Kennis
Als je deze WikiWijs van Erfelijkheid & Evolutie helemaal hebt doorgewerkt, kun je:
Erfelijk materiaal
Je moet de kenmerken van de chromosomen kunnen benoemen. (H/V)
Je moet kunnen omschrijven wat het genotype en het fenotype van een organisme is.
Rekenen met genen
Je moet kunnen omschrijven wat homozygoot, heterozygoot, dominant, recessief, codominant en intermediair betekent.
Je moet van een monohybride kruising een kruisingsschema op kunnen stellen.
Je moet van een dihybride kruising een kruisingsschema op kunnen stellen. (H/V)
Je moet bij een gegeven monohybride kruising genotypen en fenotypen van ouders en/of nakomelingen kunnen afleiden.
Je moet kunnen uitleggen dat door onderzoek van het erfelijk materiaal kansen op bepaalde ziekten en op nakomelingen met die ziekte kunnen worden bepaald.
Je moet kunnen beschrijven op welke wijze de geslachtschromosomen het geslacht van een mens bepalen. (H/V)
Je moet bij een gegeven kruising genotypen en fenotypen van ouders en/of nakomelingen kunnen afleiden, wanneer er sprake is X-chromosomale overerving.
Mutaties en de evolutietheorie
Je moet kunnen beschrijven wat de (neo)darwinistische evolutietheorie inhoudt.
Je moet kunnen uitleggen hoe een gerichte of ongerichte mutatie in het DNA invloed heeft op evolutie. (V)
Je moet kunnen omschrijven hoe fossielen zijn ontstaan en wat zij hebben bijgedragen aan de evolutietheorie.
Je moet kunnen uitleggen hoe massa-uitstervingen de evolutie vorm geven.
Natuurlijke selectie en survival of the fittest
Je moet kunnen beschrijven hoe natuurlijke selectie werkt, wat survival of the fittest is en wat co-evolutie is.
Je moet kunnen beschrijven wat de endosymbiosetheorie inhoudt. (H/V)
Stambomen
Je moet een stamboom van organismen kunnen aflezen.
A. Geschiedenis van het leven op aarde
De geschiedenis van het leven op aarde wordt verdeeld in tijdperken. De tijdperken worden vervolgens weer onderverdeeld in perioden. De tijdperken met hun perioden worden weergegeven in een geologische tijdschaal (geologie = leer van de aarde).
1. Ontstaan van het leven in het water
De aarde bestaat ongeveer 4,6 miljard jaar. In het begin was er nog geen leven mogelijk op aarde. De temperatuur was daarvoor nog veel te hoog. Er was immers geen atmosfeer!
Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden ontstonden waarschijnlijk de eerste eenvoudige levensvormen. Zij ontstonden in het water. De lucht bevatte toen nog geen zuurstof.
Rond 1950 is in het lab aangetoond hoe deze levensvormen waarschijnlijk zijn ontstaan, aan de hand van het Urey-Miller Experiment. De wetenschappers Urey en Miller toonden aan dat, onder bepaalde omstandigheden organische moleculen konden ontstaan.
In het experiment wordt een mengsel van bepaalde levenloze stoffen blootgesteld aan een elektrische lading. Deze elektrische lading is hetzelfde als de bliksem die vroeger op Aarde insloeg. Door verschillende atomen/moleculen met elektriciteit (energie) te bombarderen, veranderden de moleculen.
Deze moleculen zagen er echter niet uit als het leven op aarde die wij nu kennen! Het waren wel de bouwstenen voor de eerste cellen. Uit de eerste eenvoudige levensvormen ontstonden bacteriën.
Volgens de endosymbiose-theorie, zouden sommige celorganellen, waaronder mitochondriën, ontstaan zijn uit oer-bacteriën. Dit is een belangrijke theorie, omdat het verklaart hoe onze cellen energie kunnen opwekken uit moleculen.
De endosymbiose-theorie stelt dat een oerbacterie ooit een andere oerbacterie "opslokte" en in plaats van hem te verteren, het een deel werd van de bacteriecel. Deze twee soorten bacteriën gingen samen werken en zo ontstonden levensvormen die meerdere functies konden uitvoeren.
Mitochondriën gebruiken wij nu als een soort fabriekjes in onze cellen. Zij halen de energie die wij nodig hebben om onder andere te bewegen, te ademen en na te denken uit je eten.
Een deel van deze samenwerkende bacteriën konden zuurstof produceren. Ongeveer 3,3 miljard jaar geleden ontstonden andere eencellige organismen, die aan fotosynthese konden doen. Daardoor kwam er langzaamaan steeds meer zuurstof in het water, en in de lucht.
Tijdbalk van de geschiedenis van de aarde
Geologische tijdschaal (mjg = miljoen jaar geleden)
Ongeveer 1,6 miljard jaar geleden ontwikkelden zich uit de eencelligen de eerste meercellige organismen. De eerste dieren ontstonden ongeveer 700 miljoen jaar geleden, dit waren onder andere sponzen, holtedieren (kwallen), platwormen, weekdieren (inktvissen) geleedpotigen en stekelhuidigen (zeesterren).
Al deze dieren ontstonden in het water, op het land kwamen alleen nog maar bacteriën voor.
2. Leven op het land
De eerste landplanten (onder andere bijvoorbeeld mossen) verschenen ongeveer 500 miljoen jaar geleden. De planten veroverden het land en veranderen de kale vlakten in bloeiende gebieden (zie het plaatje hiernaast).
In dezelfde periode ontstonden de eerste gewervelde dieren, de vissen.
