Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης Έννοιες Βιολογίας και Οικολογίας και η Διδακτική τους 2016-2017 Γ. Αμπατζίδης Το DNA μέσα στον πυρήνα των κυττάρων είναι οργανωμένο σε χρωμοσώματα συνταγή για χρώμα δέρματος συνταγή για τύπο μαλλιών συνταγή για χρώμα ματιών Ένα χρωμόσωμα με 3 γονίδια (γονίδιο είναι μια περιοχή του χρωμοσώματος που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης και άρα για την εμφάνιση ενός χαρακτηριστικού) συνταγή για το σχήμα των αυτιών συνταγή για διαβήτη συνταγή για ομάδα αίματος Ένα άλλο χρωμόσωμα με τρία γονίδια Προσοχή: σε κάθε χρωμόσωμα δεν υπάρχουν μόνο 3 γονίδια. Κάθε χρωμόσωμα μπορεί να έχει πάρα πολλά γονίδια. Τόσα πολλά που θα ήταν πάρα πολύ δύσκολο να τα «δείξει» κανείς σε τόσο απλά σχήματα σαν τα παραπάνω. Κάθε χρωμόσωμα έχει το ταίρι του. Δηλαδή τα χρωμοσώματα μέσα στον πυρήνα είναι σε ζευγάρια που ονομάζονται ομόλογα χρωμοσώματα. Ας πούμε όπως στο επόμενο σχήμα. 1
συνταγή για χρώμα δέρματος συνταγή για τύπο μαλλιών συνταγή για χρώμα ματιών Οι άνθρωποι έχουν 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων στον πυρήνα κάθε σωματικού τους κυττάρου. Οι γάτες έχουν 19 ζεύγη χρωμοσωμάτων στον πυρήνα κάθε σωματικού τους κυττάρου. Τα περιστέρια έχουν 40 ζεύγη χρωμοσωμάτων στον πυρήνα κάθε σωματικού τους κυττάρου. Ποια από τα παρακάτω αριθμημένα χρωμοσώματα είναι ζευγάρι; 2
Τι κοινό έχουν λοιπόν τα χρωμοσώματα ενός ζευγαριού; Πόσες «συνταγές» (δηλαδή πόσα γονίδια) έχουν οι άνθρωποι για κάθε χαρακτηριστικό τους;. 3
Πράγματι, τα χρωμοσώματα ενός ζευγαριού είναι ίδιου μεγέθους και έχουν αντίστοιχες «συνταγές», δηλ. «συνταγές» για τα ίδια χαρακτηριστικά. Αν το ένα χρωμόσωμα του ζευγαριού έχει π.χ. «συνταγή για χρώμα δέρματος» και «συνταγή για σχήμα αυτιού», τότε και το άλλο χρωμόσωμα του ζευγαριού θα έχει επίσης «συνταγή για χρώμα δέρματος» και «συνταγή για σχήμα αυτιού» και μάλιστα σε αντίστοιχες περιοχές του. Άρα, για κάθε χαρακτηριστικό μας έχουμε 2 «συνταγές» ή καλύτερα 2 «γονίδια». Για ευκολία τις «συνταγές», δηλ. τα γονίδια, τα συμβολίζουμε με γράμματα. Π.χ. δύο διαφορετικές «συνταγές» για το χρώμα θα μπορούσαμε να τις συμβολίσουμε με το γράμμα B και με το γράμμα b. Υπάρχουν γονίδια που για να «εκφραστούν» (για να δούμε δηλαδή τη «συνταγή» του να γίνεται «χαρακτηριστικό») πρέπει να υπάρχουν δύο φορές σε κάθε σωματικό κύτταρο του ατόμου. Υπάρχουν γονίδια που για να «εκφραστούν» (για να δούμε δηλαδή τη «συνταγή» του να γίνεται «χαρακτηριστικό») αρκεί να υπάρχει μία φορά σε κάθε σωματικό κύτταρο του ατόμου. Πώς μεταβιβάζονται αυτές οι «συνταγές» (δηλ. τα γονίδια) από τους γονείς στα παιδιά; Όπως ξέρετε το πρώτο κύτταρο ενός νέου ατόμου φτιάχνεται από την ένωση ενός ωαρίου με ένα σπερματοζωάριο. Αυτό το πρώτο κύτταρο όπως και όλα τα υπόλοιπα που θα προκύψουν από αυτό και θα φτιάξουν το σώμα του ατόμου, έχει 