Docentenhandleiding Vogelen met DNA
Doelgroep: 4-5 Havo, 4-6 VWO Leerstofgebied: biologie, erfelijkheid, evolutie Werkvorm: digitaal, alleen of groepswerk (max. 3 leerlingen per groep) Duur: 1 á 2 lesuren van 45 minuten. Doel van de opdracht Algemeen Leerlingen maken kennis met een wetenschappelijke methode om soorten te identificeren en classificeren; Leerlingen leren wat DNA barcoderen is en wat de toepassingen zijn in de praktijk. Specifiek Leerlingen ervaren hoe je met DNA barcodes soorten kunt opsporen. Leerlingen ervaren hoe je de onderlinge relaties tussen soorten zichtbaar maakt, door DNA sequenties met elkaar te vergelijken. Materiaal: PC + internet (bij voorkeur per leerling; minimaal 1 per groepje) Suggesties: Digibord + beamer (voor inleiding) Gelegenheid tot printen óf Gewenste documenten vooraf printen en uitdelen Aansluiting op het curriculum (eindtermen Biologie Havo/VWO) De opdrachten kunnen lesstofverrijkend worden ingezet. Zie bijlagen voor aansluiting met de eindtermen uit het Biologie-examen. Vereiste voorkennis
Kennis van de opbouw van de cel Kennis van de opbouw en functie van DNA
NB: bovenstaande informatie staat op de webpagina docentenhandleiding. De uitgebreide handleiding is toegevoegd als link. Opdracht in het kort Leerlingen krijgen eerst een introductiefilmpje (5 min) te zien over wat DNA barcoderen is en hoe het wordt toegepast. Bij het filmpje zitten een drietal vragen. Na het geven van het juiste antwoord geeft het programma feedback. Deze introductie kan individueel door de leerlingen gedaan worden op de pc, maar ook prima klassikaal op het digibord. Daarna gaan de leerlingen zelfstandig aan het werk. In het eerste deel van de les (‘Vogelen met DNA’) krijgen de leerlingen als opdracht om drie onbekende monsters te identificeren voor een luchtvaartmaatschappij. De monsters zijn afkomstig van vogels die in botsing kwamen met vliegtuigen. Leerlingen leren eerst wat DNA barcodes precies zijn (locatie op het mitochondriale DNA en waarom dat belangrijk is bij soort identificatie). Ze maken kennis met een website waarop wetenschappers al hun geproduceerde DNA barcodes invoeren en waarmee onbekende barcodes geïdentificeerd worden. Om te oefenen met de website, zoeken ze eerst zelf de barcode op van een grauwe gans (een piloot meende een gans gezien te hebben op het vliegveld) en vergelijken die met de drie barcodes van de onbekende monsters. Dit is tevens een oefening in het kijken en vergelijken. Later wordt dit namelijk alleen door de computer gedaan. Tenslotte identificeren ze de onbekende vogelmonsters. Voor één van de drie vogelsoorten bedenken ze een oplossing om botsingen in het vervolg te voorkomen. In het tweede deel van de les (‘Familie of vreemde eend’) gaan leerlingen barcodes van 27 verschillende vogels vergelijken om de onderlinge relaties tussen soorten aan te tonen. Hiervoor maken ze een verwantschapsboom van de DNA barcodes. Het zelf maken van de boom is een keuze onderdeel (het kost zeker 15 minuten). Er kan ook gebruik gemaakt worden van de verwantschapsboom in de bijlage. Leerlingen beoordelen de verwantschapsboom aan de hand van een aantal vragen. Ook hier worden de vragen direct door het programma nagekeken. Aan het einde is er nog een opdracht over ringsoorten (‘Ontmasker de ringsoort’). Hierbij bestuderen ze een verwantschapsboom van 10 meeuwensoorten en achterhalen welke meeuwen bij een ringsoort horen. Tenslotte is er nog een open vraag over het ontstaan van soorten.
Voorbereidingen 1. Als u de leerlingen zelf een verwantschapsboom wilt laten maken, is het nodig om het programma MEGA 5.1 op de computers te laten installeren door de systeembeheerder. Het programma MEGA 5.1 is veilig te downloaden (ook al geeft de computer iets anders
aan) en is makkelijk in omgang. Het is een aanrader voor de wat hogere klassen. Zo ervaren ze zelf hoe wetenschappers aan hun resultaten komen. 2. Maak de les van te voren een keer helemaal zelf. U zult zien dat sommige opdrachten noodzakelijk zijn en andere verdiepend. Kies de onderdelen die u geschikt acht voor de doelgroep/tijd die u heeft. Suggestie voor 1 lesuur van 45 minuten: ‘Identificeer de soorten’, ‘Verwantschapsboom beoordelen’. Suggestie voor 2 lesuren: Alle opdrachten, inclusief zelf de verwantschapsboom maken. 3. Vooraf printen. Zelf een verwantschapsboom maken? Print alvast de handleiding voor alle leerlingen uit. Niet zelf een verwantschapsboom maken, maar wel beoordelen? Print hem alvast voor alle leerlingen uit.
