THEORETISCHE ACHTERGROND VOOR LERAREN Basis van het leven Gekaderd binnen het leerplan Aardrijkskunde-Natuurwetenschappen 3 e graad BRUSSEL D/2017/13.758/009 September 2017 Bijscholing SLO Natuurwetenschappen (optie biologie) 2 mei 2018 KU Leuven 1
Basis van het leven INHOUDSTAFEL INLEIDING Basis van het leven 1. Onstaan van de biosfeer 2. Kenmerken van het leven 2.1 De cel 2.2 Het erfelijk materiaal 2.3 Expressie van het erfelijk materiaal 3. Ontwikkeling van het leven 3.1 Celdeling 3.1.1. Mitose 3.1.2 Meiose 4. Verscheidenheid van het leven 5. Logische lesopbouw 2
INLEIDING Deze lerarenhandleiding heeft tot doel leraren die het vak aardrijkskunde-natuurwetenschappen in het TSO of KSO onderwijzen extra ondersteuning te bieden binnen enkele biologische thema s. Het specifieke leerplan omvat drie grote thema s. Het portret van de aarde, het ontstaan en evolutie van het ecosysteem aarde en de ontwrichting van het ecosysteem aarde met mogelijke oplossingen. Binnen deze inhoud is het oa. de bedoeling dat er specifieke doelstellingen van het vak biologie gehaald worden. Binnen het thema ontstaan en evolutie van het ecosysteem aarde wordt het ontstaan van de geosfeer, de atmosfeer, de hydrosfeer en de biosfeer behandeld. In deze lerarenhandleiding wordt binnen dit thema dieper ingegaan op het ontstaan van de biosfeer. Verder wordt dieper ingegaan op de kenmerken van het leven binnen de biosfeer. Volgende leerplandoelstellingen worden toegelicht : De wenken in het leerplan geven aan dat binnen het onstaan van de biosfeer ( doel 4 ) de nadruk dient gelegd te worden op de voorwaarden die noodzakelijk zijn om leven te laten ontstaan. Het leven op zich heeft er dan weer voor gezorgd dat er biotische factoren aan het leven werden toegevoegd ( doel 5). De voortplanting en het doorgeven van erfelijk materiaal worden hieraan gekoppeld, de evolutie van soorten doorheen de geologische tijd. Hier kunnen verbanden gelegd worden met de thema s evolutie en hominisatie. De kenmerken van de biosfeer dienen besproken te worden. Het is hierbij oa. de bedoeling dat er inzicht verworven wordt in het erfelijk materiaal van soorten en dat het erfelijk materiaal tot uiting komt in kenmerken (doel 10). De onderlinge variatie tussen individuen van een bepaalde soort worden bepaald door geslachtelijke voortplanting en het verschil in erfelijk materiaal enerzijds en de omgeving anderzijds (doel 11). In onderstaande tekst werd getracht om de te behandelen thema s in een logische volgorde aan te brengen zodat er belangrijke verbanden tussen de thema s gelegd kunnen worden. 3
Ontstaan van de biosfeer en kenmerken van het leven 1. Het ontstaan van de biosfeer 1.1 Het leven ontstaat in de oceaan Na de big Bang onstond het heelal. Hiervoor moeten we ongeveer 13,7 miljard jaar terug gaan in de tijd. Ons eigen zonnestelsel vormde zich ongeveer 4,6 miljard jaar geleden. De aarde kwam kort daarna tot stand in een periode van 100-200 miljoen jaar uit de accumulatie van stof en brokstukken. De baan van de jonge aarde kruiste nog heel wat kosmisch puin. De botsingen die dit veroorzaakte zorgden voor de productie van heel wat warmte. Op die manier werd de aarde een hete, vloeibare bol. Het was pas toen de aarde voldoende was afgekoeld dat de eerste gesteenten werden gevormd. Daarna werden ook de oceanen gevormd vermoedelijk rond 4,4 miljard jaar geleden. Het is in deze oceanen dat het leven ontstond. De manier waarop dit gebeurde op aarde kan louter hypothetisch geformuleerd worden. Er zijn sporen van leven teruggevonden in gesteenten die 3, 5 miljard jaar oud zijn. Isotopische metingen tonen aan dat er 3,8 miljard jaar geleden leven op onze