Erfelijkheid en het verlies van de biodiversiteit

• Biologie
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Inleiding Erfelijkheid 

...in de context van een verlies van de biodiversiteit.

Stel je voor dat alle bloemen op aarde van één soort zouden zijn. Wat voor gevolgen zou dat hebben voor bijen, vlinders en andere dieren? Denk teruf aan het hoodstuk Evolutie en wat er nodig zou zijn om natuurlijke selectie mogelijk te maken.

WAT IS BIODIVERSITEIT?

SOORTENRIJKDOM

• Het omvat alle soorten planten, dieren en micro-organismen, en zelfs genetische variaties daarin. Al deze soorten werken samen in een ecosysteem en zorgen zo voor evenwicht in de natuur.

• EEN VERANDERING IN EEN DEEL IS EEN  VERANDERING VAN HET GEHEEL

• Biologische soortenconcept:
• Een soort is een groep organismen, die onder natuurlijke omstandigheden zich voortplanten en daarbij vruchtbare nakomelingen  produceren.

De leerlingen hebben al een les gehad met een uitleg over wat biodivwersiteit is en waarom het van belang is.

Nu is het vooral van belang om het begrip genetische variatie te benadrukken. En een korte herhaling wat het biologische soortenconcept. 

VARIATIE BINNEN SOORTEN

• Variatie in soorten verwijst naar de verschillen in eigenschappen tussen individuen i een popualtie..

• Een populatie is een groep organismen van dezelfde soort in een bepaald gebied. 

• Bij veel soorten organismen zijn de verschillen in eigenschappen niet opvallend, zoals de sneeuwluipaarden, maar ze zijn er wel. Het vlekkenpatroon dient als een soort van vingerafdruk.

• Er zijn twee manieren waarop genetische variat ontstaat:

• mutaties (plotselinge veranderingen in het DNA)

• geslachtelijke voortplanting

Bij soimmige soorten zijn de verschillende eigenschappen heel subtiel, zoals het vlekkenpatroon van de sneeuwluipaard als een 'vingerafdruk' dient waaran ze elkaar kunnen herkennen.

CELLEN

De verscheidenheid aan organismen begint bij de cel.

Een cel is de meest fundamentele bouwsteen waaruit organismen gevormd worden.

Er bestaan eencellige en meercellige organismen.

Eencellige organismen hebben geen weefsels en organen. De levenskenmerken worden door slechts één cel uitgevoerd.

Meercellige organismen hebben wel weefsels en organen door middel van celdifferentiatie: specialisatie van cellen.

Als een groep cellen met dezelfde vorm en functie gaan samenwerken ontstaat een weefsel. Als verschillende weefsels gaan samenwerken ontstaat een orgaan.
Als verschillende organen gaan samenwerken aan dezelfde taak, dan ontstaat er een orgaanstelsel.
Welke orgaanstelsels kun je benoemen?

VOORTPLANTING

(organisme niveau)

Om ervoor te zorgen dat de soort blijft voortbestaan moeten organismen zich voortplanten. 

Voortplanting is het produceren van nakomelingen

• Ongeslachtelijke voorplanting (er is slechts één ouder nodig). 

• Geslachtelijke voorplanting (er zijn twee ouders nodig). Ook spelen geslachtscellen een belangrijke rol.

Ook dit is een herhaling van de leerstof van hoofdstuk Organen en cellen en voortplanting.

Er zal in deze lessenserie vooral de nadruk gelegd worden op geslachtelijke voortplanting.

BEVRUCHTING

Er is sprake van een bevruchting wanneer de celkern van de mannelijke geslachtstcel samensmelt met de celkern van de vrouwelijke geslachtscel. 

Bij dieren noemen we de geslachtscellen zaadcellen en eicellen.

Bij zaadplanten noemen we de geslachtscellen pollen en eicellen.

Bij mossen, varens en schimmels noemen we de geslachtscellen sporen.

De meeste meercellige organismen produceren nakomelingen door middel van geslachtelijke voortplanting. Het heeft ook een nadeel, want twee individuen moeten elkaar ontmoeten en leuk vinden.
Kun je een voordeel benoemen van geslachtelijke voortplanting?

CELDELINGEN EN CHROMOSOMEN

Chromosomen bestaan uit eiwitten en DNA.

DNA bevat de informatie voor het bouwplan en het functioneren van het organisme. 

Een gen is een stukje DNA met de informatie voor een erfelijke eigenschap.

Nieuwe lichaamscellen worden gevormd door de celdeling: 

MITOSE: groei, ontwikkeling en herstel. 

Bij iedere celdeling moeten de chromosomen van de moedercel gekopieerd worden, zodat iedere dochtercel dezelfde genetische informatie krijgt. 

Lichaamcellen bevatten altijd twee sets van chromosomen: een van de vader en een van de moeder-------2n. 

De leerlingen hebben al kennisgemaakt met deze celdelingen. Het wordt als complexe leerstof ervaren. Om die reden heb ik een dramaspelvorm bedacht om samen met de klas de twee celdelingen na te spelen. 

De instructies en attributen van deze dramaspelvorm is toegevoegd bij de handleiding die bij deze lessenserie hoort. 

GESLACHTSCELLEN

Geslachtscellen worden door een speciale celdeling geproduceerd: MEIOSE, ook wel REDUCTIEDELING genoemd. 

Een celdeling waarbij het aantal chromosomen gehalveerd worden. 

Lichaamscellen bevatten 2 sets chromosomen = 2n

Geslachtscellen bevatten 1 set van chromosomen = 1n.

Voorbeelden:

Een sneeuwluipaard heeft 38 chromosomen in de lichaamscellen = 2n, maar in de geslachtscellen slechts 19 chromosomen = 1n.