Suggesties voor de begeleiding Introduceer zelf het onderwerp met de les op het digibord. Kijk gezamenlijk het filmpje en neem eventueel de eerste vragen samen door. Daarna gaan de leerlingen in principe zelf aan de slag, waarbij u rond loopt om eventuele vragen te beantwoorden. Bij het maken van de verwantschapsboom is uw aanwezigheid/hulp erg gewenst. Vervolg onderzoek? Wilt u meer met barcoderen doen, dan alleen deze les? Dan kunt u de leerlingen ook zelf een barcodeset samen laten stellen. Laat ze de barcodes uit BOLD Systems halen, zoals ze gedaan hebben met de barcode van de grauwe gans. De barcodes moeten opgeslagen worden als FASTA format (blauwe knop bovenin). In MEGA maken ze er zelf een verwantschapsboom van. Kies wel dieren, want daar is de MEGA handleiding voor geschreven.
Antwoorden 1. ‘Enorme database’ Nee, er zit geen grauwe gans bij. Houd er rekening mee, dat er per soort meerdere publicaties in BOLD Systems staan. Niet alle barcodes van een soort zien er precies hetzelfde uit. Dat komt (1) doordat het DNA een klein beetje per individu kan verschillen (2) De plek waar de DNA sequentie geknipt is kan verschillen, waardoor de ene barcode langer is dan de andere (3) en waardoor de sequentie op een andere plek kan beginnen. 2. ‘Identificeer de vogels’ A: Boomvalk (Falco subbuteo) B: Boerenzwaluw (Passeriformes hirudinae) C: Zomertortel (Turtur streptopelia) 3. ‘Ontmasker de ringsoort’ In het ringcomplex zitten de volgende Larus soorten: L. vegae, L. smithsonianus, L. hyperboreus, L. glaucoides, L. glaucescens, L. argentatus. De soorten L. delawarensis en L. heermanni komen allebei in Mexico voor (L. crassirostris in Zuid-Korea en L. canus op het hele Noordelijk halfrond).
Door reproductieve isolatie vindt gedurende lange tijd geen voortplanting plaats tussen individuen van verschillende populaties. Binnen de populaties verandert het DNA langzaam door mutaties. Uiteindelijk gaat het DNA van de twee populaties zo verschillen dat kruisen onderling niet meer mogelijk is. Indien deze populaties elkaar later weer tegenkomen, leven ze naast elkaar als twee aparte soorten.
Suggesties voor de beoordeling De meeste vragen zijn multiple choice, waarbij de computer aangeeft of het gegeven antwoord juist of onjuist is. De open vragen/opdrachten (zie antwoorden) worden ingeleverd bij de docent en kunnen beoordeeld worden. Een paar vragen over barcoderen in het SO terug laten komen, is zeker een optie.
Eindtermen die aansluiten op de les De leerlingen kunnen: Vaardigheden (Domein A: 1.3, 1.6, 1.7, 1.8, 2.1, 2.3) informatie verwerven en selecteren uit schriftelijke, mondelinge en audiovisuele bronnen, mede met behulp van ICT informatie en meetresultaten analyseren, schematiseren en structureren, mede met behulp van ICT. de betrouwbaarheid beoordelen van informatie en de waarde daarvan vaststellen voor het op te lossen probleem of te maken ontwerp. verbanden leggen tussen probleemstellingen, hypothesen, gegevens en aanwezige natuurwetenschappelijke voorkennis. oplossing, onderzoeksgegevens, resultaat en conclusies evalueren. toepassingen van de natuurwetenschappen herkennen in verschillende maatschappelijke situaties. biologische verschijnselen op verschillende organisatieniveaus - cel, organisme, ecosysteem met elkaar in verband brengen. een oordeel geven over de betrouwbaarheid van beweringen, door passende criteria te hanteren bij het beoordelen van de kwaliteit van onderzoek waaraan de bewering refereert. Structuren van ecosystemen, organismen en cellen (Domein B: 2.1, 2.2) delen van cellen en organismen herkennen en de functies noemen van kern, mitochondriën, ribosomen… Voortplanting, ontwikkeling en erfelijkheid (Domein C: 1.7, 1.10, 3.3, 3.7)
aangeven wat DNA is en dat de erfelijke informatie hierin is opgeslagen aangeven dat een mutatie een verandering in erfelijke informatie is... aangeven dat de mens met nieuwe technieken ingrijpt in de erfelijke informatie… gebruik maken van gegevens uit stamboomonderzoek.
Dynamisch evenwicht (Domein E: 2.2) voorspellen wat de gevolgen zijn van isolatie voor de verscheidenheid van de populatie.
Literatuur en andere bronnen: NCB Naturalis Barcoding Facility http://science.naturalis.nl/research/dna-barcoding Handboek Vogelaanvaringspreventie Nederlandse Luchthavens, versie 1.0 november 2006 http://www.ilent.nl/Images/Handboek%20Vogelaanvaringen_tcm334-318830.pdf
