Cellen, Organismen, Ecologie en Evolutie

Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Colofon
De module Evolutie aan het werk, aan het werk met evolutie is bestemd
voor de lessen biologie in de bovenbouw van het vwo.
De module is te downloaden via ► www.beta-oost.nl, kies voor biologie lesmaterialen
Deze module is ontwikkeld in een Docent Ontwikkel Team bij de Universiteit
Twente – Bèta Steunpunt Oost, als uitwerking van een context zoals
omschreven in het nieuwe examenprogramma biologie voor het vwo vanaf
2013.
Auteur
Drs. A.W. Cuiper (docent biologie en ANW te Enschede)
Met medewerking van
Ir. R. Kamperman (SG Canisius te Almelo) voor waardevolle aanvullingen en
toetsing in de praktijk.
Dr. J.J. Wietsma (Universiteit Twente te Enschede en Greijdanus te Zwolle),
voor het realiseren van het Docent Ontwikkel Team en de publicatie van het
lesmateriaal.
Prof.dr. D. Reznick (University of California Riverside) die met zijn team
onderzoek doet aan de Guppy in Trinidad, stelde materiaal over dit
onderzoek welwillend ter beschikking.
Aangepaste versies van deze module mogen alleen verspreid worden, indien
in dit colofon vermeld wordt dat het een aangepaste versie betreft, onder
vermelding van de naam van de auteur van de wijzigingen.
© 2013. Versie 1.0.2
De auteur heeft bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van
materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het
achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, enz. is de
grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen
of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op
tekstgedeeltes, illustraties, enz. van de module, dan worden zij verzocht zich
in verbinding te stellen met Bèta Steunpunt Oost, ELAN, Universiteit Twente,
Postbus 217, 7500 AE Enschede.
Voor deze module geldt een
Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk delen 3.0
Nederland Licentie
Module voor biologie - vwo
1
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Evolutie aan het werk aan het werk met evolutie
Een module over cellen, organismen,
ecologie en evolutie in populaties wilde guppen
In deze module maak je kennis met aansprekend onderzoek naar erfelijke
veranderingen en evolutionaire aanpassingen bij populaties van guppen in het
oerwoud van Trinidad. Je onderzoekt zelf welke onderliggende mechanismen een rol
spelen. Hierdoor ontdek je de betekenis van mitose en meiose voor genetische
variatie. Ook leer je met deze context om verschillende organisatieniveaus en
losstaande concepten van het vak biologie met elkaar te verbinden.
Module voor biologie - vwo
2
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Inhoudsopgave
Inleiding ………………………..…………………………………………………………………………….
4
Voorkennis (met 5 opdrachten)
Voorkennis 1 De Mitose …………………………………………………………………………………
5
Voorkennis 2 De Meiose ….…………………………………………………………………………….
8
Veranderingen in Guppy-populaties (met 17 opdrachten)
Hoofdstuk 1
Het Veldonderzoek …………………………………………………….…………….
11
Hoofdstuk 2
De Genetische Achtergrond ….………………………………………………….
14
Werkblad Meiose …………………………………………………………………………………………….
16
Hoofdstuk 3
Rekenen met Selectie …………..…………………………………………………
18
Werkbladen Genfrequenties ……………………………………………………………………………
23
3 Bijlagen
Module voor biologie - vwo
3
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Evolutie aan het werk –
Aan het werk met evolutie
Inleiding: Evolutie in „real time‟.
Evolutie is een centraal begrip in de biologie. Zodra je je afvraagt hoe een orgaan, een
organisme of zelfs gedrag van organismen is ontstaan, kom je uit bij het begrip evolutie.
