Kanjers

‘Watervlooien’, in de volksmond. Wij hebben het specifiek over de Daphnia, een merkwaardig beestje. De daphnia heeft een zeer groot aanpassingsvermogen en komt daarom zowat overal ter wereld voor in zoet water. Het is een belangrijke schakel in de voedselketen: zelf eten ze vooral algen (wat waarschijnlijk verklaart waarom onze populatie daalt: we hebben bijna geen algen) en ze worden gegeten door een groot aantal soorten. Door zijn vlotte aanpassing en korte generatietijd is hij geliefd bij ecologen. Maar ook evolutiebiologen kunnen niet weerstaan aan enkele van deze (mini-)kanjers in hun labo.

De Daphnia pulex, a beauty

De Daphnia pulex, a beauty

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Enkele merkwaardigheden:

  • Ze zijn recordhouder met 31.000 genen (vgl. mens: 23.000), waarvan een derde uniek voor watervlooien.
  • Ze hebben bijna geen junk-DNA, wat verklaart hoe al die genen in hun genoom passen.
  • Ze zijn doorzichtig, waardoor onderzoekers vb. het hart kunnen observeren.
Pootjes en hart bewegen

Pootjes en hart bewegen

  • Kan in water met een lage zuurstofconcentratie vertoeven door ineens z’n hemoglobinegehalte te doen stijgen.
  • Als verdedigingsmechanisme tegen predatoren komen er enkele stekeltjes tevoorschijn:
Verdedigingsmechanisme. Foto: Christian Laforsch, LMU Munich

Verdedigingsmechanisme. Foto: Christian Laforsch, LMU Munich

  • Dit beestje kiest, afhankelijk van de omstandigheden in het milieu, of het zich seksueel voortplant of ongeslachtelijk (via klonering). Dat laatste is meestal het geval en het zijn dan allemaal generaties vrouwelijke daphnia. Pas als de omstandigheden slechter worden, komen er mannetjes in het spel voor de seksuele voortplanting. Deze manier van voortplanten, cyclische parthenogenese, heeft z’n voordelen om te overleven. De seksuele fase zorgt voor eitjes die zeer lang meegaan in een soort van ruststadium. De eitjes kunnen tegen zware condities zoals koude en droogte. Ze kunnen ook overgewaaid worden naar andere poelen.

Dat laatste is zeer interessant voor evolutiebiologen. Een onderzoeksgroep aan de KULAK, onder leiding van biologe Ellen Decaestecker, onderzoekt de interacties tussen parasieten en hun gastheer (hier: daphnia). De co-evolutie tussen de daphnia en haar parasieten is op een geniale manier vast te stellen: door middel van de eitjes, die afgezet worden in lagen van sediment op de bodem. De eitjes gaan in een ruststadium en kunnen heel lang blijven zitten, terwijl er nog meerdere sedimentlagen worden afgezet boven de eitjes. Het leuke is dat die eitjes na lange tijd nog altijd kunnen uitkomen. Als je dus een bodemstaal neemt van een bepaalde poel, zit je met verschillende generaties daphnia die je nog kan uitbroeden. Door deze generaties te bestuderen krijg je een overzicht van de evolutie van deze soort. Dit doen ze dan ook in de KULAK, en ze doen hetzelfde met de parasieten van daphnia. Zo wordt de co-evolutie tussen deze soorten zichtbaar.

Wie meer wil weten over dit onderzoek kan de TED-talk van Ellen Decaestecker bekijken. Voor mensen met weinig tijd: vanaf 12:20. (Helaas niet in het Nederlands. Alhoewel…)

Leesvoer #2

Voor we verder gaan met planten en dieren, eerst nog even kort over bodems en de interactie van bodems met het volledige ecosysteem.

Het belang van een goede bodem

De bodem oefent een grote invloed uit op het microklimaat. De absolute luchtvochtigheid bereikt zijn maximum aan het oppervlak van een bodem en aan het oppervlak van planten, daar gebeurt immers de evaporatie. De temperatuur wordt ook beïnvloedt door bodems: donkere bodems absorberen beter de warmte dan licht gekleurde bodems. Ook natte bodems zijn betere warmtegeleiders dan droge bodems.

Voorbeeld: graaf op een warme dag een put in de duinen (licht en droog) en je komt al snel aan koel zand.

Bodems: de basis

‘Bodem’ heeft een aantal definities, maar met bodem bedoelen wij de grondlaag van het systeem: vaste, minerale maar ook organische materie met bijbehorende gassen en vloeistoffen. Hierbij al meteen benadrukkend dat een bodem levend is, denk maar aan alle bacteriën die noodzakelijk zijn.

De opname van water en mineralen door planten is afhankelijk van de eigenschappen van je bodem. Uit de aardrijkskundelessen van vroeger weten we nog allemaal dat bijvoorbeeld doorlatendheid van de bodem een grote rol speelt bij de beschikbaarheid van water voor de plant.

Een andere eigenschap is de zuurtegraad (pH). De zuurtegraad beïnvloedt de gradiënt tussen bodem en wortels, waardoor bij extremen sommige mineralen moeilijk op te nemen zijn door de plant. Bij een lage pH worden aluminiumdeeltjes vrijgegeven in de bodem. Die deeltjes binden gemakkelijk met andere nutriënten die dan niet meer beschikbaar zijn voor de plant. Voor veel planten is aluminium ook giftig.

