Cichlidenkwekers

Voor de Aquarium liefhebbers en hobbykwekers van Cichliden.

Biologische afbraakprocessen

Inleiding

biologischDe bedoeling is een inzicht te krijgen in wat er zoal gebeurt met de voedselresten, de uitwerpselen van onze vissen en al het andere afgestorven organisch materiaal dat zich in het aquarium bevindt.
Omdat het een ingewikkeld biochemisch proces betreft, zal bij de meeste mensen de maag al keren bij het lezen van de titel.
Daarom zal hier getracht worden om, zowel op een verstaanbare manier als op een meer diepgaande basis, de deur tot deze toch wel boeiende wereld een beetje te openen.
Het is namelijk niet zozeer voor uzelf maar voor de welstand van uw vissen en planten van groot belang dat de kwaliteit van het water waarin zij leven optimaal is.
Omdat zij daarvoor van hun verzorger afhankelijk zijn, kan het hen alleen maar ten goede komen, als u begrijpt wat zich in hun leefmilieu afspeelt.
Het is onmogelijk om deze afbraakprocessen te bespreken zonder de scheikundige toer op te gaan, maar ik zal trachten dit (logischerwijs) moeilijke probleem te omzeilen door op een zo eenvoudig mogelijke manier enkel de meest belangrijke stappen te omschrijven.
Er bestaat geen wezenlijk verschil tussen de afbraak in zeewater of zoetwater, zodat het voor iedereen als leidraad kan dienen.

Bronnen van organische verontreiniging

Met bronnen van organische verontreiniging of afvalstoffen van organische oorsprong worden alle stoffen bedoeld die afkomstig zijn van dode of afstervende organismen.
Deze organismen zijn hoofdzakelijk uit de chemische bestanddelen koolstof (C), zuurstof(O) en waterstof(H) opgebouwd.
Voedselresten, uitwerpselen van vissen en lagere dieren, afstervende planten, dode vissen en niet te vergeten afstervende bacteriën, vormen de voornaamste bronnen.
Een ding hebben al deze bronnen gemeen in hun opbouw: ze bevatten allemaal koolhydraten, eiwitten en vetten (in verschillende verhoudingen naargelang de soort).
Het zijn deze drie factoren die de organische verontreiniging van het water in hoofdzaak zullen bepalen.
Mochten deze stoffen onveranderd in het water blijven bestaan, dan zou dit al snel giftig worden voor onze dieren.
Gelukkig bestaan er een groot aantal verschillende soorten bacteriën die deze stoffen afbreken tot minder schadelijke stoffen.
In de natuur zullen deze dan dienen als voedingsstoffen voor de planten en krijgt men het zogenaamde “biologisch evenwicht”.
Het is echter een utopie te denken dat in een aquarium dit biologisch evenwicht kan bereikt worden, daarvoor is deze veel te klein.
We moeten er dus ook rekening mee houden dat de restanten van de afbraak zich in het aquarium zullen opstapelen.

Wat zijn koolhydraten, eiwitten en vetten?

Deze beschrijving heeft niet tot doel een volledig overzicht te geven van al de voorkomende verbindingen, maar enkel een inzicht te krijgen in wat deze stoffen zoal betekenen in de natuur en dan vooral in ons aquarium.
Voor gedetailleerde informatie raadpleegt men best de speciale literatuur.

Koolhydraten

Koolhydraten vormen een grote groep organische verbindingen die leveranciers zijn van de voor het leven benodigde energie en als zodanig het belangrijkste voedingsbestanddeel vormen van vele dieren en mensen.
In planten worden zij gevormd door de fotosynthese uit koolstofdioxide(CO2) en water (H2O).
In andere organismen ontstaan zij uit wat complexere koolstofverbindingen.
Het zijn min of meer lange atoomketens met een algemene formule. Enkele gekende koolhydraten zijn zetmeel, druivensuiker en glucose.

Vetten

Vetten zijn verbindingen die zowel in het dieren- als het plantenrijk veel voorkomen.
Zij zijn onoplosbaar in water.
Hun naam duidt op zalfachtige tot harde substanties die vetzuren bevatten.
De gewone vetten zijn opgebouwd uit koolstof(C), waterstof(H) en zuurstof(O).
Enkele speciale vetten bevatten ook stikstof(N), fosfor(P) en zwavel(S), maar deze zijn hier van minder belang.
Vetten komen in de natuur vooral voor als opslagvorm van chemische energie, maar zij maken ook een groot deel uit van de celmembranen van dieren en planten.