Een van de grootste biologen uit de vorige eeuw verklaarde zelfs: “Nothing in biology makes
sense except in the light of evolution” (Th. Dobzhansky; 1964, zie:
http://en.wikipedia.org/wiki/Nothing_in_Biology_Makes_Sense_Except_in_the_Light_of_Evolution )
Deze uitspraak werd gedaan bijna 100 jaar na publicatie van Darwins bekende boek “The
Origin of Species”. De uitspraak is later gebruikt als aanrader voor biologieleraren om de
kloof tussen geloof en natuurwetenschap te overbruggen. Veel Nederlandse schoolboeken
beschrijven evolutie zonder dat duidelijk wordt hoe evolutie in de natuur werkt. Dat is
jammer. Deze module “Evolutie aan het werk- aan het werk met evolutie” behandelt
veldonderzoek aan de Guppy, waarin evolutionaire mechanismen ontraadseld worden. Een
aantal lastige begrippen uit standaard vwo-lesboeken, die vaak verwarrend worden uitgelegd,
worden met elkaar in verband gebracht en daardoor, hopelijk, een stuk duidelijker.
Gebruik van de module
De module is heel geschikt als context toets. Zowel om al geleerde begrippen te toetsen als
ook om vertrouwd te raken met vragen die voortkomen uit een nieuwe biologische context.
De meest uitdagende manier om de module door te werken is dan ook om de voorkennis over
te slaan en direct te beginnen bij Hoofdstuk 1: Het Veldonderzoek, op blz 11.
Bij deze aanpak zijn er drie stappen te onderscheiden:

Geef in eigen woorden de hoofdlijnen van de context weer, in dit geval het onderzoek
in de jungle op Trinidad.

Verklaar de uitkomst van dit onderzoek met al geleerde begrippen/concepten uit het
vak Biologie. Breng deze concepten op een zinnige manier met elkaar in verband.

Oefen met een gegeven wiskundige beschrijving zodanig dat toekomstige
verschijnselen uit de context in principe te voorspellen zijn .
Kortom: het is natuurwetenschap van begin tot eind!
Module voor biologie - vwo
4
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Voorkennis 1: De Mitose
De voorbeelden in deze les verwijzen naar de niet consequent toegepaste kleuren bij de
illustraties van de mitose in Nederlandse lesboeken (Biologie voor Jou en Nectar).
Voor een beter begrip van het vak, maar ook om in de biologie meer samenhang tussen
verschillende onderdelen aan te brengen gaan we eerst de mitose nog eens bekijken.
Bij het onderwerp celdeling leerde je dat de normale celdeling als resultaat heeft dat er
twee identieke dochtercellen ontstaan. Ook weet je dat van elk chromosoom(nummer) er
altijd twee exemplaren in je cellen aanwezig
zijn: één komt van je moeder (het maternale
exemplaar) en eentje komt van je
vader(paternaal): lichaamscellen zijn diploïd
(2n).
Van vader en moeder
Het is belangrijk om deze twee varianten
(met dus hetzelfde chromosoomnummer)
goed uit elkaar te houden omdat ze nooit
helemaal hetzelfde zijn: Zo kan je van je
moeder een dominante versie van een gen
geërfd hebben, en van je vader een
recessieve versie van hetzelfde gen. De ene
versie ligt dan op het maternale en de andere
op het paternale exemplaar van het
chromosoom paar. Bij de uitleg van de mitose
worden bij de illustraties steeds twee
verschillende chromosoom paren getoond.
Maar van elk paar wordt niet aangegeven
welke helft er nu maternaal en welke helft er
Figuur 1 De Mitose.
Je ziet hoe bij de normale celdeling de
chromosomen over twee dochtercellen
worden verdeeld.
De informatie in deze figuur is helaas erg onvolledig,
zie tekst voor toelichting.
paternaal is. Toch is dat nodig om meer van
Module voor biologie - vwo
5
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
de mitose, maar ook van de meiose (en de crossing over) en zelfs van evolutionaire
aanpassingen te kunnen begrijpen!
Daarom nemen we het volgende voorbeeld van een cel die zich deelt via de mitose, maar die
slechts twee verschillende chromosoom paren heeft. Je ziet dat er in figuur 1 nog geen
onderscheid gemaakt wordt tussen de maternale en paternale exemplaren van elk
chromosoom.
Je zou nu alvast een manier kunnen bedenken hoe je dat onderscheid wel zou kunnen
weergeven. Om de Mitose voldoende te begrijpen gaan we kijken wat er gebeurt met
dominante en recessieve genen. Dit is goed te volgen als eerst de dihybride kruising bij het
onderwerp Erfelijkheid besproken is.
