Αναπαράγοντας δράκους: διερευνώντας τη Μεντελική κληρονομικότητα Teach article

Μετάφραση από Σφλώμος Γεώργιος (George Sflomos). Η Μεντελική κληρονομικότητα μπορεί να είναι δύσκολο εκπαιδευτικό θέμα για να διδάξει κανείς, ωστόσο το αξιομνημόνευτο…

Μπορεί βέβαια οι δράκοι να είναι μυθικά ζώα, ωστόσο μπορεί επίσης να είναι χρήσιμα εργαλεία για τη μελέτη της Μεντελικής κληρονομικότητας. Στην παρακάτω εκπαιδευτική δραστηριότητα οι μαθητές θα ‘αναπαράγουν’ μωρά-δράκους, χρησιμοποιώντας χρωμοσώματα φτιαγμένα από χαρτί προκειμένου να καθορίσουν το γονότυπο και τον φαινότυπο.

Αυτή η εκπαιδευτική δραστηριότητα έχει δοκιμαστεί για μαθητές ηλικίας 12-13 ετών και γενικά μπορεί να λάβει χώρα σε ένα μάθημα χρονικής διάρκειας 45 με 60 λεπτά.

Υλικά

Για όλη την τάξη

• Ένα μοντέλο DNA
• Μια εικόνα ενός χρωμοσώματος

Για κάθε μαθητή

• Ένα σετ χρωμοσωμάτων σε δυο χρώματα (14 ροζ λωρίδες για τη μητέρα και 14 μπλε λωρίδες για τον πατέρα)
• Ένα φύλλο εργασίας για τους μαθητές
• Μολύβι (τουλάχιστον 4 χρώματα)

Λωρίδες χρωμοσωμάτων, Πίνακες 1-3 από το φύλλο εργασίας, το φύλλο εργασίας και το βασικό σχέδιο δράκου μπορούν να κατέβουν από την ιστοσελίδα^w1 του Science in School.

Διαδικασία

Χρησιμοποιώντας την πληροφορία που θα βρείτε παρακάτω, εισάγεται την ιστορία με το δράκο καθώς και το απαιτούμενο υπόβαθρο για αυτήν την εκπαιδευτική ενέργεια στους μαθητές. Στη συνέχεια μοιράστε το υλικό και αφήστε τους μαθητές να ακουλουθήσουν τις οδηγίες που παρέχονται στο φύλλο εργασίας. Οι Πίνακες 1-3 μπορούν επίσης να κατέβουν από την ιστοσελίδα^w1 του Science in School.

Η ιστορία

Οι δράκοι είναι παράξενα πλάσματα. Με έκπληξη όμως παρατηρούμε ότι η γενετική τους είναι παρόμοια με εκείνη των ανθρώπων – ή ακόμα και με εκείνη των ινδικών χοιριδίων. Πολλά σχολεία έχουν ινδικά χοιρίδια, αλλά δε θα ήταν πολύ πιο συναρπαστικό να έχουν μια αγέλη δράκων; Δυστυχώς, οι δράκοι κοστίζουν πολύ ακριβά, έτσι το σχολείο σας μπορεί να αντέξει οικονομικά μόνο δύο – έναν από κάθε φύλο. Σκοπός της εκπαιδευτικής αυτής δραστηριότητας είναι να καθορίσει τι είδους δράκο θα μπορούσατε να έχετε στο κοπάδι σας, όταν (ή αν) οι δύο δράκοι σας αποφασίσουν να ζευγαρώσουν.

Βασικές γνώσεις για τους μαθητές

Κάθε κύτταρο, σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, περιέχει πληροφορία για την κληρονομικότητά του που κωδικοποιείται από ένα μόριο που ονομάζεται δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA): δείξτε στους μαθητές το μοντέλο του DNA. Το DNA είναι ένα εξαιρετικά επιμήκες και λεπτό μόριο, το οποίο όταν είναι περιελιγμένο και πακεταρισμένο, ονομάζεται χρωμόσωμα: δείξτε στους μαθητές την εικόνα ενός χρωμοσώματος. Κάθε χρωμόσωμα είναι ένα ξεχωριστό κομμάτι DNA, έτσι, ένα κύτταρο με οκτώ χρωμοσώματα έχει οκτώ μεγάλου μήκους κομμάτια DNA.

