Voedselrelaties en duurzame ontwikkeling (Biologie vwo), les 1: Uitleg
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Voedselrelaties en duurzame ontwikkeling
Examenstof biologie vwo
Lesson duration is: 45 minIntroduction
Items in this lesson
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Voedselrelaties en duurzame ontwikkeling
Examenstof biologie vwo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: P3.1, P3.2 (D5.1, D5.2). Image credit: Andy Morffew / Wikimedia Commons, CC BY 2.0
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Wat ga je kunnen?
Ik kan voedselrelaties en symbiose benoemen, een voedselweb lezen en uitleggen hoe duurzame ontwikkeling past bij energie- en voedselproductie, accumulatie en resistentie.
This item has no instructions
Welke woorden horen bij: voedselrelaties en duurzaamheid?
Verwacht: eten en gegeten worden, roofdier, prooi, parasiet, voedselketen, plastic, afval, windmolen, zonnepanelen, biologisch, bestrijdingsmiddel, gif. Koppel de woorden aan de drie blokken: voedselrelaties en voedselweb, duurzame ontwikkeling (kringlopen, biodiversiteit, energie en voedsel) en schadelijke stoffen in de voedselketen. Veelgemaakte misvatting: duurzaam betekent zonder nadelen. Elke keuze heeft gevolgen voor organismen en vraagt een afweging. De energiestroom door trofische niveaus, de koolstof- en stikstofkringloop en de dynamiek van ecosystemen staan in aparte lessen.
Een blauwe reiger vangt een kleine vis
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Voedselrelaties: predatie en vraat
Een voedselrelatie is een relatie tussen organismen waarbij het ene organisme het andere eet.
Bij predatie eet een predator een prooi, zoals een reiger die een stekelbaars vangt.
Bij vraat eet een dier een plant of een deel ervan, zoals een rups aan een blad.
Een plant blijft bij vraat vaak leven; een prooi overleeft predatie meestal niet.
Syllabus P3.1 specificatie 1: voedselrelatie, predatie, vraat. Predatie is dieren eten die een ander dier doden, vraat is een plant of plantendeel eten. Bij vraat gaat de plant vaak niet dood: een boom overleeft het eten van een deel van de bladeren. De term trofisch niveau komt terug bij de voedselketen en het voedselweb verderop; de energiestroom langs de niveaus staat in de les Energiestroom en kringlopen. Veelgemaakte fout: vraat en predatie door elkaar halen of denken dat alleen roofdieren een voedselrelatie hebben. Image credit: Andy Morffew / Wikimedia Commons, CC BY 2.0
Een rups van de monarchvlinder vreet aan een blad van een wolfsmelkplant
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Signaalstoffen
Een signaalstof is een stof die een organisme afgeeft en waarop een ander organisme reageert.
Een boon die door spintmijten wordt aangevreten geeft geurstoffen af; roofmijten ruiken dit en komen erop af.
Een prooi kan een alarmstof afgeven waarop soortgenoten vluchten, zoals bladluizen bij gevaar.
Zo beïnvloeden signaalstoffen predatie en vraat.
Syllabus P3.1 specificatie 1: signaalstof. Het voorbeeld van de aangevreten plant die roofmijten lokt is een bekend onderzoeksvoorbeeld: de plant krijgt hulp van de natuurlijke vijand van de vreter. De volgorde is: de spintmijten vreten, de plant geeft geurstoffen af, de roofmijten ruiken die en eten de spintmijten. Signaalstoffen werken tussen organismen, een hormoon werkt binnen één organisme (zie de les Hormonale regulatie). Veelgemaakte fout: denken dat een signaalstof alleen tussen dezelfde soort werkt. Bij de boon en de roofmijt gaat het om twee soorten. Image credit: USDA / Wikimedia Commons, publiek domein
Een teek (Ixodes ricinus) zuigt bloed bij zijn gastheer
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Symbiose: drie vormen
Symbiose is een nauw samenleven van twee soorten, met drie vormen.