We nemen hier als voorbeeld het chromosoom-paar nr. 1 aangegeven met rood , waarop de
gen varianten A,a en chromosoom-paar nr. 2 met de kleur blauw met gen varianten B,b. Bij
de vorming van een bevruchte eicelkomt komen er dan bij voorbeeld van moeders kant de
chromosomen 1 en 2 met elk een dominant gen erop: A en B, en van vaders kant komen er
dan 2 chromosomen met twee recessieve genen a en b. En als jij dan de bevruchte eicel bent
wordt dat AaBb.
Je kunt je afvragen: zijn in je eigen lichaam de cellen na talloze delingen allemaal AaBb of
zijn er ook AABB en aabb cellen ontstaan?
Wel, normaal gesproken zijn alle lichaamscellen in je lichaam genetisch identiek aan de
oorspronkelijke bevruchte eicel. Dus al jouw cellen hebben het genotype AaBb. Het is juist de
Mitose die ervoor zorgt dat er in elke dochtercel van elk chromosoompaar 1 maternaal en 1
paternaal exemplaar terechtkomt!
Opgave:
1. Geef bovenstaande alinea weer met een aantal schetsen van chromosomen en de
bijbehorende genen.
Dankzij de Mitose blijven alle cellen genetisch identiek. Dat kun je zelf duidelijk maken door
de tekening in je boek te verbeteren.
Zo is er in figuur 1 sprake van twee blauwe chromosomen(voor B of b) en twee rode(voor A of
a). Alleen wordt er in de tekening geen verschil gemaakt tussen de chromosomen met de
Dominante genen (B en A) die je van je MOEDER kreeg, en de chromosomen met de
recessieve (b en a) genen die oorspronkelijk van je vader kwamen……. Helaas!
Module voor biologie - vwo
6
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Opgave:
2. Geef weer, bv in een tekening of met gekleurde draadjes met knijpers, wat er met de
maternale en paternale exemplaren van elk chromosoom paar gebeurt tijdens de
Mitose.
Als je klaar bent, beoordeel je elkaars werk. De docent geeft eventueel uitsluitsel.
Je vraagt je misschien af waarom we ons zo druk maken over de verdeling van
maternale en paternale helften van chromosoom paren. Dat is omdat er nog een vorm
van celdeling bestaat waarbij de maternale en de paternale helften van elk
chromosoompaar juist niet over beide dochtercellen worden verdeeld.
Dat is de Meiose-I. En dat heeft grote gevolgen voor het proces van de evolutie!
Module voor biologie - vwo
7
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Voorkennis 2: De Meiose
Voor een beter begrip en ook om in de Biologie meer samenhang tussen verschillende
onderdelen aan te brengen willen we ook over de Meiose nog iets verduidelijken.
In het Biologieboek leerde je dat er van elk chromosoom altijd twee exemplaren in je cellen
aanwezig zijn: één van je moeder (het maternale exemplaar) en eentje van je
vader(paternaal). Je lichaamscellen zijn diploïd (= 2n). Bij de uitleg van de Meiose zag je wat
dit voor gevolgen had voor de vorming van geslachtscellen, die haploïd zijn (= n) ( in dit geval
steeds 4 verschillende), en dat er ook nieuwe combinaties optreden na bevruchting van een
eicel. Duidelijk was dit te zien bij het kruising van twee heterozygote ouders (zoals
behandeld bij het hoofdstuk over Erfelijkheid):
←
Dat 8 verschillende geslachtscellen deze
genetische combinaties hebben, moet bij de
uitleg van de Meiose natuurlijk wel verklaard
worden…..
Figuur 2. Schema van de dihybride kruising, let op de rode kalfjes!
Module voor biologie - vwo
8
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Hieronder zien we de Meiose. Het proces waarbij de haploïde(=n) geslachtscellen uit figuur 2
gevormd worden.
In dit veelgebruikte plaatje wordt de Meiose te sterkt versimpeld, zodat het ontstaan van
genetische variatie door recombinatie onbegrijpelijk blijft!
