Sinds een aantal jaren zijn biologen ervan overtuigd dat al het leven op aarde aan elkaar verwant is. Al het leven is in miljarden jaren ontstaan uit primitieve eencelligen. Deze denkwijze moet betekenen dat soorten in de loop der tijd kunnen veranderen (evolueren) en dat die verandering zo groot kan worden dat er sprake is van een nieuwe soort.
Maar waardoor veranderen soorten? Hoe kunnen we het veranderen van eigenschappen van soorten in de loop van de tijd verklaren? De afgelopen eeuwen hebben veel wetenschappers zich met deze vragen beziggehouden. Een van de eerste onderzoekers die met een antwoord kwam was Charles Darwin.
De zoektocht van Darwin
Charles Darwin werd in 1809 in Engeland geboren. In 1831 vertrekt Darwin als natuuronderzoeker op expeditie naar Zuid-Amerika met het marineschip de Beagle. Het doel van de reis is de kust van Zuid-Amerika in kaart te brengen. Darwin gaat mee om daar de dieren en planten te onderzoeken. Het leven aan boord is voor Darwin geen pretje. De hele reis is hij verschrikkelijk zeeziek. Daarom is hij blij als hij aan land mag. Tijdens zijn tochten op het land verzamelt Darwin zoveel mogelijk dieren, planten, fossielen en stenen. Deze vondsten stuurt hij terug naar Engeland.
Na zijn reis naar Zuid-Amerika bedacht Darwin zijn Evolutietheorie. Hij zegt hierin onder andere dat elke soort is ontstaan uit een vorige soort. De basis hiervan is een mechanisme dat we natuurlijke selectie noemen. De komende lessen gaan we meer leren over de manier waarop natuurlijke selectie werkt.
Startopdracht
Hidde en Raoul brengen een bezoek aan Diergaarde Blijdorp in Rotterdam. Op een gegeven moment komen zij aan bij het verblijf van de okapi’s en de giraffen. Hidde en Raoul lezen op een bordje dat okapi’s nauw verwant zijn aan de giraffen. Inderdaad hebben de okapi’s net als giraffen een schuin aflopende rug, twee met huid bedekte ‘horentjes’ op hun schedel en een lange smalle grijptong waarmee zij de groene bladeren van takken afstropen. Het meest opvallende verschil tussen de twee verschillende soorten is natuurlijk de lengte van de hals. Giraffen leven in open steppegebieden in Afrika en voeden zich met jonge bladeren die hoog in de toppen van de bomen groeien. De okapi’s leven juist in dichtbegroeide Afrikaanse wouden en voeden zich met jonge bladeren van struiken. Uit vondsten van fossielen leiden biologen af dat de okapi en de giraffe afstammen van een groep hertachtige hoefdieren die 25 miljoen jaar geleden in Afrika leefde. Deze gemeenschappelijke voorouder had, net als de okapi, een korte hals. Tussen Hidde en Raoul ontstaat een discussie over het ontstaan van de lange hals van de giraffe.
Hidde:Ik denk dat de nek van een giraffe iets langer werd toen hij in een gebied ging leven met veel hoge bomen.
Raoul: Hoezo?
Hidde: Nou, een giraffe moet zijn hals uitstrekken om bij de hogere blaadjes te komen. Zo werd zijn nek een klein beetje langer. De hals van de nakomelingen van die giraffen kregen een nog iets langere nek en na verloop van tijd was de hals zo lang als ie nu is bij de giraffe.
Raoul: Ja, maar als ze hier in de dierentuin de voederbak van de okapi steeds hoger zetten, dan wordt zijn hals toch ook niet langer?
Hidde: Wel een beetje. Waarom zou dat niet kunnen? Als wij naar een warm land verhuizen dan wordt onze huid toch ook iets donkerder door de zon? Dan zal de hals van de giraffe ook wel iets langer kunnen worden.
Raoul: Maar als onze huid bruin wordt door de zon, en we zouden kinderen krijgen dan zouden die weer gewoon blank zijn. De kinderen van die giraffe zullen bij hun geboorte gewoon weer een korte hals hebben.
