 • 19 ·1.26 • ———— = 7.98, dus Ha1 • 3.00

40. Demografie • Demografie = studie naar geboorte- en sterftecijfers • - Leeftijdsopbouw, generatie- duur en sexratio • - Life table = tabel met leeftijd, overleving en nakomelingen van een cohort • Overlevingscurveoverleving nakomelingen- type I hoog weinig- type II gemiddeld gemiddeld- type III laag veel

41. Life table koolmees

42. Life-history • Life historySchema van reproductie en sterfte • Allocatie: nakomelingen of overleving?- aantal reproductieve episodes- aantal nakomelingen per episode- leeftijd aanvang reproductie

43. Groeimodellen • Exponentieel model, geen beperkingen aan groeidN/dt = R.NNt=N0eRt • Logistisch model, groei beperkt tot plafond (K)dN/dt = R.N(K–N)/K • K Nt= 1+[(K–N0)/ N0].e–Rt • R = intrinsieke groeisnelheid • K = carying capacity • Simplistisch – in werkelijkheid interacties

44. K- en r-strategieën

45. Populatiebeperkende factoren • Dichtheidsafhankelijke factoren • - concurrentie om voedsel, broedplaatsen • - prooidichtheid • - uitscheiding van toxicanten • - stress • Dichtheidsonafhankelijke factoren- weer, klimaat, natuurrampen • In natuur mix van beide • Vaak cycli van hoge en lage dichtheid

46. Einde deel 2

47. Gemeenschapsecologie • Structuur van een gemeenschap • diversiteit: aantal en relatieve abundantie van soorten • individuele hypothese: soorten reageren onafhankelijk van elkaar op gradiënten • interactieve hypothese: structuur is samenspel tussen interacterende, van elkaar afhankelijke soorten

48. Interacties

49. Predatie • Predator eet prooi(herbivoor eet planten) • Aanpassingen:- cryptische kleuring- aposematische kleuring- mimicry (nabootsing)- doorns, stekels, kristallen- toxinen, smaakstoffen • Tussen predator en prooi bewapeningswedloop aposematische kleuring mimicry

50. Competitie l • Interspecifieke competitie • Soorten met dezelfde ecologische niche sluiten elkaar uit