Biodiversiteit (1)

• newEditor
• Natuurwetenschappen
• Secundair onderwijs

HOOFDSTUK

Biodiversiteit

Wetenschappen — tweede graad doorstroom

LEERDOELEN VOOR DIT HOOFDSTUK

Basisvorming

BV2_06.29

De leerlingen leggen het verband tussen eigenschappen van virussen, bacteriën en schimmels en hun positieve en negatieve rol in de natuur.

Natuurwetenschappen · Sportwetenschappen

WD2_08.01.03

De leerlingen situeren organismen in het driedomeinensysteem.

Natuurwetenschappen · Sportwetenschappen

WD2_08.01.05

De leerlingen leggen het voorkomen of een toepassing van micro-organismen uit aan de hand van structuur, metabolisme of voortplanting.

Werkwijze: korte theorie-instructie per onderdeel, telkens gevolgd door zelfregulerend verwerken.

Biologie 4 — Lernova, hoofdstuk 2.1

CONTEXT

Leven op aarde

4,57

miljard jaar

is de aarde oud.

3,5

miljard jaar

bestaat er leven op aarde.

±

overal leven

zelfs in extreme omstandigheden: bij extreme temperaturen, hoog in de lucht, in de woestijn.

Verandering doorheen de tijd

De aarde heeft er niet altijd hetzelfde uitgezien. Doorheen de jaren zijn er veel veranderingen opgetreden — soms met een toename van het aantal soorten tot gevolg, soms met het uitsterven van soorten.

Biodiversiteit

1

CONTEXT

Verwantschappen tussen organismen

Alle organismen op aarde stammen af van eenzelfde voorouder. Hoe meer gelijkenissen in het genetische materiaal, hoe recenter de gemeenschappelijke voorouder leefde.

Een mens heeft minder gelijkenissen met een zebra dan met een chimpansee, en met een haai nog minder — de gemeenschappelijke voorouder leefde respectievelijk langer geleden.

Biodiversiteit

2

WD2_08.01.03

De drie domeinen van het leven

Alle levende organismen zijn 3,5 miljard jaar geleden geëvolueerd uit één eenvoudige cel, de oercel. Door genetische code te vergelijken, tekenden wetenschappers de 'tree of life': een boomstructuur met drie hoofdtakken, de domeinen.

B

Bacteriën

Eencellige prokaryoten, geen kern

A

Archaea

Lijken op bacteriën, meer verwant met eukaryoten

E

Eukaryoten

Cellen mét celkern — dieren, planten, schimmels, ...

Waarom ordenen we organismen?

Er bestaan miljoenen soorten organismen op aarde. Door ze te ordenen op basis van gemeenschappelijke kenmerken, kunnen wetenschappers verwantschappen begrijpen en communiceren.

Biodiversiteit

3

BOUW · WD2_08.01.03

Het domein van de bacteriën

B

Bacteriën zijn eencellige organismen van 1 tot 10 µm groot — 10 tot 100 keer te klein om met het blote oog te zien.

Celmembraan

rond de celvloeistof (cytoplasma)

Celwand

rond de celmembraan

Slijmlaag

beschermt en dient als herkenning tussen bacteriën

Erfelijk materiaal

zweeft los in het cytoplasma — geen kernmembraan

Flagel (optioneel)

zweepstaart voor voortbeweging

Omdat bacteriën geen celkern bezitten, zijn ze prokaryoot.

Biodiversiteit

4

Bacteriën --> heterotroof

vb: Streptococcen.

POSITIEF & NEGATIEF · BV2_06.29

Bacteriën: voorkomen en rol in de natuur

Schadelijke rol

• Veel bacteriën zijn ziekteverwekkers, bv. de cholerabacil en de pestbacil.

• De salmonellabacterie ontsteekt onze darmen, wat diarree veroorzaakt.

• Afvalproducten van bacteriën kunnen giftig en soms dodelijk zijn.

