Evolutie en soortvorming (Biologie havo), les 1: Uitleg

• New lesson editor
• Biologie
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Uitleg over soort en populatie, genenpool en allelfrequentie, selectiedruk, adaptatie en fitness, homologie en analogie, kunstmatige selectie, reproductieve isolatie en de evolutionaire stamboom. Verwijst voor mutaties naar de les DNA, mutatie en variatie.

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Evolutie en soortvorming

Examenstof biologie havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: P4.1 t/m P4.4 (F2). Image credit: John Gould / Wikimedia Commons, publiek domein

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Wat ga je kunnen?

Ik kan uitleggen hoe variatie, selectie en reproductieve isolatie leiden tot nieuwe soorten.

Waar denk je aan bij het woord evolutie?

Verwacht: Darwin, apen, dinosauriërs, aanpassen, survival of the fittest, vinken. Koppel de woorden aan de begrippen van de les: variatie, selectie, adaptatie en soortvorming. Veelgemaakte misvatting: dat individuen zich aanpassen omdat ze moeten. Populaties veranderen doordat organismen met een gunstig fenotype zich meer voortplanten.

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Soort en populatie

• Een soort bestaat uit organismen die onderling vruchtbare nakomelingen kunnen krijgen.

• Een populatie is een groep organismen van dezelfde soort die in hetzelfde gebied leeft.

• Een soort bestaat vaak uit meerdere populaties, bijvoorbeeld op verschillende eilanden of in verschillende bossen.

• Soorten en populaties veranderen in de loop van de tijd: dat noemen we evolutie.

Syllabus P4.1 punt 1: soort en populatie. Let op het criterium vruchtbare nakomelingen: een muildier is een kruising van paard en ezel maar is onvruchtbaar, dus paard en ezel zijn verschillende soorten. Veelgemaakte fout: populatie en soort door elkaar halen, of een populatie zien als alle organismen in een gebied. Dat laatste is een levensgemeenschap uit het ecosysteem.

Aandeel donkere muizen op een eiland met donkere lavagrond, 1990 tot 2020 (verzonnen getallen)

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Frequenties veranderen in tijd en ruimte

• In een populatie hebben genotypen en fenotypen een frequentie, bijvoorbeeld 20% donkere muizen.

• Die frequenties verschillen per tijd: de ene generatie heeft meer donkere muizen dan de vorige.

• Ze verschillen ook per plaats: op het ene eiland zijn er meer donkere muizen dan op het andere.

• Genotype en fenotype ken je uit de les over erfelijkheid en kruisingen.

Syllabus P4.1 punt 2: frequenties van genotypen en fenotypen veranderen in tijd en ruimte. De getallen in de afbeelding zijn verzonnen. Laat leerlingen de grafiek beschrijven met getallen. Veelgemaakte fout: denken dat een populatie in de tijd gelijk blijft. De verwijzing naar de les Erfelijkheid en kruisingen is bedoeld om genotype en fenotype op te frissen. Image credit: Eigen afbeelding, LessonUp

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Variatie door willekeurige mutatie

• Alle allelen van alle organismen in een populatie vormen samen de genenpool.

• Het aandeel van één allel in de genenpool is de allelfrequentie.

• Genetische variatie ontstaat door willekeurige mutatie: een nieuw allel ontstaat zonder dat het nuttig hoeft te zijn.

• Hoe mutaties ontstaan zie je in de les over DNA, mutatie en variatie.

Syllabus P4.2 punt 1: genetische variatie, mutatie, allelfrequentie, genenpool. Willekeurig betekent: niet gericht op wat het organisme nodig heeft. Een nieuw allel kan gunstig, schadelijk of neutraal zijn. Verwijs voor puntmutatie, genoommutatie en recombinatie naar de les DNA, mutatie en variatie en herhaal dat niet. Veelgemaakte fout: denken dat een organisme de mutatie krijgt die het nodig heeft.

Eiland A: 10% donkere muizen, eiland B: 70%. Wat is dit?

A

De muizen op A en B zijn verschillende soorten

B

Alle muizen op A en B hebben hetzelfde genotype

C

De frequentie van het fenotype verschilt per gebied

D

Het fenotype is op beide eilanden hetzelfde

Het aandeel donkere muizen verschilt tussen twee populaties: frequenties verschillen in ruimte. Verwachte fout: concluderen dat het twee soorten zijn, terwijl de muizen nog kunnen kruisen.

Vul in

In de genenpool van een populatie heet het aandeel van één allel de allelfrequentie, die door een mutatie kan veranderen.

genenpool

allelfrequentie

mutatie

genotype

fenotype

Genenpool: alle allelen van de populatie. Allelfrequentie: het aandeel van één allel daarin. Een mutatie maakt een nieuw allel en verandert zo de allelfrequentie. Verwachte fout: genotype invullen, dat is de allelcombinatie van één organisme.

Een donkere en een lichte berkenspanner op een berkenstam

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Selectiedruk en natuurlijke selectie

• Een selectiedruk is een milieufactor die bepaalt wie overleeft en zich voortplant, zoals roofdieren.