planeet aanwezig was. Als we kijken naar de chemische samenstelling van organismen, dan zien we dat deze zijn opgebouwd uit anorganische en organische moleculen. Als we kijken naar welke organische moleculen voorkomen dan zien we dat het gaat om sachariden (suikers), lipiden ( vetten), proteïnen (eiwitten) en nucleïnezuren (DNA en RNA). De organische moleculen of biomoleculen zijn veelal ketens die gevormd worden uit basiseenheden. Zo n ketens van enkelvoudige bouwstenen of monomeren worden polymeren genoemd. Bij sachariden zijn de bouwstenen monosachariden, bij de vetten zijn het glycerol en vetzuren, bij de eiwitten de aminozuren en bij de nucleïnezuren zijn het nucleotiden. Het verhaal van het leven start bij de synthese van dergelijke monomeren. Over de manier waarop deze monomeren gesynthetiseerd zouden zijn, bestaan verschillende hypothesen. Een eerste hypothese stelt dat eenvoudige organische moleculen gevormd kunnen worden uit anorganische stoffen. Miller en Urey werkten in 1953 een experiment uit om dit aan te tonen. Ze slaagden erin om via anorganische stoffen die in de primitieve atmosfeer aanwezig waren en met behulp van elektroden die de elektrische ontladingen van de bliksem simuleerden, organische moleculen te maken. Op die manier konden ze oa. het aminozuur glycine maken dat deel uitmaakt van proteïnen van levende wezens. Via later onderzoek werden op die manier ook suikers en organische basen ( bouwstenen van de nucleotiden) gemaakt. De hypothese van de oersoep stelt dat de oceanen of delen ervan op een bepaald moment als brouwvat voor deze organische moleculen fungeerden. In een anaerobe (zonder zuurstofgas) atmosfeer is dat mogelijk. In een aerobe atmosfeer zou dat onmogelijk zijn omdat zuurstof organische moleculen aantast. De aanwezigheid van de huidige monomeren in organische moleculen zou dus niet toevallig zijn. Ze zijn gevormd omdat de nodige elementen aanwezig waren bij het begin van hun vorming. De experimenten van de oersoep tonen aan dat het mogelijk is biomoleculen te vormen in de juiste omstandigheden. 4
Een tweede hypothese werd in 1988 door de Duitse chemicus Wächtershäuser naar voor geschoven. Hij stelde dat organische moleculen die aan de basis van het leven liggen zouden onstaan zijn rond diepzeeheetwaterbronnen. De aardkorst vertoont op die plaatsen barsten waar heet water uitspuit. Dat water is verzadigd met koolstofmonoxide, sulfiden en zware metalen zoals ijzer. Het vrijgekomen water heeft een zwarte kleur en daarom worden deze bronnen ook black smokers genoemd. Op dergelijke plaatsen zou organisch materiaal gevormd kunnen worden op het oppervlak van pyriet (mineraal van ijzersulfide). Er werd op deze plaatsen een grote diversiteit aan levensvormen waargenomen. Om vanuit eenvoudige organische monomeren complexere moleculen te krijgen zijn er polymerisatiereacties nodig. Deze reacties verbinden de monomeren met elkaar. Het is gekend dat kleimaterialen monomeren concentreren en daarom zouden op zo n materiaal polymerisatiereacties vlotter verlopen. Door fysicochemische reacties tussen de gevormde polymeren konden deze zich organiseren tot protocellen. Dat zijn kleine sferische structuren die op een bepaalde manier begrensd zijn. In zo n protocel konden organische moleculen geconcentreerd worden waardoor er meer interacties tussen de moleculen voorkwamen. In de begrenzing zaten hoogstwaarschijnlijk openingen waardoor uitwisseling met de omgeving mogelijk werd. Protocellen zijn voorlopercellen waaruit de huidige cellen zijn ontstaan. De huidige cellen worden allen begrensd door een celmembraan. Onderzoek heeft aangetoond dat klei de vorming van zogenaamde protocellen kan versnellen. 