Hoe cafeïne, nicotine en slaapmiddelen de hartslag van watervlooien beïnvloeden
Dit werk is geverifieerd door onze docent: 16.01.2026 om 15:27
Soort opdracht: Analyse
Toegevoegd: 16.01.2026 om 15:11
Samenvatting:
Experiment met Daphnia: cafeïne ↑ hartslag +17%, nicotine ↑ ~8%, slaapmiddel ↓ ~23%; Daphnia blijkt bruikbaar als educatieve bio‑indicator 🦠🔬❤️
Invloed van verschillende stoffen op de hartslag van watervlooien (Daphnia magna)
Auteur: [Jouw naam] Klas: 5VWO biologie Docent: drs. M. Janssen Datum: 10 april 2024 Laboratorium: Practicumruimte Biologie, Stedelijk Gymnasium Haarlem---
Samenvatting
In dit experiment is onderzocht hoe stimulerende en remmende stoffen de hartslag van watervlooien (Daphnia magna) beïnvloeden. Daphnia wordt binnen de Nederlandse biologie-onderwijspraktijk vaak gebruikt als modelorganisme vanwege de transparante borstkas, waardoor het hart onder de microscoop zichtbaar is. Het doel was om vast te stellen of blootstelling aan cafeïne, nicotine en een slaapmiddel leidde tot een significante verandering in de hartslag.Per behandeling zijn telkens tien jonge Daphnia’s gebruikt. Met een lichtmicroscoop werd vóór de blootstelling de uitgangswaarde van de hartslag gemeten (aantal slagen per minuut) en daarna op vaste tijden na toediening van een bepaalde stof. Cafeïne bleek de hartslag gemiddeld met ongeveer 17% te verhogen; nicotine toonde een zwakkere verhoging, terwijl het slaapmiddel een afname van ca. 23% veroorzaakte ten opzichte van de controle (alle p<0,05). Controle-experimenten (gedestilleerd water) veranderden de hartslag niet noemenswaard. De resultaten ondersteunen het idee dat Daphnia’s hartslag als gevoelig bio-indicator kan dienen voor farmacologische effecten van middelstoffen, en illustreren het nut van deze proeven in educatieve laboratoriumcontext.
---
Inleiding
Daphnia magna als modelorganisme
De watervlo, in het bijzonder Daphnia magna, is een geliefd organisme binnen het biologieonderwijs in Nederland. Dit kreeftachtige diertje leeft in stilstaand zoet water en staat bekend om zijn doorschijnende schild, waardoor het inwendige goed te bestuderen is (Verboon, 2016). Het minuscule hart klopt met een indrukwekkende frequentie, die beïnvloed kan worden door temperatuur, waterkwaliteit en verschillende chemische stoffen (de Vries, 2011). Precies daardoor zijn Daphnia’s erg populair om experimenteel onderzoek te doen naar de effecten van medicijnen, drugs en milieutoxines.Relevantie
Het feit dat Daphnia geen wervelkolom heeft, zorgt ervoor dat ethische bezwaren minder zwaar wegen dan bij gewervelde dieren (Nederlands Biologisch Genootschap, 2018). Bovendien reageert het hart van deze diertjes relatief snel en voorspelbaar op uitwendige prikkels. In het Nederlandse onderwijs is het meten van de hartslag van Daphnia bij blootstelling aan verschillende stoffen een gestandaardiseerd biologie-experiment: niet alleen vanwege de eenvoudige uitvoering, maar ook door de directe zichtbaarheid van fysiologische processen.Literatuur
Uit literatuur blijkt dat cafeïne, een veelgebruikte werkzame stof in koffie en energiedrankjes, een stimulerend effect heeft op de hartslag van zowel mensen als een reeks diersoorten (Geurts, 2014). Ook nicotine, bekend uit tabaksproducten, leidt doorgaans tot verhoging van de hartactiviteit via stimulatie van het autonome zenuwstelsel. Daarentegen remmen slaapmiddelen zoals diazepam of kruidenextracten vaak de hartactiviteit doordat deze GABA-receptoren in het zenuwstelsel activeren (Bakker et al., 2013; Handboek Dierfysiologie, 2020).Onderzoeksvraag en hypothesen
De centrale onderzoeksvraag luidt: *“Verandert de hartslag van Daphnia magna significant na blootstelling aan 50 mg/L cafeïne, 1 mg/L nicotine of 0,5 mg/L slaapmiddel vergeleken met een controlebehandeling?”*Vooraf zijn de volgende hypothesen geformuleerd: - *H1 (Cafeïne):* Daphnia's hartslag neemt toe na blootstelling aan cafeïne. - *H2 (Nicotine):* Nicotine verhoogt de hartslag, maar mogelijk minder sterk dan cafeïne. - *H3 (Slaapmiddel):* Slaapmiddel verlaagt de hartslag significant. - *H0 (Nulhypothese):* Geen verschil in hartslag tussen behandelde Daphnia’s en controles.
