Økologi

Økosystemers struktur

  • Et økosystem er et afgrænset område i naturen mellem levende organismer og det miljø de befinder sig i.
  • Et økosystem kan være en , en skov eller en hede, men man kan også se på jorden som ét stort økosystem.
  • Fysiske og kemiske forhold kan variere i det omgivende miljø.
    • Fx forskelle i temperatur, lys, fugtighed/vand, jordens struktur (for lidt eller meget vand eller næring), pH værdi i fx jorden, regnen, giftstoffer
    • Disse forhold kaldes for de ikke levende/abiotiske vækstfaktorer.
  • Fx for at en plante skal kunne overleve, vokse og formere sig må den udvikle sig i forhold til de abiotiske forhold.
    • Den skal gøre det bedre end andre arter.
    • De højeste planter vil skygge for de mindre.
    • På et tørt sted vil en plante med bedre rodsystem få mere vand end de planter med et dårligere rodsystem.
    • Planten skal blandt andet beskytte sig mod at blive ædt af svampe, fældet af mennesker, spist af dyr/insekter.
    • Disse vækstfaktorer kaldes for de levende/biotiske vækstfaktorer.

Kredsløbet

  • Solen bidrager med energi i form af lys.
  • Lysenergien bruger planterne til at danne kulhydratet glukose ud fra kuldioxid og vand.
  • Det sker i planecellens grønkorn ved fotosyntese.
  • Planterne kaldes for primærproducenter, da de er det første produktionsled i fødekæden.
  • Glukosen, som planten danner, bruges som byggesten.
    • Nogle af glukosemolekylerne bliver omdannet til stivelse, plantens lagerstof.
      • Stivelsen kan findes som mikroskopiske korn i plantecellerne og lagres i forrådskamre.
      • Fx en kartoffelplante med knolde.
    • Når planten skal bruge glukosen igen kan den spalte stivelsen forfra og bruge den gang på gang.
    • Glukose kan også omdannes til cellulose, dét plantevæggen består af.
    • Andet glukose omdannes til fedt (i form af planteolier eller protein) samt DNA og andre stoffer.
  • De stoffer som planten producerer på den måde (ovenstående), kaldes for organiske stoffer.
    • De indeholder alle grundstofferne C, O og H (kulstof, ilt og brint).
    • Derudover indeholder nogle af stofferne også nogle grundstoffer som fx N og P (kvælstof og fosfor)
    • Fx protein
      • Indeholder N, DNA og ATP, hvilket begge indeholder både N og P.
      • For at opbygge disse stoffer skal planten bruge NO3 (nitrat) samt PO43 (fosfat) som den optager fra jorden.
    • Nitrat og fosfat er eksempler på uorganiske stoffer, men som er næringsstoffer for planten.
    • Mangler planten disse stoffer vil den ikke kunne danne de livsvigtige stoffer, samt dens vækst vil blive hæmmet.
    • Glukose bliver også brugt som brændstof.
    • Det sker under respirationsprocessen i plantecellens mitokondrier.
      • Ved respiration spaltes glukosen igen til kuldioxid og vand.
    • Den energi som planten får ud af glukosen bruger den til alle de energikrævende processer i cellerne.
    • Glukosen som planten producerer ved fotosyntese, bliver brugt til vækst eller respiration.
  • Plantens samlede fotosyntese kaldes for bruttoprimærproduktion (BBP).
  • Tilvæksten kaldes for nettoprimærproduktion (NPP).
    • Det er det som er tilbage når respirationen (R) er trukket fra.
  • Ligningen for dette ser således ud
    • BPP = NPP + R

Fotosyntese

  • Fotosyntese sker i en plantecelles grønkorn.
  • For at lave fotosyntese kræver planten lys, kuldioxid (CO2) og vand (H2O).
  • Lysenergien og vand producerer energirig glukose (C6H12O6) og ilt (6 O2).
    • Ilt er fotosyntesens affaldsprodukt.
  • 6 CO2 + 6 H2O + lysenergi à C6H12O6 + 6 O2
    • Det vil sige at fotosyntese både kræver lys, CO2 og H2
  • Nogle planter har mange grønkorn. Disse planter kaldes for lysplanter.
    • Lever bedst på lysåbne steder.
  • Skyggeplanter har færre grønkorn. De satser i stedet på at være effektive med den mængde de har.
    • Til gengæld har skyggeplanter også røde og violette hjælpefarvestoffer.
    • Disse farvestoffer hjælper planten til at udnytte nogle af de lysstråler som lysplanterne ikke kan bruge.
    • Skyggeplanterne findes blandt andet i skovbunden.
  • Fotosyntese kan kun øges til et vist niveau, også selvom man tilføjer mere lys.
    • Dette skyldes at grønkornene allerede arbejder på fuld kraft eller at planten mangler CO2 eller H2
  • Glukose fra fotosyntesen (BBP) bruges til respiration (R) eller vækst (NPP).