Eiwitten

Eiwitten zijn voor de aquariaan wel de belangrijkste bron van verontreiniging van het water, omdat zij het element stikstof(N) in relatief grote hoeveelheden bevatten.
De eiwitten of proteïnen vormen in de natuur een zeer grote groep (honderdduizend verschillende) van lange (hoogmoleculaire) verbindingen, met sterk uiteenlopende eigenschappen, die betrokken zijn bij alle belangrijke processen in de levende natuur.
Waarom dat zo is, is hier niet belangrijk; wel belangrijk is het feit dat zij zijn opgebouwd uit ongeveer twintig soorten aminozuren en het zijn juist deze aminozuren die het element stikstof bevatten.
Bij de spijsvertering worden de eiwitten terug afgebroken in aminozuren en deze worden dan door mens en dier gedeeltelijk terug gebruikt voor de opbouw van de eigen eiwitten.

Wat gebeurt er met deze stoffen?

Als zij opgegeten worden

Het overgrote deel van het voedsel bestaat dus uit deze drie groepen van voedingsbestanddelen.
Afhankelijk van de aard van het voedsel zullen de verhoudingen wel verschillen, maar dat heeft hier weinig belang.
Via de verteringsprocessen, die we hier niet zullen bespreken, zetten de vissen (of lagere dieren) deze stoffen geheel of gedeeltelijk om in afvalstoffen.
De koolhydraten en vetten, die (bijna) volledig uit koolstof, zuurstof en waterstof bestaan, zullen voornamelijk omgezet worden in CO2 en H2O.
Deze stoffen zullen hoofdzakelijk langs de kieuwen de vis verlaten.
In een aquarium met een goede oppervlaktebeweging (doorluchtig), zal de C02 verwijderd worden aan het wateroppervlak en zal de waterkwaliteit dus niet merkelijk beïnvloeden.
Anders is het gesteld met de eiwitten die door onze vissen verorberd worden, zij bevatten namelijk de stikstof.
De eiwitten komen in het spijsverteringsstelsel van de vissen, maar de vertering is een relatief traag proces bij koudbloedige dieren.
Door allerlei redenen zal een groot deel ervan helemaal niet verteren.
Enkele van deze redenen zijn overvoedering (niet steeds uw schuld maar ook te wijten aan de “voederjaloezie” – zien eten doet eten – tussen de vissen onderling), het minder actief zijn van de vissen in een aquarium (vb. door het ontbreken van vijanden waarvoor zij moeten vluchten) en het niet de hele dag door voedsel moeten zoeken (waardoor zij steeds slechts kleine hoeveelheden voedsel tot zich kunnen nemen).
Door het trage spijsverteringssysteem zullen de nieuwe voedselhoeveelheden de nog niet verteerde uit het maagdarmkanaal duwen.
De vis zal dus onverteerde eiwitten terug uitscheiden.
De eiwitten die wel verteren zullen spijtig genoeg niet afgebroken worden tot stikstofgas(N2), dat dan aan het watervlak kon ontsnappen, maar er zullen zich een hoop verschillende chemische stoffen vormen.
De uitscheiding van deze stoffen gebeurt hoofdzakelijk via de kieuwen van de vis.
Het is dus duidelijk dat alle dieren in het aquarium samen een relatief grote hoeveelheid stikstofverbindingen uitscheiden, en deze verbindingen moeten daarna in het aquarium of de filter verder afgebroken worden.
Hoe dit verloopt zien we verder.

Als zij vergaan in het aquarium

Wanneer dode of afstervende organismen niet opgegeten worden, zullen we dus enkel koolhydraten, eiwitten en vetten in het water krijgen.
Dit wil echter niet zeggen dat zij niet zullen “verteren”.
In het water leven nog miljoenen al dan niet kleinere diertjes, gaande van wormpjes en slakken tot bacteriën.
Deze diertjes zullen ook deelnemen aan de omzetting van deze stoffen zodat we eigenlijk terug op het voorgaande deel beland zijn.

De verdere afbraak van deze stoffen onder normale omstandigheden.

Onder normale omstandigheden verstaan we hier dat het water voldoende zuurstof bevat, zodat de aërobe bacteriën in gunstige levensomstandigheden kunnen functioneren.
Enkel zo zullen we een optimale afbraak van de afvalstoffen kunnen krijgen.
Om 1 gram eiwit volledig af te breken is bijna de dubbele hoeveelheid, 2 gram, zuurstof nodig.
Dit is enkel mogelijk bij een goede watercirculatie en een zo groot mogelijk contactoppervlak tussen lucht en water.
Door te werken met een voldoende grote circulatiepomp (debiet: minimum 1 maal de aquarium inhoud per uur) en een goede doorluchtig met behulp van een zuurstofsteen om het wateroppervlak in beweging te brengen, zal dit normaal geen problemen geven.
Er zullen echter steeds plaatsen zijn waar men het water niet of onvoldoende in beweging kan krijgen, zoals bijvoorbeeld in de bodemgrond en tussen steenmassa’s.
Daarom zou men er tijdens de inrichting reeds rekening moeten mee houden deze plaatsen tot een minimum te herleiden.