• Bij verwondingen kunnen bacteriële infecties optreden — vandaar antibacteriële zeep bij chirurgen.

Nuttige rol

• Bacteriën zijn belangrijke afbrekers in de natuur: dode organismen worden omgezet in mineralen.

• Die mineralen kunnen daarna weer door planten opgenomen worden.

• Veel bacteriën vind je nuttig terug in onze darmen en op onze huid.

• Melkzuurbacteriën zijn nodig voor de bereiding van kaas — toepassing in de voedingsnijverheid.

Wanneer we elkaar de hand schudden, wisselen we naar schatting 50 miljoen bacteriën uit.

Biodiversiteit

5

BOUW, VOEDING, VOORKOMEN · WD2_08.01.03

Het domein van de archaea

A

Archaea lijken sterk op bacteriën — ook kleine, eencellige, prokaryote organismen — maar zijn genetisch meer verwant met de eukaryoten.

Bouw

Andere samenstelling van celmembraan en kapsel dan bacteriën. Door het kapsel kunnen archaea extreem hoge temperaturen trotseren. Geen celkern → prokaryoot.

Voeding

Sommige archaea zijn heterotroof, andere zijn autotroof.

Voorkomen

Geen enkele archaea is ziekteverwekkend. Ze leven bv. in de darmen van herkauwers (methaangas), in plankton in oceanen, en in extreme omstandigheden zoals zure heetwaterbronnen en zoute poelen.

Biodiversiteit

6

BOUW, VOEDING, VOORKOMEN · WD2_08.01.03

Het domein van de eukaryoten

E

Eukaryoten bestaan uit één of meer cellen mét een celkern, omgeven door een kernmembraan dat het erfelijke materiaal (DNA) samenhoudt.

Bouw

Naast de celkern bezitten eukaryoten ook celorganellen met specifieke taken (bv. mitochondriën voor energie, bladgroenkorrels voor fotosynthese bij planten). Cellen zijn veel groter (tot > 100 µm).

Voeding

De meeste planten en bepaalde eencellige eukaryoten zijn autotroof (maken zelf energierijke stoffen aan). Dieren en schimmels zijn heterotroof.

Voorkomen

Eukaryoten tref je zowat overal op aarde aan.

Rijken

Binnen dit domein onderscheiden we onder meer de rijken: dieren, planten en fungi (schimmels).

Biodiversiteit

7

ONDERSCHEIDEN OP BASIS VAN KENMERKEN · WD2_08.01.03

De drie domeinen vergeleken

Virussen missen de kenmerken van deze drie domeinen (geen cellen, geen eigen stofwisseling, verplicht parasitair) en worden daarom niet als levende organismen beschouwd.

Biodiversiteit

8

Ga aan de slag: 2.2. diversiteit van het leven op aarde.

• Verlengde instructie?

• Planfiche?

• Samenvatting - mindmap --> geheugen.

SOORT, RAS EN VARIËTEIT : Classificeren

Wetenschappelijke naamgeving

Binomiale soortnaam

Twee organismen behoren tot dezelfde soort wanneer ze onderling vruchtbare nakomelingen kunnen krijgen. Elke soort krijgt een naam uit twee delen: geslachtsnaam (hoofdletter) + soortnaam (kleine letter), cursief geschreven.

Lamium album — voorbeeld van een binomiale soortnaam

Rassen

Binnen een soort bestaan er rassen: uiterlijk verschillende dieren binnen dezelfde soort, ontstaan door menselijke selectie.

Voorbeeld: de Duitse herder en de chihuahua zijn twee rassen van dezelfde soort (hond).

Variëteiten & ondersoorten

Een variëteit ontstaat door natuurlijke selectie (niet door de mens). Bij dieren spreekt men van een 'ondersoort', toegevoegd aan de naam met 'subsp.'.

Voorbeeld: Canis lupus subsp. familiaris (de hond) is een ondersoort van de wolf.

