Hoe kan DNA-onderzoek bijdragen aan het in stand houden van soorten?

• Biologie
• Middelbare school
• mavo, havo, vwo
• Leerjaar 2,3

Introduction

Wat kun je met DNA? Olifanten in dierentuinen matchen zodat er geen inteelt optreedt! Wat is eigenlijk inteelt en waarom is dat een probleem? Hoe erg is het als een soort (olifant) uitsterft? Inclusief een beperkte herhaling van begrippen uit de erfelijkheidsleer. Het is een vrolijke les met een knipoog naar datingprogramma's op TV.

Instructions

Deze les gaat over erfelijkheidsleer, en hoe dat gebruikt kan worden om in dierentuinen inteelt te voorkomen.

Kennis van genetica wordt weer opgefrist. Wat is inteelt eigenlijk, en waarom is dat een probleem?

- alle leerlingen hebben een laptop (of telefoon) nodig om met het interactieve deel mee te kunnen doen

- via de gele memobriefjes onder de meeste dia's kun je (docent) extra informatie lezen over de dia, of antwoorden op de vraag

- klik op de hotspots in de dia's voor meer informatie 

Ondertitel

Hoe kan DNA-onderzoek bijdragen aan het in stand houden van soorten?

Dierentuin vol liefde

Informatie voor de docent

Deze les gaat over erfelijkheidsleer, en hoe dat gebruikt kan worden om in dierentuinen inteelt te voorkomen.

Kennis van genetica wordt weer opgefrist. Wat is inteelt eigenlijk, en waarom is dat een probleem?

- via de gele memobriefjes hieronder kun je (docent) extra informatie lezen over de dia, of antwoorden op de vraag

- klik op de hotspots in de dia's voor meer informatie 

Les 1. Wat is creativiteit?

Erfelijkheid: wat kun je daarmee?

Je hebt al veel geleerd over erfelijkheid (genetica). Maar wat kun je er nou eigenlijk mee, met deze kennis?

In dierentuinen gebruiken ze deze kennis om bedreigde diersoorten, zoals olifanten, aan elkaar te koppelen. Op basis van erfelijke eigenschappen in het DNA van afzonderlijke olifanten, bepalen wetenschappers welke olifant het het beste met welke andere olifant kan 'doen'. Niet zo romantisch, wél effectief.

In deze les leer je hoe dat in z'n werk gaat!

Rangschik (sleep) de celonderdelen van klein (=1) naar groot (=5)

Even opfrissen

1

2

3

4

5

gen

chromosoom

genoom

DNA-molecuul

celkern

Toelichting

Deze vraag is bedoeld om kennis over DNA, chromosomen en genen op te halen.

Meerkeuzevraag

Even opfrissen: Hoe noem je een erfelijke eigenschap die een andere erfelijke eigenschap overheerst?

1. recessief
2. dominant
3. heterozygoot
4. homozygoot

Meerkeuzevraag

Even opfrissen: Als een individu voor een bepaalde eigenschap twee dezelfde allelen bezit, noem je dat ....

1. recessief
2. dominant
3. heterozygoot
4. homozygoot

Meerkeuzevraag

Even opfrissen: Een olifant met als genotype AA wordt gekruist met een olifant met als genotype aa. Wat is het genotype van het jong?

1. Aa
2. AA
3. aa
4. 50% kans op AA, 50% kans op aa

Open vraag

Overleg met je buur: Wat is inteelt eigenlijk? En waarom is dat een probleem? 

Eén van jullie typt hier jullie antwoord:

inteelt is niet incest!

Incest is sex tussen directe familieleden. Dat kán zeker leiden tot inteelt, maar is niet hetzelfde!

Toelichting

Inteelt is een wetenschappelijk begrip van het kruisen binnen een soort, ondersoort of ras van nauw aan elkaar verwante individuen. De verwantschap tussen beide ouders is hierbij groter dan gemiddeld in de totale populatie. Inteelt leidt tot homozygositie, hetgeen de kans vergroot dat het nageslacht nadelige effecten ondervindt van recessieve allelen. Inteelt leidt over het algemeen tot een verminderde genetische variatie van populaties. (Bron: wikipedia)

Open vraag

Waardoor treedt er in dierentuinen vaak inteelt op?