2. Kenmerken van het leven 2.1. De cel De cel wordt bepaald als biologische eenheid van een levend wezen. Alles wat leeft bestaat uit cellen: het lichaam van de mens, dieren, planten, Sommige organismen bestaan uit slechts één cel (vb. bacteriën) andere (vb. de mens) bestaan uit tienduizend miljard ( 10.000.000.000.000) cellen. Cellen worden in meer complexe organismen georganiseerd in weefsels, weefsels in organen, organen in orgaanstelsels ( vb. longcel, longweefsel, long, ademhalingstelsel). Elke cel oefent een welbepaalde functie uit. Zo zorgen cellen in je spierweefsel ervoor dat je kan bewegen, cellen in je maag zorgen er dan weer voor dat je kan verteren. We kunnen cellen indelen in twee grote groepen : prokaryote en eukaryote cellen. De prokaryote cellen ( Gr. pro : voor, karyon : kern). Prokaryote cellen zijn klein (vaak minder dan 2 m of 0,002 mm in doorsnede) en zijn eenvoudig gebouwd. Deze cellen zijn begrensd door een celmembraan die de inhoud van de cel (cytoplasma) afschermt van de buitenwereld. Het erfelijk materiaal ligt los in het cytoplasma. Het gebied dat door het erfelijk materiaal wordt ingenomen, wordt de kernzone genoemd. Verder bevat het cytoplasma tot wel 10.000 ribosomen (structuren die een rol spelen in de eiwitsynthese). Sommige prokaryote cellen worden verder verstevigd door een celwand die zich rond het celmembraan bevindt. Er kunnen ook verschillende oppervlaktestructuren voorkomen, zoals flagellen die ervoor zorgen dat de cel kan voort bewegen. De prokaryote cellen waren de eerste cellen waar alle andere levensvormen uit geëvolueerd zijn. Meer dan 1 miljard jaar lang waren deze cellen de enige levensvormen op aarde. 5
De eukaryote cellen ontstonden 2 à 2,5 miljard jaar geleden. Deze cellen zijn groter en complexer in vergelijking met de prokaryote cellen. Eukaryote cellen komen vandaag de dag voor bij bepaalde eencellige organismen, schimmels, wieren, planten en dieren ( dus ook de mens). De eukaryote cel ( Gr. eu: wel, karyon: kern) bevat een echte celkern waarin zich het erfelijk materiaal bevindt. De celkern wordt begrensd door een kernmembraan. We noemen de celkern een celorganel. Een celonderdeel met een eigen specifieke functie. Eukaryote cellen bevatten nog tal van andere celorganellen ( vb. mitochondriën die instaan voor de energieproductie door celademhaling). 2.2. Erfelijk materiaal Het erfelijk materiaal bevindt zich bij eukaryote cellen in de celkern. Het bestaat uit verschillende DNA strengen of DNA moleculen, die onder een compacte vorm zijn opgerold. De DNA moleculen worden opgerold rond 2 soorten eiwitten. De verzameling van eiwitten en DNA wordt chromatine genoemd. Deze draadvormige structuren zien er met de elektronenmicroscoop uit als een korrelige massa. De DNA-draad is op geregelde afstanden over een octameer van histonen (eiwitten) gewonden. Het geheel, een DNA draad in twee windingen gewikkeld rond een octameer van histonen, noemen we een nucleosoom. DNA en histonen worden daarin samengehouden door waterstofbruggen. De nucleosomen geven chromatine het uitzicht van een parelsnoer. De chromatinevezels worden met behulp van langgerekte H1-histonen ( eiwitten ) nog verder compacter opgerold. Op die manier ontstaat nog een dikkere vezel ( 30 nm) ( zie figuur 1). Figuur 1 : Schematische voorstelling van een compacte chromatinevezel. Het DNA bestaat uit slecht 4 verschillende bouwstenen of nucleotiden. DNA is een aaneenschakeling van nucleotiden en wordt daarom ook een polynucleotideketen (cfr. poly = veel) genoemd. Een nucleotide bestaat uit een base ( guanine (G), cytosine (C), adenine (A), of thymine (T)), een suiker (deoxyribose) en een fosfaatgroep. De ruimtelijk structuur van DNA komt overeen met een wenteltrap of dubbele helix. Het is opgebouwd uit twee strengen van nucleotiden. Die vormen twee suikerfosfaatruggengraten verbonden door basenparen. De twee strengen zijn schroefvormig gedraaid rond een denkbeeldige as. DNA heeft een complementaire structuur. Een A van de ene streng staat steeds tegenover een T van de andere streng, een C van de ene streng staat dan weer steeds tegenover een G van de andere streng. Tussen de verschillende basen komen intermoleculaire krachten onder de vorm 6
van H-bruggen voor. Tussen A en T zijn er twee H-bruggen en tussen G en C zijn er drie H-bruggen (zie figuur 2). De aparte componenten van nucleïnezuren ( suikermolecule, fosfaatgroep en basen) waren al gekend voor 1900. Uitendelijk werd de ruimtelijke structuur met het inzicht in de manier waarop de onderdelen in elkaar voor het eerst voorgesteld in 1953 door de wetenschappers Francis Crick en James Watson. Ze kregen hier in 1962 de Nobelprijs voor. Figuur 2 : overzicht van de ruimtelijke structuur van het erfelijk materiaal. Op een bepaald moment in de levenscyclus van een cel begint de cel zich voor te bereiden op celdeling. Het is daarbij heel belangrijk dat de informatie in het DNA gekopieerd wordt tot de dubbele hoeveelheid, om het DNA daarna te verdelen over twee dochtercellen. Dit proces waarbij DNA gekopieerd wordt, wordt DNA-replicatie genoemd. Het is een proces dat gestuurd wordt door verschillende enzymen ( eiwitten die een biologische reactie versnellen ). De replicatie start op meerdere plaatsen tegelijk in de chromatinevezel. Het enzym DNA-helicase ontwindt de dubbele helix en zorgt voor het doorbreken van de H-bruggen tussen de twee strengen. DNA-polymerasen vormen een groep van enzymen die tussenkomen in DNA-replicatie. Ze zijn nodig om nieuwe nucleotiden aan te hechten op een bestaande DNA-enkelstreng ( zie figuur 3). 7
Figuur 3 : Schematische voorstelling van de werking van DNA-polymerase en van DNA-helicase. Als een DNA-molecule volledig gerepliceerd is, zijn er twee nieuwe DNA-moleculen ontstaan. De nieuwgevormde DNA-moleculen zijn qua basensequentie onderling identiek en identiek aan het oorspronkelijke DNA-molecule. Dat komt omdat op elke oude streng een complementaire nieuwe streng is gebouwd ( zie figuur 4). Figuur 4 : overzicht van de DNA-replicatie Als een cel verder gaat delen komt het erop aan chromatine verder te verdelen over de dochtercellen. Om dat nauwkeurig te kunnen uitvoeren, gaat chromatine over naar de meest compacte vorm, nl. chromosomen (Gr. chroma = kleur, soma = lichaam). De overgang van een chromatinevezel naar een chromosoom wordt gekenmerkt door een sterke spiralisatie en condensatie ( zie figuur 5). 8
Figuur 5: spiralisatie en condensatie van een chromatinevezel tot chromosoom, aan de spiralisatie gaat DNA-replicatie vooraf. Met de lichtmicroscoop zijn chromosomen na kleuring te zien als korte, dikke staafjes. Met de elektronenmicroscoop kun je zien dat elk chromosoom in de lengterichting is opgebouwd uit twee aan elkaar vasthangende staafjes. Elk staafje wordt een chromatide genoemd, beiden bevatten identiek DNA. De plaats waar twee zusterchromatiden samenhangen is het centromeer. Onderzoek van het aantal chromosomen in lichaamscellen van uiteenlopende organismen heeft aan het licht gebracht dat het aantal chromosomen per soort constant is. Elke soort heeft een karakteristiek aantal chromosomen. Dat aanal is altijd een even getal en duiden we aan als het diploïde aantal voorgesteld door 2n. Bij de mens is dat gelijk aan 46. Ook de afmetingen en de vorm van de chromosomen