Vanuit de eerste vissen, zo'n 450 miljoen jaar geleden, ontstonden er landdieren. De eerste landdieren waren voornamelijk geleedpotigen (duizendpoten). Zij werden al snel gevolgd door gewervelden,
zoals amfibieën en reptielen. Ongeveer 251 miljoen jaar geleden begon de enorme bloeitijd van de reptielen. Vanuit de reptielen zijn er enorme dinosauriërs gegroeid, die soms wel een lengte van 25 meter bereikte. Tegelijkertijd met de sauriërs ontstonden de eerste zoogdieren en vogels.
Vele miljoenen jaren lang leefden de zoogdieren en vogels onopvallend naast de sauriërs. Maar 65 miljoen jaar geleden stierven de sauriërs in korte tijd uit (massa-extinctie).
De oorzaak hiervan was een rotsblok van ongeveer 10 kilometer doorsnede dat vanuit de ruimte insloeg op de aarde. Dat gaf een enorme explosie, gevolgd door uitgestrekte bosbranden. Hierna hebben enkele jaren lang zwarte wolken van stof en roet boven het aardoppervlak rondgehangen. Vermoedelijk hebben deze wolken zoveel zonlicht tegengehouden dat het op de hele aarde vrijwel donker werd en de temperatuur sterk daalde. De sauriërs hebben deze klimaatverandering niet overleefd, de zoogdieren en de vogels wel. Toen de zwarte wolken verdwenen, konden de zoogdieren en vogels goed tot ontwikkeling komen.
De eerste primitieve mensachtigen verschenen ongeveer 3 miljoen jaar geleden. De mensensoort die nu leeft (Homo sapiens), 150000 jaar geleden in Afrika ontstaan.
Opdrachten les 1
Oefenopdrachten
1. Maak een tijdlijn van het ontstaan van leven op aarde. Geef deze op je eigen manier vorm.
2. Leg uit waarom de reptielachtigen ná de inslag van de meteoriet niet weer zijn opgebloeid. Wat hadden vogels en zoogdieren wat reptielen niet hebben?
3. Het eerste tijdperk in de aardgeschiedenis is het Precambrium. Hierin ontstond het leven.
Welke eigenschappen van uitgestorven dieren zullen onderzoekers naar alle waarschijnlijkheid nooit kunnen bepalen? Noem er twee.
Hieronder zie je de figuur van de fossiel van een dier genaamd Archaeopteryx.
Volgens de vinders één van de eerste vogels.
Welke kenmerken van vogels en/of reptielen kun je vinden in dit dier?
Op de Siberische toendra is de grond het hele jaar bevroren. De bodem is daar al duizenden jaren niet ontdooid. Soms vinden wetenschappers daar resten van mammoeten. De wolharige olifantensoort is pas 4.000 jaar geleden uitgestorven. Soms kan er uit de gevonden resten DNA gehaald worden.
4. Waarom is het handig om DNA van uitgestorven dieren te hebben? Waar zou je het voor kunnen gebruiken?
5. Hoe had de aarde er nu denk je uitgezien als die meteoriet nooit was ingeslagen? Beargumenteer waarom je dat denkt.
6. De organismen die op het land leven hebben over het algemeen een andere bouw/stevigheid dan de organismen die in het water leven. Leg uit welke krachten er van invloed zijn op het lichaam op het land en in het water.
B. Natuurlijke selectie
1. Natuurlijke selectie
Alle soorten organismen zijn ontstaan uit vroegere soorten, door het proces evolutie.
Wanneer een soort goed aangepast is aan zijn omgeving, treedt er een verschijnsel op die biologen natuurlijke selectie noemen. Deze theorie stelt dat sommige organismen uit een populatie beter aangepast zijn aan hun omgeving en dus meer kans hebben om te zorgen voor overlevende nakomelingen.
Een voorbeeld van natuurlijke selectie:
Lang geleden had de giraffe bij lange na niet zo’n lange nek als hij nu heeft, een verandering in de omgeving heeft dit veroorzaakt. In het gebied waar giraffen leefde, stonden lange bomen met veel bladeren aan de top van de boom. Giraffen met een langere nek konden deze bladeren wel bereiken, terwijl de giraffen met een kortere nek geen tot weinig bladeren kregen. Deze korte-nek giraffen kregen dus geen eten, waardoor zij langzaam uitsterven. Hierdoor kregen de giraffen met lange nek meer kans om zich voort te planten en hun aandeel in de populatie te vergroten. Dit noem je natuurlijke selectie.
De evolutie der giraffen
Over de loop van jaren werd er opgemerkt dat uiteindelijk de gehele populatie een lange nek had.
* Natuurlijke selectie wordt ook wel survival of the fittest/ het recht van de sterkste genoemd. Deze termen zijn echter gebaseerd op een "win" situatie. Dat geldt niet altijd! De luiaard bestaat in zijn pure, slome, slapende vorm simpelweg omdat hij kán bestaan in zijn omgeving. Het gaat dus niet altijd om strijd/sterkte/snelste etc.
2. Soortvorming
(M/H/V) Nieuwe soorten ontstaan door variatie in genotypen en fenotypen. Genotype is je DNA (genen) en je fenotype is je uiterlijk. Deze variatie kan ontstaan door natuurlijke selectie, waarbij exemplaren met een bepaald genotype zich vaker zullen voortplanten. Wanneer op den duur de exemplaren met het minder gunstige genotype verdwijnen (zoals de giraffe met de korte nek), is er sprake van een geëvolueerde soort. Als je na 150 jaar weer een giraf met een korte nek introduceert in de groep lang-nek giraffen, zullen ze de kort-nek giraf niet meer in hun groep toelaten en er niet mee willen paren. Ze zouden ook geen nakomelingen meer kunnen krijgen. Het zijn dan aparte soorten geworden.
