Wegwijs in de Biodiversiteit

Wegwijs in de Biodiversiteit
Werkbundel: “Classificatie”
De bedoeling van deze oefening is de leerlingen te laten kennismaken met verschillende
manieren van indelen. Tijdens het eerste deel van het practicum gaan ze op de klassieke
manier te werk en krijgen ze dus één of andere artificiële classificatie. Tijdens het tweede
deel passen ze de cladistische methode toe en zouden ze dus tot een natuurlijke indeling
moeten komen.
Probleemstelling en toelichting
Organismen worden normaal ingedeeld volgens hun kenmerken. Organismen met gelijke
kenmerken horen in dezelfde groep thuis; organismen met verschillende kenmerken in
verschillende groepen. Op basis van deze kenmerken kunnen ook kleinere groepen tot
grotere samengevoegd worden. Op die manier ontstaat een hiërarchie van kleinere en
grotere groepen. Een dergelijke indeling is meestal praktisch, maar kunstmatig.
In een natuurlijke indeling zouden de groepen een weerspiegeling moeten zijn van de
biologische evolutie. Alle organismen die wij in de groep plaatsen, die wij b.v. een
“familie” noemen, zouden in werkelijkheid van gemeenschappelijke voorouders moeten
afstammen, zoals dat bij een echte familie inderdaad het geval is.
De cladistische methode tracht aan de hand van de evolutie van een relatief beperkt aantal
kenmerken de stamboom van de bestudeerde organismen te reconstrueren.
Metalen bevestigingsmaterieel zoals spijkers, schroeven en bouten zijn zeer geschikt om
die methoden op uit te proberen. Ze vertonen namelijk een grote diversiteit met toch heel
wat onderlinge gelijkenissen. Ook hebben ze een voldoende lange evolutie van
functionele aanpassingen achter de rug. Daardoor is het mogelijk ze zowel op een
artificiële als op een natuurlijke manier in te delen.
Materieel
per leerling:
- determinatiesleutel voor metalen bevestigingsmaterieel
- tekst over de cladistische methode
per groep:
- opdrachtenblad
- blanco papier (formaat A4) voor verwerking
- plastic zakje met samenraapsel van metalen bevestigingsmaterieel
N.B. Je kunt uiteraard het materieel dat je gebruikt willekeurig samenstellen. Let er wel op dat
je de determinatiesleutel dan moet aanpassen. Je zou het practicum ook kunnen uitbreiden en
in een eerste fase de “organismen” laten inventariseren en beschrijven, waarbij de leerlingen
dan zelf een determinatietabel opstellen. Het nut hiervan kan echter betwijfeld worden: een
dergelijke oefening kunnen de leerlingen immers zinvoller met echte organismen (b.v. na
onderzoek van zoet water) uitvoeren.
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
1
Werkwijze
Eerste deel:
o Verdeel de leerlingen in groepjes en geef elke groep een plastic zakje met
“organismen” en een werkblad. Elke leerling krijgt een determineersleutel voor de
betrokken “organismen”.
o Elke groep gaat nu eerst zijn “organismen” per soort ordenen en determineren.
Het resultaat moet hier uiteraard voor elke groep hetzelfde zijn.
o Nu gaat elke groep proberen de soorten in kleinere en grotere groepen onder te
brengen om zo tot een hiërarchische indeling te komen.
Het resultaat van deze activiteit kan hier natuurlijk wel verschillend zijn.
o De resultaten van elke groep kunnen nu klassikaal besproken worden, eventuele
fouten verbeterd en verschillende resultaten vergeleken en verantwoord.
Tweede deel:
o Elke leerling krijgt nu bovendien de tekst over cladistiek.
o Elke groep maakt nu eerst een lijst van de verschillende kenmerken van de
“organismen” en probeert ze in een logische volgorde (= volgens hun ontstaan) te
plaatsen. De kenmerken die alle “organismen” gemeen hebben zijn plesiomorf; de
andere zijn apomorf en tonen hoe de “organismen” zich in de loop van de evolutie
aangepast hebben.
o De overzichtstabel op het werkblad wordt nu ingevuld zoals bij het voorbeeld in de
tekst over cladistiek.
o Aan de hand van deze tabel kan er een ontwerp van een cladogram getekend worden.
Het voorbeeld in de tekst is hier weer nuttig als model.
o Iedere groep kan nu zijn cladogram tonen en verantwoorden. Eventuele gelijkenissen
en verschillen kunnen bediscussieerd worden. Belangrijk is dat leerlingen inzien dat
om te kloppen de primitievere vormen lager moeten staan dan de meer geëvolueerde.
