Ecosysteemdiensten 3: Leven in zee stelt hoge eisen

Op het land bepalen vooral de beschikbaarheid van water, de omgevingstemperatuur en, voor planten, de lichtinval waar een dier of plant goed kan gedijen. Maar hoe zit dat voor waterdieren?

 

 

Temperatuur is vooral van belang omdat het leven wordt aangestuurd door tal van enzymen. De biochemische reacties waarop hun werking gebaseerd is, zijn evolutief zo afgesteld dat ze reeds actief zijn bij lage temperaturen (sommige bacteriën leven zelfs bij temperaturen onder het vriespunt), maar tegelijkertijd is de werking van die enzymen sterk afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Zo kan een opwarming van 3°C het metabolisme van een cel al dubbel zo snel laten draaien.

Op het land fluctueert de temperatuur van de omgeving zeer sterk, afhankelijk van het moment van de dag, van het seizoen en van de plaats waar men zich bevindt. In zee zijn die fluctuaties een pak kleiner. Anderzijds is het behoud van een voldoende hoge lichaamstemperatuur voor waterdieren een grotere uitdaging dan voor de dieren op het land. Water heeft immers een grotere warmtecapaciteit dan, bijvoorbeeld, lucht: om water een graad op te warmen, is er veel meer energie nodig. Vermits de dichtheid van lucht 800 keer lager is dan die van water, is het verkoelend of verwarmend effect van de lucht ook veel minder sterk dan in het water. Als een dier in zee een bepaalde lichaamstemperatuur wil bereiken of behouden, zeker als die lichtjes hoger is dan die van het water (zoals walvissen, dolfijnen, tonijnen en zwaardvissen beogen), vereist dit veel energie, veel meer dan voor een dier op het land. De warmbloedige dolfijnen en walvissen leven wel in de zee maar halen hun zuurstof niet uit het water (waardoor er minder warmteuitwisseling optreedt tussen het koudere water en het warmere dier). Koudbloedige dieren kunnen energie sparen door stil te blijven zitten.

Ook het vinden van voldoende water is een uitdaging voor een zeedier. Het water is er wel, maar door het hoge zoutgehalte is het vaak niet (onmiddellijk) bruikbaar voor een levend wezen, of moet dat levend wezen zich aanpassen aan de grote hoeveelheden zout in zijn omgeving. Rivieren en beken op het land bevatten heel weinig zout. Doorheen de mondingen van die rivieren in zee verandert het zoutgehalte van het water echter geleidelijk aan van zoet naar zout water (3,5% w/v). Zout water heeft een hogere dichtheid dan zoet water en heeft dus meer opwaartse stuwkracht dan zoet water. Een volwassene van 80 kg weegt 2-3 kg minder in zout water, oftewel 3.5%. In zeewater verandert dus ons drijfvermogen.

 

Wanneer twee zoutoplossingen in water (met een verschillende zoutconcentratie) van mekaar worden gescheiden door een selectief permeabele afscheiding (een afscheiding waar het zout niet en het water wel kan doordringen), dan dringt het water door die afscheiding naar het deel met de hoogste zoutconcentratie. Dit verschijnsel heet osmose. Heel wat biologisch belangrijke structuren zijn selectief permeabel zoals de membranen rond onze cellen, of onze huid, bijvoorbeeld. Daarom is osmose een belangrijk fenomeen dat levende wezens helpt om hun watergehalte op peil te houden.

 

Daarnaast is er het fenomeen van osmose. Zeevissen leven in water dat zouter is dan hun eigen lichaamsvocht. Het zoute water onttrekt continu water aan de vis via de kieuwen en de huid. Zeevissen moeten daarom continu water drinken en zo weinig mogelijk urine uitscheiden om dit verlies aan water te compenseren. Daardoor krijgen ze echter wel veel zout binnen, wat de dieren dan weer uitscheiden via de kieuwen en in het beetje sterk geconcentreerde urine dat ze produceren. Bij zoetwatervissen werkt osmose juist andersom: omdat hun bloed zouter is dan het omringende zoete water, krijgen zij permanent water binnen via hun kieuwen en hun huid. Zoetwatervissen scheiden dus continu verdunde urine uit om dit teveel aan water weer kwijt te raken. Daarnaast nemen zij actief zout op via de kieuwen, omdat ze extra zout nodig hebben om hun cellen goed te laten werken.

 

Zeevissen en zoetwatervissen hebben elk hun eigen manier om met het zoutgehalte van hun omgeving om te gaan.
Makreel: Kingsley, J. S. (1904) Elements of comparative zoology, New York, H. Holt and Company, Publiek domein.
Baars: Pond, F.E. (1922) Fishcraft, a treatise on fresh water fish and fishing, Cincinnati, Sportsman's digest. :Publiek domein.