• Bij natuurlijke selectie krijgen organismen met een gunstig fenotype meer nakomelingen dan de andere.

• Het gunstige allel komt daardoor vaker voor in de genenpool: de allelfrequentie verandert.

• Voorbeeld: vogels zien opvallende vlinders op een boomstam het eerst en eten die op.

Syllabus P4.3 punt 1: natuurlijke selectie en selectiedruk. De berkenspanner is een klassiek voorbeeld waarbij de kleur van de vlinder en de kleur van de boomstam bepalen welke vlinders worden opgegeten. Een selectiedruk werkt op het fenotype, maar door de selectie verandert de frequentie van allelen. Veelgemaakte fout: denken dat de selectiedruk de mutatie veroorzaakt. Selectie kiest alleen uit variatie die er al is. Image credit: Martinowksy / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Adaptatie en fitness

• Een adaptatie is een erfelijke eigenschap die de kans op overleven en voortplanten in een bepaald milieu vergroot.

• Fitness is het voortplantingssucces: het aantal nakomelingen van een organisme dat zelf ook weer voortplant.

• Organismen passen zich niet aan omdat ze een eigenschap nodig hebben: wie al een gunstig fenotype heeft, plant zich meer voort.

• Zo kan een populatie in veel generaties beter bij het milieu passen, zoals vinken met een snavel die past bij hun voedsel.

Syllabus P4.3 punt 1: adaptatie, fitness. Fitness gaat om voortplantingssucces, niet om kracht of grootte: een kleine, snel voortplantende vlinder kan een hogere fitness hebben dan een grote. Veelgemaakte fout: de gerichte gedachte dat organismen zich aanpassen omdat het moet. Bij antibioticaresistentie is er al een resistente bacterie voordat het middel wordt gebruikt.

Skeletten van een pterodactylus, een vleermuis en een vogel: bij alle drie is de voorpoot een vleugel

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Homologie en analogie

• Bij homologie hebben organen dezelfde bouw en oorsprong, ook als de functie verschilt.

• Vleermuis, vogel en pterodactylus hebben voorpoten met hetzelfde bouwplan: een gemeenschappelijke voorouder.

• Bij analogie hebben organen dezelfde functie maar een andere oorsprong, zoals vlinder- en vogelvleugels.

• Analogie ontstaat door een gelijke selectiedruk en zegt niets over nauwe verwantschap.

Syllabus P4.3 punt 1: homologie en analogie. De afbeelding heeft Engelse bijschriften: pterodactyl, bat, bird. Homologie: zelfde bouwplan van de botten in de voorpoot, wat wijst op een gemeenschappelijke voorouder. Analogie: gelijke functie, ontstaan onder een gelijke selectiedruk, bijvoorbeeld de vleugel van een vlinder en van een vogel. Veelgemaakte fout: uit gelijke functie afleiden dat soorten nauw verwant zijn. Image credit: John Romanes / Wikimedia Commons, publiek domein

Bacteriën zijn na een kuur vaker resistent tegen een antibioticum. Hoe komt dat?

A

Het antibioticum maakte de bacteriën gericht resistent

B

Alle bacteriën pasten zich aan omdat het moest

C

Resistente bacteriën plantten zich meer voort

D

Resistente bacteriën plantten zich juist minder voort

Er was al variatie door willekeurige mutatie. Het antibioticum is de selectiedruk: resistente bacteriën hebben meer nakomelingen, zodat de allelfrequentie voor resistentie stijgt. Verwachte fout: denken dat het middel de mutatie veroorzaakt of dat bacteriën zich aanpassen omdat het moet.

Arm van mens en vin van walvis: zelfde botbouwplan. Waar wijst dat op?

A

Op een gemeenschappelijke voorouder

B

Op een gelijke functie van de organen

C

Op een gelijke selectiedruk in het milieu

D

Op reproductieve isolatie tussen mens en walvis

Homologe organen hebben dezelfde bouw en oorsprong en wijzen op afstamming van een gemeenschappelijke voorouder. De functie verschilt hier juist. Verwachte fout: gelijke functie kiezen, dat is analogie.

Een grote en een kleine hond: honden zijn door de mens gefokt op uiteenlopende eigenschappen

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Kunstmatige selectie en veredeling

• Bij kunstmatige selectie kiest de mens welke dieren of planten zich voortplanten.

• Veredeling is kunstmatige selectie om gewassen of dieren te verbeteren, bijvoorbeeld voor meer melk.

• Overeenkomst: beide kiezen uit bestaande variatie, waardoor de allelfrequentie verandert.

• Verschil: bij natuurlijke selectie is het milieu de selectiedruk, bij kunstmatige selectie kiest de mens.

Syllabus P4.3 punt 2: overeenkomsten en verschillen tussen natuurlijke en kunstmatige selectie, kunstmatige selectie en veredeling. Bij kunstmatige selectie hoeft de eigenschap niet nuttig te zijn voor de overleving van het organisme zelf, zoals bij de grote en kleine honden. Veelgemaakte fout: denken dat bij kunstmatige selectie nieuwe allelen ontstaan doordat de mens ze wil. De mens kiest uit variatie die er al is. Image credit: Ellen Levy Finch / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Vinken van de Galápagoseilanden met verschillende snavelvormen, tekening van John Gould

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Soortvorming door reproductieve isolatie

• Reproductieve isolatie betekent dat twee groepen zich niet meer met elkaar voortplanten.