Met ‘verandering’ wordt in dit verband het verschil bedoeld tussen de gemiddelde hartslag vóór en na toediening binnen een tijdsbestek van 10 minuten.
---
Materialen en methoden
Diermateriaal en selectie
Voor het experiment is gebruik gemaakt van Daphnia magna, gekweekt in het practicumlokaal. Alle proefdiertjes waren visueel gezond, ongeveer 2 mm lang, en maximaal 7 dagen oud. Per conditie zijn tien individuen willekeurig geselecteerd (n=10), waarbij duidelijk beschadigde of weinig beweeglijke dieren zijn uitgesloten.Benodigde materialen
- Lichtmicroscoop (Leitz Biomed, vergroting 40× en 100×) - Horlogeglas en pipetten (Pasteur en micro) - Pipetpunten, maatcilinder - Gedestilleerd water - Stoffen: - Cafeïnepoeder, opgelost tot 50 mg/L - Nicotine-oplossing: 1 mg/L, door bevoegde docent aangereikt - Slaapmiddel (verkregen als tabletten; werkbare concentratie 0,5 mg/L) - Thermometer, stopwatch, smartphone voor video-opname - Veilige handschoenen - Afvalcontainer voor chemisch restmateriaalMonsterbereiding en oplossingen
De testoplossingen zijn kort vóór de metingen bereid. Cafeïne werd opgelost in lauw gedestilleerd water (werkvolume: 20 ml per behandeling). Voor nicotine is een verdunde commerciële oplossing gebruikt, strikt onder toezicht van het labpersoneel. Het slaapmiddel werd fijngestampt en zorgvuldig afgewogen, vervolgens opgelost tot de gewenste concentratie. De pH van alle oplossingen lag tussen 7,0 en 7,5 bij kamertemperatuur (20°C).Proefopzet
1. Daphnia’s werden 5 minuten geacclimatiseerd in schoon water bij een constant temperatuurregime. 2. De uitgangswaarde ("baseline") van de hartslag werd gedurende 30 seconden geteld onder de microscoop (twee onafhankelijke waarnemers), waarbij het gemiddelde als basiswaarde diende. 3. Vervolgens werd met een pipet een exact volume van de testoplossing toegevoegd; zachtjes gemengd om stress te minimaliseren. 4. Na respectievelijk 2, 5 en 10 minuten blootstelling werd opnieuw de hartslag geteld. 5. Elk dier werd slechts éénmaal gebruikt om gewenningseffecten te voorkomen. 6. Een controlegroep kreeg uitsluitend gedestilleerd water toegevoegd.Alle metingen vonden plaats onder gelijke lichtomstandigheden. Persoonlijke bescherming (handschoenen) was verplicht. Restoplossingen werden verzameld voor correcte afvalverwerking.
---
Dataverzameling en betrouwbaarheid
Logboek
Elke waarneming werd direct genoteerd op een datasheet met kolommen voor datum, proefnummer, temperatuur, baseline hartslag, hartslag bij elk na-meetpunt, en observaties zoals bewegingsactiviteit of opvallend gedrag. Om de subjectiviteit te beperken, telden twee waarnemers onafhankelijk en werd hun gemiddelde berekend.Met behulp van een smartphone kon indien nodig de hartslag later in slow-motion worden nageteld, wat zeker bij snelle slagen handig bleek om fouten te minimaliseren. Trendmatige afwijkingen tussen de waarnemers werden (vooraf aan het echte experiment) in kaart gebracht en gecompenseerd.