zijn soortspecifiek. Tabel 1 : Vermelding van het diploïde aantal chromosomen in lichaamscellen van enkele planten- en diersoorten In eicellen en zaadcellen, ook geslachtscellen of gameten genoemd, is slechts de helft van het diploïde aantal chromosomen aanwezig. Dat halve aantal noemen we het haploïde aantal, voorgesteld door n. Bij de mens is n gelijk aan 23. Het aantal chromosomen in gameten wordt gehalveerd omdat gameten met elkaar versmelten tot een zygote, waaruit door verdere celdeling een individu ontstaat. Binnen het diploïde aantal chromosomen van alle organismen vinden we paren van chromosomen die even lang zijn en hun centromeer op dezelfde plaats dragen. Ze worden homologe chromosomen genoemd. Deze chromosomen bevatten geen identieke informatie, maar wel informatie van dezelfde aard. Het grootste aantal chromosomen van een diploïde cel draagt informatie voor alle 9
lichaamskenmerken behalve de geslachtskenmerken. We noemen deze chromosomen autosomen. Oogkleur, haarkleur, bloedgroep, zijn voorbeelden van dergelijke lichaamskenmerken. De twee chromosomen die de informatie voor geslachtskenmerken dragen worden geslachtschromosomen of heterosomen genoemd. Ze worden aangeduid met X en Y. De combinatie van twee X-chromosomen levert bij de meeste soorten het vrouwelijk geslacht op, een XY - combinatie het mannelijk geslacht ( zie figuur 6). Figuur 6 : Overzicht van het aantal autosomen en heterosomen in een menselijke cel. Op een karyogram of karyotype worden chromosomen gerangschikt op een kaart. Hierbij worden de chromosomen gerangschikt van groot naar klein in homologe paren. De paren worden genummerd van 1 tot 22. De twee geslachtschromosomen staan rechts onderaan op de kaart ( zie figuur 7 ). Figuur 7 : schematische voorstelling van een karyogram. 2.3. Expressie van het erfelijk materiaal Het is niet het erfelijk materiaal maar het zijn de eiwitten die een organisme uiteindelijk hun kenmerken geven. De aanmaak van eiwitten gebeurt in twee stappen. Om het erfelijk materiaal tegen invloeden van buitenaf te beschermen wordt het niet rechtstreeks gebruikt in de eiwitsynthese. DNA verlaat de celkern niet. Er wordt een kopie gemaakt van het gen in de vorm van een RNA-molecule. Het aanmaken van een RNA-kopie van het erfelijke materiaal noemen we transcriptie. De transcriptie wordt gevolgd door translatie, de vertaling van het RNA naar een polypeptide. Dit laatste gebeurt in het cytoplasma met behulp van een ribosoom. 10
3. Ontwikkeling van het leven : verschillende soorten celdelingen Mitose zorgt voor de vorming van verschillende soorten nieuwe lichaamscellen of somatische cellen, waardoor groei en herstel van weefsels mogelijk worden. Typisch voor mitose is dat twee nieuwgevormde cellen evenveel en hetzelfde erfelijk materiaal bezitten als de moedercel. Deze moedercel is diploïd (2n) en dus ook de dochtercellen die hieruit ontstaan. De twee gevormde cellen zijn dus ook genetische identiek aan elkaar. Meiose zorgt voor de vorming van gameten in de voortplantingsorganen. Typisch voor meiose is dat uit een diploïde moedercel (2n) door halvering van het aantal chromosomen haploïde dochterellen (n) ontstaan. De cellen die op die manier onstaan zijn genetisch niet identiek aan elkaar en ook niet aan de moedercel. De hoeveelheid erfelijk materiaal in de voortplantingscellen moet hierbij gereduceerd worden tot de helft van wat de oorspronkelijke moedercel bevat. Een zygote (gr. zygon = koppel ) wordt gevormd uit een samenstelling van het erfelijk materiaal van de zaadcel (n) en de eicel (n). Door deze versmelting ontstaat er telkens een soorteigen aantal chromosomen. Voor de mens is dat aantal 46 