Supporting materials
Die Abbildungen der Metallobjekte für die Unterrichtsaktivität (PDF)
Download
Download this article as a PDF
Übersetzt von Dorothea Zähner. Evolutionäre Verwandtschaftsverhältnisse können kompliziert zu erklären sein. Mit Hilfe von einfachen, alltäglichen Gegenständen können Ihre Schüler diese selbst ergründen.
Vögel, Fledermäuse und Insekten haben alle Flügel; Pferde, Tausendfüßler und Krokodile haben alle Beine. Viele nicht miteinander verwandte Arten können anhand von körperlichen Ähnlichkeiten in Gruppen zusammengefasst werden – dies ist eines der Probleme bei der Untersuchung evolutionärer, d. h. entwicklungsgeschichtlicher Verwandtschaftsverhältnisse anhand von morphologischen Merkmalen. Voneinander unabhängige, aber in die gleiche Richtung verlaufende, konvergierende Entwicklungen können zu scheinbar ähnlichen Strukturen führen.
Das Endprodukt mag das gleiche sein (z. B. Flügel zu haben), obwohl der Ausgangspunkt sehr verschieden gewesen sein kann. Einige Lebewesen mögen sich ähnlich sehen und damit miteinander verwandt erscheinen, im evolutionären Stammbaum jedoch – der auch als phylogenetischer oder abstammungsgeschichtlicher Stammbaum bezeichnet wird – befinden sie sich weit voneinander entfernten.
Auf der molekularen Ebene lässt sich Sequenzinformation von DNA und Proteinen verwenden, um einen phylogenetischen Stammbaum zu erstellen. Betrachtet werden dabei Unterschiede in homologen Sequenzen, d. h., Sequenzen bei denen davon ausgegangen wird, dass sie auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. Kozlowski (2010) beschreibt eine ausgezeichnete Unterrichtsaktivität, um dies im Unterricht zu veranschaulichen. Da jedoch die benötigten Daten einfach aus dem Internet heruntergeladen und verwendet werden, mangelt es dieser Aktivität etwas am direkten Bezug zu den Originaldaten. Dieser Aufsatz bietet eine andere, ergänzende und stärker auf die Selbsttätigkeit ausgerichtete Einführung in das Studium evolutionärer Zusammenhänge, bei der die Schüler alle notwendigen Information selbst zusammen suchen, bevor sie die zugrunde liegenden Prinzipien betrachten.
In dieser Unterrichtsaktivität können Ihre Schüler ein breites Spektrum von Gegenständen verwenden, um anhand ihrer Morphologie einen künstlichen phylogenetischen Stammbaum zu erstellen. Der Stammbaum wird insofern künstlich sein, als die verwendeten Gegenstände nicht wirklich auseinander hervorgegangen sind.
Dennoch treten dabei ähnliche Probleme und Fragestellungen auf, die auch Paläontologen bei der Untersuchung versteinerter Lebewesen oder Entomologen beim Studium toter Insekten in Museumsschaukästen beschäftigt.
Die Unterrichtsaktivität dauert ungefähr 30 Minuten und ist für ein breites Altersspektrum von Schülern geeignet, ab etwa 15 Jahren bis hin zu Studenten. Sie ermöglicht den Schülern:
Vier Grundprinzipien werden angewendet, um einen auf der Morphologie basierenden phylogenetischen Stammbaum zu erstellen:
Eine Version dieser Unterrichtsaktivität verwendet Metallobjekte wie Nägel, Schrauben, Heftklammern, Büroklammern und Reißzwecken. Je größer die Zahl der Objekte, desto länger wird die Aktivität dauern.
Zur Orientierung: Die Schüler werden etwa 15 Minuten benötigen, um die evolutionären Verhältnisse herzustellen, sowie 10 bis 15 Minuten für Rückmeldung und Diskussion. Der benötigte Zeitaufwand lässt sich verringern, indem weniger Objekte verwendet werden oder Ausdrucke anstelle von richtigen Objekten – allerdings macht der Umgang mit den realen Objekten mehr Spaß.
Für jede Gruppe wird jeweils ein Exemplar – entweder von einer Auswahl oder von allen – der folgenden Metallobjekte benötigt (Abbildung 1). Alternativ können Ausdrucke von den Objekten verwendet werden (Sie können die Anleitung zu dieser Unterrichtsaktivität von der „Science in School“ Website herunterladen).
Anmerkung: Die Objekte brauchen nicht die exakte Größe zu haben.
Einige evolutionäre Linien erscheinen offensichtlich, wogegen andere Objekte sehr schwierig zu platzieren sein werden. Einige mögen an mehreren Stellen platziert werden können.
Alle bisher betrachteten evolutionären Linien haben eine gerade Basis und eine einzige Achse (Ausnahmen sind G und O, die eine doppelte Basis haben und T ist mit seinem gebogenen Kopf eine weitere stark divergierende Form). Man könnte sagen, dass alle diese Formen Mitglieder einer einzigen Ordnung sind – Orthos (vom griechischen Wort für „gerade“) oder eine ähnliche Bezeichnung. Alle übrigen Objekte sind auf irgendeine Weise gebogen – Sinus (vom lateinischen Wort für „Bogen“) oder eine ähnliche Bezeichnung. Die einfachste Form unter den gebogenen Objekten ist vermutlich E und damit wahrscheinlich dem gemeinsamen Vorfahren am nächsten.