Το γονίδιο είναι ένα κομμάτι του μεγάλου μήκους DNA μορίου. Διαφορετικά γονίδια μπορεί να έχουν διαφορετικό μήκος και κάθε γονίδιο είναι ένας κωδικός για το πώς ένα συγκεκριμένο πολυπεπτίδιο πρέπει να συντίθεται. Ένα ή περισσότερα πολυπεπτίδια απαρτίζουν μια πρωτεΐνη. Οι πρωτεΐνες γενικά μπορεί να ταξινομηθούν σε δύο διαφορετικούς τύπους: εκείνες που πραγματοποιούν τις χημικές αντιδράσεις στο σώμα σας (ένζυμα), καθώς και εκείνες που είναι τα δομικά συστατικά του σώματός σας (δομικές πρωτεΐνες). Πώς ένας οργανισμός δείχνει και πως λειτουργεί είναι το συσωρευτικό αποτέλεσμα των δύο αυτών ειδών πρωτεϊνών.

Κάθε οργανισμός που έχει “γονείς” έχει ζυγό αριθμό χρωμοσωμάτων, διότι τα μισά χρωμοσώματα προέρχονται από τον “πατέρα” και τα άλλα μισά από τη “μητέρα” του. Για παράδειγμα, στα φυτά, ένας κόκκος γύρης είναι η πατρική συμβολή και ένα ωάριο είναι η μητρική συνεισφορά. Αυτά τα δύο κύτταρα συνδυάζονται για να κάνουν ένα μοναδιαίο κύτταρο, το οποίο θα εξελιχθεί σε έναν σπόρο (οι απόγονοι).

Οι άνθρωποι έχουν 46 χρωμοσώματα, χωρισμένα σε 23 ζευγάρια. Ένα χρωμόσωμα από κάθε ένα από τα 23 ζεύγη προέρχεται από τον πατέρα του, ενώ το άλλο από τη μητέρα του. Δεδομένου ότι τα χρωμοσώματα υπάρχουν σε ζεύγη, το ίδιο συμβαίνει και με τα γονίδια. Το ένα γονίδιο βρίσκεται πάνω στο ένα μέλος του ζευγαριού των χρωμοσωμάτων ενώ το άλλο γονίδιο είναι στην ίδια θέση στο άλλο χρωμόσωμα. Το «ζεύγος» των γονιδίων για πρακτικούς λόγους αναφέρεται ως «γονίδιο», καθώς και τα δύο μέλη του ζεύγους κωδικοποιούν για το ίδιο χαρακτηριστικό. Για κάθε γονίδιο, μια ποικιλία διαφορετικών μορφών – γνωστή ως αλληλόμορφα – μπορεί να υπάρχουν, αλλά κάθε άτομο μπορεί να έχει το μέγιστο μόνο δύο αλληλόμορφα (ένα από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα). Τα δύο αντίγραφα του γονιδίου που ένα άτομο έχει μπορεί να είναι τα ίδια ή διαφορετικά αλληλόμορφα.

Οι δράκοι μας έχουν 14 χρωμοσώματα σε 7 ζεύγη και θα εστιαστούμε μόνο σε ένα γονίδιο κάθε ζευγαριού. Θα μελετήσουμε 7 διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ η ικανότητα να αναπνέουν και να βγάζουν φλόγα), κάθε ένα από τα οποία ελέγχεται από ένα μόνο γονίδιο – ονομάζουμε τέτοιου είδους χαρακτηριστικό ως μονογονιδιακό. Κάθε ένα από τα 7 γονίδια έχει δυο αλληλόμορφα.

Φύλλο εργασίας για τους μαθητές

Ένα σετ από 14 λωρίδες αναπαριστά τα χρωμοσώματα που προέρχονται από τη μητέρα (θηλυκό) δράκο. Το άλλο, που είναι διαφορετικά χρωματισμένο σετ, αναπαριστά τα χρωμοσώματα που προέρχονται από τον πατέρα (αρσενικό) δράκο.

Κάθε λωρίδα χρωμοσώματος έχει ένα γράμμα, το οποίο μπορεί να είναι είτε κεφαλαίο είτε μικρό. Τα κεφαλαία γράμματα αναπαριστούν επικρατή αλληλόμορφα και τα μικρά γράμματα αντιστοιχούν σε υπολειπόμενα αλληλόμορφα. Κάθε ζευγάρι γραμμάτων κωδικοποιεί για ένα χαρακτηριστικό. Αν υπάρχει τουλάχιστον ένα επικρατή αλληλόμορφο (κεφαλαίο γράμμα) τότε το επικρατές χαρακτηριστικό θα εκφραστεί (π.χ ο δράκος θα αναπνέει και θα βγάζει φλόγα); το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό (π.χ η αδυναμία του δράκου να αναπνέει και να βγάζει φλόγα) θα εκφραστεί μόνο όταν ο δράκος έχει δυο αντίγραφα του υπολειπόμενου αλληλόμορφου.