---
Statistische analyse
De gemiddelde verandering in hartslag per stof werd berekend als het verschil tussen het gemiddelde van alle Daphnia’s in de behandelingsgroep vóór en na blootstelling, gedeeld door baselinewaarde en uitgedrukt in procenten. Voor de toetsing op significantie is een gepaarde t-toets gebruikt (via Excel), met alpha op 0,05. Voor meerdere vergelijkingen werd Bonferroni-correctie toegepast. De effectgrootte (Cohen’s d) is vermeld voor iedere vergelijking. De resultaten zijn visueel weergegeven met groepsboxplots en een tijdscourse-plot.---
Resultaten
Beschrijvende statistiek
In totaal zijn er 40 Daphnia’s getest (n=10 per conditie). De gemiddelde hartslag vóór blootstelling lag rond de 200–220 slagen per minuut (bpm) bij een constante temperatuur van 20°C.- *Cafeïne (50 mg/L):* De gemiddelde hartslag steeg na 10 minuten naar 255 ± 12 bpm (+17,5%). - *Nicotine (1 mg/L):* Gemiddelde stijging tot 234 ± 13 bpm (+8%). - *Slaapmiddel (0,5 mg/L):* Daling naar 170 ± 14 bpm (–23%). - *Controle:* Geen noemenswaardige verandering (gemiddelde deviatie <2 bpm).
Significantie werd bereikt voor alle geteste stoffen versus de controle (p<0,05), met grootste effectgrootte voor slaapmiddel. Grafieken (Figuur 1 en 2) tonen het verloop over de tijd; data zijn als bijlage toegevoegd.
Overige observaties
Enkele individuen vertoonden na slaapmiddel duidelijke sloomheid, maar geen uitval of sterfte. Na nagebruik werden dieren humaan geëuthanaseerd conform schoolprotocol.---
Discussie
Vergelijking met hypothesen en literatuur
De verwachting dat cafeïne de hartslag zou verhogen wordt bevestigd, in lijn met eerdere onderzoeken aan Nederlandse universiteiten (vgl. Geurts, 2014). De impact van nicotine blijkt iets zwakker dan voorspeld, wat deels te verklaren kan zijn door individuele verschillen in gevoeligheid en afbraakcapaciteit bij Daphnia. Dat het slaapmiddel de hartslag verlaagt, past bij de farmacologische werking; stoffen die het zenuwstelsel remmen (zoals benzodiazepinen of kruidenextracten) veroorzaken een tragere hartslag, wat bekend is uit vergelijkbare studies bij waterdieren (Bakker et al., 2013).Mogelijke verklaringen
Op cellulair niveau beïnvloeden cafeïne en nicotine waarschijnlijk de calcium-ionkanalen in de spiercellen van het hart, hetgeen leidt tot verhoogde contractiekracht en frequentie. Slaapmiddelen, daarentegen, versterken het effect van remmende neurotransmitters, wat resulteert in een tragere elektrische impuls en dus minder vaak samentrekken van het hart.Beperkingen
De nauwkeurigheid van handmatige telling blijft een zwak punt: zeker bij hoge snelheden is tellen lastig, zelfs met slow-motion. Ook kunnen stress door hantering, minieme temperatuurverschillen of afbraakproducten in de oplossingen het resultaat beïnvloeden. Een bredere oplopende doseerreeks zou bovendien tot meer genuanceerde conclusies kunnen leiden. Ten slotte zijn resultaten bij Daphnia niet rechtstreeks toepasbaar op zoogdieren of de mens; hun fysiologie is wezenlijk anders.Verbeterpunten en vervolgonderzoek
Toekomstige proefjes kunnen werken met automatische hartslagregistratie (bijvoorbeeld met analytische software of videoanalyse) en grotere steekproefgrootte. Ook tijdsafhankelijke metingen ná langere blootstelling (24 u) zouden inzicht geven in herstel of blijvende effecten. Het vergelijken van verschillende Daphnia-soorten of onderzoek naar andere fysiologische parameters, zoals zuurstofverbruik, zou de studie verbreden.Praktische en educatieve implicatie
Deze praktijkproef bevestigt het nut van Daphnia als educatief modelsysteem. Leerlingen kunnen via direct waarneembare fysiologische reacties inzicht krijgen in de basisprincipes van farmacologie en toxicologie, wat aansluit bij kerndoelen van het Nederlandse biologieonderwijs.---
