Filogenesi di oggetti fatti dall’uomo: simulare l’evoluzione in classe Teach article

Una versione di questa attività richiede oggetti metallici come chiodi, viti, graffette, fermagli, e puntine da disegno. Maggiore è il numero di oggetti utilizzati, più lunga sarà l’attività.

Come linea guida, gli studenti dovrebbero impiegare all’incirca 15 minuti per ordinare le relazioni evoluzionistiche e 10-15 minuti per i feedback e la discussione. Il tempo richiesto potrebbe essere accorciato utilizzando meno oggetti o usando fogli stampati invece di oggetti reali – nonostante risulti più divertente maneggiare oggetti reali.

Materiali

Per ogni gruppo avrete bisogno del seguente insieme di oggetti di metallo (figura 1). In alternativa potete stampare la pagina con tutti gli oggetti (le istruzioni per questa attività possono essere scaricate dal sito di Science in School).

• Puntina da 75 mm [A]
• Chiodo da 20 mm [B]
• Vite da 20 mm [C]
• Forcina (50 mm) [D]
• Punto metallico (25 mm) [E]
• Spilla da balia (40 mm) [F]
• Rivetto biforcato (20 mm) [G]
• Graffetta (32 mm) [H]
• Chiodo da 25 mm [J]
• Puntina da tappezzeria (20 mm) [K]
• Chiodo da 13 mm [L]
• Vite da specchio (20 mm) [M]
• Punto metallico isolato (13 mm) [N]
• Fermacampione (20 mm) [O]
• Puntina a testa piatta (20 mm) [P]
• Vite a testa tonda (25 mm) [Q]
• Chiodo da 50 mm [R]
• Puntina da disegno (6 mm) [S]
• Gancio a vite (20 mm) [T]
• Forcina per capelli [W]
• Vite da bullone (65 mm) [Z]

Si noti che, comunque, non è necessario che gli oggetti siano esattamente delle dimensioni descritte.

Procedura

1. Dividere la classe in gruppi.
2. Scegliere tra:
   a) Dare l’insieme degli oggetti mostrati nella figura a ogni gruppo. Assicurarsi che ogni oggetto abbia una lettera.
   b) Scaricare le figure degli oggetti in figura 1 dal sito^w1 di Science in Schoole ritagliare ogni immagine mantenendo la lettera con la figura. Usare le immagini ritagliate come se fossero gli oggetti reali.
3. Chiedere agli studenti di disporre gli oggetti in modo da formare una possibile serie evoluzionistica, usando i quattro principi guida. Incoraggiarli a scegliere la forma più piccola e semplice come possibile progenitore comune per il gruppo e poi a disporre gli altri come rami di un albero derivato da quel progenitore.
4. Chiedere agli studenti di annotare i loro alberi usando le lettere associate agli oggetti.
5. Spiegare i concetti di evoluzione divergente, convergente e parallela. In seguito chiedere agli studenti di mostrare esempi di evoluzione divergente, convergente o parallela nei loro alberi.

Alcune soluzioni e punti di discussione

Alcune linee evoluzionistiche sembrano abbastanza ovvie mentre altri campioni saranno più difficili da collocare. Alcuni potrebbero andare bene in molte posizioni diverse.

• Il progenitore comune è probabilmente L – una forma piccola e semplice con una testa minuscola e un gambo semplice.
• L → B → R è una linea ovvia che mostra un incremento della dimensione.
• L → J → A è una linea parallela con un gambo quadrato e una testa che diventa più grande da L a J. L, B o J potrebbero portare a → C tramite un aumento nella complessità della testa e del gambo. (L o B sembrano dei probabili antenati perché J ha un gambo quadrato.)

• C → Q → Z è una linea che mostra un incremento di dimensione, un incremento di complessità e, infine, un cambiamento del gambo. Probabilmente C → T attraverso un cambiamento della forma della testa e uno snellimento del gambo.
• L → S → K è una linea che mostra un incremento di dimensione e una specializzazione della testa. Probabilmente S → P attraverso un incremento della dimensione, ma il materiale è diverso quindi è possibile che B o J → P, in questo caso esisterebbe una convergenza tra P e S/K.
• G è parte di questa serie evoluzionistica? Potrebbe essere che S o P → G tramite inspessimento e successiva biforcazione del gambo. Probabilmente G → O attraverso una combinazione di allungamento e snellimento.
• M presenta un problema interessante: delle sue due parti, la base è chiaramente molto simile a C nella struttura mentre la cima mostra similarità con Z, ma la testa è liscia, senza solchi. M mostra anche similarità con S ma il gambo è filettato, non liscio. Questo è probabilmente parte della diramazione che proviene da C, ma è chiaramente convergente con S. I due elementi rappresentano due sessi (che mostrano dimorfismo sessuale) o M è realmente un ibrido curioso tra i discendenti di C e S?