Er bestaat verder een trend het cladogram wel zo volledig, maar ook zo eenvoudig
mogelijk te houden.
N.B. Voor de beschrijving van de “organismen” kan een aantal termen vooraf afgesproken
worden. Zo kan je b.v. over de “kop” en de “steel” spreken. Tijdens het onderzoek zullen
andere termen aan bod komen die dan even voor de hele klas duidelijk gemaakt worden, zodat
iedereen uiteindelijk dezelfde terminologie hanteert. Dat vereenvoudigt de besprekingen
achteraf.
Synthese
Als besluit kunnen de voordelen en de nadelen van cladistiek en meer traditionele taxonomie
naast elkaar geplaatst worden en vergeleken.
Verdere mogelijkheden
Een tweede zakje met materieel kan voorzien worden dat, bij het eerste gevoegd, de variatie
aanzienlijk vergroot. De leerlingen kunnen dan nagaan (in groep of klassikaal) in hoeverre het
cladogram daardoor gewijzigd/meer ingewikkeld wordt.
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
2
Opdrachtenblad
De mens probeert van oudsher een bruikbare indeling te vinden voor de enorme diversiteit
aan organismen die op aarde voorkomen. De meeste van die indelingen zijn echter artificieel.
Cladistiek is één van de manieren waarbij biologen trachten organismen op een natuurlijke
wijze in te delen. Een cladogram toont je hoe de verschillende groepen zouden kunnen
geëvolueerd zijn: het is een indeling en tegelijk een soort stamboom.
In deze oefening ga je zelf proberen zo’n cladogram te maken.
Werkwijze
Deel 1: de “klassieke” methode levert een artificiële, doch bruikbare indeling
1. Leg alle “organismen” open en determineer ze met uw sleutel; maak nu een lijstje van
de aanwezige organismen op notitieblad 1.
2. Zoek zoveel mogelijk kenmerken van je organismen en maak een overzichtelijke tabel
op notitieblad 1.
3. Rangschik je organismen in groepen op basis van gelijkende / verschillende
kenmerken.
4. Maak een hiërarchisch overzicht van je groepen en leg dit vast in een schets op de
achterkant van je notitieblad.
Deel 2: de “cladistische” methode levert een natuurlijke indeling
1. Ga op dezelfde manier tewerk als hierboven onder stap 1 en 2.
2. Ga na welke van de gevonden kenmerken bij alle organismen aanwezig zijn: die kan
je als primitief (plesiomorf) beschouwen en zijn dus van weinig waarde om verder in
te delen.
3. Zoek nu die kenmerken die niet bij alle vertegenwoordigers aanwezig zijn: die kan je
als geëvolueerd (apomorf) beschouwen. Herschik nu de tabel van stap 2 hierboven, zo
dat die kenmerken die het meest voorkomen vooraan en degene die het minst
voorkomen achteraan staan. Vul met deze gegevens de tabel op notitieblad 2 in.
4. Probeer nu een cladogram te tekenen. De grootste groep met afgeleide kenmerken
moet eerst aftakken van de hoofdas; de kleinste het laatste. Teken je definitieve versie
op de achterkant van notitieblad 2.
Vragen
Beantwoord volgende vragen op voor- en achterkant van notitieblad 3.
1. Is jouw cladogram hetzelfde als dan van de andere groepen in de klas? Kan je de
eventuele verschillen verklaren? Is er misschien meer dan één correcte oplossing
mogelijk? Waarom wel of waarom niet?
2. Hoe verschillen de resultaten van de twee manieren van indelen die je gebruikt hebt?
Vergelijk de twee methoden en probeer de voordelen en de nadelen van elke methode
te verwoorden.
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
3
Notitieblad 1
Organismen:
-
Kenmerken:
-
Overzichtstabel 1:
Kenmerken
Organismen
Indien een kenmerk voorkomt bij het betrokken organisme zet je een (1) in het betrokken
vakje; indien niet zet je een (0)
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
4
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
5
Notitieblad 2
Plesiomorfe ( = primitieve) kenmerken:
Apomorfe ( = geëvolueerde) kenmerken:
Kenmerken
volgnummer
Geef je kenmerken een volgnummer van primitiever naar meer geëvolueerd: het nummer is
hoger, naarmate het bij minder organismen aangetroffen wordt.