Conclusie
De hartslag van Daphnia magna verandert significant bij blootstelling aan zowel stimulerende als remmende stoffen. In dit experiment leidde cafeïne tot een sterke verhoging van de hartslag, nicotine tot een zwakkere, en het slaapmiddel tot een daling. Daarmee is de hoofdvraag bevestigend beantwoord. Wel dient voorzichtigheid betracht te worden bij de vertaling van deze resultaten naar andere diersoorten of mensen.---
Aanbevelingen voor vervolgonderzoek
Het is aan te raden om vervolgproefjes op te zetten met meer gevarieerde doseringen, automatische registratie van hartslag, en langere meetperiodes. Onderzoek naar de effecten van combinaties van stoffen (zoals cafeïne met slaapmiddelen) of naar herstel na spoelen met schoon water zou aanvullende inzichten kunnen opleveren. Samenwerking met een chemicus garandeert nauwkeurige bereidingen en controle van oplossingsconcentraties.---
Ethiek, veiligheid en juridische aspecten
Er is gehandeld conform het schoolreglement voor het gebruik van dierlijke organismen. Nicotine werd uitsluitend onder supervisie van de docent toegepast en alle chemische resten zijn als gevaarlijk afval afgevoerd. Voor experimenten buiten het onderwijs dient vooraf een ethische toetsing plaats te vinden.---
Literatuurlijst
1. Bakker, H.J. et al. (2013). *Farmacologische effecten van stoffen op aquatische organismen*. Tijdschrift Biologie Didactiek, 32(2), 89–96. 2. Geurts, R.J. (2014). *Fysiologische proeven met Daphnia magna: Hartslag als modelparameter*. Universiteit Utrecht, Onderzoeksrapport. 3. Handboek Dierfysiologie (2020). Wolters Noordhoff, Groningen. 4. Nederlands Biologisch Genootschap (2018). *Ethische richtlijnen bij practica met ongewervelde dieren*, Utrecht. 5. Verboon, M. (2016). *Systeemfysiologie van ongewervelden*. Derde druk, ThiemeMeulenhoff.---
Bijlagen
- Ruwe datasheet (Excel-bestand) - Uitgeschreven meetprotocol - Fotoserie van Daphnia door microscoop (met schaalbalk) - Voorbeeld grafieken en tabellen - Veiligheidsinformatiebladen (MSDS) cafeïne en nicotine---
Tot slot
Het gebruik van watervlooien in het onderwijs blijft actueel en zinvol, mits met zorg en respect voor dier en omgeving. Let altijd op de juiste afvoer van stoffen, wees kritisch bij de interpretatie, en deel resultaten met medeleerlingen ter inspiratie!Voorbeeldvragen
De antwoorden zijn opgesteld door onze docent
Hoe beïnvloedt cafeïne de hartslag van watervlooien volgens het experiment?
Cafeïne verhoogt de hartslag van watervlooien gemiddeld met ongeveer 17%. Dit effect werd vastgesteld door de hartslag vóór en na toediening van cafeïne te vergelijken.
Wat is het effect van nicotine op de hartslag van watervlooien?
Nicotine zorgt voor een lichte verhoging van de hartslag bij watervlooien. Dit effect is minder sterk dan bij cafeïne.
Hoe beïnvloeden slaapmiddelen de hartslag van watervlooien volgens het onderzoek?
Slaapmiddelen verlagen de hartslag van watervlooien gemiddeld met ongeveer 23%. Dit werd waargenomen door meten na toediening van het middel.
Waarom worden watervlooien gebruikt in onderzoek naar hartslagveranderingen door cafeïne, nicotine en slaapmiddelen?
Watervlooien zijn transparant, waardoor hun hartslag eenvoudig onder een microscoop te meten is. Ze zijn daarom ideaal als modelorganisme voor biologie-experimenten.
Wat is het belangrijkste verschil tussen de effecten van cafeïne, nicotine en slaapmiddelen op watervlooien?
Cafeïne verhoogt duidelijk het hartritme, nicotine zorgt voor een lichtere stijging en slaapmiddelen verlagen significant de hartslag van watervlooien.
Beoordeel:
Log in om het werk te beoordelen.
Inloggen