Allopatrische soortvorming
(H/V) Een andere manier van soortvorming is om een bestaande populatie te scheiden. Stel; een populatie wordt gescheiden in twee deelpopulaties, door bijvoorbeeld een overstroming, vulkaanuitbarsting of een kloof. Deze splitsing in gebieden, noemen we geografische isolatie. Daarbij ontstaan er in de twee afzonderlijke gebieden verschillen in milieuomstandigheden. Na een lange tijd zou het kunnen dat de organismen uit de twee deelpopulaties, als ze elkaar weer ontmoeten, samen geen nakomelingen kunnen krijgen. Er zijn dan twee verschillende soorten ontstaan. Dit verschijnsel noemen wij allopatrische soortvorming.
(V) Een laatste optie voor het vormen van een nieuwe soort, is sympatrische soortvorming. Hierbij vindt soortvorming plaats terwijl de twee ontstane deelpopulaties dezelfde omgeving delen. Er is hier geen sprake van geografische isolatie. Een belangrijk voorbeeld van sympatrische soortvorming, en een grote fundering voor de evolutietheorie, is het bestaan van de darwinvinken op de Galápagoseilanden.
Toen Darwin in 1835 de eilanden bezocht, stuitte hij op in totaal 15 vinkensoorten, waar hij een verwantschap tussen zag. Echter hadden deze vinken allemaal verschillende snavelsoorten en gedrag.
Darwin bedacht dat deze verwante vinken één gemeenschappelijke voorouder hebben gehad op het eiland en dat de nakomelingen op den duur, op hetzelfde eiland, zich anders begonnen te ontwikkelen. Er ontstonden deelpopulaties met hun eigen gedrag. Later herkende de vogels binnen één deelpopulatie geen vogels uit andere deelpopulaties meer als sekspartner, hoewel ze niet geografisch gescheiden waren.
Darwinvinken
Opdrachten les 2
Oefenopdrachten m/h/v
In de afbeelding is de ontwikkeling van varkensachtigen volgends de evolutietheorie weergeven.
Naar aanleiding van de afbeelding worden twee uitspraken gedaan.
Welke is/zijn juist?
Het wild zwijn is meer verwant aan het hertzwijn dan aan het gewoon wrattenzwijn.
Cebochoerus is de voorouder van alle varkensachtigen.
Wat is de definitie van een soort?
Leg natuurlijke selectie uit in je eigen woorden.
Als je guppies koopt, krijg je exsemplaren met allerlei verschillende kleuren. Wat zou je moeten doen om er verschillende soorten van te maken? Gebruik de begrippen fenotype (natuurlijke) selectie en soortvorming.
C. Mutaties en de evolutietheorie
1. Mutaties
Beschadigingen of plotselinge veranderingen in de DNA-sequentie noemen we een mutatie. Zo’n beschadiging of verandering kan heel klein zijn, maar ook erg groot. Soms heeft een bepaalde mutatie helemaal geen gevolgen. De DNA-sequentie is weliswaar verandert, maar het aminozuur waar het DNA voor codeert, werkt nog precies als voordat de verandering optrad.
Als een groot stuk DNA muteert, neemt de kans dat het schadelijk is toe. Als de mutatie in geslachtscellen optreedt, krijgen ook de nakomelingen die mutatie mee.
Een organisme waarbij een mutatie zichtbaar is in het fenotype, noemen we een mutant. Een voorbeeld van een mutant is een albino. Bij een albino is het lichaam niet in staat pigment te vormen, waardoor de ogen rood zijn en het organisme bleek is.
Mutaties in het erfelijke materiaal kunnen vanzelf optreden. Maar vaker gebeurt dat door invloeden van buitenaf, zoals straling (röntgenstraling, radioactieve straling of ultraviolete straling) of chemische stoffen. We spreken dan over mutagene invloeden.
2. Biotechnologie
Genetische variatie is dus het verschil in genotypen in een populatie, vaak ontstaan door geslachtelijke voortplanting en mutaties.
Dit kan echter nog op een andere manier.
Biotechnologie maakt gebruik van dieren, planten, bacteriën of andere levende wezens voor de ontwikkeling van medicijnen, voedsel of nieuwe stoffen.
Hierin wordt een splitsing gemaakt tussen de volgende twee takken van de biotechnologie:
De klassieke biotechnologie was vooral begaan met de traditionele technieken om dieren en planten te kweken, en het gebruik van bacteriën, gisten en schimmels voor de productie van brood, bier, wijn en kaas.
De moderne biotechnologie duwt deze technieken een eind verder: e past de eigenschappen van bacteriën, planten en dieren aan door rechtstreeks aanpassingen te doen aan het DNA.
De aanpassingen in het DNA noemen we genetische modificatie. In het DNA van een organisme wordt nieuw DNA ingebracht. Genetisch veranderde organismen noemen we transgeen.
Waar kan je biotechnologie voor gebruiken?
Geneeskunde
Er zijn meer dan 250 biotechnologische geneesmiddelen en vaccins beschikbaar voor patiënten. De ziektes die onbehandelbaar zijn, krijgen hierin extra aandacht. Dit wordt ook wel rode biotechnologie genoemd.
Wanneer iemand diabetes type 1 heeft, ontstaat een tekort aan insuline in het lichaam. Insuline breekt glucose in het lichaam af. Iemand met diabetes type 1, zal zijn leven lang zelf insuline moeten toedienen via een insulinepomp of een injectie. Vroeger werd insuline uit dieren gehaald, waarna diabetes type 1 patiënten het konden gebruiken. Tegenwoordig maken bacteriën insuline aan. Hun DNA is zo veranderd, dat de bacteriën insuline zijn gaan aanmaken.