Tutte le serie evoluzionistiche considerate finora in pratica hanno un gambo dritto e un singolo asse (ad eccezione di G e O dove l’asse è doppio; T, che presenta una testa ricurva, è un altro esempio divergente). Potremmo dire che tutte queste forme sono membri di un singolo ordine – Orthos (dal greco “dritto”) o un nome simile. Il resto degli oggetti sono piegati in modi diversi – Sinuous (dal latino “curva”) o un nome simile. Tra gli oggetti ricurvi, la forma più semplice sembra essere E, di conseguenza è probabile che sia l’oggetto più vicino al progenitore comune.

• Probabilmente L → E tramite la perdita della sua piccola testa e il ripiegamento del gambo ma è anche possibile che T → E tramite una perdita del gambo a vite e un successivo ripiegamento della testa. Sembra più probabile che T sia convergente alla serie che discende da E.
• E → N tramite l’aggiunta dell’isolamento in plastica.
• E → D tramite allungamento e snellimento dei due lati e la comparsa di onde.
• D → W tramite un’ulteriore specializzazione asimmetrica dei due lati.
• H e F sembrano relazionati tra loro, con H → F tramite aggiunta di materiale a formare la testa. H potrebbe derivare da E tramite snellimento e ripiegamento, possibilmente con D come antenato comune. Ripiegamenti ulteriori si sono formati successivamente, così E → X (non rappresentato nella raccolta – come un fossile ancora da scoprire) → D → W e X → H → F.
• G e O hanno gambi doppi – fanno parte dell’ordine dei Sinuos o no? O potrebbe derivare da E tramite snellimento e sviluppo del centro in una specie di testa, e poi O potrebbe svilupparsi in G tramite rafforzamento e solidificazione. In questo caso esisterebbe una forte convergenza tra G e S / P.

All’interno di ogni “ordine”, esistono diverse linee divergenti. Serie che mostrano aumenti di dimensioni sono comuni nel gruppo degli Orthos; i quali mostrano anche varietà nello sviluppo della testa e del gambo, sia indipendentemente sia contemporaneamente. Il gruppo dei Sinuos mostra varietà nel ripiegamento dei due gambi; in generale non presentano teste – il che rende più probabile il fatto che G e O facciano parte degli Orthos e non dei Sinuos.

I vostri studenti potrebbero aver ipotizzato serie di linee evoluzionistiche molto diverse. Tuttavia, finché possono giustificarle utilizzando i quattro principi generali, ogni serie è ugualmente credibile. Se gli oggetti fossero stati organismi esistenti, ci sarebbero state altre possibili linee di discussione – come studi sulle loro caratteristiche molecolari o sulla loro embriologia – le quali avrebbero potuto supportare alcune ipotesi e smentirne delle altre. In questo modo avrebbero indicato più precisamente le possibili serie evoluzionistiche.

Variazioni

Questo tipo di attività potrebbe essere anche condotta con un insieme di altri oggetti, per esempio biscotti o pasta. Questi materiali possono introdurre altre variabili – ad esempio quella del colore. Le differenze nei colori rappresentano esempi di camouflage o di dimorfismo sessuale?

Un piccolo gruppo di oggetti può essere usato per una semplice attività da 20 minuti che rappresenti i problemi che i paleontologi a volte si ritrovano ad affrontare. Possono essere introdotti nuovi campioni che simulano dei fossili appena scoperti. Come possono questi ritrovamenti essere inseriti nell’albero?

Una volta che i vostri studenti hanno completato i loro alberi, è utile valutare il lavoro gli uni degli altri. Per esempio potrebbero chiedere:

1. Perché hai messo XX all’inizio del tuo albero?
2. Pensi che YY si sia evoluto prima di ZZ?
3. Perché (no)?
4. Pensi che la stessa forma in diversi colori appartenga alla stessa specie o a specie diverse?
5. Perché (no)?

I diversi gruppi di studenti hanno prodotto alberi identici? I singoli gruppi possono giustificare le ragioni per le quali hanno scelto un particolare percorso evoluzionistico? Ciò potrebbe portare a una discussione sul perché è molto difficile generare un albero inequivocabilmente ‘corretto’. Gli studenti potrebbero iniziare a rendersi conto dell’approfondimento e dell’insieme delle competenze che si richiede ad un biologo evoluzionistico.

In seguito, spieghi ai suoi studenti che le diverse forme di pasta (o di biscotti) sono fatte da una serie di ingredienti primari (grano, segale e mais) e, se guardassero alla composizione chimica di ogni forma, giungerebbero ad alberi molto diversi. Gli studenti normalmente conoscono il DNA. Per ragazzi di 15-16 anni, è sufficiente dire che alcune specie hanno un DNA simile, anche se sembrano molto diverse. Per studenti più grandi (16+), l’evoluzione convergente e divergente può essere approfondita.

Un’attività aggiuntiva per studenti più grandi potrebbe essere una discussione sulle difficoltà associate con l’estrazione di DNA non contaminato da campioni antichi (si guardi, per esempio, Hayes, 2011).

Un’attività aggiuntiva potrebbe essere l’introduzione dell’attività sulla filogenia molecolare descritta in Kozlowski (2010).