Biodiversiteit

9

VAN DOMEIN TOT SOORT

Classificatieniveaus

Om de miljoenen soorten organismen op aarde te ordenen, bestaan er classificatieniveaus (taxonomische niveaus). Elk niveau wordt onderverdeeld in kleinere groepen met méér gemeenschappelijke kenmerken.

Domein

Rijk

Stam

Klasse

Orde

Familie

Genus

Soort

Voorbeeld (planten)

Eukaryoten

Planten

Landplanten

Zaadplanten

Bedektzadigen

Vlinderbloemenfamilie

—

—

Biodiversiteit

10

TOEPASSING VAN DE CLASSIFICATIENIVEAUS

Classificeren van planten

Planten worden gekenmerkt door een celwand, bladgroenkorrels en een grote vacuole. Binnen de stam van de landplanten onderscheiden we drie klassen — ingedeeld op basis van voortplanting en de aan-/afwezigheid van vaatbundels.

Bedektzadigen: eenzaadlobbigen versus tweezaadlobbigen

Eenzaadlobbigen hebben één zaadlob, bijwortels, parallelnervige bladeren en verspreide vaatbundels. Tweezaadlobbigen hebben twee zaadlobben, een hoofdwortel met zijwortels, veer- of handnervige bladeren en vaatbundels in een kring.

Biodiversiteit

11

SPOREN VERSUS ZADEN

Voortplanting bij planten

Voortplanting door sporen

• Mossen en varens zijn sporenplanten.

• Sporen zijn gespecialiseerde voortplantingscellen, omgeven door een stevige celwand — ze drogen niet snel uit.

• Sporen worden gevormd in een sporendoosje.

• Mossen hebben geen wortels: rhizoïden zorgen voor vasthechting, maar nemen geen water op.

• Varens bezitten wél vaatbundels en zijn daardoor steviger en groter dan mossen.

Voortplanting door zaden

• Bij bestuiving komen stuifmeelkorrels op de stempel van een bloem van dezelfde soort terecht.

• Uit de stuifmeelkorrel groeit een stuifmeelbuis met de zaadcel, die de eicel bereikt → bevruchting.

• Na bevruchting groeit de eicel uit tot een embryo in een zaad, met reservevoedsel.

• Naaktzadigen: zaden liggen naakt tussen de schubben van een kegel (bv. naaldbomen).

• Bedektzadigen: zaden liggen ingebed in een vrucht (bv. grassen, kruiden, loofbomen).

Biodiversiteit

12

FUNGI BINNEN DE EUKARYOTEN

Classificeren van schimmels

Schimmels (fungi) vormen een groot rijk binnen de eukaryoten. Als afbrekers spelen ze een belangrijke ecologische rol bij de biologische afbraak van dood plantaardig materiaal.

Zakjeszwammen (Ascomycetes)

Sporen zitten in zakjes. Klassen: kernzwammen (sporendoosjes aan de buitenzijde), korstmossen (samenleving schimmel + wier), gisten (eencellig, voortplanting via knopvorming).

Voorbeelden: dooiermos, baardmos, biergist

Steeltjeszwammen (Basidiomycetes)

Sporen staan op steeltjes. De klasse Agaricomycetes wordt ingedeeld in buisjeszwammen (sporen in buisjes) en plaatjeszwammen (sporen op plaatjes).

Voorbeelden: eekhoorntjesbrood, weidechampignon, vliegenzwam

Sommige schimmels leven als mycorrhiza samen met bomen: ze helpen mineralen op te nemen, in ruil voor suikers van de boom.

Biodiversiteit

13

KENMERKEN EN INDELING IN STAMMEN

Het dierenrijk

Dieren zijn eukaryote organismen, altijd meercellig en heterotroof, en bezitten — in tegenstelling tot planten en schimmels — nooit een celwand. Het dierenrijk wordt ingedeeld in stammen, elk met eigen kenmerken.