Figuur 3.
Meiose-I
Meiose-II
Er zijn in de oorspronkelijke gameetvormende diploïde cel twee verschillende chromosomen
weergegeven: een rood en een blauw paar(2n), waarbij al verdubbeling van chromatiden is
opgetreden. Helaas sluit deze weergave niet aan bij het dihybride kruisingsschema van figuur
2.
Dat beide figuren met hun uitleg niet op elkaar aansluiten komt omdat in figuur 3 niet wordt
aangegeven welk rode of welk blauwe chromosoom nou van maternale of van paternale
oorsprong is. Pas als dat aangegeven wordt is duidelijk dat er bij vorming van de
geslachtscellen, bij elk F1 ouderdier 4 haploïde chromosoom combinaties mogelijk zijn. Net
zoals dat in figuur 2 bij de geslachtscellen wordt weergegeven. (Let op: de maternale en
paternale chromosomen die in de F1 worden aangetroffen komen van de grootouders P van de
F2)
Opgave:
3. Geef het onderscheid aan tussen de maternale en de paternale oorsprong van elk
exemplaar van de beide chromosoom paren. (Zie werkblad)
4. Laat zien dat er vier chromosoom combinaties bij de gameten kunnen worden
aangetroffen.
5. Omschrijf de verschillen tussen de meiose-I en de mitose
Als je er niet uitkomt kun je spieken op www.bioplek.org, in de Binas, of in Biodata.
Module voor biologie - vwo
9
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Voorkennis 2: Werkblad - Meiose
Module voor biologie - vwo
10
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Veranderingen in Guppy populaties
Hoofdstuk 1 - Het Veldonderzoek
Als context bij het onderwerp evolutie gaan we een vrij recent veldonderzoek aan de
Gup behandelen. Dit onderzoek wordt uitgevoerd op Trinidad door o.a. studenten van
de universiteit van Californië.
De vraagstelling van het onderzoek heeft alles te maken met de evolutie theorie van Darwin,
want fossielen en zo is wel leuk, maar….. heeft iemand ooit wel eens Evolutie zien
plaatsvinden?
Eerst gaan we kijken hoe het onderzoek wordt uitgevoerd.
Figuur 1. Best wel relaxed die Biologie!
Bekijk de video over het onderzoek op Trinidad (15 min).
Je vraagt je waarschijnlijk af waarom deze mensen zo ontzettend druk in de weer zijn met
deze kleine visjes. Het antwoord is dat men onderzoekt of er in de loop van de jaren
veranderingen optreden in het uiterlijk (en gedrag) van de visjes. Ook wil men weten waar
deze veranderingen door worden veroorzaakt.
Het idee is dat je hier misschien wel de evolutie voor je ogen ziet gebeuren!
Opgave 1. (Eventueel in groepjes)
Over de precieze vraagstelling en de resultaten van het onderzoek komen hier een paar
inleidende vragen:
Module voor biologie - vwo
11
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie




Hoeveel jaar denk je, zou er nodig zijn om evolutionaire veranderingen te kunnen
zien?
Hoe dacht Darwin daarover?
Wist Darwin eigenlijk wel waar de erfelijke eigenschappen v.e. organisme in dat
organisme verborgen zitten?
Op welk niveau vindt het onderzoek plaats. (bedoeld is hier het integratie niveau v.d.
biologie, zie figuur 2)
Opgave 2. (In groepjes)
Nu wordt je gevraagd om: A) de vraagstelling, B) de opzet en C) de resultaten
van het onderzoek op te sporen in één van volgende artikelen.
 Artikel1: Catching evolution in action.
 Artikel 2: Endler‟s guppies.
 Artikel 3: Artificial selection …
Aanwijzing.
De antwoorden van deze vragen kunnen op het bord.
Figuur 2. In de Biologie kunnen verticale en horizontale verbanden gevonden worden
Module voor biologie - vwo
12
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Opgave 3. De opgave voor thuis (even goed nadenken):
Hoe denk je dat deze gevonden verandering van de gehele guppy populatie tot stand komt?