 

In licht tot matig brak water kunnen veel zoetwatervissen toch nog goed overleven, al kan de ene soort daarbij een wat hoger zoutgehalte verdragen dan de ander. Zoetwatervissen planten zich echter wel enkel voort in zoet en licht brak water, want een hoger zoutgehalte overleven hun eieren en larven niet. In sterk brak water treffen we nagenoeg geen zoetwatervissen meer aan. Slechts enkele planten (mangroven) en enkele dieren (paling, zalm) kunnen de overgang maken van zoet naar zout water. Ook trekvissoorten als de bot, de driedoornige stekelbaars en de fint kunnen zowel in zout als zoet water leven. Daarbij schakelen ze hun “water- en zouthuishouding” om van die van een zeevis naar die van een zoetwatervis, en omgekeerd. Dit kost echter tijd, en een zeer snelle verandering van het zoutgehalte is meestal dodelijk voor vissen. Om deze gewenning aan verschillende zoutgehalten mogelijk te maken, is een brakke overgangszone aan de kust belangrijk voor vissen die van zee de rivieren op willen zwemmen of voor vissen die naar zee willen, waar de dieren zich rustig kunnen aanpassen aan hun nieuwe leefomstandigheden.

En dan is er nog het licht. Op het land zien we niet meteen grote veranderingen in de intensiteit van het invallende zonlicht (zij het dan dat op grotere hoogten het percentage UV-licht groter is dan op zeeniveau). Wie naar de bodem van de zee zwemt, ziet echter zowel de intensiteit van het licht (de lichtsterkte) als het spectrum van het invallende licht (de samenstelling van het licht) veranderen. Eerst verdwijnt het infrarode en het UV-licht, dan het rode licht, het gele, het groene en finaal het blauwe. Vanaf 600-800 m diepte is zelfs het helderste water volledig donker. Daarenboven speelt ook de kwaliteit van het water een rol, bv. de aanwezigheid van opgeloste zouten, modderpartikels en plankton, die bepaalde kleuren licht uit het water filteren.

 

Ter herinnering: het spectrum van de elektromagnetische golven.
Zichtbaar licht: 400 nm tot 700 nm (van violet naar rood)
Nabije infrarood: 700 nm tot 1300 nm
Midden-infrarood: 1300 nm tot 2500 nm

 

Hoe dieper het licht doordringt in het water, hoe meer kleuren er uit het lichtspectrum verdwijnen.

 

Waar zeeleven en leven op het land echt van mekaar in verschillen, is de aanwezigheid van waterstromen en golven. Golven hebben een grotere impact dan de wind op het land, en bepalen sterk mee wat er waar leeft en groeit. Ze kunnen op drie manieren ontstaan: door de wind, door de getijden en door de wereldwijde stromingen.

Wind is de drijvende kracht achter het ontstaan van waterstromingen, vooral dan aan de kust. Deze stromingen scheiden zandkorrels en keien van mekaar zodat er plaatsen ontstaan zoals zandbanken en keienstranden. Ook kan de wind ervoor zorgen dat organismen in de intertidale zones sneller uitdrogen. Aan het oppervlak van de zee zorgt de wind voor het ontstaan van golfslag. Dieper naar beneden heeft de wind nog zeer weinig invloed.

Getijden leiden tot stromingen van 0,5-5 km/u. Ze veranderen vier keer per dag van richting en mixen water uit verschillende bronnen (en dus met verschillende temperatuur, saliniteit en nutriëntencompositie). Ze spreiden fytoplankton en zoöplankton uiteen over een groter gebied en zijn daarom belangrijk voor de voedselvoorziening van dieren die dit plankton uit het water filteren (zoals mosselen en oesters). De getijden worden zelf veroorzaakt door de aantrekkingskracht van de maan op het water. Er bestaat tussen de aarde en de maan een wederzijdse aantrekkingskracht. Deze kracht is er verantwoordelijk voor dat de maan in een ellipsvormige baan om de aarde beweegt, maar zorgt er tegelijk voor dat op de aarde het water naar de maan wordt getrokken

De globale zeestromingen zijn vooral van belang bij het transporteren van warm water van de tropen naar de polen en koud water in omgekeerde richting. Ze bepalen sterk het klimaat in de verschillende regio’s op aarde. Vergelijk maar eens een winter in Spanje en een in New York, beide op dezelfde breedtegraad. Spanje heeft een zacht Mediterraan klimaat, mede dankzij de warme Golfstroom (die ook door de Noordzee passeert); New York ligt langs een koude stroom die ontstaat aan de Noordpool, wat zorgt voor een veel sterkere afkoeling.

 

Wereldwijde zeestromingen

 

Deze blogpost is een aanvulling op Elementair, onze podcast over wetenschap, hier te vinden op Spotify.

Deze podcast wordt gesteund door het Fonds Ernest Solvay via de Koning Boudewijnstichting

 

 

Geplaatst door Geert op 08/12/2019 om 14:50