Innerhalb jeder ‚Ordnung‘ gibt es mehrere divergierende Linien. In der Ortho-Ordnung sind Linien häufig, die in der Größe zunehmen und auch eine Vielfalt in der Entwicklung der Basis und des Kopfes zeigen, sowohl zusammen als auch getrennt. Die Sinus-Ordnung zeigt eine Biegung in beiden Basen, und im Allgemeinen fehlt ein Kopf – was darauf hindeutet, dass G und O vermutlich zur Ortho- und nicht zur Sinus-Ordnung gehören.
Ihre Schüler mögen zu deutlich abweichenden evolutionären Linien gelangt sein, aber solange sie diese anhand der vier Grundprinzipien rechtfertigen können, sind diese Linien ebenso glaubwürdig. Wenn es sich bei den Objekten um bestehende Organismen handeln würde, dann gäbe es noch andere Argumentationslinien – wie z. B. die Untersuchung ihrer molekularen Merkmale oder ihrer Embryologie -, die einige Annahmen unterstützen und andere verwerfen könnten und damit genauer auf eine mögliche evolutionäre Linie hinweisen würden.
Diese Unterrichtsaktivität kann auch mit anderen Objekten, z. B. Keksen oder Nudeln, durchgeführt werden. Diese Materialien können Farbe als weiteres Merkmal einführen. Dienen Farbunterschiede z. B. als Tarnung oder sind sie Ausdruck von Geschlechtsunterschieden?
Im Rahmen einer kurzen, 20-minütigen Unterrichtsaktivität kann eine kleine Anzahl von Objekten verwendet werden, um Probleme zu verdeutlichen, denen Paläontologen gelegentlich begegnen. Neue Arten können eingeführt werden, als wären sie kürzlich entdeckte Fossilien. Wie können diese neuen Entdeckungen im Stammbaum abgebildet werden?
Sobald die Schüler ihre Stammbäume fertig haben, bietet es sich an, diese untereinander auszutauschen und zu diskutieren. Sie könnten z. B. fragen:
Haben zwei Gruppen von Schülern identische Stammbäume aufgestellt? Kann jede Gruppe begründen, warum sie bestimmte evolutionäre Entwicklungslinien ausgewählt hat? Dies könnte zu einer Diskussion darüber führen, warum es sehr schwierig ist, einen zweifelsfrei „richtigen“ Stammbaum zu entwerfen. Damit können die Schüler beginnen, das Ausmaß an Fachkenntnis, das von einem Evolutionsbiologen benötigt wird, zu ermessen.
Als nächstes weisen Sie Ihre Schüler darauf hin, dass die verschiedenen Nudelarten (oder Kekse) aus verschiedenen Ausgangsmaterialien (Weizen, Roggen und Mais) hergestellt wurden und, wenn sie die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Nudeln in Betracht zögen, sie zu gänzlich anderen Stammbäumen gelangen würden. Normalerweise stellen die Schüler eine Verbindung zu DNA her. Für 15- und 16-Jährige reicht es aus zu sagen, dass manche Arten ähnliche DNA haben, obwohl sie unterschiedlich aussehen. Mit älteren Schülern (16+) und Studenten können konvergierende und divergierende Evolution eingehender diskutiert werden.
Als eine weiterführende Unterrichtsaktivität für ältere Schüler könnten die Schwierigkeiten diskutiert werden, unkontaminierte DNA aus sehr alten Proben zu extrahieren (siehe z. B. Hayes, 2011).
Als weitere aufbauende Unterrichtsaktivität könnte die von Kozlowski (2010) beschriebene Einführung in die molekulare Phylogenie verwendet werden.
Die Unterrichtsaktivität, in der Metallobjekte verwendet werden, wurde ursprünglich vom Kursteam der Open University Science Foundation als Kursanleitung für den Kurs S100, Einheit 21, „Unity und Diversity“, entwickelt. Die hier beschriebene Version ist eine veränderte Fassung der von Barker (1984) beschriebenen Methode.
w1 – Die Abbildungen der Metallobjekte für die Unterrichtsaktivität können hier heruntergeladen werden.
Evolution ist ein schwierig zu verstehendes Konzept. Dieser Artikel beschreibt eine ungewöhnliche, aber einfache Unterrichtsaktivität, wie mit billigen und leicht zugänglichen Materialien einige der grundlegendsten Prinzipien der Evolution unterrichtet werden können. Im Besonderen können Schüler durch die Verwendung von phylogenetischen Stammbäumen, Phänomene wie konvergierende, divergierende und parallele Evolution untersuchen. Und es macht auch noch Spaß!
Michalis Hadjimarcou, Zypern
Die Abbildungen der Metallobjekte für die Unterrichtsaktivität (PDF)
Download this article as a PDF