Koolstofkringloop
De aarde is een min of meer gesloten systeem met daarin een min of meer vaste hoeveelheid elementen. Deze les zal gaan over de kringloop van twee van deze elementen. Stikstof (N) en koolstof (C). Beide elementen worden door de levende en niet levende natuur gebruikt om grotere moleculen zoals aminozuren, eiwitten, koolhydraten en vetten op te bouwen. Alle organismen op aarde zijn opgebouwd uit onder andere koolstof en stikstof. Je zou deze organisme dan ook kunnen zien als grote zakken met een grote koolstof en stikstof voorraad.
Ze mogen hun lichaam langer of korter opbouwen met deze stoffen. Op het moment van overlijden echter worden al deze elementen weer teruggegeven aan de natuur. Koolstof en stikstof verhuist dan weer vanuit een organische stof naar een anorganische koolstof- en stikstofbron in het milieu. Deze anorganische koolstof- en stikstof kunnen dan weer door de planten worden opgenomen en gebruikt voor de opbouw van organische stoffen. Kortom: alle bouwstenen op aarde zijn in miljarden jaren al vele miljarden malen gerecycled. Jij en ik zijn opgebouwd uit bouwstenen die hebben gezeten in de eerste bacteriën die de aarde hebben bevolkt, in de dino’s en in het lijf van de grote Charles Darwin.
Koolstof stroomt via autotrofe organismen (planten), hetrotrofe organismen (planteneters) en de reducenten door het ecosysteem heen. Deze les gaat over de verschillende verschijningsvormen van koolstof, welke rol de organismen in het ecosysteem daarbij spelen en welke metabole processen verantwoordelijk zijn voor de koolstofstroom.
Globaal gezien stroomt koolstof door drie compartimenten. Het compartiment van de autotrofe organisme, het compartiment van de heterotrofe organisme, en het compartiment van de reducenten. Al deze compartimenten spelen hun eigen rol in de stroom van koolstof door het ecosysteem. Zonder deze drie compartimenten valt de koolstofkringloop stil. De producenten, consumenten en reducenten spelen in het ecosysteem allemaal hun eigen rol in deze kringloop. Alle drie hebben ze diverse scheikundige reacties in hun bezit om koolstof door het ecosysteem te laten stromen. De planten hebben de fotosynthesereactie, voortgezette assimilatie en de verbranding in het assortiment scheikundige reacties.Met de fotosynthesereactie zijn de producenten in staat anorganisch koolstof in de vorm van koolstofdioxide om te zetten in glucose. De koolstof komt dan in een organisch molecuul terecht. De plant verbrand ook weer een deel van deze zelf geproduceerde glucose. Met de verbrandingsreactie in de mitochondriën zet de plant glucose weer om in koolstofdioxide. Koolstof zit dan weer in de lucht en in een anorganisch molecuul.
Als de producenten worden gegeten door de consumenten van de eerste orde, dan komt koolstof van plantaardige organische stof terecht in dierlijke organische stoffen. Om hun lichaam op temperatuur te kunnen houden en om te bewegen verbranden consumenten van de eerste orde ook nu weer een deel van deze organische koolstofverbindingen (glucose) in hun mitochondriën. Koolstof komt door deze verbrandingsreactie weer in de lucht terecht in de vorm van anorganische koolstofdioxide. Organische stoffen die niet door de consument van de eerste orde wordt verbrand gebruikt de consument voor de opbouw van het lichaam.
Bij de consumenten van de eerste orde gaat ook organische koolstofverbindingen verloren. Niet alle organische stoffen kunnen worden verteerd. Denk aan vele taaie plantaardige vezels of de celwanden van de plantencellen. Deze onverteerbare organische koolstofverbindingen verlaten via de ontlasting het lichaam.
Deze organische onverteerbare koolstofverbindingen komen via de ontlasting terecht bij het compartiment van de reducenten. De reducenten, bacteriën en schimmels, zetten in een verbrandingsreactie alle organische stoffen van dode organismen om in koolstofdioxide. De reducenten worden bij hun functie wel geholpen door de vele ongewervelden die in de bodem leven. Zij malen grote stukken dood organisch materiaal tot kleine stukjes, waarna de reducenten deze stukjes volledig dissimileren tot koolstofdioxide.
Een video met uitleg over de bovenstaande illustratie is hieronder te bekijken. De video is geschikt voor zowel mavo als havo leerlingen.
Een uitleg over de bovenstaande BiNaS-afbeelding is hieronder te bekijken.