Landbouw
Miljoenen boeren over de hele wereld gebruiken biotechnologie om de opbrengst van hun gewassen te verhogen, schade door ziekte te voorkomen, of gewassen te beschermen tegen bijvoorbeeld droogt.
Voeding
Bij de productie van voedingsmiddelen speelt biotechnologie ook een rol. De belangrijkste toepassingen hierin zien we bijvoorbeeld bij het bakken van brood en het produceren van fruitsap.
Industrie
In de industrie wordt biotechnologie ingezet om productieprocessen sneller en duurzamer te laten verlopen. Bepaalde enzymen, bacteriën en schimmels worden omgezet tot mini-fabriekjes. Hiermee helpen ze bij een veel toepassingen zoals het bleken van papier en de productie van waspoeders. Toepassingen in de voeding en in de industrie noemen we witte biotechnologie.
Wetenschappelijk onderzoek
Wetenschappers gebruiken de technieken van de biotechnologie om één belangrijke vraag te beantwoorden: Hoe zit het leven in elkaar? Hoe werkt een cel? Wat is DNA? Hoe gedragen eiwitten zich?
Hierbij komen bacteriën, schimmels en proefdieren aan bod.
Kloneren
Klonen is een kunstmatige manier van voortplanten. Hier maak je een identieke kopie van een organisme. Je kan ook losse genen of cellen kloneren.
3. Evolutie
Het leven op Aarde wat wij nu kennen, is ongelofelijk divers. Dit betekent dat er heel erg veel verschillen de soorten organismen op Aarde rondlopen. Deze verschillende soorten kunnen er erg anders uitzien. Wij biologen zijn ervan overtuigd dat de soorten op aarde in de loop van een zeer lange tijd zijn ontstaan en veranderd.
Deze voortdurende ontwikkeling van het leven op aarde, waarbij soorten ontstaan, veranderen en/of verdwijnen, wordt evolutie genoemd.
Evolutie verloopt traag, je ziet het niet zomaar gebeuren. Het is een proces wat jaren kan duren.
De ontwikkeling van het leven op aarde en de verwantschap van de soorten kun je op verschillende manieren bestuderen:
Informatie uit fossielen en de aardlagen waarin ze voorkomen gebruiken.
Overeenkomsten en verschillen op molecuulniveau zoeken, bijvoorbeeld verschillen in DNA of eiwitten.
Charles Darwin (1809 - 1882)
De evolutietheorie is vooral ontwikkeld door de Engelse onderzoeker Charles Darwin. Zijn ideeën zijn later door andere onderzoekers verder uitgewerkt. De reden dat erfelijkheid en evolutie vaak samen wordt besproken, is omdat ontdekkingen in de erfelijkheidsleer heel belangrijk
zijn geweest voor het creëren van de evolutietheorie.
De evolutietheorie gaat uit van variatie in genotypen, natuurlijke selectie en het ontstaan van nieuwe soorten. Nu misschien nog onbekende begrippen, maar naarmate dit hoofdstuk verder vordert, zal je dit beter begrijpen.
4. Argumenten voor de evolutietheorie
Er zijn verschillende argumenten die de evolutietheorie onderbouwen. In gesteentelagen in de aardkorst worden soms fossielen aangetroffen. Hieruit blijkt dat het leven op aarde zich in de loop van de tijd ontwikkelde.
Fossielen zijn versteende overblijfselen van organismen, of afdrukken van organisme in gesteente.
Fossielen kunnen alleen ontstaan als de overblijfselen van organismen niet wegrotten en vergaan. De resten worden bedekt met sedimenten (afzettingslagen van zand- of kleideeltjes). Als dit snel gebeurt, krijgen bepaalde schimmels en bacteriën die in de bodem leven niet de kans om de resten helemaal af te breken. Als de sedimenten ongestoord blijven liggen komen er andere aardlagen overheen. Over een periode van tijd verstenen de sedimenten door de druk van de bovenliggende aardlagen tot sedimentgesteenten.
De kans is klein dat je een volledig gefossiliseerd organisme vindt. Zachte of weke delen vergaan te snel. Van schelpdieren worden dan ook meer fossielen gevonden dan van wormen. Uit de gefossiliseerde organisme proberen we een voorstelling te maken van hoe het organisme eruit heeft gezien. Zoiets noemen we een reconstructie.
Hoe dieper je in de aardkorst komt, hoe ouder de fossielen zijn. Soms vind je in verschillende aardkorsten hetzelfde organisme terug, wat aantoont dat deze soort over een zeer lange periode van tijd heeft bestaan.
Echter komt het ook voort dat een soort maar in één aardkorst voorkomt, wat aangeeft dat die soort maar een korte periode heeft geleefd en daarna is uitgestorven. Dit is een belangrijk argument voor de evolutietheorie, aangezien deze stelt dat in de geschiedenis van de aarde soorten ontstaan en weer zijn verdwenen.
Een ander argument voor de evolutietheorie is de overeenkomst in DNA. Tegenwoordig is de DNA-sequentie via onderzoek snel bepaald. Hoe meer de DNA-sequentie van twee verschillende soorten overeenkomt, hoe meer de soorten aan elkaar verwant zijn.
Ook overeenkomsten in embryonale ontwikkeling is een argument voor de onderbouwing van de evolutietheorie. Er bestaan overeenkomsten in de embryonale ontwikkeling bij verschillende diersoorten. Vooral in het begin van de ontwikkeling lijken de embryo’s sterk op elkaar, maar tijdens de verdere ontwikkeling beginnen ze steeds meer van elkaar te verschillen.