 Het antwoord moet ten minste uit twee componenten bestaan. Eén die bestaat uit
een horizontaal verband in figuur 2, en één die door een verticaal verband
weergegeven kan worden.
Module voor biologie - vwo
13
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Hoofdstuk 2
- De Genetische Achtergrond
Blaadjes per stuk uitdelen telkens nadat de opgaven zijn behandeld.
Opgave 3 vervolg.
 Inventariseren van de antwoorden die de leerlingen bedacht hebben.
 Eventueel commentaar.
Als je als antwoord selectie hebt genoemd, is dit slechts gedeeltelijk goed. Je antwoord
wordt dan weergegeven door alleen een horizontaal verband in figuur 2. Selectie vindt plaats
door interacties binnen een ecosysteem. De vraag is selectie van wat? Je dient hierbij te
bedenken dat de nieuw geselecteerde verschijningsvormen, zoals mooi gekleurde mannetjes,
niet zichtbaar aanwezig waren in de oorspronkelijke populatie. Voor het volledige antwoord
moet je naar een ander integratie-niveau (figuur 2) afdalen. Daarom komt hier nog wat
aanvullende informatie om de gedachten te bepalen:
–
–
Dat alleen mutaties verantwoordelijk zijn voor het tevoorschijn komen van nieuwe
fenotypen is zeer onwaarschijnlijk gezien de snelheid en de ingewikkeldheid van deze
aanpassingen. Want b.v. een fenotypische aanpassing van de voortplantingsstrategie is
een aanpassing van een zeer ingewikkeld mechanisme. Aangezien die aanpassing toch
binnen enkele generaties plaatsvindt, is het zeer onwaarschijnlijk dat deze genetische
aanpassing alleen door mutaties wordt veroorzaakt. Er moet dus een andere oorzaak
zijn.
Daarom wordt het volgende plaatje getoond om op het goede antwoord te komen:
Illustratie bij het onderwerp Erfelijkheid.
←!
Figuur 3.
Uitleg: Het gaat erom dat uit, in dit geval 2
effen zwarte ouders, een gevlekte rode
nakomeling ‘tevoorschijn’ kan komen. Selectie
bepaalt welke nakomelingen overblijven.
In het algemeen zullen voor veel eigenschappen
de ouders heterozygoot zijn. Dan zijn er dus vele
nieuwe combinaties mogelijk!
Module voor biologie - vwo
14
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Herhaling van opgave 3.
Mocht het volledige antwoord nog niet gegeven zijn, dan kan er nu nog eens nagedacht
worden, op het niveau van geslachtscellen of nog lager….
 Welke mechanismen zorgen voor een „snelle‟ verandering van fenotypes in een
populatie?
De herschikking van chromosoomcombinaties, die in eerste instantie plaatsvindt bij de
vorming van de geslachtscellen, is een voorwaarde voor het optreden van fenotypische
variatie (zie figuur 3).
Alle combinaties A,a met B,b groot en klein zijn mogelijk. Maar A en a zijn steeds gescheiden,
en B en b ook. Je kunt je misschien herinneren dat tijdens de gewone celdeling, de Mitose, er
twee genetisch identieke dochtercellen ontstonden. Bij de vorming van geslachtscellen is dat
duidelijk niet het geval! Naast het feit dat tijdens de Meiose het aantal chromosomen wordt
gehalveerd, heeft de Meiose dus nog een belangrijk kenmerk.
De vorming van geslachtscellen door de Meiose is in je lesboek al uitgelegd bij het onderwerp
Voortplanting. Alleen was er toen geen aandacht voor dit laatste essentiële kenmerk. Maar
het resultaat van dit kenmerk wordt echter wel in kruisingsschema‟s zoals figuur 3 hierboven
weergegeven.
Opgave 4.
 Geef aan wat de twee essentiële kenmerken van de meiose zijn.
Een tweede oorzaak van nieuwe combinaties vindt plaats tijdens de bevruchting van de eicel
door de zaadcel, zoals die bij de F2 in figuur 3 getoond wordt, maar daarover later.