Parasitisme: de parasiet heeft voordeel, de gastheer nadeel, zoals een teek of een lintworm.
Mutualisme: beide soorten hebben voordeel; knolletjesbacteriën binden stikstof, de plant geeft suiker.
Commensalisme: één soort heeft voordeel, de ander geen last of baat; zuigvissen op een haai.
Syllabus P3.1 specificatie 2: symbiose, parasitisme, mutualisme, commensalisme. Een parasiet haalt voedsel uit de gastheer maar doodt die meestal niet snel; een predator doodt de prooi wel. Knolletjesbacteriën zitten in wortelknolletjes van vlinderbloemigen en zetten stikstofgas om in ammonium (zie de les Energiestroom en kringlopen). Zuigvissen liften mee op een haai en eten restjes; bij commensalisme moet de andere soort echt geen last of baat hebben. Veelgemaakte fouten: symbiose gelijkstellen aan mutualisme (het is de verzamelnaam) en commensalisme kiezen als beide soorten voordeel hebben. Image credit: Richard Bartz / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5
Voedselweb van een vijver (de pijl wijst naar het organisme dat eet)
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Van voedselketen naar voedselweb
In een voedselketen eet een consument een producent of een andere consument; reducenten breken resten af.
Elk organisme staat op een trofisch niveau; de pijl wijst van het gegeten organisme naar de eter.
Een voedselweb bestaat uit meerdere voedselketens die elkaar kruisen.
De eend eet waterplant en waterslak, dus staat op meer dan één trofisch niveau.
Syllabus P3.1 specificatie 2 en 3: voedselketen, producent, consument, reducent, trofisch niveau, voedselweb. Loop met de leerlingen een paar ketens in het schema af, bijvoorbeeld waterplant, waterslak, stekelbaars, reiger. De reducenten zijn niet getekend; ze breken de resten van alle organismen af. De eend eet de waterplant (niveau 2) en de waterslak (niveau 3). De energieverliezen per niveau staan in de les Energiestroom en kringlopen. Veelgemaakte fout: de pijl omdraaien (van eter naar gegeten organisme). Image credit: Eigen schema, LessonUp
Vul in
Bij predatie eet een predator een prooi; bij vraat eet een dier een plant of een deel ervan, zoals een rups aan een blad.
Predatie en vraat. Verwachte fout: parasitisme invullen, omdat de teek ook voedsel haalt uit een gastheer; bij parasitisme leeft de parasiet op of in de gastheer.
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Duurzame ontwikkeling en biodiversiteit
Duurzame ontwikkeling voorziet in de behoeften van nu zonder de mogelijkheden van latere generaties te beperken.
Die omschrijving komt uit het rapport Our Common Future van de Verenigde Naties uit 1987 (het Brundtlandrapport).
Het gaat om afwegen van de belangen van mensen, natuur en economie; de biologie levert daarbij de argumenten.
Biodiversiteit is de verscheidenheid aan soorten, aan genetische variatie binnen soorten en aan ecosystemen.
Behoud hoort bij duurzame ontwikkeling; bedreigingen zijn verlies van leefgebied, monoculturen, vervuiling en exoten.
Syllabus P3.2 specificatie 1: duurzame ontwikkeling, biodiversiteit. De omschrijving is die van de commissie Brundtland (Our Common Future, 1987). Duurzaam betekent niet dat een keuze geen nadelen heeft maar dat je de gevolgen voor nu en later afweegt. Een monocultuur is een akker met één gewas, waar weinig andere soorten leven; veel soorten betekent meer voedselrelaties en een ecosysteem dat vaak beter tegen verstoring kan. De verandering van biodiversiteit door klimaatverandering staat in de les Energiestroom en kringlopen en de dynamiek van ecosystemen in de les Ecosystemen, dynamiek en successie. Veelgemaakte fouten: duurzaam gelijkstellen aan natuurlijk of aan zonder nadelen, en biodiversiteit gelijkstellen aan het aantal individuen.