Veel organismen hebben overeenkomsten in bouw. De arm van een mens, de vleugel van een arend, de voorpoot van een mol en de voorvin van een walrus hebben een verschillende functie. In het plaatje hieronder zien je de skeletten van deze organen, met overeenkomstige beenderen in dezelfde kleur. Je ziet dat deze beenderen grote overeenkomst in bouw vertonen.
Het laatste argument voor de evolutietheorie die wij hier bespreken, is het bestaan van rudimentaire organen. Door aanpassingen aan het milieu kunnen bepaalde organen hun functie verliezen. Deze organen kunnen dan in de loop van de evolutie verdwijnen. Soms zijn nog resten van deze organen bij organismen terug te vinden. Deze resten noemen wij rudimentaire organen. Een voorbeeld hiervan is de blindedarm. Bij veel plantetende dieren is de blindedarm aanwezig voor de vertering van de hele stevige celwanden. Tegenwoordig kookt de mens alles, en worden de celwanden zo flexibel dat ze in de darmen al afgebroken worden. Eigenlijk is de blindedarm dus helemaal niet meer nodig, maar toch is hij nog steeds aanwezig in het menselijk lichaam.
Oefenopdrachten onderdeel C
Wat is evolutie?
Evolutie is een geleidelijke ontwikkeling, waarbij steeds ingewikkelder gebouwde organismen ontstaan.
Evolutie is de ontwikkeling van het leven op Aarde, waarbij soorten ontstaan, veranderen en/of verdwijnen.
Evolutie is het ontstaan van een nieuwe soort, doordat een andere soort uitsterft.
Waardoor duurde het zolang voordat Charles Darwin zijn boek 'On the origin of species' eindelijk publiceerde? Noem minstens 2 oorzaken.
Verklaar in je eigen woorden wat natuurlijke selectie inhoudt
Geef een voorbeeld van de wijze waarop een soort door natuurlijke selectie kan uitsterven als bijvoorbeeld het klimaat verandert.
Niet elke vink van dezelfde populatie heeft dezelfde snavelgrootte, er is dus variatie in de vorm van vinkensnavels. Snavelgrootte is een erfelijke eigenschap.
Als een vrouwtjes- en mannetjesvink beide een kleine snavel hebben, wat voor snavel verwacht je dan bij hun jongen?
Stel, het hebben van een kleine snavel is een recessieve eigenschap, wat voor genotypen hebben de ouders dan?
En wat voor genotype zullen de jongen krijgen?
Alle vinken op dit eiland vormen een populatie vinken. Stel dat de vinken met kleine snavels beter eten kunnen vinden dan de vinken met grote snavels. Hoe verandert de populatie vinken dan?
Darwin maakte tijdens de ontwikkeling van zijn evolutietheorie een aantal denkstappen.
Hieronder zijn acht denkstappen met 1 t/m 8 aangegeven. De denkstappen staan niet in de goede volgorde.
Zet de denkstappen in de volgorde waardoor Darwin zijn evolutietheorie bedacht.
Ieder organisme produceert meer nakomelingen dan er uiteindelijk in leven blijven (feit).
Normaal blijft de populatiegrootte constant (feit).
De hulpbronnen (zoals voedsel, ruimte) zijn onvoldoende voor alle nakomelingen (feit).
Ieder individu is uniek en verschilt van andere individuen van dezelfde soort (feit).
Sommige individuele variaties zijn erfelijk (treden weer op in het nageslacht) (feit).
Strijd om het bestaan (conclusie).
Natuurlijke selectie: afhankelijk van de omstandigheden zullen sommige variëteiten het makkelijker hebben om te overleven dan andere (conclusie).
Dit kan na vele generaties aanleiding geven tot het ontstaan van nieuwe soorten (conclusie).
D. Genetica 1
1. Genotypen en fenotypen
Wanneer je naar een pasgeboren kindje kijkt, hoor je soms opmerkingen als ’Hij heeft de ogen van haar moeder’ of ‘Ik vind dat zij op haar vader lijkt’. Je kunt dus aan een kind zien, dat het bepaalde eigenschappen heeft geërfd van haar vader en moeder. Het uiterlijk (de zichtbare eigenschappen) noemen we het fenotype van een organisme. Je fenotype bestaat uit duizenden eigenschappen, veel van die eigenschappen heb je geërfd van je ouders. Denk bijvoorbeeld aan het soort haar (krul, sluik, slag), je haarkleur, de bouw en vorm van je neus en de kleur en vorm van je ogen. Al deze eigenschappen maken deel uit van je fenotype. De informatie daarover staat in je DNA, wat in je celkern zit. Deze informatie noemen wij het genotype. Dit is dus het totaal van alle erfelijke eigenschappen.
Je fenotype (dus je uiterlijk) kun je veranderen, maar je genotype niet. Iemand kan bijvoorbeeld in het genotype hebben staan dat hij/zij blond haar heeft, maar (omdat het geverfd is) fenotypisch bruin haar hebben.
In elke lichaamscel bevat de celkern de informatie voor al je erfelijke eigenschappen. De informatie van al die eigenschappen ligt in de celkern op de chromosomen.
Chromosomen bestaan uit DNA. De mens heeft in totaal 46 chromosomen in iedere celkern. Deze chromosomen zijn opgedeeld in 23 paren, waarbij ieder paar bestaat uit één chromosoom van moeders kant en één chromosoom van vaders kant. Het 23e chromosomenpaar kan er verschillend uitzien. Bij een vrouw bestaat het 23e paar uit 2 X-chromosomen (XX), en mij een man bestaat het uit een X-chromosoom en een Y-chromosoom (XY).
