Diatomeeën

• Natuur, Leven en Technologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Diatomeeën

Diatomeeën

Diatomeeën

Inleiding

• Microscopische kleine, drijvende of immobiele plantjes
• Een van de belangrijkste groepen
• Basis van de mariene voedselketen
• Beïnvloeden verschillende processen op aarde
• Diatomeeën belangrijke rol silicakringloop
• Celwand verstevigd met silica

Fytoplankton

= in het water zwevend microscopisch klein, plantaardig materiaal.

• Basis van mariene voedselketen
• Zet m.b.v. fotosynthese, kooldioxide om in organisch materiaal
• Belangrijke voedselbron voor allerlei organismen (zoöplankton, bodemdieren)

-> deze organismen vormen weer belangrijke voedselbron voor vissen, zeehonden en walvissen.

• Verschillende typen fytoplankton:
  

1. Dinoflagellaten

2. Coccolithoforen

3. Diatomeeën -> een van de belangrijkste groepen

Diatomeeën

• Maken in grote aantallen schaaltjes van silica
• Gebruiken zonlicht en anorganische stoffen als energiebron om organisch materiaal te maken.

= Primaire productie 

• Meestal eencellig, kunnen in kolonies leven, zowel in zoet als zout water
• Twee orden (pennate en centrische)
• Unieke celwand van silica -> frustule

Frustules

• Uiteenlopende vormen
• Twee halve schaaltjes (deksel en potje)
• Epitheca (dekseltje) en hypotheca (potje)
• Elke 'theca' bestaat uit schaaltje en gordelbanden (schaaltjes goed afsluiten)
• In de cel cytosol met daaromheen een membraan 

Bouwen van frustules

• Onderdeel geslachtloze voortplanting
• Verschillende stappen:

1. Vorming twee blaasjes, waarin silica wordt geconcentreerd.
2. Blaasjes groeien uit tot twee nieuwe schaaltjes. 

• Diatomeeën steeds kleiner, omdat twee schaaltjes binnenin de diatomee moeten passen

Hoe voorkomen de diatomeeën dat ze steeds kleiner worden?

1. Ze kunnen het niet voorkomen
2. Ze planten zich af en toe geslachtelijk voort
3. De frustule zoekt een nieuw 'potje'
4. De frustule zoekt een nieuw 'dekseltje'

Bouwen van frustules

• Cel tot normaal formaat hersteld

3. Exocytose = proces waarbij de cel de nieuwe schaaltjes naar het milieu buiten de cel afscheidt

4. Twee nageslachtcellen worden van elkaar gesplitst

• Ontstaan 2 nieuwe cellen (nieuw schaaltje en schaaltje van ouder-cel)

5. Nieuwe silica-blaasjes gevormd, waaruit nieuwe gordelbanden gevormd worden.

6. DNA verdubbeld (nieuwe diatomee af)

Wanneer zijn de diatomeeën ontstaan?

1. Perm
2. Jura
3. Weet de wetenschap niet precies
4. Trias

Opkomst diatomeeën

• Geen bewijs voor wanneer diatomeeën ontstonden
• Perm/ trias -> schatting ontstaan diatomeeën
• Jura -> oudste fossielen gevonden van diatomeeën
• Mesozoïcum -> alle drie soorten plankton namen in aantal toe
• Cenozoïcum -> alleen diatomeeën namen toe (dominant) 

Succes fytoplankton verklaring 1: opbreken supercontinent pangea

• Leefomgeving fytoplankton: kust en ondiepe zeeën 

Succes fytoplankton verklaring 2: verandering zuurstofconcentratie in de oceanen

• Toen aarde ontstond was deze zuurstofloos
  
• 2,5 miljard jaar geleden (proterozoïcum) werd de aarde zuurstofrijker -> fotosynthese
• Mesozoïcum: oceanen gingen van zuurstofloos naar zuurstofrijk 

• Ventilatie van de waterkolom: water stroomt van ondiep naar diep
• De 3 overheersende groepen fytoplankton bevatten grote hoeveelheden cadmium, koper, molybdeen, zink en nitraat. Die spoorelementen zijn beschikbaar bij zuurstofrijk zeewater.
• Spoorelementen = elementen waarvan organismen kleine beetjes gebruiken als voedingsstof