Sponzen

Primitiefste dieren, geen symmetrie, geen weefsels

Neteldieren

Radiale symmetrie, netelcellen, darmzak

Platwormen

Plat, geen circulatie-/verteringsstelsel

Ringwormen

Lichaam verdeeld in segmenten

Weekdieren

Vaak schelp of huisje als skelet

Geleedpotigen

Segmenten vergroeid tot lichaamsdelen

Rondwormen

Draadvormig, wél een verteringsstelsel

Stekelhuidigen

Radiale symmetrie (volwassen), stekelhuid

Chordadieren

Chorda → wervelkolom bij gewervelden

Biodiversiteit

14

KLASSEN BINNEN DE SUPERKLASSE VAN DE GEWERVELDEN

Chordadieren en gewervelden

Een chorda is een plooibare staaf die als steun in de rug dient. Bij de meeste chordadieren wordt de chorda later vervangen door een wervelkolom — deze groep noemen we de gewervelden (vertebraten). Alle andere dieren zijn;ongewervelden

Biodiversiteit

15

WD2_08.01.05

Micro-organismen: structuur en toepassing

De structuur, het metabolisme of de voortplanting van een micro-organisme verklaart vaak waar het voorkomt én hoe het toegepast wordt door de mens.

🧀

Melkzuurbacteriën

Structuur en metabolisme → toepassing bij kaasbereiding in de voedingsnijverheid.

🍄

Mycorrhizaschimmels

Samenlevingsvorm schimmel-plant → toepassing: gezondere bomen door mineraalopname.

🦠

Bacteriën als afbrekers

Metabolisme (afbraak organisch materiaal) → voorkomen: overal in bodem, darmen, water.

Kernidee: structuur bepaalt functie. De opbouw van een micro-organisme (celwand, metabolisme, voortplantingswijze) verklaart zowel waar het van nature voorkomt, als hoe het door de mens wordt ingezet — of bestreden.

Biodiversiteit

16

SLEUTEL-SLOTPRINCIPE

Bouw van virussen

Een virus is niet meer dan een hoeveelheid erfelijk materiaal (DNA of RNA) verpakt in een eiwitmantel. Dat DNA of RNA dient om de eiwitten in de eiwitmantel aan te maken.

RNA

eiwitmantel + glycoproteïnen

doelwitcel

receptoreiwit

past als sleutel-in-slot

Virussen verschillen door hun vorm en de glycoproteïnen (antigenen) in hun eiwitmantel. Die glycoproteïnen passen wel of niet op receptoreiwitten in de celmembraan van een doelwitcel — vergelijkbaar met een sleutel die in een slot past.

Biodiversiteit

17

WD2_08.01.03 — SUBDOEL 4

Virussen en het driedomeinensysteem

Virussen missen een aantal essentiële kenmerken van alle levende wezens uit de drie domeinen. Daarom behoren ze niet tot een van de domeinen en worden ze niet als levende organismen beschouwd.

1

Geen cellen

Virussen zijn niet opgebouwd uit cellen, in tegenstelling tot organismen uit de drie domeinen.

2

Geen eigen stofwisseling

Ze hebben geen eigen voeding, ademhaling of uitscheiding.

3

Verplicht parasitair

Voor hun voortplanting doen virussen altijd beroep op een gastheer — een ander organisme.

Virussen zijn parasitair en komen voor bij alle groepen van levende wezens: planten, dieren, schimmels, mensen en zelfs bacteriën.

Biodiversiteit

18

HOE MAKEN VIRUSSEN ONS ZIEK?

Virusziekten bij de mens

1

De glycoproteïne (sleutel) van het virus past op een receptoreiwit (slot) van een doelwitcel.

2

Het virus dringt de cel binnen. De cel maakt zélf de eiwitmantel en glycoproteïnen van het virus aan.

3

De cel reproduceert het virus massaal en ontploft — virusdeeltjes verspreiden zich naar andere cellen.