2. Chromosomen en genen
Chromosomen zijn langgerekte dunne ‘draden’ die in een celkern als een soort wirwar door elkaar liggen. Alleen wanneer een cel zich deelt (om zich te vermenigvuldigen) worden de chromosomen in de celkern zichtbaar. Met een microscoop zijn de chromosomen dan zichtbaar. Chromosomen bestaan uit DNA en eiwitten. Het DNA is een dunne lange draad en is gewonden in een soort helix-vorm.
De informatie voor 1 erfelijke eigenschap noemen we een gen. De mens heeft rond de 27.000 genen, die samen coderen voor wel 100.000 eiwitten.
Met kleurstoffen kunnen genen op chromosomen zichtbaar worden als bandjes.
3. DNA
Zoals al eerder is genoemd, kun je je DNA voorstellen als een soort gedraaide trap, een wenteltrap. Wetenschappers noemen dit een dubbele helix. Elke trede van deze dubbele helix bestaat uit twee delen: een molecuul (base) Ategenover een molecuul (base) T, of een molecuul (base) C tegenover een molecuul (base) G.
Alle moleculen (basen) aan een één kant van de dubbele helix vormen dus een lange reeks van basen (de letters A, T, C en G). We spreken hier over DNA-sequentie.
Drie achtereenvolgende basen (bijvoorbeeld ATG) is een code voor een bepaald aminozuur. Een hele reeks aminozuren aan elkaar vormen een eiwit. Ons lichaam bestaat voor een groot gedeelte uit eiwitten.
Zoals je eerder hebt gelezen, bevinden de chromosomenparen (23) zich in de celkern. Ieder paar bestaat uit een chromosoom van vaders kant en een chromosoom van moeders kant. Op de chromosomen zitten de genen. Op ieder chromosoom (zowel moeder als vader) zit dus op dezelfde plek een gen dat bijvoorbeeld codeert voor oogkleur. Nu heb je dus een gen voor oogkleur van vaders kant en een gen voor oogkleur van moeders kant. We spreken dan over een allelenpaar, dat bestaat uit 2 genen, die we in dit geval allelen noemen.
Zo’n allelenpaar voor bijvoorbeeld oogkleur kan wel verschillend zijn; misschien codeert het ene allel voor blauwe ogen en het andere allel voor groene ogen. Verder op in de wikiwijs lees je hoe dit in zijn werk gaat.
4. Geslachtschromosomen
Mensen hebben in hun celkern dus 46 chromosomen, 23 afkomstig van vader en 23 afkomstig van moeder. Met andere woorden: 23 paren dus. Het laatste paar (paar 23) bestaat uit twee geslachtschromosomen. Bij een vrouw is dit XX, en bij een man XY.
Geslachtscellen (spermacellen en eicellen) bevatten geen 46 chromosomen, maar 23 chromosomen. De eicellen hebben altijd een X-chromosoom. De spermacellen kunnen een X-chromosoom of een Y-chromosoom hebben. Bij de bevruchting van de eicel hangt het dus af van het erfelijk materiaal in de spermacel, welk geslacht het bevruchte eitje later krijgt.
Een bevruchte eicel heeft altijd een X-chromosoom (van de moeder) en kan dus een X-chromosoom (van vader) of een Y-chromosoom (van vader) krijgen. Dit resulteert in een bevrucht eitje die XX (vrouwelijk) is, of een bevrucht eitje dat XY (mannelijk) is.
Een karyogram is een geordende weergave van de chromosomenparen van een organisme. Op een karyogram kan men grotere chromosoomafwijkingen terugvinden (afwijkingen in aantal en vorm).
Bovenstaande afbeelding is een karyogram van een man (23e paar is X- en Y-chromosoom)
Opdrachten les 4
Oefenopdrachten
Chromosomen bevatten DNA. Welke informatie bevat het DNA in één cel van een organisme?
Soort
Aantal chromosomen
Bananenvlieg
8
Huisvlieg
12
Erwt
14
Ui
16
Tomaat
24
Groene kikker
26
Kat
38
Mens
46
Veldmuis
46
Aardappel
78
Hond
78
Adelaarsvaren
104
Heremietkreeft
254
Tabel 1 Organismen met aantal chromosomen
Hoeveel chromosomen bevat de kern van een spiercel van de mens?
Hoeveel chromosomen bevatten de cellen van een groene kikker?
Hoeveel chromosomen bevatten de geslachtscellen van de mens?
Vul van de volgende dingen in of dit een erfelijke eigenschap of een niet erfelijke eigenschap is.
Extreem gespierd lichaam niet erfelijk/erfelijk
Bladeren met stekels niet erfelijk/erfelijk
Krullend haar vanaf de geboorte niet erfelijk/erfelijk
Blauwe ogen niet erfelijk/erfelijk
Piercings in het gezicht niet erfelijk/erfelijk
Bladeren die slaphangen niet erfelijk/erfelijk
Figuur 1 Cartoon
Leg uit wat er niet klopt aan de bovenstaande cartoon.
Bevat een witte bloedcel genen voor dezelfde erfelijke eigenschappen als een maagwand cel van dezelfde persoon, of zijn ze verschillend?
Figuur 2 Enkele stadia bij de ontwikkeling van een baby
Bij welke van de bovenstaande stappen komt het genotype van ene organisme tot stand?