Wanneer bij een bevruchting de celkernen van de eicel (19 chromosomen) en de zaadcel (19 chromosomen) fuseren, ontstaat er een nieuwe eerste lichaamscel met 38 chromosomen. De nieuwe lichaamscel noemen we zygote.  

Les 2 

GENOTYPE EN FENOTYPE

Belangrijke begrippen:

Erfelijke eigenschap

Fenotype

Genotype 

Chromosoom

Chromosomenpaar

Celkern

Laat de leerlingen de begrippen in het schrift overnemen.

Ze zijn dan direct actief bezig.

Wat weet je al over erfelijkheid?

WAT IS ERFELIJKHEID?

Erfelijkheid betekent dat eigenschappen van ouders aan nakomelingen worden overgeërfd. 

 

Benoem zoveel als mogelijk erfelijke eigenschappen van een sneeuwluipaard.

Wat zou het effect kunnen zijn wanneer er een geringe mate van genetische variatie bestaat in een populatie van bedreigde soorten?

FENOTYPE

Het fenotype is het geheel van uiterlijke kenmerken, gedragingen en fysiologische eigenschappen van een organismen.

Wat bepaald het fenotype?

• Genotype
  
• Omgevingsinvloeden
  

Fysiologische eigenschappen verwijzen naar de natuurlijke processen en functies van een levend organisme. Het gaat om de manier waarop het lichaam werkt op cellulair, weefsel- en orgaanniveau. In eenvoudige bewoordingen: het zijn de eigenschappen die maken dat een organisme leeft en functioneert.

GENOTYPE

Een genotype is de genetische samenstelling van een organisme. 

Het is als een unieke blauwdruk die alle erfelijke informatie bevat die een organisme van zijn ouders heeft gekregen. 

Deze informatie is opgeslagen in het DNA, een lang molecuul dat zich in de celkern bevindt.

Het genotype wordt vastgelegd op het moment van bevruchting en wijzigty zich niet tijdens het leven van een individu. 

CHROMOSOMEN

(cellulair niveau)

Chromosomen zijn dragers van de erfelijke informtie. 

• Lichaamscellen:  2 sets chromosomen (2n) = 38 (1 set van moeder en 1 set van vader)

• Geslachtscellen : 1 set chomosomen (1n) = 19

• Een sneeuwluipaard heeft 38 chromosomen (19 chromosoomparen) in de celkern.

• Twee soorten chromosomen: 
• Autosomale chromosomen bestaan uit homologe chromosomen. Ze bevatten dezelfde erfelijke informatie. 
• Geslachtschromosomen: bepalen het geslacht van het individu.

Leerlingen hebben in een vorige hoofdsuk al kennisgemaakt met cellen, celkern, (geslachts)chromosomen en DNA.

DNA

(moleculair niveau)

Het bestaat uit twee strengen DNA die complementair aan elkaar zijn in een dubbele helixstructuur, opgebouwd uit nucleotiden.

Een nucleotide bestaat uit een basenparen (adenine, thymine, cytosine en guanine), een suikergroep en fosfaatgroepen.

Functie: DNA codeert voor de aanmaak van eiwitten die essentieel zijn voor de structuur en werking van cellen.

Als de chromosomen nog niet gespiraliseerd zijn, worden ze chromatine genoemd. 

Bij de vergroting van de afbeelding waarop de basenparen te zien zijn, volgt er een uitleg over het complementaire aspect. 

Adenine koppelt altijd met Thymine en Guanine koppelt altijd met Cytosine. 

DNA

(conceptualisatie)

Stel je voor dat DNA een bibliotheek is. Elk boek  in de bibliotheek vertegenwoordigt een instructie voor een bepaald eiwit die belangrijk is voor de structuur en functie van een deel van je lichaam. 

De boeken in de bibliotheek bevatten samen alle informatie die nodig is 

om een organisme te laten groeien, functioneren en reproduceren. 

Elk boek is een handleiding voor een specifieke taak, zoals 

het maken van een eiwit of het regelen van een proces in een cel.

Als een boek beschadigd raakt of ontbreekt, kan de instructie niet goed worden uitgevoerd. 

Dit kan leiden tot fouten in hoe het organisme functioneert, zoals ziekten of ontwikkelingsproblemen.

De bibliotheek kopieert zichzelf door elk boek precies te dupliceren ofwel te kopiëren. Dit gebeurt door een proces waarbij elk boek wordt gelezen en een exacte kopie wordt gemaakt, vergelijkbaar met hoe DNA-replicatie werkt. Speciale "kopieermachines" (enzymen) zorgen ervoor dat fouten worden hersteld, zodat de nieuwe bibliotheek bijna foutloos is.

Wat wordt bedoeld met het begrip complementair?

(conceptualisatie)

De twee zijden van een rits passen precies bij elkaar omdat elke tand een complement heeft: A past alleen met T, en C past alleen met G. Dit is essentieel voor de structuur van DNA, omdat deze complementaire paring stabiliteit geeft aan de dubbele helix. 

Als er een tandje van de rits mist (een mutatie: een verandering in de sequentie van de basenparen), kan de rits niet goed sluiten. 

Dit kan betekenen dat de DNA-informatie niet goed gelezen wordt, wat kan leiden tot fouten in eiwitten. Bijvoorbeeld, een ontbrekende tand kan een enzym niet goed laten functioneren. 

A A T C C G G A T C G G T T T A A G G G C G C G T T

T T A G G C C T A C C C A A A T T C G C C C G C A A 

Waar zit de fout in deze rits?

Huiswerk

LES 3