Hidde geeft de volgende verklaring voor het langer worden van de nek van de giraffe. De giraffen krijgen een iets langere hals doordat zij bij het verzamelen van bladeren hun nek moeten uitstrekken. Deze eigenschap wordt doorgegeven aan de nakomelingen. Vervolgens krijgen die weer een langere hals. In het algemeen zou je de verklaring van Hidde dus als volgt kunnen samenvatten: organismen veranderen onder invloed van hun omgeving en hun levenswijze en geven deze aanpassingen door aan hun nakomelingen. Kan het zo zijn dat deze manier van aanpassen verantwoordelijk is voor het ontstaan van de lange hals van de giraffe? Heeft iedere generatie giraffen een langere hals? Om deze vragen te beantwoorden gaan we kijken naar de manier waarop eigenschappen worden doorgegeven aan de nakomelingen.
Genen en erfelijkheid
In een vorig thema hebben we het al eens over DNA gehad. In het DNA ligt informatie over je eigenschappen opgeslagen. Zo ligt bijvoorbeeld in het DNA vast welke kleur ogen je hebt. Maar ook of je een jongen of een meisje bent, de vorm van je oorlelletje, je bloedgroep etc. Het DNA is als het ware een bouwtekening van jezelf. Deze bouwtekening ligt in iedere cel van je lichaam. Als een cel zich deelt in twee cellen dan wordt ook het DNA gekopieerd, zodat iedere cel die bouwtekening krijgt.
Iedere eigenschap van een organisme ligt vast in een specifiek deel (of een aantal delen) van het DNA. Zo’n deel noemt men een gen. Er is bijvoorbeeld een gen dat bepaalt dat de kleur van je ogen blauw is. Iemand met bruine ogen heeft een iets ander gen dat bepaalt dat hij bruine ogen heeft. Zo zijn er ook genen waarin de informatie over de vorm van je neus ligt besloten en genen die bepalen of je stijl of krullend haar hebt.
Organismen lijken in veel opzichten op hun ouders. Dat kun je ook bij je zelf zien. Waarschijnlijk lijk je wat betreft sommige eigenschappen op je vader, en wat betreft andere eigenschappen meer op je moeder. Dit komt omdat je zowel genen van je vader als genen van je moeder erft. Die genen zijn exacte kopieën van de genen van je ouders. Het erven van een eigenschap is eigenlijk niets anders dan een kopie van een gen van je ouders krijgen.
Eigenschappen worden dus bepaald door genen. Maar betekent dit dan dat alles aan jezelf volledig is vastgelegd in je DNA en dat je niets meer kan veranderen? Nee, bepaalde eigenschappen kunnen ook tijdens je leven veranderen. Als je in een warm land gaat wonen, wordt je huid bijvoorbeeld na verloop van tijd bruiner door de zon. Een bodybuilder kan door veel trainen een steeds gespierder lichaam krijgen. In beide gevallen zijn er eigenschappen die veranderen. Echter, als je huid bruiner wordt door de zon, verandert dat niets aan het gen voor huidskleur dat in je DNA zit. Zo zal er ook niets veranderen in het DNA van de bodybuilder.
Oefening: Oefening 1.
0%
Hieronder staat een aantal voorbeelden van eigenschappen van organismen. Geef aan welke eigenschappen doorgegeven worden aan de nakomelingen (genetisch bepaald zijn).
De oorspronkelijke bewoners van Australië, de aboriginals, hebben een donkere huidskleur. Ruim twee eeuwen geleden werd het land gekoloniseerd door (blanke) Engelsen. Het grootste deel van de huidige bevolking van dit land stamt af van deze kolonisten (92%) en is gewoon blank. Ook heeft Australië het hoogste percentage patiënten met huidkanker ter wereld.
Begin deze eeuw deed de bioloog Weiss onderzoek naar de erfelijkheid van eigenschappen. In zijn laboratorium amputeerde hij de staarten van een groep muizen. Van de nakomelingen van deze muizen amputeerde hij weer de staarten. Hij deed dit dertig generaties achter elkaar. De muizen bleven nakomelingen krijgen met een staart.
Het is duidelijk dat sommige eigenschappen van een organisme worden beïnvloed door zijn omgeving of zijn manier van leven: de huid van de mens wordt bruiner door de zon, het veelvuldig gebruik van bepaalde spieren doet het spiervolume toenemen, een gebrek aan gezonde voeding tijdens de ontwikkeling van een organisme remt de groei. De theorie van Hidde gaat er van uit dat veranderingen die op deze manier tot stand komen, worden doorgegeven aan de nakomelingen. Die nakomelingen veranderen op hun beurt weer onder invloed van de omgeving of levenswijze. Dit gaat dan door tot organismen voldoende zijn aangepast aan de omgeving.