Succes fytoplankton verklaring 3: ontwikkeling verharde celwand

• Fytoplankton ontwikkelde met hun harde schaaltjes voordeel t.o.v. andere organismen
  
• Nu kunnen schaaltjes van fytoplankton wel worden opgegeten, door evolutie van de jagers 

Het Cenozoïcum

• Veel plant- en diersoorten stierven uit door de inslag van een meteoriet
• Diatomeeën werden succesvol
• Zeespiegel daalde dus leefruimte fytoplankton nam af
• Twee grote pulsen in de toename:

1. Op de Eoceen-Oligoceen grens (34 Ma)
2. Tijdens het Midden- en Laat-Mioceen (16-5,3 Ma) 

Verklaring 1

• Vacuoles: kleine ruimtes waar voedingsstoffen kunnen worden opgeslagen
• Diatomeeën kunnen voorraad aanleggen wat concurrentie niet kan
• Fotonische zone: bovenste laag water waar zonlicht doordringt en fotosynthese plaatsvindt
• Voedingsstoffen werden in pulsen aangevoerd tijdens Cenozoicum

Verklaring 2

• Afname CO2 concentratie door verwering van vers gesteente en afname vulkanisme
• Lagere watertemperatuur op de zeebodem
• Koud dieptewater werd gevormd
• Gelaagdheid in de watertemperaturen van de oceaan 

Verklaring 3

• Het Cenozoïcum werd gekenmerkt door gebergtevorming en regressie
• Er vond veel verwering plaats
• Verwering zorgt voor een stroom silica naar de oceanen
• Groei en voorplanting van diatomeeën werden bevorderd 

Verklaring 4

• Evolutie van grassen en paarden werkt als versnelling voor het verweren van gesteente
• Diatomeeën namen enorm toe in periode dat de graslanden uitbreidden
• Grassen zijn belangrijke oorzaak voor uitbreiding van diatomeeën 

Huiswerk

Maak de volgende opgaven voor de volgende les:

• 4-3
• 4-4
• 4-7
• 4-10
• 4-12

Invloed van diatomeeën op CO2 en silicakringloop

• Zorgen voor 40% van productie van organisch materiaal
• Diatomeeën spelen een rol in transporteren van organisch materiaal en circuleren van voedingsstoffen
• Voedingsstoffen als stikstof worden door verticale migratie van diatomeeën verplaatst naar andere dieptes 

Koolstofpomp

• Koolstof kringloop bestaat uit 2 delen:

1. Snelle, actieve kringloop (jaren)
2. Trage kringloop (miljoenen jaren)

   -> Alle biologische processen die zorgen voor dat organisch koolstof van oppervlak naar diepzee wordt gebracht

• Koolstof dat begraven is in sediment verdwijnt uit kringloop tot gesteente aan oppervlakte komt door platentektoniek -> verwering
• CO2 wordt dus ook begraven -> minder fotosynthese -> heeft invloed op concentratie CO2 in de oceaan en atmosfeer
• Biologische koolstofpomp veel sneller dan gesteente kringloop

Anorganisch koolstof

• Vormen van koolstof opgelost in water, door omzetting gevormd en dus niet door organismen geproduceerd

4 soorten in oceaan water:

1. CO₂, koolstofdioxide
2. CO3^2- , carbonaat 
3. HCO₃^- , bicarbonaat
4. H₂CO₃ , koolzuur

Dissolved inorganic carbon (DIC)

• Totale hoeveelheid opgelost anorganisch koolstof in oceanen
• Berekenen door:

CO₂ + CO₃ ^2- + HCO₃ ^-

Silicakringloop

• Veel diatomeeën -> minder CO₂ in oceanen -> minder pCO₂ in de atmosfeer -> gunstig voor C4 planten
• Grassen zorgen voor meer silica voor diatomeeën -> die leggen meer koolstof vast                      -> grassen profiteren want doen het goed met lage CO₂ concentratie
• Oceaanverzuring -> minder kalkskelet bouwende organismen in combinatie met verwering   -> neutralisatie van CO₂ die mensen de atmosfeer in brengen