De eerste herschikking van chromosomen gebeurt dus tijdens de Meiose. Deze herschikking of
recombinatie wordt duidelijk als je in figuur 3 kijkt naar de geslachtscellen van de F1 koeien.
Bij de Meiose worden de paternale en de maternale paren willekeurig door elkaar gemixt. En
hoewel de begrippen paternaal en maternaal in veel lesboeken niet gebruikt worden zijn ze
voor het begrip van het vak Biologie beslist nodig. Zo zie je in figuur 3 dat er bij beide de
ouders(hier dus de F1), die overigens dezelfde grootouders hebben, sprake is van een
dominant en een recessief allel.
Omdat dominante en recessieve allelen altijd een verschillende oorsprong hebben, dus hetzij
maternaal of paternaal, is het maken van onderscheid tussen het maternale en paternale
exemplaar van een chromossom-paar nodig.
Het is ook nodig om het proces van scheiding van de homologe exemplaren van een
chromosoom-paar (en dus de scheiding tussen dominante en recessieve genen) bij de Meiose
nog eens goed te bekijken.
We gebruiken daarvoor figuur 4 waarin, helaas, helaas, dit onderscheid tussen de maternaleen paternale-exemplaren niet wordt aangegeven. Toch is deze figuur een veel gebruikte
illustratie:
Module voor biologie - vwo
15
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Figuur 4. De onvolledige weergegeven Meiose (zie tekst voor toelichting)
Meiose-I
Meiose-II
Opgave 5.
 Geef nu op het werkblad Meiose de paternale en maternale exemplaren van elk
chromosoom-paar aan. Laat zien hoe deze exemplaren over de geslachtscellen
verdeeld worden. En laat zien dat er vier verschillende chromosoom combinaties voor
de gameten ontstaan.
Als je er niet uitkomt kun je spieken op www.bioplek.org, in de Binas of in Biodata.
Module voor biologie - vwo
16
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Werkblad - Meiose
Module voor biologie - vwo
17
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
! Je kunt elkaars oplossingen vergelijken en er discussie over voeren. De docent geeft indien
nodig uitsluitsel.
Het verschijnsel dat de paternale en de maternale varianten onafhankelijk verdeeld
(gesegregeerd) worden, staat nota bene bekend als de eerste wet van Mendel!
Opgave 6.
Bij een ouder met maar 2 chromosomen zijn er vier combinaties in de geslachtscellen
mogelijk.
 Hoeveel genetische combinaties ontstaan er na bevruchting. En zijn als nakomelingen
te herkennen?
Opgave 7.
 Bij 2 chromosomen zijn er vier combinaties in de geslachtscellen mogelijk, en bij 3
chromosomen?
Het is nu duidelijk geworden hoe genetische variatie in een populatie ontstaat en in stand
gehouden wordt. Hierbij is het zo dat bij meerdere allelen voor een eigenschap, zoals bij
ingewikkelde kleurpatronen of bij een bepaalde voortplantingsstrategie, er in het nageslacht
combinaties worden gevorm die bij de voorouders niet werden aangetroffen.
Opgave 8.
 Omschrijf nu in eigen woorden de betekenis van deze genetische variatie.
 Wat is nu volgens jou de betekenis van SEX? Maar dan wel biologisch gezien dus….
Guppy ♀
Stel nu dat er voor een bepaald uiterlijke verschijningsvorm, bv. bleek of heel fel gekleurd,
er drie genen of chromosomen nodig zijn die elkaar aanvullen wat hun uitwerking op het
fenotype betreft. Elk gen/chromosoom kent zelf een bleke of een felle allel-variant. We
hadden al gezien dat er bij elke ouder met drie chromosomen er acht verschillende
combinaties in de geslachtscellen mogelijk zijn. Na bevruchting krijgen we dan 64
verschillende genotypen. Zoals in het antwoord bij opgave 2 duidelijk werd hebben vrouwtjes
een voorkeur voor fel gekleurde mannetjes. Kombineer deze gegevens nu bij opgave 9.
Opgave 9. (Facultatief)
Module voor biologie - vwo
18
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie

Leg aan de hand van figuur 5 uit hoe uit bleek gekleurde ouders er na een aantal
generaties alleen nog maar fel gekleurde nakomelingen over kunnen blijven.