Met de hedendaagse kennis over genen en erfelijkheid weten we dat dit niet kan kloppen:
Ten eerste hebben omgeving en levenswijze maar een beperkte invloed.
Eigenschappen van een organisme worden voor een belangrijk deel bepaald door zijn genen (zijn erfelijk materiaal). Zo krijgt niet iedereen in de zomer een even bruine huid. De mate waarin iemand een bruine huid kan krijgen is weer wel genetisch vastgelegd. Sommige eigenschappen zoals haarkleur, oogkleur en je bloedgroep veranderen helemaal niet onder invloed van de omgeving.
Ten tweede worden aanpassingen of veranderingen die tijdens het leven van een organisme optreden niet aan de nakomelingen doorgegeven.
Ook al kunnen omgevingsfactoren veranderingen veroorzaken, er verandert hierdoor niets aan het erfelijk materiaal (de genen, het DNA) van een organisme. Zijn nakomelingen erven dus wel de genen, maar niet de veranderingen die tijdens zijn leven zijn opgetreden. Dus ook al zou een giraffe een iets langere nek krijgen, dan zou hij dat niet doorgeven aan zijn kinderen.
Maar hoe kunnen (eigenschappen van) soorten dan wel veranderen? Dit onderwerp staat centraal in de volgende les.
Les 2.
De evolutietheorie van Darwin I
Variatie
In de vorige les hebben we kennisgemaakt met de engelse onderzoek Charles Darwin. In 1859 publiceerde hij zijn beroemde boek ‘On the origin of ‘species’ dat gaat over het ontstaan van soorten. Darwin beschrijft in dit boek een, voor die tijd, geheel nieuwe verklaring voor het ontstaan van soorten. Het begrip variatie speelt hierbij een essentiële rol. Het gegeven dat er allerlei verschillen bestaan tussen de individuen van een soort lijkt misschien erg voor de hand liggend, maar Darwin was de eerste die deze variatie in verband bracht met het veranderen van soorten.
Darwinvinken
De reis van Charles Darwin voerde ook langs een eilandengroep in de Grote oceaan, de Galápagos eilanden. Darwin ontdekte daar meer dan 10 nieuwe soorten vinken, die vrij veel op elkaar leken maar verschillende snavelvormen hadden. De meeste van deze vinken leefden niet op alle eilanden, sommige soorten kwamen maar op één eiland voor. Deze vinkensoorten vertoonden allemaal sterke overeenkomsten met de vinken die Darwin kende van het vasteland in Zuid-Amerika. De onderlinge overeenkomsten deden Darwin vermoeden dat de vinkensoorten die op de Galápagos eilanden voorkwamen allen afstamden van eenzelfde voorouder, afkomstig van het vasteland. Hoe kan het nou gebeuren dat uit één enkele soort vink zoveel verschillende soorten ontstaan?
Darwinvinken
Opdracht
Niet elke vink heeft precies dezelfde snavelgrootte. Er is variatie tussen de soorten vinken. Snavelgrootte is een erfelijke eigenschap. Bespreek de volgende vragen met een klasgenoot. Maak hierbij gebruik van de afbeelding.
Als een mannetjesvink en een vrouwtjesvink allebei een grote snavel hebben, wat voor snavel verwacht je dan bij hun jongen?
De vinken eten de zaden van twee soorten planten die op het eiland groeien. De ene plant maakt grote, harde zaden. De andere plant maakt kleine, zachte zaadjes. Door de verschillen in de grootte van de snavel kunnen niet alle vinken even goed alle zaden eten.
Welke snavel zal de vink hebben die vooral de kleine zaadjes eet?
Welk type snavel zal de vink hebben die het liefst harde zaden eet? Waarom denk je dat?
Planten met kleine zaadjes hebben veel water nodig om te groeien. In een droog jaar zijn er daarom bijna alleen maar grote, harde zaden. In een nat jaar vooral kleine zaadjes. Welk type vogel zal in een droog jaar minder te eten hebben?
Welk type vogel zal in een nat jaar minder te eten hebben?