Antwoord:

In een dierentuin woont een beperkt aantal dieren. Als die onderling kruisen, is dat in eerste instantie geen probleem. Maar als vervolgens de jongen opnieuw kruisen met de ouderdieren, dan ontstaat al snel inteelt. Er is te weinig genetische diversiteit binnen zo'n kleine 'populatie'. 

Les 1. Wat is creativiteit?

Inteelt

In deze stamboom zie je wat het gevolg kan zijn van inteelt.

Van de vier ouders is niet bekend dat ze een bepaalde afwijking hebben, maar moeder 1 (geel-groene pijl) is een zus van vader 2 (oranje pijl).

Beide stellen krijgen één kind. Beide kinderen zijn heterozygoot voor de afwijking, die ze allebei via moeder/vader van opa of oma geërfd hebben. Maar ze weten van niks en hebben nergens last van. 

Deze kinderen, die dus neef en nicht zijn, krijgen samen een kind. Dit kind krijgt van beide ouders het recessieve allel en erft daarmee de afwijking. 

Bron: Klinische Genetica, Maastricht

gen of allel?

Een GEN is een bepaalde erfelijke eigenschap, bijvoorbeeld haarkleur.

Een ALLEL is de verschijningsvorm van dat gen, bijv. bruin, blond, zwart, rood (haar). Iedereen bezit twee allelen van elk gen. Die kunnen gelijk zijn (homozygoot) of verschillend (heterozygoot)

1

2

Meerkeuzevraag

Als het recessieve allel weergegeven wordt met de letter a, hoe zien de genotypen van moeder 1 (geel-groene pijl) en vader 2 (oranje pijl) er dan uit? 

1. moeder 1: AA of aa vader 2: aa
2. moeder 1: AA vader 2: aa
3. moeder 1: Aa of aa vader 2: Aa of aa
4. moeder 1: Aa vader 2: Aa

Les 1. Wat is creativiteit?

Inteelt

Inteelt is dus het gevolg van relaties tussen verwante individuen. 

Verborgen erfelijke, recessieve, eigenschappen hebben dan een grotere kans om tot uiting te komen.

En meestal zijn deze recessieve eigenschappen niet gunstig.

Een bekend voorbeeld bij mensen is taaislijmziekte (CF). Het allel komt niet veel voor, dus de kans dat je als ouders dit allel allebei hebt, is klein. Ben je familie van elkaar, dan is die kans veel groter.

Bron: Klinische Genetica, Maastricht

1

2

Taaislijmziekte?

In ons lichaam zitten veel kliertjes die slijm uitscheiden. Dat slijm helpt bij het afvoeren van bacteriën en bijvoorbeeld stofdeeltjes die zijn ingeademd. Ook transporteert het slijm enzymen naar de darm. Bij gezonde mensen is het slijm vrij vloeibaar, doorzichtig en dun. Als je cystic fibrosis hebt, is het slijm juist erg taai en dik. Omdat dit taaie slijm niet goed in staat is om de afvalstoffen en enzymen te vervoeren, ontstaan er overal in het lichaam ophopingen van dit slijm. Het opgehoopte slijm zorgt bijv. in de longen voor ontstekingen en leidt tot benauwdheid. 

Ook veroorzaakt het taaie slijm littekens in de alvleesklier (die de enzymen afscheidt) en de lever. De longen, alvleesklier en de lever werken door cystic fibrosis dus niet meer zoals het hoort. Ook de darmen kunnen verstopt raken, omdat de enzymen die nodig zijn voor de vertering van vetten er niet meer voldoende terecht komen.