46 χρωμοσώματα στους ανθρώπους, 38 στις γάτες, 80 στα περιστέρια. Πόσα χρωμοσώματα λοιπόν θα πρέπει να έχει το ωάριο και πόσα το σπερματοζωάριο έτσι ώστε το πρώτο κύτταρο να έχει τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων στους ανθρώπους, στις γάτες και στα περιστέρια; Άνθρωποι:... Γάτες:... Περιστέρια:.. Πώς γίνεται αυτό;;; Τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια παράγονται με τη «μείωση», έναν τύπο κυτταρικής διαίρεσης που «μειώνει» τον αριθμό των χρωμοσωμάτων στο μισό. Στο σχήμα που ακολουθεί, βλέπετε ένα κύτταρο και τα ωάρια ή σπερματοζωάρια που μπορεί να δώσει ( ανάλογα βέβαια με το εάν είναι κύτταρο μιας γυναίκας ή κύτταρο ενός άνδρα). Και βέβαια, για πρακτικούς λόγους δεν βλέπετε όλα τα χρωμοσώματα που υπάρχουν σε αυτό το κύτταρο (δηλ. δεν βλέπετε τα 46 χρωμοσώματα ή αλλιώς τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων που έχει), και δεν βλέπετε επίσης όλα τα χρωμοσώματα που θα υπάρχουν στο πιθανό ωάριο ή σπερματοζωάριο (δηλ. δεν βλέπετε τα 23 χρωμοσώματα που αυτό έχει). 4
Πόσα χρωμοσώματα βλέπετε στο αρχικό κύτταρο;.. Πόσα χρωμοσώματα βλέπετε σε κάθε ωάριο ή σπερματοζωάριο που προκύπτει; Παρατηρήσατε ότι τα δύο χρωμοσώματα του ζευγαριού και άρα και οι δύο διαφορετικές «συνταγές» για το σχήμα των αυτιών που έχει το αρχικό κύτταρο (βλ. Α και α ), χωρίζονται μεταξύ τους καθώς διαιρείται το κύτταρο για να δώσει ωάρια ή σπερματοζωάρια;;; Τι γίνεται αν λάβουμε υπόψη μας τώρα και 2ο ζευγάρι χρωμοσωμάτων; Δηλαδή και 2ο ζευγάρι «συνταγών» για ένα 2ο χαρακτηριστικό; Κοιτάξτε το παρακάτω σχήμα. Εντάξει: οι συνταγές Α και α για το σχήμα των αυτιών, έχουν χωρίσει μεταξύ τους. Τι θα γίνει όμως με τις συνταγές Β και β για το χρώμα;; Ποια από τις δύο θα πάει με την Α και ποια με την α ; Μπορείτε να το γνωρίζετε αυτό ή μήπως όχι; Με άλλα λόγια, ξέρετε με σιγουριά τι πρέπει να μπει στη θέση κάθε ερωτηματικού του σχήματος ή είστε μεταξύ δύο επιλογών; 5
Αν είστε μεταξύ δύο επιλογών για κάθε ερωτηματικό του παραπάνω σχήματος (δηλ. αν πιστεύετε ότι μαζί με το «Α» μπορεί να πάει είτε το «Β» είτε το «b» και άρα μαζί με το «a» μπορεί να πάει είτε το «b» είτε το «Β» αντίστοιχα) κάνετε πολύ καλά. Δείτε το πρώτα σχηματικά και διαβάστε μετά την εξήγηση που ακολουθεί. Βλέπετε λοιπόν ότι όταν το αρχικό κύτταρο έχει δύο ζευγάρια χρωμοσωμάτων, είναι δυνατόν να δημιουργηθούν 4 διαφορετικοί τύποι ωαρίων ή σπερματοζωαρίων. Πώς;;; Με τυχαίο συνδυασμό των χρωμοσωμάτων των δύο ζευγαριών και άρα και των «συνταγών» που βρίσκονται σε αυτά. Προσέξτε ότι οι «συνταγές» Α και α χωρίζουν οπωσδήποτε μεταξύ τους, και το ίδιο συμβαίνει και με τις συνταγές Β και b. Κι αυτό γιατί κάθε ωάριο ή σπερματοζωάριο πρέπει να έχει οπωσδήποτε ένα χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι, δηλαδή μία «συνταγή» για κάθε χαρακτηριστικό. Όμως ποια «συνταγή» από τις άλφα θα πάει με ποια «συνταγή» από τις βήτα σε κάθε ωάριο ή σπερματοζωάριο;;; Αυτό είναι τυχαίο. Το πολύ σημαντικό πράγμα με τη «μείωση», δηλ. την κυτταρική διαίρεση με την οποία φτιάχνουμε τα ωάρια ή τα σπερματοζωάριά μας, είναι ότι ο τρόπος που χωρίζονται τα χρωμοσώματα και άρα και οι συνταγές-γονίδια που αυτά έχουν, είναι ΤΥΧΑΙΟΣ. Έτσι από ένα κύτταρο μπορεί να προκύψουν ωάρια ή σπερματοζωάρια 6