Door de speciale textuur van onze bodem hopen we dat de beschikbare watercapaciteit hoog ligt, terwijl de bodem ook excessief gedraineerd wordt. Dat is niet evident.

De levende bodem

De grootte van de poriën in de bodem is van belang voor de vochtigheid en gasuitwisseling, maar ook voor de levensruimte. Levensruimte voor de talrijke organismen die er zich thuis voelen. Onder andere bacteriën, eencellige algen, protozoa, rotifera en nematoden bezetten de bodem.

Tot nu toe hebben we het vooral gehad over de interactie tussen bodems en planten. Om de kringloop te sluiten hebben we ook een paar spelers uit het dierenrijk nodig. Veel CES-bouwers zetten regenwormen in hun ecosysteem. Dat is niet toevallig: regenwormen zijn uitstekende bodembewerkers. Ze maken de bodem luchtig en bemesten tegelijk. Miljoenpoten zijn ook handig in een ecosysteem. Ze zorgen voor de mechanische afbraak van afgevallen bladeren, in het bijzonder daar waar de decompositie door schimmels al begonnen is. De miljoenpoten leven vooral van die schimmels, aangezien ze zelf geen cellulose kunnen afbreken. De mechanische afbraak helpt de afbraak door andere schimmels en bacteriën wel vooruit. Slakken leven net als miljoenpoten van dood organisch materiaal. Zij kunnen wel cellulose afbreken.

Met regenwormen, miljoenpoten en slakken heb je dus al de belangrijkste spelers voor een mooi ecosysteem. Pissebedden en duizendpoten zijn ook een mooie additie. De vraag is hoe ver we kunnen gaan, met spinnen en kevers bijvoorbeeld. Maar hoe meer soorten, hoe meer kans dat het uit de hand loopt.

We vertrekken dus van een dode bodem, en door enkele sleutelorganismen toe te voegen is het de bedoeling dat de bodem evolueert naar een vruchtbare bodem vol leven.

Leesvoer #1

Onder het moto ‘twee geïnformeerde mannen zijn er vier waard’ durven we al eens de theoretische kant op te gaan. Het is een kwestie van goed geïnformeerd te zijn, en zo leren we er ook uit. We zijn ook van plan om onze opgedane kennis te delen, vandaar: leesvoer. Nu algemeen, later specifieker. Dit komt misschien handig uit voor collega’s die zich eveneens willen inlezen in dit onderwerp. Het is immers moeilijk om volledige (en Nederlandstalige) informatie te vinden op het web.

Ecosystemen: de basis

Een gesloten ecosysteem is een artificieel ecosysteem met als enige input het zonlicht. Water, nutriënten en gassen worden niet uitgewisseld met het externe milieu. De bedoeling is dat alle elementen in het CES (closed ecosystem) een evenwicht vinden, zodat een volwaardig, autonoom werkend ecosysteem ontstaat.

Een simpel ecosysteem bestaat uit drie functionele componenten:

  1. Autotrofen: de energie-capterende organismen: groene planten en algen. Capteren zonne-energie en produceren voedingsstoffen uit simpele anorganische en organische stoffen. Deze organismen bevinden zich gewoonlijk in de bovenste lagen van het ecosysteem.
  2. Heterotrofen: gebruiken voedingsstoffen geproduceerd door autotrofen en zetten ze om in ander organisch materiaal om ze tenslotte weer af te breken tot simpele anorganische stoffen. De energieflow en de nutriëntenflow wordt dus sterk beïnvloed door de heterotrofen. Algemeen verdelen we heterotrofen in reducenten en consumenten. Consumenten voeden zich met levend materiaal, reducenten met niet-levend materiaal. Detrivoren behoren tot de reducenten maar niet alle reducenten zijn detrivoren. Denk maar aan schimmels en bacteriën, reducenten op moleculaire schaal. Heterotrofen zijn logischerwijs het meest actief in de lagen waar organisch materiaal accumuleert.
  3. Inactief organisch materiaal en opgeloste mineralen in een bodemmatrix. Dit is de basis van de nutriëntencyclus.

In een gesloten ecosysteem gaan we ook rekening moeten houden met biotische en abiotische factoren. Biotische factoren zorgen ervoor dat we van elk organisme de impact min of meer moeten voorspellen op de rest van het ecosysteem. Abiotische factoren zijn belangrijk in de beginfasen: hoeveel water, welke grondsoort, pH, temperatuur, licht, … Sommige factoren, zoals temperatuur en licht, worden beïnvloed door de standplaats van het CES. Daar moeten we dus ook rekening mee houden.

Door het geïsoleerde karakter (geen interactie met andere ecosystemen) van het gesloten ecosysteem kunnen we het gerust ook een ecotoop noemen.

Een succesvol gesloten ecosysteem is hier te bewonderen. We gaan natuurlijk voor niet minder dan 40 jaar met het onze. Blijkbaar wordt er door anderen ook geld uit geklopt.

Bronnen:

Smith & Smith, Ecology and field biology, 6th edition.

O’Neill, 1976.