Respiration

  • Respiration sker i mitokondrierne.
  • Planten bruger ilt til at spalte glukosen til kuldioxid og vand.
  • Ved respirationsprocessen overføres energien i glukosen til ATP[1][2], som planten bruger til at udføre arbejde, såsom at optage næringsstoffer gennem roden.
  • C2H12O6 + 30 (ADP[3]+P[4]) -> 6 CO2 + 6 H2O + 30 ATP.
  • C2H12O6 = glukose

Vækst

  • Planten skal bruge uorganiske næringsstoffer (fosfat og nitrat) for at kunne danne protein og DNA.
    • Hvis disse stoffer undlades, hæmmes plantens vækst.
  • Glukosen kan lægges på lager som stivelse.
    • Planten kan have specielle depoter.
    • Fx korn og kartofler.

Cellemembranen og transportprocesser

  • Cellemembranens opgave er at regulere hvilke stoffer der kommer ind og ud af cellen.
  • Opbygget af folipid.
    • Dobbeltlag, stort antal løst sammenhængende molekyler.
  • Hydrofobe (vandskyende) fedtsyrer.
    • Lipider (fedtsyre).
    • Vender ind mod hinanden.
  • Hydrofile (vandelskende) fosfatdel.
    • Vender ud mod omgivelserne eller ind mod cellens cytoplasma.
  • Cellemembranens opbygning tillader kun små uladede molekyler og fedtopløselige stoffer at trænge igennem.
  • Andre stoffer kan ikke gennemtrænge uden hjælp.
    • Derfor kaldes membranen halvgennemtrængelig/semipermeabel.
  • Der findes forskellige transportproteiner i cellemembranen.
    • Kan være en kanal eller pumpe, som bruges når større/ladede ioner skal gennemtrænge cellemembranen.
  • Man skelner mellem passiv transport og aktiv transport.
  • Passiv transport.
    • De processer ud og ind gennem cellemembranen, som ikke kræver energi.
  • Receptorer er vigtige membranproteiner, som opfanger signalstoffer fra omgivelserne eller afgiver signaler til omgivelserne.
    • Har stor betydning for dyrs hormonregulering, nervesystemet og immunsystemet.
  • Diffusion vil sige at,
    • Molekylerne er altid i bevægelse. Nogle gange vil de støde ind i hinanden og påvirke hinandens bevægelse.
    • I sidste ende kan dette medføre at molekylerne ender med at være mere jævnt fordelt i det tilgængelige rum.
  • Faciliteret diffusion er når større molekyler/ioniserede molekyler ikke frit kan gennemtrænge cellemembranen, men har brug for specielle transportproteiner.

c.jpg

d

Økosystemets konsumenter

  • Planteædere,
    • Nogle spiser græs og urter
    • Nogle suger saft af friske blade og skud (bladlus fx).
  • Planteædere spises af rovdyr
    • Forskellige rovdyr spiser forskellige planteædere.
    • Nogle arter vil skifte bytte i løbet af året.
    • Nogle rovdyr spiser andre rovdyr.
  • Hvem der spiser hvem, kaldes økosystemets fødekæde eller fødenet.
  • Husk figur.
  • Når planter og dyr dør bliver de til jordens døde organiske stof – også kaldtes humus.
    • Et andet ord for det samme er også detritus.
  • Detritus fungerer som føde for forskellige arter af nedbrydere (fx regnorme)
    • Findeler døde blade og optager bladcellernes indhold.
    • Ved at findele, hjælper de jorden til at nedbryde de døde plantematerialer yderligere.
    • Størstedelen af regnormens næring er disse bakterier, dvs. de lever af de levende organismer.
    • De nedbrydere som betyder mest for nedbrydningen af døde planter, er derfor bakterier og svampe.
  • Rovdyr spiser nedbrydere.
    • Dette kaldes nedbryderkæden.
    • Baseret på dødt organisk stof og nedbrydere.
  • Modsat findes græsningsfødekæden.
    • Denne kæde tager udgangspunkt i levende planter og planteædere.
  • Tilsammen kaldes de (planteæderne, nedbryderne og rovdyrene) for økosystemets konsumenter.
    • De bruger i flere led af fødekæden, det organiske stof som planterne producerer.
  • Konsumenterne nedbryder det organiske stof, via respirationsprocessen og derved frigøres energien som er bundet i de kemiske bindinger.
  • Restproduktet er uorganiske stoffer.
    • Kuldioxid og vand.
  • Det fosfor som var bundet til de organiske stoffer, frigøres som uorganiske fosfationer. (PO43-)
    • Nitrogen frigøres som ammoniak (NH3).
  • Bakterier i jorden ilter ammoniak til nitrat (NO3).
    • Kun hvis der er ilt tilgængeligt.
  • Planterne kan nu igen optage disse stoffer fra jorden, som næringsstof.