Overzichtstabel 2:
Kenmerken
Organismen
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
6
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
7
Notitieblad 3
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
8
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
9
Sleutel voor bevestigingsmaterieel
A
B
C
D
E
houtschroef
met vlakke
kop
metaalschroef
met vlakke
kop
bout met
vlakke kop
bout met
vlakke kop
en moer
F
G
H
I
houtschroef
met ronde
kop
metaalschroef bout met
met ronde kop ronde kop
en moer
gewone
spijker met
vlakke kop
slotbout met
moer
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
10
Basistekst over de cladistische methode
De cladistische methode tracht organismen in te delen op basis van kenmerken die afkomstig
zijn van een gemeenschappelijke voorouder. De resultaten van die methode leidt soms tot
conflicten met de bestaande, vertrouwde indelingen. Zo zullen wij traditioneel de dinosauriërs
bij de reptielen (zoals b.v. ook de schildpadden) rangschikken en de vogels in een
afzonderlijke groep plaatsen. In een zogenaamd cladogram echter zullen de schildpadden een
afzonderlijke lijn vormen en zullen vogels en dinosauriërs dezelfde lijn delen. Als we weten
dat de moderne biologen de vogels wel degelijk als de laatste in leven gebleven
afstammelingen van de dinosauriërs beschouwen, kunnen we ons afvragen welke indeling de
beste is.
Om zo’n cladogram op te stellen beginnen we met een kenmerk te zoeken dat aangetroffen
wordt bij de hele groep (“clade”) die we verder willen indelen. Een dergelijk kenmerk
noemen we primitief of plesiomorf. Daarna gaan we kleinere groepen of clades zoeken die
wel nog de kenmerken vertonen van de grotere groep waartoe ze behoren, maar die bovendien
nieuwe kenmerken hebben die in de loop van de evolutie ontstaan zijn. Die kenmerken gaan
we afgeleid, geëvolueerd of apomorf noemen.
Hieronder zie je een voorbeeld van de kenmerken die we gebruiken om een cladogram op te
stellen voor een aantal diersoorten:
Kenmerken
Organismen
Eukaryoot Meercellig
Pantoffeldiertje
(1)
(0)
Oorkwal
(1)
(1)
Koolwitje
(1)
(1)
Zalm
(1)
(1)
Hagedis
(1)
(1)
Koala
(1)
(1)
Vleermuis
(1)
(1)
Geleed
(0)
(0)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
Wervels
(0)
(0)
(0)
(1)
(1)
(1)
(1)
Longen
(0)
(0)
(0)
(0)
(1)
(1)
(1)
Haar
(0)
(0)
(0)
(0)
(0)
(1)
(1)
Placenta
(0)
(0)
(0)
(0)
(0)
(0)
(1)
Alle betrokken dieren zijn eukaryoot; dat kenmerk is dus plesiomorf.
Meercelligheid kan je als een meer geëvolueerd, dus apomorf kenmerk beschouwen. De
meercelligen takken dus af van de hoofdstam. Dat kan je als volgt tekenen:
Door nu telkens te kijken welke kenmerken maar bij een beperkte groep voorkomen, kan men
de boom verder uitwerken. Zorg ervoor dat je de grootste groepen het eerst laat aftakken en de
kleinste groepen het laatst. Je krijgt dan het volgende beeld:
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
11
Oude indelingen die tot in de renaissance werden gebruikt baseerden zich vaak slechts op één
enkel kenmerk b.v. de manier van voortbewegen of het milieu waarin het betrokken
organisme leeft. Men bekomt dan een beperkt aantal groepen, die volledig los staan van
elkaar.
Bij de cladistische methode bepaalt de keuze van de zogenaamde sleutelkenmerken in hoge
mate mee het resultaat. Het is dus vanzelfsprekend dat de classificatie van een groep
regelmatig zal moeten aangepast worden, naarmate men meer gegevens ter beschikking krijgt.
Het feit dat een natuurlijke classificatie in tegenstelling tot een artificiële dus niet erg stabiel is
en mee evolueert met onze kennis, wekt bij heel wat mensen weerstand op. Toch blijven de
meeste wetenschappers ervan overtuigd dat er uiteindelijk maar één juiste indeling van de
bestaande organismen is: namelijk deze die een weerspiegeling van de stamboom van het
leven het meest precies benadert.
Vliebergh 2005 – Wegwijs in de Biodiversiteit: classificatie – Ludo Pinceel
12