Bij stap 1
Bij stap 2
Bij stap 3
Bij stap 4
Bij stap 5
Figuur 3 Maria op verschillende leeftijden
Op onze haarzakjes zitten celen die melanocyten worden genoemd. Melanocyten produceren een kleurstof die melanine heet. Deze eiwitten bepalen je haarkleur. Naarmate je ouders wordt, produceren de melanocyten minder melanine, totdat ze uiteindelijk helemaal geen melanine meer maken. Daardoor trekt de kleur langzamerhand uit je haar en krijg je grijs of wit haar als je ouder wordt.
Is het fenotype van Maria veranderd? Leg je antwoord uit.
Is het genotype van Maria veranderd? Leg je antwoord uit.
E. Genetica 2
1. Geslachtelijke voortplanting
In een lichaamscel zijn dus 23 chromosomenparen. Dit zijn diploïde cellen, vaak aangeduid met 2N (2N = 46). De chromosomen bevatten genen. Zusterchromosomen (bijvoorbeeld chromosoom 3 van moeder en chromosoom 3 van vader) bevatten genen die coderen voor dezelfde eigenschappen, het is een allelenpaar.
Op chromosoom 3 zou bijvoorbeeld de eigenschap (gen) voor de neusvorm kunnen liggen. Mogelijk codeert het gen op het chromosoom 3 van vader voor een spitse neusvorm, terwijl het gen op chromosoom 3 van moeder voor een ronde neusvorm codeert. Wanneer dit gebeurt, ben je heterozygoot (hetero = ongelijk) voor de eigenschap neusvorm. Heb je een allelenpaar met twee genen voor een spitse neus (of twee genen voor een ronde neus), dan ben je homozygoot (homo = gelijk) voor de eigenschap neusvorm.
Geslachtscellen bevatten geen 46 chromosomen (2N), maar 23 chromosomen (N). Zulke cellen zijn haploïd. Tijdens de bevruchting smelten de haploïde cellen (eicel en spermacel) samen en creëren ze een diploïde cel (2N).
De vorming van geslachtscellen (N) wordt meiose of reductiedeling genoemd, en de vorming van lichaamscellen (2N) wordt mitose genoemd.
Over het algemeen wordt één eicel (N) in de baarmoeder bevrucht met één zaadcel (N), en vormt het een nieuwe cel (2N), die uitgroeit tot lichaam. Heel soms worden twee eicellen bevrucht door 2 zaadcellen. Er ontstaat dan een twee-eiige tweeling.
Een twee-eiige tweeling Een eeneiige tweeling
Het kan ook voorkomen dat een bevruchte eicel (2N) tijdens de daaropvolgende delingen splitst, nu ontstaat er een eeneiige tweeling.
2. Dominante en recessieve allelen
Wanneer er een allelenpaar voor oogkleur is, die allebei een code hebben voor blauwe ogen, ben je homozygoot voor de eigenschap oogkleur. Een allelenpaar waarvan het ene allel codeert voor blauwe ogen en het andere allel voor bruine ogen noemen we heterozygoot.
Genenparen worden aangegeven met een code van 2 letters, aangezien er altijd twee genen in een paar zitten. In deze twee letters wordt een verschil gemaakt in twee groepen; dominante genen of recessieve genen.
Dominante genen zijn genen die heel sterk zijn en daardoor juist sneller worden overgenomen. Donkere oog- en haarkleur zijn hier voorbeelden van. Dit heeft als gevolg dat er over het algemeen meer mensen zijn met donker haar dan mensen met blond. Van dominante genen heb je er maar één nodig om deze eigenschap tot uiting te laten komen. Andere voorbeelden van dominante genen zijn: krullend haar, donkere ogen en rechtshandig zijn.
Een dominant gen (allel) geef je in de code van de 2 letters aan met een hoofdletter. Bijvoorbeeld het dominante gen voor donker haar krijgt de hoofdletter H.
Recessieve genen zijn juist genen die zich sneller laten onderdrukken en dan niet te zien zijn. Voorbeelden hiervan zijn blond haar, blauwe ogen en rood haar. Een recessief gen (allel) geef je in de code van de 2 letters aan met een kleine letter. Het recessieve gen voor blond haar zou in dit geval weergegeven worden met een kleine h.
Iemand met het allelenpaar HH is dominant homozygoot en zal donker haar hebben.
Iemand met het allelenpaar hh is recessief homozygoot en zal blond haar hebben.
Iemand met het allelenpaar Hh is heterozygoot en zal donker haar hebben.
3. Monohybride kruisingen
Als je van een organisme weet wat het genotype is en welke allelen dominant en recessief overerven, kan je van de nakomelingen van het organisme het genotype voorspellen. Dit kan je doen aan de hand van een monohybridekruisingsschema. Met behulp van dit schema kan je bepalen welke kans er is op mogelijke combinaties van allelen.
Stel, de vachtkleur bij runderen is zwart (A) of rood (a). Een homozygoot dominant rund (AA) wordt gekruist met een homozygoot recessief rund (aa).
A) Stel de kruising op.
P (Parentes) AA x aa
De geslachtscellen van het homozygoot dominante rund kunnen alleen maar A zijn, die van het
recessieve rund kunnen alleen maar a zijn.
F1 (Filii 1)
A A
a Aa Aa
a Aa Aa
Alle nakomelingen zijn heterozygoot en hebben genotype Aa. Omdat zwart dominant is, zullen alle nakomelingen zwart zijn (fenotype). Er is dus 100% kans op een zwarte nakomeling.
B) Kruis nu twee heterozygote runderen (Aa) met elkaar. P Aa x Aa
Beide runderen kunnen geslachtscellen A en geslachtscellen a vormen.