Afbraak van eiwitten

De eiwitten die in het water terechtkomen zullen door 3 soorten bacteriën (Bacterium coli, Bacterium proteus en Bacterium subtilis) afgebroken worden tot aminozuren. Deze bacteriën scheiden als bijproduct echter een kleine hoeveelheid zogenaamd bacteriegif uit. Dit kan soms aanleiding geven tot problemen, namelijk wanneer er door een of andere omstandigheid plots een grote hoeveelheid eiwitten in het aquarium komt. Een reden hiervoor kan een dode vis zijn, die in een hoekje ligt te rotten. Hierdoor kan het voorkomen dat deze bacteriën zich explosief gaan vermenigvuldigen en dus ook de uitscheiding van de giffen gaat toenemen, waardoor de vissen kunnen sterven. Onder normale omstandigheden is de hoeveelheid bacteriegif in het aquarium zeer gering en zal dit ook snel genoeg afgebroken worden, zodat we er geen problemen mee krijgen. In overbevolkte aquaria echter zal er steeds een iets hogere concentratie zijn die de vissen kan verzwakken, waardoor ze gevoelig zullen worden voor ziekten. Wanneer we ervoor zorgen niet te overvoedden, regelmatig controleren op sterfte en het aquarium niet overbevolking, moeten we ons op dit punt eigenlijk weinig zorgen maken. We kunnen er dan ook van uitgaan dat de enige afbraakproducten van eiwitten de aminozuren zijn.

Afbraak van aminozuren

De 20 verschillende aminozuren worden eigenlijk allemaal op een verschillende manier afgebroken.
We bekijken de grote groepen apart.

Eerst zijn er de gewone of alifatische aminozuren.
Zij bevatten buiten stikstof enkel koolstof en waterstof en dan nog in de vorm van een keten.
Deze aminozuren hebben eigenlijk geen invloed op de waterkwaliteit en zijn ook niet giftig.
Zij worden door bacteriën afgebroken tot aminen die soms aanleiding geven tot de reuk van uien of rijp fruit boven het aquarium, omdat zij deels vervluchtigen.
Wanneer men dit echter ruikt, is dat een teken dat er een schakel in de afbraakketen ontbreekt, namelijk de bacterien die deze aminen verder omzetten in ammoniak(NH3).
Daarmee is dan het eindprodukt van de alifatische aminozuren reeds genoemd, namelijk ammoniak.

Een tweede groep bevat de zwavelhoudende aminozuren. Wanneer deze in een te grote hoeveelheid in het water voorkomen, kan men problemen krijgen met de zuurstofopname van dit water.
Er zal dan veel minder zuurstof in het water oplossen, zodat de vissen zelfs ademhalingsmoeilijkheden kunnen krijgen.
De plantengroei zal achteruit gaan en het afbraakproces van de afvalstoffen zal niet meer optimaal kunnen gebeuren.
Op sommige plaatsen komt dit zelfs regelmatig voor in het aquarium.
Een voorbeeld hiervan zijn de zwarte plekken in een te dikke bodem.
Zij ontstaan doordat er in die bodems een zuurstofarme plaats ontstaat, waardoor bepaalde bacteriën de zwavelhoudende aminozuren omzetten in waterstofsulfide(H2S).
Dit is sterk giftig en vormt met het aanwezige ijzer een zwarte verbinding: ijzersulfide(FeS).
Wanneer men in deze bodem roert, ruikt men rotte eieren en dit is de typische geur van H2S.
Onder normale omstandigheden zullen de zwavelhoudende aminozuren echter ook afgebroken worden tot aminen en verder tot ammoniak(NH3).
Het resterende zwavelwaterstof is in een aëroob milieu niet bestendig en wordt, hetzij chemisch hetzij door bacteriën en schimmels, geoxideerd tot ongevaarlijk sulfaat(SO42-).
Zolang er dus niet echt sprake is van een overaanbod of zuurstofgebrek, moeten we ons dus niet echt zorgen maken over deze groep.

Tenslotte is er nog de groep van de aromatische aminozuren.
Deze worden gemakkelijk door bacteriën geoxideerd tot aminen en verder tot ammoniak(NH3).
Bij deze oxidatie ontstaan echter bijproducten, namelijk fenolen en kresolen.
Zij worden wel gemakkelijk verder geoxideerd tot melamine-achtige kleurstoffen, die het water geel kleuren.
De fenolen zijn reeds in kleine hoeveelheden zeer giftig voor de vissen.

Daarom is het weer belangrijk dat het water voldoende zuurstof bevat, zodat zij tot kleurstoffen kunnen oxideren.
Deze kleurstoffen kunnen echter niet verder door bacteriën afgebroken worden en zullen zich opstapelen, indien we ze niet verwijderen.
Er zijn twee methoden om dit te doen, namelijk filteren over actieve kool of water verversen.

Het is best belangrijk dat u weet wat uw vissen aan afval stoffen kan produceren.

 
Reacties

Nog geen reacties beschikbaar.

Plaats een reactie