Gesloten kringloop in een bos en open kringloop op een akker (schema)
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Afbreekbaar, open en gesloten kringloop
Een stof is biologisch afbreekbaar als reducenten haar kunnen afbreken tot anorganische stoffen.
In een gesloten kringloop blijven stoffen in het systeem en worden steeds opnieuw gebruikt, zoals in een bos.
In een open kringloop verlaten stoffen het systeem, bijvoorbeeld met de oogst van een akker.
Die stoffen moeten dan van buiten worden aangevuld, zoals met kunstmest of mest.
Syllabus P3.2 specificatie 1: biologisch afbreekbaar, open kringloop, gesloten kringloop. In een bos komen de mineralen uit gevallen bladeren en dode dieren via reducenten terug in de bodem. Op een akker gaat een deel van de mineralen met de oogst weg. Biologisch afbreekbare stoffen passen bij een gesloten kringloop; persistente stoffen blijven achter. De koolstof- en stikstofkringloop zelf staan in de les Energiestroom en kringlopen. Veelgemaakte fout: denken dat een bos een volledig gesloten systeem is; een deel van de stoffen verlaat het gebied toch, bijvoorbeeld met regenwater. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Windturbines naast een zonnepark in Engeland
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Energieproductie
Bij energieproductie wek je elektriciteit of warmte op uit een energiebron.
Zon, wind, stromend water en biomassa zijn hernieuwbare energiebronnen; ze raken niet op.
Aardolie, aardgas en steenkool zijn fossiele brandstoffen en niet hernieuwbaar.
Energiebesparing is minder energie gebruiken voor hetzelfde resultaat, zoals isoleren.
Syllabus P3.2 specificatie 2: energieproductie, hernieuwbare energiebron, energiebesparing. Energiebesparing is vaak de eerste stap: wat je niet gebruikt, hoef je niet op te wekken. Ook hernieuwbare energie heeft gevolgen voor organismen: windturbines kunnen vogels en vleermuizen doden. De energietransitie en biobrandstoffen staan in de les Energiestroom en kringlopen. Veelgemaakte fout: denken dat hernieuwbaar hetzelfde is als zonder milieugevolgen. Image credit: Geographer / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0
Een lieveheersbeestje bij bladluizen op een plant
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Voedselproductie en biologische landbouw
Bij voedselproductie gebruiken telers bestrijdingsmiddelen: een insecticide, herbicide of fungicide.
Voordeel: minder oogstverlies. Nadeel: ook nuttige insecten sterven en het middel komt in de natuur.
Biologische landbouw gebruikt geen synthetische bestrijdingsmiddelen of kunstmest, wel natuurlijke vijanden.
De opbrengst per hectare is gemiddeld lager; voor dezelfde hoeveelheid voedsel is meer land nodig.
Syllabus P3.2 specificatie 3: voedselproductie, bestrijdingsmiddel, biologische landbouw. Een insecticide doodt insecten, een herbicide onkruid en een fungicide schimmels. Een breedwerkend insecticide doodt ook bestuivers en natuurlijke vijanden van de plaag. Een biologische teler gebruikt bijvoorbeeld lieveheersbeestjes tegen bladluizen, verwijdert onkruid mechanisch en wisselt gewassen af. De lagere opbrengst per hectare is een gemiddelde; per gewas verschilt het. Meer land nodig betekent ook minder ruimte voor natuur: een afweging, geen eenvoudig goed of fout. Veelgemaakte fouten: denken dat een bestrijdingsmiddel alleen de plaag doodt en dat biologisch altijd beter is voor alle belangen. Image credit: Alehandra13 / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Wat maakt de kringloop van mineralen op een akker minder open?