Τα χαρακτηριστικά που κωδικοποιούνται από τα γράμματα έχουν ως εξής:

1. Ταξινομήστε τα χρωμοσώματα, σε ζεύγη του ιδίου μήκους και γράμματος. Θα πρέπει να έχετε επτά ζεύγη χρωμοσωμάτων για κάθε χρώμα (μπλε για τα αρσενικά, ροζ για τα θηλυκά).
   • F και f αναπαριστούν τη δυνατότητα ή όχι του δράκου να αναπνέει και να βγάζει φλόγα
   • M και m αναπαριστούν τον αριθμό των δαχτύλων των ποδιών
   • S και s αναπαριστούν τον αριθμό των αγκαθιών στην ουρά
   • T και t αναπαριστούν το χρώμα της ουράς
   • A και a αναπαριστούν το χρώμα του σώματος
   • W και w αναπαριστούν το χρώμα των φτερών
   • H και h αναπαριστούν το αν ο δράκος έχει ή δεν έχει κέρατο.
2. Πάρτε το μεγαλύτερο σε μήκος ζεύγος αρσενικών χρωμοσωμάτων (μπλε) και το μεγαλύτερο σε μήκος ζεύγος των θηλυκών χρωμοσωμάτων (ροζ) και τοποθετήστε τα μπρούμυτα πάνω στο γραφείο σας, έτσι ώστε να μην μπορείτε να δείτε τα γράμματα.
3. Χωρίς να αναποδογυρίσετε τα χρωμοσώματα, επιλέξτε ένα από κάθε χρώμα και τοποθετήστε τα μαζί για να σχηματίσουν το ζεύγος χρωμοσωμάτων για το μωρό-δράκο. Απορρίψτε το ζευγάρι χρωμοσωμάτων που απέμεινε.
4. Επαναλάβετε τα βήματα 2 και 3, με κατεύθυνση από τα μεγαλύτερα προς τα μικρότερα σε μήκος χρωμοσώματα, μέχρι να έχετε επτά νέα ζεύγη χρωμοσωμάτων, το καθένα να αποτελείται από μια ροζ και μια μπλε λωρίδα.

5. Αναποδογυρίστε τα επτά ζεύγη χρωμοσωμάτων του νέου μωρού-δράκου. Για κάθε ζευγάρι, καταγράψτε το γράμμα που βρίσκεται στο μπλε χρωμόσωμα στη στήλη ‘Αρσενικό γονίδιο’ του Πίνακα 1 και το γράμμα του ροζ χρωμοσώματος στη στήλη ‘Θηλυκό γονίδιο’. Να είστε βέβαιος ότι αντιγράψετε τα γράμματα σωστά, σημειώνοντας αν είναι κεφαλαία ή μικρά.
6. Επιστρέψτε όλα τα χρωμοσώματα στις κατάλληλες τσάντες τους.
7. Καταγράψτε τα αλληλόμορφα (γράμματα) που έχει ο δράκος σας για κάθε χαρακτηριστικό και εισάγετε αυτά στη δεύτερη στήλη του Πίνακα 2. Αναφερόμαστε στα δυο αλληλόμορφα που κληρονομούνται για ένα συγκεκριμένο γονίδιο ως ο γονότυπός του (π.χ ΤΤ). Τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά ενός ατόμου (π.χ. κόκκινη ουρά) είναι γνωστά ως φαινότυπος.
8. Αναφερθείτε στον Πίνακα 3 προκειμένου να καθορίσετε τα αλληλόμορφα που είναι επικρατή ή υπολειπόμενα για κάθε χαρακτηριστικό και στη συνέχεια εισάγεται το φαινότυπο του δράκου σας στον Πίνακα 2.
9. Τώρα είστε έτοιμοι να σχεδιάσετε το δικό σας μωρό-δράκο: χρωματίστε και προσθέσετε τα κατάλληλα μέρη του σώματος στη βασική εικόνα του δράκου (η οποία μπορεί επίσης να κατέβει από την ιστοσελίδα^w1 του Science in School). Δείτε στον Πίνακα 3 προτάσεις όπως για παράδειγμα πως μπορούν να σχεδιαστούν επιπρόσθετα σωματικά μέρη.