Cystic fibrosis is een ernstige erfelijke ziekte die redelijk zeldzaam is. Jaarlijks worden er in NL ongeveer 25 kinderen geboren met deze ziekte.  (Bron: Longfonds)

Toelichting

Door op de hotspot te klikken, verschijnt er achtergrondinformatie over taaislijmziekte (CF). Niet nodig voor het vervolg van deze les, maar handig als er vragen over komen.

voordeel voor olifant

nadeel voor olifant

neutraal voor olifant

Er moet bloed worden afgenomen voor DNA-analyse

De olifant heeft een grotere kans op een gezond jong

De reis van de ene naar de andere dierentuin

Achterlaten van familieleden

Minder kans op uitsterven van de soort

Toelichting

Hier kan natuurlijk discussie over ontstaan. Heeft de olifant echt geen last van die bloedafname? In het filmpje werd gezegd dat dit bloed toch al verzameld werd, dus dit onderzoek levert geen extra belasting voor de olifant. 

Het behoud van de soort is voor een individuele olifant niet van belang. Interessant gegeven.

Maar eigenlijk heeft al dit gedoe weinig voordelen voor de olifant zelf. Waarom doen we het dan? Daar gaat de volgende dia over.

Les 1. Wat is creativiteit?

Biodiversiteit

Biodiversiteit is een graad van verscheidenheid aan levensvormen binnen een gegeven ecosysteem, gebied of de aarde. Biodiversiteit omvat de verscheidenheid aan verschillende ecosystemen, de verscheidenheid aan verschillende soorten binnen een ecosysteem en de genetische variatie binnen een soort. (bron: wikipedia)

ecosysteem

Een ecosysteem omvat alle organismen maar ook alle niet-levende natuur in een bepaald gebied. Het eiland Texel is bijvoorbeeld een ecosysteem, maar het schoolplein ook, of de boom waar de specht zijn nest heeft gemaakt. Of de hele aarde.

genetische variatie

Genetische variatie  is het bestaan van verschillen (variatie) in het genetisch (erfelijk) materiaal (DNA dus) van een populatie, een biologische soort of een heel ecosysteem.

Tekst

Voor de individuele olifant heeft dit gezeul over de hele wereld, van de ene dierentuin naar de andere, niet zoveel voordelen. Voor de soort, en voor ons, wél. Dat heeft te maken met het begrip 'biodiversiteit'. 

[Lees definitie van biodiversiteit voor]

De mens is er in geslaagd om het aantal soorten op aarde behoorlijk te laten afnemen, de biodiversiteit daalt dus. Wetenschappers proberen met dit soort fokprogramma's het tij te keren en soorten voor uitsterven te behoeden.

Les 1. Wat is creativiteit?

Afname biodiversiteit

Met hoeveel procent is het aantal gewervelde soorten op aarde afgenomen tussen 1990 en 2000 volgens deze grafiek? 

Geef je antwoord in de volgende dia! 

Toelichting

Vraag leerlingen bijvoorbeeld wat ze zien in deze grafiek, of wat de verschillende kleuren lijnen betekenen. Wat zijn eigenlijk 'gewervelde soorten'? En wat zijn 'mariene soorten'? Hoe kan het dat alle lijnen in 1970 bij 100 beginnen? Op deze manier leer je leerlingen om een grafiek te lezen.

Meerkeuzevraag

Met hoeveel procent is het aantal gewervelde soorten op aarde afgenomen tussen 1990 en 2000 volgens deze grafiek? 

1. afname van 55-60%
2. afname van 40-45%
3. afname van 25-30%
4. afname van 10-15%

Tekst

De afname tussen 1990 en 2000 (dus maar 10 jaar!) is volgens deze grafiek ongeveer 30%. Wat is het gevolg als deze trend doorzet (en dat doet-ie)? Waarom zou dat een probleem zijn? Voor ons? Of voor wie?

Les 1. Wat is creativiteit?

Stelling: Het is erg als de olifant uitsterft

EENS (links gaan staan)         (rechts gaan staan) ONEENS

Tekst

Toelichting

Nodig de leerlingen uit om na te denken over het uitsterven van een toch wel iconische soort: de olifant. (Negeer even het feit dat er meerdere soorten olifanten bestaan, benoem dit eventueel wel).