in een diploïde cel. 2.3.1 Mitose Hoe lang de celcyclus duurt hangt af van celtype tot celtype. Dit varieert van enkele uren ( in delingzones van weefsels bij zoogdieren) tot enkele dagen of zelfs jaren. De naam mitose slaat enkel op de kerndeling. Daarbij wordt het erfelijk materiaal na replicatie verdeeld over de twee toekomstige dochtercellen (zie figuur 8). De celkerndeling duurt ongeveer een uur en verloopt in vier fasen die geleidelijk in elkaar overgaan : profase, metafase, anafase en telofase. De daaropvolgende cytoplasmadeling noemen we cytokinese. De mitose is van essentieel belang voor een organisme. denk maar aan groei en ontwikkeling en het herstel van beschadigde weefsels. Figuur 8 : overzicht van de celdeling (mitose). 2.3.2 Meiose Gameten of voortplantingscellen mogen maar de helft van het chromosomenaantal bezitten zodat de nakomelingen hetzelfde aantal chromosomen als de ouders zouden hebben. Om tot die 11
halvering van het aantal chromosmen te komen ondergaan de diploïde voorlopercellen van de gameten een meiose. Meiose bestaat uit twee opeenvolgende celdelingen meiose 1 en meiose 2. Hierdoor ontstaan uit 1 diploïde voorlopercel niet twee, maar vier haploïde cellen. Beide delingsprocessen verlopen in vier fasen. Net zoals bij de mitose spreken we over de profase, metafase, anafase en telofase ( zie figuur 9). Figuur 9 : Overzicht van de meiose. 12
4. Verscheidenheid van het leven. Genetische variatie is erg belangrijk voor het in stand houden van de soort. Wanneer de leefomstandigheden drastisch wijzigen is het immers belangrijk dat er binnen een populatie andere genetische kenmerken aanwezig zijn. Organismen die zich via mitose vermeerderen (ongeslachtelijke voortplanting) zijn genetische kopieën of klonen. Ze hebben dan ook dezelfde erfelijke eigenschappen. Organismen die zich via geslachtelijke voortplanting voortplanten vertonen genetische variatie. Het is dankzij het voorkomen van unieke gameten dat deze variatie tot stand komt. Het uniek zijn van de gameten is het gevolg van crossing-over en mixing. Door crossing-over tijdens profase 1 van de meiose wordt er DNA uitgewisseld tussen de homologe chromosomen van de diploïde moedercel. Deze uitwisseling van stukjes chromosoom heeft tot gevolg dat de zusterchromatiden geen exacte genetische kopieën zijn ( zie figuur 10). Figuur 10 : Door crossing-over wisselen niet-zusterchromatiden DNA-fragmenten uit, waardoor na meiose unieke gameten ontstaan. Door deze crossing-over ontstaat er genetische variatie bij de gameten van eenzelfde organisme en dus ook bij de nakomelingen die onstaan door geslachtelijke voortplanting Het uniek zijn van de gameten wordt niet enkel in de hand gewerkt door crossing-over. Ook de toevallige combinatie van paternale en maternale chromosomen die in een bepaalde gameet zijn samengebracht is bepalend. Tijdens anafase 1 van de meiose komen de homologe chromosomen in paren op het evenaarsvlak te liggen. De paternale en maternale chromosomen worden hierbij toevallig geschikt in het vlak. Vervolgens zal het toevallig zijn hoeveel paternale en maternale chromosomen naar één kant van de cel migreren tijdens anafase 1. 13
Figuur 10 : Vier genetisch unieke gameten als gevolg van mixing na meiose van een denkbeeldige cel met 2 paar homologe chromosomen. P = paternaal/ M = maternaal. 5. Logische lesopbouw In volgende tabel worden enkele tips voor een logische opbouw van de lessen rond de basis van het leven met de onderdelen ontstaan van de biosfeer, kenmerken van het leven en ontwikkeling van het leven uitgewerkt. De opbouw van de lerarenhandleiding wordt hierin niet gevolgd. De handleiding heeft immers tot doel een breder kader voor de leerkracht te schetsen en niet zo zeer wat leerlingen aangeboden krijgen in de les. Start met een blikopener (vb. foto van verschillende mensen) Laat de leerlingen kijken naar deze blikopener en vraag wat ze zien. Op die manier kan je variatie als uitgangspunt van de lessenreeks gebruiken. De blikopener laat toe de lessen logisch op te bouwen en duidelijke verbanden tussen de verschillende onderdelen te leggen. Hoe komt de variatie binnen de soort tot stand? 14