Figuur 5.
Verdeling
genotypes en
fenotypes,
bij 3 elkaar
aanvullende
chromosome
n met 2 allel
varianten.
(uit Collins:
Biology
Advanced
Science 3rd
edition)
Opgave 10.
 Formuleer nu in eigen woorden hoe in een populatie „snelle‟ veranderingen
betreffende kleur en gedrag van individuen plaats kan vinden als de
milieuomstandigheden veranderen.
Er zijn natuurlijk wel grenzen aan deze variaties gesteld, zo kunnen er geen volstrekt
„nieuwe‟ genetische eigenschappen ontstaan.
Opgave 11
 Door welk verschijnsel kunnen bovengenoemde grenzen worden overschreden?
Module voor biologie - vwo
19
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Hoofdstuk 3 - Rekenen aan Selectie
Opgave 12
 Herhaal de hoofdpunten van de vorige twee lessen……
Dit kan stapsgewijs door de opgaven nog eens bij na te lopen:
- Resultaten veldonderzoek
- Oorzaak variatie
- Correcte reductiedeling
- Integratie niveaus in de biologie, met verbanden tussen de niveaus
- De betekenis van seksuele voortplanting
We gaan nu met rekenvoorbeelden kijken of we in een populatie kunnen bepalen of er wel of
niet sprake is van selectiedruk. We doen dit door te kijken naar hoe vaak een bepaald
dominant of recessief allel in een populatie voorkomt van generatie op generatie. Voor de
eenvoud gaan we uit van 1 gen dat met twee allelen voorkomt: allel A en een allel a. Denk
hierbij aan twee heterozygote zwarte ouders waarbij van het nageslacht één op de vier
kalfjes rood is. (Zie ook figuur 3 op blz 10)
Opgave 13
 Geef hiervoor het eenvoudige kruisingsschema.
Nu gaan we verder met de regel van Hardy-Weinberg.
Vraag zo nodig je docent om uitleg van de theorie. Dit kan eventueel 1 of 2 lessen uit het
lesboek in beslag nemen. Dan gaan we straks met opgave 14 verder…
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Opgave 14
 Lees in je lesboek de uitleg over Hardy-Weinberg
en maak opgave 14 op de volgende pagina.
(Afkomstig uit BvJ 4e druk, 5VWO)
Module voor biologie - vwo
20
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Als er geen selectie verschil is voor rode of zwarte koeien zullen de frequenties waarmee
a(met q = frequentie van voorkomen) en A(freq=p) in de populatie voorkomen keurig de
Regel van Hardy Weinberg volgen, en zal je ook de frequenties waarmee de genotypen AA en
aa en Aa in de populatie voorkomen kunnen uitrekenen.
Bovendien blijven de frequenties van generatie op generatie constant.
Opgave 14
14
Module voor biologie - vwo
21
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Het wordt anders als er tegen een bepaald
fenotype meer selectie is dan tegen een ander
fenotype.
Omdat bij de gupjes de onderhavige genen en
allelen nog onderwerp van studie zijn, gaan we
verder met onze koeien.
Stel dat er elk jaar heel veel zwarte kalveren
door oververhitting in de zomer omkomt
(klimaat-verandering). Dan veranderen hierdoor
de
genotypefrequenties van AA en Aa.
Voor het volgende jaar (aangenomen even dat
deze koeien dan geslachtsrijp zijn) moet je dan alle frequenties opnieuw bepalen omdat de
oude
Hardy-Weinberg verdeling niet meer opgaat.
Je zult zien dat na een aantal jaren de rode koeien de meerderheid vormen. Opgave 16 gaat
verder in op verschuivingen in frequenties…..
Het bovenstaande voorbeeld wordt ook uitgewerkt in de iets eenvoudiger opgave 15. Het zijn
dan echter de recessieve homozygoten, die door sterke selectie het onderspit delven.
Opgave 15.
 Maak de eerste drie vragen van opgave 15 (volgende pagina) en teken de
frequentieverdeling (zoals bij opgave 14) van alle typen.