 

  • Planternes cellevægge kan kun i meget lille grad udnyttes af dyrene og ender i stedet som afføring.
    • Resten optages via dyrets tyktarm.
    • Stofferne bruges som energi til bevægelser.
      • Fx kulhydrater og en stor del af fedtet.
    • Bruges også til at vedligeholde cellernes livsprocesser.
  • Energien frigøres under respiration og ender som varme.
  • Proteiner bruges også til vækst.

 Indtaget føde = tilvækst + respiration + afføring.

Vandløb, søer og deres omgivelser

Vandets kredsløb

  • Først nedbør, noget fordamper og noget siver ned i grundvandet.
  • Noget siver ud til åer og søer.
  • Når det fordamper, bliver det igen til regnvejr.
  • Søer og vandløb får deres ilt fra luften.
    • Vind og vandstrømme hvirvler vandet rundt så det kommer i kontakt med luften (abiotisk).
      Alger og planters fotosyntese (biotisk).
  • Hurtigt voksende planter vil vokse hurtigere da de vil kunne optage mere næring.
    • Dog kan det også være negativt, da der vil kunne mangle ilt.
  • Alger lever på sten og planter i overfladen. Planteplankton lever frit i vandet.

Den naturlige å

Øvre å,

  • Kildebæk.
    • Starter i et sumpet område.
    • Smal med rindende vand, som modtager ilt fra luften.
    • Overvokses af bredplanter, som skygger for vandløbet.
    • Begrænset plantevækst. Lille græsningsfødekæde.
    • Domineret af nedbryderfødekæden (iturivere og sedimentædere). Gode iltforhold.

Den mellemste å

  • Når bækken får mere vand, vil det blive til den mellemste å.
  • Planter vokser i åen. Mikroskopiske alger på planter og sten.
  • Græsningsfødekæde spiller stor rolle. Dyr skraber alger af sten og planter.
    • Nedbryderrollen er stadig den største. Spiser bundmaterialet – sedimentet.
  • Mange dyr spiser detritus fra strømmen i vandet – filtratorer.
  • Meget turbulens = meget iltindhold.
  • Fotosyntese spiller stor rolle for iltkoncentrationen.
  • Lavere strømhastighed pga. bugtninger.

Den nedre å

  • Løber gennem lavtliggende, flad eng.
  • Dyb og vandrig, minus strømhastighed.
  • Planter vokser langs bredden som en rørsump. Bunden er slam og detritus.
  • Dyreliv er sedimentædere og filtratorer.
  • Vandets iltindhold bliver brugt til respiration. Dårlige iltforhold ved bunden.
  • Ender i en fjord eller havet.

 

  • Høl er fordybninger i brinken (jorden omkring vandet) pga. vandets strømmønster.
  • Stryg er der hvor bundens grus vaskes ren – mellem bugtningerne – vigtigt for fx ørreder som lægger æg i høje iltkoncentrationer.
  • Grødeø er planter i vandløbet som vokser tæt.
  • Slam er organisk materiale under nedbrydning.

Biokemisk Iltforbrug,

  • Måles over fem dage (BI5).
  • Først samles prøven, iltes og lufttættes. Skal stå i mørke for at forhindre fotosyntese.
  • En prøve med lidt organisk stof og en prøve med meget organisk stof.
  • Bakterierne vil bruge ilten på at nedbryde det organiske stof.
  • Det vil sige at det biokemiske iltforbrug er større.
  • Dobbelt så meget organisk stof medfører dobbelt så stort iltforbrug.
  • Ligningen er således
  • For at finde ud af hvor forurenet en å er, kan man indsamle forskellige arter af dyr og ud fra det kan man bestemme hvilke der er de dominerende og hvilke forhold de lever bedst i.
    • Måles i faunaklasser fra 1 (stærkt forurenet) til 7 (uforurenet).
    • Der skal dog tages hensyn til årstider og naturlige forhold i åen.
  • Man kan måle koncentrationen af plantenæringsstoffer (fosfat og nitrat).
  • Man kan måle iltindhold.

Søen som økosystem

Næringsfattige søer,

  • Findes på næringsfattig jordbund,
    • Fx hede, skov og overdrev.

Næringsrige søer,

  • Findes på næringsrig jordbund.
  • Får næring fra landbrug.
  • Har fået næring fra spildevand fra byer og bebyggelse.
    • Vil have et stort lager af organisk stof og næringsstoffer.