4

Als het afweersysteem de kettingreactie niet stopt, kan dit leiden tot ernstige ziekte of overlijden.

Voorbeelden: kinderziekten (mazelen, rodehond, bof), verkoudheid (rhinovirussen), griep, kinderverlamming (zenuwcellen), hiv (witte bloedcellen), coronavirussen (luchtwegen).

Biodiversiteit

19

TOEPASSING VAN KENNIS OVER STRUCTUUR · WD2_08.01.05

Antibiotica: bacteriën versus virussen

Werkt wél tegen bacteriën

• Sommige antibiotica (bv. penicilline) remmen de opbouw van de celwand — de bacterie klapt in elkaar.

• Andere verhinderen de afbraak van de celwand, waardoor de bacterie niet meer kan groeien.

• Streptomycine remt de eiwitsynthese in de bacterie.

• Andere veranderen de doorlaatbaarheid van het celmembraan, of hinderen de DNA-verdubbeling bij celdeling.

Werkt niét tegen virussen

• Virussen hebben geen celwand en geen celmembraan waarop antibiotica kunnen inwerken.

• Virussen hebben geen eigen stofwisseling — er is dus niets te remmen.

• Virussen laten hun eiwitsynthese en DNA-/RNA-replicatie uitvoeren door de gastheercel zelf.

• Omdat de structuren waarop antibiotica inwerken ontbreken, hebben ze geen vat op virussen.

Biodiversiteit

20

SAMENVATTING

Biodiversiteit — kernbegrippen

1

Drie domeinen: bacteriën, archaea en eukaryoten — onderscheiden op celkern, celwand, grootte en voeding.

2

Classificatieniveaus: domein → rijk → stam → klasse → orde → familie → genus → soort.

3

Wetenschappelijke soortnaam: binomiaal, cursief — rassen (mens) versus variëteiten/ondersoorten (natuur).

4

Micro-organismen (bacteriën, schimmels) hebben zowel een positieve als een negatieve rol in de natuur.

5

Virussen zijn geen levende organismen: geen cellen, geen stofwisseling, verplicht parasitair.

6

Antibiotica werken op structuren van bacteriën (celwand, membraan, DNA/eiwitsynthese) — niet op virussen.

Aan de slag: verwerk de theorie zelfregulerend met de begrippenlijst en oefeningen.

NA DE INSTRUCTIE

Aan de slag: zelfregulerend werken

De theorie is nu kort toegelicht. Ga zelfstandig verder volgens onderstaand stappenplan.

1

Herbekijk

Loop deze presentatie nog eens door en herlees het overeenkomstige stuk in het handboek.

2

Verwerk

Maak de opgegeven oefeningen. Gebruik de begrippenlijst bij twijfel over een term.

3

Verbeter

Controleer je antwoorden met de oplossingen. Noteer fouten in een andere kleur — niet uitgommen.

4

Reflecteer

Kruis op de checklist (volgende slide) aan welke leerdoelen je al onder de knie hebt.

5

Vraag hulp

Begrijp je iets nog niet? Vraag het aan een klasgenoot of steek je vinger op.

Biodiversiteit

21

ZELFEVALUATIE

Checklist: mijn leerdoelen

Kruis eerlijk aan waar je nu staat. Twijfel je nog bij oranje of rood? Werk dat leerdoel opnieuw door of vraag het na.

nog niet

bijna

onder de knie

BV2_06.29

Ik kan het verband leggen tussen eigenschappen van virussen, bacteriën en schimmels en hun rol in de natuur.

WD2_08.01.03

Ik kan organismen situeren in het driedomeinensysteem en de domeinen van elkaar onderscheiden.

WD2_08.01.05

Ik kan het voorkomen of een toepassing van micro-organismen verklaren vanuit hun structuur, metabolisme of voortplanting.

Tip: herhaal deze checklist voor elk hoofdstuk — zo bouw je zelf een overzicht op van wat je al beheerst.