Het snavelpracticum
Bij de opdracht heb je voorspeld welke snavel het best geschikt is voor een bepaald type zaad. We willen natuurlijk weten of die voorspelling juist was. We gaan daarom een experiment doen. De voorspelling (de hypothese) is het startpunt. We moeten de hypothese op een bepaalde manier testen. We kunnen dat niet met echte vogelbekken doen, maar de functie van een snavel is te vergelijken met de functie van een tang. We gebruiken dus tangetjes om het experiment uit te voeren.
Het grote verschil tussen de theorie van Hidde uit de vorige les en de evolutietheorie van Darwin, is dat Darwin niet uitgaat van veranderingen die optreden in een individu, maar van veranderingen in een groep individuen, een populatie.
Een populatie is een groep individuen van één soort die in hetzelfde gebied voorkomen en die zich onderling voortplanten.
Een soort kan dus uit meer dan één populatie bestaan. Vaak zijn deze populaties van elkaar gescheiden door geografische barrières, zoals bergketens, rivieren of andere gebieden waar die bepaalde soort niet kan overleven. Door deze barrières kunnen individuen van verschillende populaties zich niet onderling voortplanten.
Opdracht
Op een eiland zijn een paar dagen geleden twee vinken aan komen vliegen, een mannetje en een vrouwtje. Het zijn de enige vinken op het eiland, maar al snel legt het vrouwtje eieren en zullen er jonge vinken komen. Ieder jaar krijgt elk paar vinken vier jongen, twee mannetjes en twee vrouwtjes. De jongen zijn het jaar erop al volwassen. Ze vormen dan ook paartjes en zullen jongen krijgen.
Vul in de afbeelding de nakomelingen van de vinken verder in. Voor het eerste jaar zijn de vinken en hun jongen al ingevuld.
Als er steeds meer vinken geboren worden, is er na een tijdje niet genoeg eten meer. Wat gebeurt er dan?
Een populatie vinken zijn alle vinken op het eiland samen. Stel dat vinken met grote snavels beter eten kunnen vinden dan vinken met kleine snavels. Op welke manier verandert de populatie vinken dan?
Je hebt gekeken hoe een eigenschap van een soort in de loop van de tijd kan veranderen. Darwin noemde dit natuurlijke selectie. Beschrijf in vier stappen hoe het komt dat de populatie vinken is veranderd. Maak hierbij gebruik van de woorden variatie, erfelijkheid en selectie.
Afsluiting
In de afgelopen lessen heb je geleerd wat het begrip natuurlijke selectie inhoudt.
Natuurlijke selectie is hét cruciale punt binnen de evolutietheorie van Darwin. De individuen in een populatie verschillen onderling. Sommige individuen bezitten (toevallig) eigenschappen waardoor zij beter functioneren in hun leefomgeving dan anderen. Over het algemeen leven individuen met deze eigenschappen langer en produceren ze meer nakomelingen dan de rest. Als deze eigenschappen erfelijk zijn dan zijn er in de volgende generatie meer individuen met die eigenschappen.
In de volgende les ga je deze kennis toepassen in de eindopdracht die bij dit onderwerp hoort.
Les 3.
Inleiding
In deze les ga je de kennis die je in de afgelopen twee lessen hebt opgedaan, toepassen. Je maakt de eindopdracht door het bestand met de vragen te downloaden. De antwoorden vul je handgeschreven in op het invulblad dat je van je docent krijgt. Als je klaar bent met de opdracht wacht je totdat je werk is opgehaald. Indien er nog tijd over is, ga je in je leesboek lezen. Je krijgt een cijfer voor deze opdracht, dus doe je best!
Het arrangement Evolutie - natuurlijke selectie is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteurs
Jirin van Leeuwen
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2016-05-26 21:07:27
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands 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.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze lessenserie bestaat uit drie lessen over het evolutionaire thema natuurlijke selectie. De lessen zijn ontworpen in het kader van het vak Evolutie voor de tweedegraads docentenopleiding Biologie aan de Hogeschool Utrecht.
Deze lessenserie bestaat uit drie lessen over het evolutionaire thema natuurlijke selectie. De lessen zijn ontworpen in het kader van het vak Evolutie voor de tweedegraads docentenopleiding Biologie aan de Hogeschool Utrecht.
Snavelpracticum