Meer kunstmest van buiten het land gebruiken
Het hele gewas verkopen en van het land afvoeren
Alle dode resten van het land verwijderen
Gewasresten en mest terugbrengen naar het land
Als resten en mest op het land blijven, gaan mineralen minder het systeem uit. Verwachte fout: kunstmest kiezen; dat vult de verloren stoffen aan maar sluit de kringloop niet.
Slechtvalk, een roofvogel aan de top van de voedselketen
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Persistente stoffen en milieuvervuiling
Milieuvervuiling is verontreiniging van lucht, water of bodem door schadelijke stoffen.
Een stof is persistent als organismen en reducenten haar nauwelijks afbreken; ze blijft lang in het milieu.
Voorbeelden: het insecticide DDT, PCB's en zware metalen zoals kwik.
DDT wordt in vetweefsel opgeslagen en niet uitgescheiden, ook bij de slechtvalk op de foto.
Syllabus P3.2 specificatie 4: milieuvervuiling, persistent. Persistent betekent niet giftig: het gaat om de afbreekbaarheid. Een stof die snel wordt afgebroken kan zich niet ophopen. DDT en PCB's lossen goed op in vet. Veelgemaakte fout: persistent gelijkstellen aan giftig of aan oplosbaar in water. Image credit: Carlos Delgado / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Een persistente stof in een voedselketen (verzonnen waarden)
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Accumulatie en de gevolgen
Accumulatie is ophoping van een stof in een organisme: opname is groter dan afbraak en uitscheiding.
Een consument eet veel prooien: de concentratie stijgt van producent tot toppredator.
Hier is de concentratie in de reiger 80 keer zo hoog als in de algen.
DDT hoopte zich op in roofvogels: de eierschalen werden dun, braken en de aantallen daalden.
Syllabus P3.2 specificatie 4: accumulatie, persistent, gevolgen. De getallen zijn verzonnen maar kloppen: 80 : 1 = 80. Een toppredator eet veel prooien die elk een beetje van de stof bevatten, en de stof verlaat het lichaam niet. Dunne eierschalen door DDT zijn goed gedocumenteerd bij roofvogels als de slechtvalk; na het verbod in veel landen konden de populaties herstellen. Een ander voorbeeld zijn PCB's: die hoopten zich op in zeehonden in de Waddenzee en verminderden de voortplanting. Veelgemaakte fout: denken dat DDT de roofvogels direct doodde; het effect zat vooral in de voortplanting. Image credit: Eigen schema, LessonUp
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Resistentie tegen bestrijdingsmiddelen
Een organisme is resistent als een bestrijdingsmiddel het niet of nauwelijks doodt.
In een populatie zijn door toevallige mutaties enkele individuen minder gevoelig voor het middel.
Het middel doodt vooral de gevoelige individuen; de resistente planten zich voort en worden de meerderheid.
Het middel veroorzaakt de mutatie niet maar selecteert wel; steeds hetzelfde middel gebruiken versnelt resistentie.
Dit is natuurlijke selectie; bij antibiotica werkt het op dezelfde manier (zie de les Afweer).
Syllabus P3.2 specificatie 4: resistent. De mutatie was er al voordat het middel werd gebruikt. Afwisselen van middelen en natuurlijke vijanden inzetten vertraagt resistentie. Veelgemaakte fout: denken dat insecten resistent worden omdat ze aan het middel wennen.
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Microplastics
Microplastics zijn kunststofdeeltjes kleiner dan 5 millimeter.
Ze ontstaan door slijtage van autobanden en kleding en doordat groter kunststofafval uiteenvalt.
Kunststof is persistent: de deeltjes blijven lang in water en bodem en worden door plankton, mosselen en vissen opgenomen.
Zo komen ze in de voedselketen; de deeltjes kunnen de maag vullen en schadelijke stoffen binden.
Hoever microplastics zich in de keten ophopen en welke gevolgen dat heeft, wordt nog onderzocht.