• Dat begint vaak met geografische isolatie, bijvoorbeeld door een zee of gebergte tussen twee populaties.

• In elke populatie ontstaan andere mutaties en werkt een andere selectiedruk: de genenpools gaan verschillen.

• Kunnen de groepen na lange tijd geen vruchtbare nakomelingen meer krijgen, dan zijn het twee soorten.

Syllabus P4.4 punt 1: soorten ontstaan door reproductieve isolatie. De vinken van de Galápagoseilanden hebben snavels die passen bij hun voedsel en leven verspreid over eilanden, een voorbeeld van aanpassing en isolatie. Veelgemaakte fout: denken dat een groep met een ander uiterlijk al een nieuwe soort is. Pas als de groepen geen vruchtbare nakomelingen meer krijgen, is er sprake van reproductieve isolatie. Image credit: John Gould / Wikimedia Commons, publiek domein

Een evolutionaire stamboom van vier verzonnen soorten, P tot en met S

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Verwantschap en de evolutionaire stamboom

• Een evolutionaire stamboom toont afstamming: elke vertakking is een gemeenschappelijke voorouder.

• Hoe recenter de gemeenschappelijke voorouder, hoe nauwer de verwantschap: soort R en S delen voorouder 3.

• Nauw verwante soorten vormen samen een geslacht (genus), zoals Panthera leo en Panthera tigris.

• Het geslacht is het eerste deel van de wetenschappelijke naam: Panthera is het geslacht van de leeuw.

Syllabus P4.4 punt 2: verwantschap, afstamming en evolutionaire stamboom, en het begrip geslacht (genus) uit punt 1. Lees de stamboom van links naar rechts. Soort P is het minst verwant met de rest: voorouder 1 is het oudst. De afbeelding is een eigen schema met verzonnen soorten. Veelgemaakte fout: denken dat de soort die bovenaan staat de oudste of meest primitieve soort is. De volgorde van de uiteinden zegt niets, de vertakkingen wel. Image credit: Eigen afbeelding, LessonUp

Een kweker kruist steeds de tulpen met de grootste bloemen. Wat is dit?

A

Natuurlijke selectie door een selectiedruk

B

Reproductieve isolatie tussen twee populaties

C

Willekeurige mutatie in de genenpool

D

Kunstmatige selectie door veredeling

De kweker kiest de eigenschap: kunstmatige selectie, toegepast als veredeling. Verwachte fout: natuurlijke selectie kiezen omdat het om planten gaat.

Wanneer worden twee gescheiden populaties twee verschillende soorten?

A

Zodra een zee ze van elkaar scheidt

B

Als ze geen vruchtbare nakomelingen meer krijgen

C

Zodra ze een ander uiterlijk hebben

D

Zodra er één mutatie is ontstaan

De soortdefinitie vraagt om vruchtbare nakomelingen: pas bij reproductieve isolatie zijn het twee soorten. Verwachte fout: geografische scheiding of een ander uiterlijk al als soortvorming zien.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

Genenpool en allelfrequentie

2

Selectie, adaptatie en fitness

3

Homologie en analogie

4

Soortvorming en de stamboom

Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je de volgende les nog eens met een voorbeeld doorloopt.

Leg in je eigen woorden uit hoe een nieuwe soort ontstaat.

Een goed antwoord noemt isolatie van populaties, aparte genenpools met andere mutaties en selectiedruk, en dat de groepen geen vruchtbare nakomelingen meer krijgen (reproductieve isolatie). Verwachte fout: alleen zeggen dat soorten zich aanpassen aan hun milieu, zonder isolatie.

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Begrippen (1/2)

• soort en populatie: een soort kan onderling vruchtbare nakomelingen krijgen, een populatie is een groep van één soort in een gebied

• genenpool en allelfrequentie: alle allelen van een populatie, en het aandeel van één allel daarin

• mutatie en genetische variatie: willekeurige verandering in het DNA die nieuwe variatie in de populatie geeft

• selectiedruk: milieufactor die bepaalt welke organismen overleven en zich voortplanten

• natuurlijke selectie: organismen met een gunstig fenotype krijgen meer nakomelingen

EVOLUTIE · SOORTVORMING

Begrippen (2/2)

• adaptatie en fitness: een erfelijke eigenschap die past bij het milieu, en het voortplantingssucces

• homologie en analogie: zelfde oorsprong en bouw, of zelfde functie met een andere oorsprong

• kunstmatige selectie en veredeling: de mens kiest welke organismen zich voortplanten

• reproductieve isolatie: groepen die zich niet meer met elkaar voortplanten, zodat nieuwe soorten ontstaan

• evolutionaire stamboom: schema van verwantschap en afstamming van soorten, met geslacht (genus) als groep verwante soorten