F1
A a
A AA Aa
a Aa aa
De 4 nakomelingen samen vormen 100%. 1 nakomeling is homozygoot dominant (AA) en zal zwart zijn. Er is dus 25% kans op een homozygoot dominante nakomeling. Twee nakomelingen
zijn heterozygoot (Aa) en zullen zwart zijn. Er is dus 50% kans op een heterozygote
nakomeling. Een nakomeling is homozygoot recessief (aa) en heeft een rode vacht. Er is dus 25% kans op een homozygoot recessieve nakomeling.
De verhouding zal dan 1 : 2 : 1 zijn.
C) Hoe groot is de kans op een zwarte rund? En hoeveel procent kan sop een rood rund?
Er zal 75% kans zijn op een zwarte vacht, en 25% kans op een rode vacht.
D) Kruis nu een heterozygoot (Aa) met een homozygoot recessief (aa) rund.
P Aa x aa
De geslachtscellen van het homozygoot recessieve rund kunnen alleen maar a zijn, die van het
heterozygote rund A of a.
F1
a a
A Aa Aa
a aa aa
Nu zijn er twee nakomelingen die heterozygoot (Aa) zijn en een zwarte vacht hebben, en twee
nakomelingen die homozygoot recessief (aa) zijn en een rode vacht hebben. Er is dus 50% kans
op een zwarte vacht en 50% kans op een rode vacht.
4. Multipele allelen (havo/vwo)
Er zijn eigenschappen waarvoor meer dan twee allelen (dominant of recessief) voor bestaan. Bijvoorbeeld de bloedgroepen. Bij bloedgroepen is de schrijfwijze IA (bloedgroep A) of IB (bloedgroep B) of i (bloedgroep O). Dus er zijn 3 allelen voor de eigenschap bloedgroep, waarbij IA en IB allebei dominant zijn en i recessief.
Iemand met IAIA of IAi heeft bloedgroep A.
Iemand met IBIB of IBi heeft bloedgroep B.
Iemand met IAIB heeft bloedgroep AB.
Iemand met ii heeft bloedgroep O.
Een man heeft bloedgroep AB en zijn vrouw heeft dezelfde bloedgroep. Welke bloedgroepen kunnen de kinderen krijgen?
P IAIB x IAIB
Geslachtscellen zijn voor beide mensen IA en IB
F1
IA IB
IA IAIA IAIB
IB IAIB IBIB
De nakomelingen hebben 50% kans op bloedgroep Ab, 25% kans op bloedgroep A en 25% kans op bloedgroep B.
Opdrachten les 5
Oefenopdrachten
De genen van Maria voor krullend haar zijn Hh. Is Maria heterozygoot of homozygoot voor de eigenschap haartype?
In een lichaamscel vind je 23 chromosomenparen. Zijn deze cellen diploïd of haploïd?
Hoe werkt de celdeling voor gewone lichaamscellen? En hoe heet deze celdeling?
Een tweeling bestaat uit een jongetje en een meisje. Verklaar of dit een eeneiige of een twee-eiige tweeling is en leg uit waarom.
Welk gen zal aanwezig zijn in het fenotype, het dominante of het recessieve gen?
Bij het uitbeelden van een kruising gebruiken we een aantal termen en afkortingen.
Hoe noem je de ouders in een kruising en met welke afkorting geef je hun aan?
Hoe noem je de nakomelingen in een kruising en met welke afkorting geef je deze aan?
Kruis het juiste woord in de zin aan:
Iemand met het allelenpaar Hh is … (kies uit: dominant homozygoot/recessief homozygoot/heterozygoot).
Iemand met het allelenpaar HH is … (kies uit: dominant homozygoot/recessief homozygoot/heterozygoot).
Iemand met het allelenpaar hh is … (kies uit: dominant homozygoot/recessief homozygoot/heterozygoot).
Van een erwtenplant zijn twee allelen voor het gen zaadkleur bekend, één voor groene en één voor gele erwten. Men kruist twee heterozygote planten. Deze ouderplanten zijn uitgegroeid tot groene erwten.
Welk allel is dominant en welk allel is recessief?
Wat is het genotype van de ouders en welke geslachtscellen kunnen zij meegeven in de kruising?
Vul de kruisingstabel in.
Stel de verhouding van de genotypen op.
Voer een kruising uit met erwtenplanten uit F1 van de vorige vraag, waarbij de ene ouder heterozygoot is en de andere homozygoot recessief. Bepaal de verhouding van de genotypen.
Bij cavia’s is de aanleg voor zwart haar dominant over die voor wit haar. Twee cavia’s (heterozygoot voor deze aanleg) worden met elkaar gekruist. Maak de kruising en bepaal de verhoudingen van de genotypen van de F1.
In figuur 1 zie je een gezin muizen. De twee grote muizen bovenaan zijn de ouders, de 9 muizen eronder zijn hun jongen. Van het streepgen, dat invloed heeft op de strepen in de vacht, zijn twee allelen bekend: een allel voor strepen en een allel voor het ontbreken van strepen. Gebruik de letters S en s voor deze allelen.
OEFENINGEN
Om verder te oefenen voor de toets ga je naar onderstaande pagina:
Het arrangement Thema 10 "Evolutie & Genetica" is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
De eerste landplanten (onder andere bijvoorbeeld mossen) verschenen ongeveer 500 miljoen jaar geleden. De planten veroverden het land en veranderen de kale vlakten in bloeiende gebieden (zie het plaatje hiernaast).
een code hebben voor blauwe ogen, ben je homozygoot voor de eigenschap oogkleur. Een allelenpaar waarvan het ene allel codeert voor blauwe ogen en het andere allel voor bruine ogen noemen we heterozygoot.