 Geef de punten aan die na selectiedruk het uitgangspunt vormen voor het volgende
jaar.
 Bereken de frequenties van de allelen van de nieuwgeborenen, en geef ook deze
punten weer in de frequentiegrafiek.
 Maak nu de laatste vier vragen van opgave 15.
Je ziet in opgave 15 hoe selectie door kou in 1 winter de genetische samenstelling van een
populatie verandert. Bij guppen populaties vindt je eenzelfde verandering. In het ene milieu
geeft selectie door predatie de doorslag. Bij andere omstandigheden de paringsvoorkeur van
de vrouwtjes (seksuele selectie).
Opgave 16.
Hier volgen nog twee guppy sommen:
Selectie op kleuring. Waarbij; AA=bijna kleurloos, Aa= flauw gekleurd, aa=fel gekleurd.
Zie voor de uitgangssituatie in jaar 0, afbeelding 6 van opgave 14.
Hierbij geldt p= 1/2
We nemen nu als voorbeeld de afwezigheid van predatiedruk, waardoor er seksuele
selectie is door de voorkeur van vrouwtjes voor mooie mannen! En van mannen voor
gekleurde vrouwen!
Module voor biologie - vwo
22
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Stapsgewijs gaan we het selectie effect op een fenotype doorrekening naar allel
frequenties.
Ga er daarbij van uit dat: de afname van AA =100%, en afname Aa is 50% en afname aa =
0%.. Waarbij aa het sterkgekleurde genotype voorstelt.
Dit geldt zowel voor de vrouwtjes als voor de mannetjes.

Reken nu de genotype frequenties uit voor jaar 1 en jaar 2.
Je kunt hierbij het werkblad van H - 3 gebruiken.
Opgave 15
Module voor biologie - vwo
23
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Hoofdstuk 3 - Werkblad Genfrequenties- 1
st
st
Uitgangssytuatie
Eind van 1 jaar: selectie
1 jaar selectie
p = 0,5
q= ……
AA: alles sterft
aa: alles overleeft
Aa: 50% overleeft
De Populatie is gehalveerd
Dus:
Freq:
AA = ….
aa = ….
→
aA = …..
AA = ….
aa = …..
→
aA = …..
-------aa = …
aA = …..
↓
(freq A) p =
(freq a ) q =
↙
↙
Voortplanting
Start 2e jaar
↙
Module voor biologie - vwo
24
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Hoofdstuk 3 - Werkblad genfrequenties - 2
2 e jaar Einde van2e jaar: de selectie
e
↙ is zelfde als in 1 jaar.
Freq:
AA = …..
aa = ……
→
aA = …..
AA = …..
aa = ……
→
aA = …..
Populatie weer
gehalveerd.
Dus:
AA = …..
aa = ……
aA = …..
↓
freq A) p =
(freq a ) q =
↙
↙
Stop
Door heftige regenval spoelen
alle guppy‟s naar het meer!
Module voor biologie - vwo
25
Evolutie aan het werk – aan het werk met evolutie
Opgave 17.
Als er daarentegen een hoge predatiedruk heerst, dan krijgen we selectie doordat juist
de opvallende exemplaren opgegeten worden. Uitgangssituatie is dezelfde als bij opgave
16.
Fenotype aa wordt weg geselecteerd voor 80%, Aa weg geselecteerd 20%, AA 0%
selectie.
Fenotype AA heeft weinig kleuring dat geeft bescherming tegen predatie. Dit geldt
zowel voor de vrouwtjes als voor de mannetjes.

Zie voor de uitgangssituatie in jaar 0, afbeelding 6 van opgave 14.
Reken nu de genotype frequenties uit voor jaar 1 en jaar 2.
Dit guppen onderzoek is
begonnen door dr. Endler,
waarnaar eind 20e eeuw een
aparte guppen soort vernoemd
werd:
Het Endler guppy ♂
Voor deze mannen van Trinidad is er leven na de
dood.
Het zijn echte Voodoo Zombies:
(NRC; 6-6-2013)
Module voor biologie - vwo
26