Πίνακας 1: Τα γονίδια που έχει κληρονομήσει ο δράκος σου από τους γονείς του

Αρσενικό γονίδιο (μπλε)	Θηλυκό γονίδιο (μπλε)

Πίνακας 2: Γονότυπος και φαινότυπος του μωρού δράκου σας

Χαρακτηριστικό	Γονότυπος	Φαινότυπος
Με φλόγα/Χωρίς φλόγα (F/f)
Δάχτυλα ποδιού (M/m)
Αγκάθια στην ουρά (S/s)
Χρώμα ουράς (T/t)
Χρώμα φτερού (W/w)
Κέρατο/Χωρίς Κέρατο (H/h)
Χρώμα σώματος (A/a)

Πίνακας 3: Μεταφράζοντας το γονότυπο του δράκου σε φαινότυπο

Γονότυπος	Φαινότυπος
FF ή Ff	Καθώς αναπνέει βγάζει φλόγα
ff	Καθώς αναπνέει δε βγάζει φλόγα
MM ή Mm	Τέσσερα δάχτυλα ποδιού
mm	Τρία δάχτυλα ποδιού (όλοι οι δράκοι έχουν τουλάχιστον τρία δάχτυλα ποδιού)
SS ή Ss	Πέντε αγκάθια στην ουρά
ss	Τέσσερα αγκάθια στην ουρά (όλοι οι δράκοι έχουν τουλάχιστον τέσσερα αγκάθια στην ουρά)
TT ή Tt	Κόκκινη ουρά
tt	Κίτρινη ουρά
WW ή Ww	Κόκκινα φτερά
ww	Κίτρινα φτερά
HH ή Hh	Κέρατο
hh	Χωρίς κέρατο
AA ή Aa	Μπλε σώμα και κεφάλι
aa	Πράσινο σώμα και κεφάλι

Ανάλυση

• Συγκρίνετε το δράκο σας με άλλους δράκους που θα βρείτε στην αίθουσα. Ποιές διαφορές και ποιές ομοιότητες διακρίνετε;
• Δεδομένου ότι όλοι οι δράκοι είχαν τους ίδιους γονείς, πώς εξηγείτε τις παρατηρούμενες διαφορές;

Παραλλαγές

Συνεπικράτεια

Για να εισάγετε την έννοια της συνεπικράτειας, μπορείτε να επεκτείνετε τη δραστηριότητα αυτή ανταλλάσσοντας τα σχετικά υλικά, αναφορικά με το χαρακτηριστικό που έχει να κάνει με το χρώμα του σώματος (γονότυπος Aa), με αυτά που έχουν τους γονότυπους A/Ä/a, όπου Α και Ä είναι συνεπικρατή και a είναι υπολειπόμενο:

Χρειάζεται να αντικαταστήσετε τις χρωμοσωμικές λωρίδες A/a με δυο διαφορετικά σετ γονέων προκειμένου να επιτύχετε απογόνους με όλους τους έξι δυνατούς συνδυασμούς. Η μισή τάξη θα πρέπει να πάρει το σετ.

Άλλες παραλλαγές

Αντί να ζωγραφίζετε κομμάτια του δράκου, μπορείτε να ζητήσετε από τους μαθητές να ζωγραφίσουν άλλα μυθικά πλάσματα, ή ακόμη και να τα κατασκευάσουν, για παράδειγμα από ζαχαρωτά τύπου marshmallow και καρφίτσες (βλέπε Soderberg, 1992).

Ευχαριστίες

Η εκπαιδευτική αυτή δραστηριότητα βασίζεται σε μια ιδέα της Patti Soderberg διασκευασμένη με την άδεια του The Science Teacher (βλέπε Soderberg, 1992). Τα μαθήματά της χρησιμοποιώντας τα reebops, που είναι φανταστικοί οργανισμοί φτιαγμένοι από ζαχαρωτά marshmallow και άλλα φθηνά υλικά, στη συνέχεια διασκευάστηκαν από τους συγγραφείς. Οι ευχαριστίες για τις χρωμοσωμικές λωρίδες πιστώνονται στην Nancy Clark^w2, και στην Marlene Rau, αρχισυντάκτρια του Science in School, συμπεριλαμβανομένου και του παραδείγματος της συνεπικράτειας.