Laat leerlingen fysiek lopen naar links of naar rechts in het lokaal. Laat ze vervolgens argumenten uitwisselen passend bij hun keuze. Als leerlingen overtuigd raken door argumenten van 'de overkant' mogen ze uiteraard van kant / van mening wisselen.

Alternatief

Als deze werkvorm te uitdagend is voor de klas, kun je ook de volgende dia gebruiken. Hierbij geven de leerlingen via een 'poll' hun mening.

Hoe erg zou je het vinden als de olifant uitsterft?

meerdere soorten olifanten!

Voor het gemak gaan we uit van DE olifant. In werkelijkheid zijn er meerdere soorten, die niet allemaal tegelijk zullen uitsterven.

0100

Alternatief: 

Leerlingen moeten nu nadenken in hoeverre ze 'last hebben' van het uitsterven van een toch wel iconisch dier. 

Les 1. Wat is creativiteit?

Hoe werkt dat DNA-onderzoek?

DNA is het erfelijk materiaal. Alle organismen hebben het in hun cellen. Bij mensen (en olifanten) ligt het grootste deel in de celkern, maar een deel ligt in de mitochondriën (dat zijn de energiecentrales van elke cel). 

Elke cel, van elk organisme, heeft energie nodig. Dus alle organismen moeten genen (stukken DNA) bezitten die het vrijmaken van energie regelen. Dat blijkt ook zo te zijn. Die genen liggen in de mitochondriën, en worden CO1-genen genoemd. Omdat alle organismen zo'n CO1-gen hebben wordt juist dit gen gebruikt voor DNA-verwantschapsonderzoek. Want door mutaties verschilt dit gen tussen individuen (een heel klein beetje) en tussen soorten (meer).

 Bijvoorbeeld, tussen mensen onderling is het verschil in de DNA-code van het CO1-gen niet meer dan circa 2 procent. Maar het verschilt 9 tot 10 procent met de CO1-code van andere mensapen: Chimpansee en Bonobo. Die onderling weer 4 procent verschillen.

(Bron: naturetoday.com)

meer weten?

Lees deze dia als je meer wil weten over DNA-verwantschapsonderzoek!

Toelichting

Deze dia is bedoeld voor leerlingen (en docenten) die meer willen weten. Kan uiteraard overgeslagen worden.

Les 1. Wat is creativiteit?

In deze les heb je het volgende geleerd:

- Je weet weer wat dominant, recessief, homozygoot, heterozygoot, gen en allel betekenen.

- Je weet weer hoe een stamboom werkt, en hoe je genotypen noteert.

- Je hebt geoefend met het aflezen van een grafiek.

- Je kunt uitleggen wat de problemen / risico's zijn van inteelt.

- Je kunt beargumenteren wat het nut is van matchmaking in dierentuinen.

- Je kunt uitleggen wat het begrip 'biodiversiteit' betekent en wat dit met inteelt te maken heeft.

Leerdoelen

Les 1. Wat is creativiteit?

- youtubefilmpje 'Dierentuin vol liefde'; Universiteit van Nederland https://www.youtube.com/watch?v=lLBQEdrE9us&t=663s

Bosse, M. (2023, 25 september). Matchmaking for zoo animals. WUR. https://www.wur.nl/nl/en/waardecreatie-samenwerking/animal-breeding-and-genomics/show-abgc/matchmaking-for-zoo-animals.htm

EUROPEAN COMMISSION, DIRECTORATE GENERAL ENVIRONMENT, & UNEP - Regional Office for Europe. (2050). Samenvatting van het Millennium Ecosystem Assessment Biodiversiteitrapport. In UNEP - Regional Office For Europe. https://www.greenfacts.org/nl/biodiversiteit/biodiversiteit-foldout.pdf

Netherlands, N. T. (2024, 10 maart). DNA-onderzoek van Naturalis ontdekt meerdere nieuwe soorten in Nederland. https://www.naturetoday.com/intl/nl/nature-reports/message/?msg=32016

Bronnen

Les 1. Wat is creativiteit?

Auteurs

Heleen Bot & Team Wageningen Pre-University

Powered by

4TU

Meer informatie of opmerkingen

https://www.4tu.nl/vo/

Colofon