 

  • Kold vand er tungere end varmt vand.
    • Vandtemperatur omkring 4 grader vil have størst massefylde.

  En sø er lagdelt,

  • Overflade,
  • Fotosynteselag,
  • Springlag (sommer),
  • Nedbrydningslag, 

Springlag

  • Et lag mellem det varme og det kolde vand
  • Koldt vand er tungere, end varmt vand, og vil ligge på bunden.
  • Om sommeren varmer solen det øverste lag vand i overfladen.
  • sollyset vil der opstå planktonalger som laver fotosyntese. Derfor vil der om sommeren være en græsningsfødekæde i vandoverfladen.
  • Nedsunkne alger fungerer som mad for nedbryderkæden på bunden.
  • Fx muslinger filtrerer alger og detritus fra vandet.
  • Fx dansemyggelarver samler mad fra bunden.
  • Dyr og bakterier skal bruge ilt til respiration for at nedbryde.
  • Det kan resultere i iltmangel på bunden.
  • Til gengæld vil dyrene frigive næringsstoffer.
  • Som resultat deraf, vil bunden om sommeren være iltfattig men næringsrig.

Kulstofs kredsløb

To former for kulstofkredsløb,

  • Biologiske kredsløb, som har en hurtig omsætningstid.
  • Geokemiske kredsløb, som har en meget langsom omsætningstid der måles i millioner af år.

Biologiske kredsløb

  • De levende organismers fotosyntese og respiration.
  • Den CO2 som frigøres når planter, alger, dyr og nedbrydere respirerer, optages igen når planterne og algerne laver fotosyntese.
  • Det resulterer i ligevægt mellem den CO2 der optages og den CO2 der udskilles.

Geokemiske kredsløb

  • Her bruges CO2 både til at opbygge og nedbryde bjergarter.
  • Ligningen for nedbrydning er således:
    • CO2 + H2O + CaCO3 à Ca2++ 2 HCO3.
  • Når CO2 kommer i forbindelse med vand ser ligningen således ud:
    • CO2 + H2O à H2CO3 à H+ + HCO3.
  • Calciumkarbonat (CaCO3) bruges til at lave havskaller.
    • Encellede alger og dyr, koraller, snegle, muslinger.
    • Til processen bruger de HCO3 og Ca2+.
  • Når organismerne dør og ender på havbunden vil kalken ophobe sig i store lag.
  • Den CO2, som ville være endt i atmosfæren, ligger i stedet på havbunden.
  • Derved er fremstillingen forenklet.
  • De planter og dyr som levede for +100mio. år siden er blevet til kul, olie og naturgas.
  • Når vi brænder det i dag, vil CO2’en ende i atmosfæren igen.

Drivhuseffekt

  • CO2 tillader solstråler at trænge ind til jorden.
  • Dog hæmmer den også langbølgede stråler i at slippe væk fra jorden.
  • CO2 virker derfor som et drivhus omkring jorden.
  • Uden den naturlige drivhuseffekt ville jordens gennemsnitstemperatur være -18° C i stedet for +15° C.
  • De stigende udledninger af CO2 (som kommer fra fossile brændstoffer) øger drivhuseffekten.
  • De fossile brændstoffer (kul, olie, gas) kommer fra resterne af mikroskopiske alger og dyr.
  • Før i tiden var det planter og alger som fjernede de store mængder CO2 fra atmosfæren via fotosyntese.
  • I dag frigøres CO2’en når vi bruger brændstofferne, men det sker i hastigt tempo.
  • Det betyder at mængden af drivhusgasser øges og balancen mellem solindstråling og varmeudstråling
    • Derved stiger gennemsnitstemperaturerne.
    • Mest ved polerne,
    • Mindst ved ækvator.
  • Havet optager store mængder CO2.
    • Disse bliver brugt til de kalkdannende organismers skaller.
  • Når havtemperaturen stiger, falder opløseligheden af CO2 – dvs. at havet kan indeholde mindre CO2.
  • CO2 medfører en forsuring i vand – pH falder.
    • Det resulterer i mindre
  • Både opvarmning og forsuring er store trusler mod tropiske koralrev.
  • Derudover medfører temperaturændringer voldsomme storme og ændrede nedbørsmønstre.

[1] ATP = adenosintrifosfat, cellens brandstof. Organisk kemisk forbindelse, der fungerer som biologisk energi- og effektormolekyle og indgår i mange vigtige cellulære processer. Molekylets fosfatbindinger indeholder en stor mængde energi.

[2] ATP – der er tre forbindelser.

[3] ADP – der er to forbindelser.

[4] Fosfat