- Bouw van DNA Verschillen in erfelijk materiaal en geslachtelijke voortplanting als drijfveren van variatie. Animatie over de bouw en de werking van het erfelijk materiaal en de replicatie van DNA. - Verband tussen chromatine en chromosomen https://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/dna Animatie die het verband toont tussen een chromatinedraad en een chromosoom: https://www.bioplek.org/animaties/erfelijkheidsleer/chromosoom2.h tml - Verband tussen chromosomen en genen Filmpje dat de link legt tussen DNA, chromosomen en genen: https://www.youtube.com/watch?v=hywrddvr76a - Verband tussen genen en eiwitten Filmpjes die de link leggen tussen erfelijk materiaal en kenmerken ( transcriptie en translatie) https://www.youtube.com/watch?v=zwibgnge4ay https://www.youtube.com/watch?v=1lou4jsp0dy https://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/transcripti e.html Vanuit een karygram of genenkaart kan het aantal chromosomen bij de mens en het begrip homologe chromosomen worden aangebracht. Ook de begrippen diploïd en haploïd kunnen hier worden geïntroduceerd. - Veranderingen in het DNA Nadat de bouw van het DNA, het verband tussen chromatine en chromosoom en het verband tussen een chromosoom en een gen duidelijk zijn, kunnen de veranderingen in het DNA aangebracht worden. Behoud hierbij de rode draad doorheen de les, nl. de variatie binnen de soort. Mutaties kunnen veranderingen in het DNA veroorzaken en stimuleren variatie. - Geslachtelijke voortplanting Na de verschillen in erfelijk materiaal komt de tweede drijfveer van variatie aan bod nl. geslachtelijke voortplanting. We zijn als mens allemaal het product van de versmelting van twee voortplantingscellen. Deze voortplantingscellen ontstaan door celdeling ( meiose). Animatie van meiose : http://www.bioplek.org/animaties/cel/meiose.html 15
Belangrijk bij de meiose is te wijzen op het uniek zijn van de gameten. Zonder diep op de oorzaken in te gaan ( crossing over en mixing) kan toch aangetoond worden dat door de verdeling van de chromosomen en het uitwisselen van stukje DNA, een grote variatie aan voortplantingscellen ontstaat. Na het ontstaan van de voortplantingscellen kan de versmelting ervan aan bod komen. De zygote deelt door mitose en er ontstaat een nieuw individu. Het mitose en meiosespel ( zie bijlage). Cartoon die het belang van mitose duidelijk maakt : - Groei en ontwikkeling https://drive.google.com/file/d/0b79woct5jx4fce1oelhrrgxtzk0/view De begrippendomino ( zie bijlage). Je kan de blikopener ook gebruiken als aanknopingspunt met het prille ontstaan van het leven. We zien een levende soort maar wanneer en op welke manier is het leven onstaan? Filmpje van het Urey en Miller experiment : https://www.youtube.com/watch?v=iahbqolxqh8 Verder kunnen er verbanden gelegd worden met de variatie als drijfveer voor evolutie ( zie andere leraranhandleiding). Bronnen : De Groef B., Roels P. (2011) : De wetenschap van het leven (over eenheid in biologische diversiteit). Comijn J., Stoops S., Van Gysel A. (2012) : De zaak DNA. D Haeninck L., Dekeersmaeker L., Geris K., Goosens R., Hempen B., Schepers W., Vernemmen P. (2015) Biogenie 5.2/6.2 16