Syllabus P3.2 specificatie 4: microplastic, persistent, accumulatie. Een veelgebruikte afbakening is kleiner dan 5 millimeter. Wees eerlijk over wat bekend is: opname door organismen is aangetoond; de ophoping langs de hele keten en de gevolgen voor gezondheid worden nog onderzocht. Veelgemaakte fout: denken dat microplastics alleen uit microscopisch kleine korreltjes in cosmetica komen.
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Waarderen en oordelen
Een feit kun je met onderzoek toetsen. Een waardeoordeel gaat over wat beter of gewenst is.
Bij duurzaamheidsvragen levert de biologie de feiten; de weging van natuur, economie en mensen is een waardeoordeel.
Een goed argument bestaat uit een standpunt, een feit uit de biologie en het belang dat je daarmee afweegt.
Noem bij een oordeel ook een nadeel of een ander belang: elke maatregel heeft gevolgen voor organismen.
Examenvaardigheid A9 waarderen en oordelen. Laat leerlingen een stelling in twee delen splitsen: het feit (toetsbaar) en de waardering (het belang). Voorbeeld: Biologische landbouw heeft gemiddeld een lagere opbrengst per hectare (feit); daarom is meer land nodig en dat is niet wenselijk (waardeoordeel). Veelgemaakte fout: een mening zonder biologisch feit als argument geven.
Waarom stijgt de concentratie van een persistente stof langs een voedselketen?
Hoger in de keten breken enzymen de stof sneller af
Roofdieren maken de stof zelf aan uit hun voedsel
Reducenten brengen de stof terug naar de top
Een consument eet veel prooien; de stof blijft achter
De consument krijgt van elke prooi de stof binnen en de stof wordt niet afgebroken of uitgescheiden. Verwachte fout: denken dat de stof hoger in de keten sneller wordt afgebroken.
Een teler spuit jaren hetzelfde insecticide. Het werkt steeds slechter. Waarom?
Het insecticide veroorzaakte mutaties in alle insecten
Resistente insecten overleefden en kregen nakomelingen
De insecten wenden aan het middel
Het middel hoopte zich op in de insecten
Door toevallige mutaties waren enkele insecten resistent; die overleefden en planten zich voort. Verwachte fout: denken dat het middel de mutaties veroorzaakt of dat de insecten wennen.
Wat vond je vandaag het lastigst?
Voedselrelaties en symbiose
Kringlopen, energie en voedsel
Accumulatie en resistentie
Waarderen en oordelen
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je nog eens met het voedselweb of het accumulatieschema doorloopt.
Welk begrip wil je nog oefenen?
Reflectievraag zonder vast antwoord. Laat leerlingen het begrip in een eigen zin uitleggen en gebruik de antwoorden om de examentraining te richten.
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Begrippen (1/2)
voedselrelatie: Wie wie eet: predatie (dier eet dier) en vraat (dier eet plant of plantendeel).
signaalstof: Stof die een organisme afgeeft en waarop een ander organisme reageert, zoals geurstoffen van een aangevreten plant.
symbiose: Nauw samenleven van twee soorten: parasitisme, mutualisme of commensalisme.
voedselweb: Alle voedselketens van een gebied samen, met producenten, consumenten en reducenten.
duurzame ontwikkeling: Voorzien in de behoeften van nu zonder die van latere generaties in gevaar te brengen.
This item has no instructions
ECOSYSTEEM · DUURZAAMHEID
Begrippen (2/2)
kringloop: Gesloten: stoffen blijven in het systeem. Open: stoffen verlaten het systeem. Biologisch afbreekbaar: reducenten breken de stof af.
biodiversiteit: Verscheidenheid aan soorten, genetische variatie en ecosystemen.
hernieuwbare energiebron: Een bron die niet opraakt, zoals zon, wind en stromend water; energiebesparing is minder gebruiken.
bestrijdingsmiddel: Middel tegen plagen; biologische landbouw gebruikt geen synthetische middelen en geen kunstmest.
accumulatie: Ophoping van een persistente stof of microplastic in organismen, met de hoogste concentratie aan de top.
This item has no instructions