με διαφορετικούς συνδυασμούς χρωμοσωμάτων. Και όσο πιο μεγάλος είναι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων που έχει το αρχικό κύτταρο, τόσο πιο πολλοί οι διαφορετικοί συνδυασμοί. Ας προσπαθήσουμε να τα δούμε όλα αυτά «στην πράξη», δουλεύοντας με τους reebop. Οι reebop έχουν 7 ζευγάρια ομόλογων χρωμοσωμάτων. Αυτό που θα κάνετε είναι να πάρετε ένα ζευγάρι reebops (μαμά/ μπαμπάς), να παρατηρήσετε και να καταγράψετε τα χαρακτηριστικά τους σε έναν πίνακα, να «φτιάξετε» κατά τύχη ένα από τα πολλά πιθανά ωάρια της μαμάς, να «φτιάξετε» κατά τη τύχη ένα από τα πολλά πιθανά σπερματοζωάρια του μπαμπά, να γονιμοποιήσετε το ωάριο που φτιάξατε με το σπερματοζωάριο που φτιάξατε, να προσδιορίσετε τα χαρακτηριστικά του παιδιού (φαινότυπος) με βάση τα γονίδια που πήρε από τους γονείς τους, και τέλος να το κατασκευάσετε με τα υλικά που υπάρχουν στον πάγκο. Καταρχάς, καταγράψτε τα 7 χαρακτηριστικά των γονιών στον πίνακα που ακολουθεί. Χαρακτηριστικά Μαμά Μπαμπάς 1 Σώμα 2 ή 3 μέρη; 2 Πόδια 4 ή 5; 3 Καμπούρα 1 ή 2; 4 Ουρά μονή ή διπλή; 5 Μάτια 1 ή 2; 6 Μύτη έχει ή όχι; 7* Φύλο αγόρι ή κορίτσι; * Θεωρήστε πως τα αγόρια έχουν μια οδοντογλυφίδα στο σώμα τους ενώ τα κορίτσια δεν έχουν. Περάστε τώρα στο 2ο βήμα που είναι να φτιάξετε κατά τύχη ένα από τα πολλά πιθανά ωάρια της μαμάς. Πώς; Στον πάγκο σας υπάρχει ένας φάκελος που γράφει «Κύτταρο μαμάς». Ανοίξτε τον «φάκελο / κύτταρο μαμάς», βγάλτε τα χρωμοσώματα της μαμάς και τοποθετείστε τα στον πάγκο σας ανακατεμένα και έτσι ώστε να μη βλέπετε τη μεριά με τα γράμματα. Πόσα είναι; Φτιάξτε ζευγάρια με τα ομόλογα χρωμοσώματα της μαμάς, δηλ. με τα χρωμοσώματα που έχουν το ίδιο μέγεθος. Επιλέξτε τυχαία 1 χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι. Τα χρωμοσώματα που δεν επιλέξατε, βάλτε τα πίσω στον φάκελο. Τα χρωμοσώματα που επιλέξατε, βάλτε τα σε ένα μέρος του πάγκου σας όλα μαζί. Τι συμβολίζει αυτό το σύνολο χρωμοσωμάτων στον πάγκο σας; Το ωάριο που φτιάξατε κατά τη τύχη. Πόσα είναι τα χρωμοσώματά του; Είναι το μοναδικό ωάριο που θα μπορούσατε να φτιάξετε από το κύτταρο της μαμάς που είχατε στη διάθεσή σας; Όχι, είναι ένα από τα πολλά πιθανά. Άλλες τριάδες μπορεί να έχουν φτιάξει διαφορετικά ωάρια από αυτό. Συνεχίστε φτιάχνοντας κατά τύχη ένα από τα πολλά πιθανά σπερματοζωάρια του μπαμπά. Πώς; Στον πάγκο σας υπάρχει ένας φάκελος που γράφει «Σωματικό κύτταρο μπαμπά». 7
Ανοίξτε τον «φάκελο / σωματικό κύτταρο μπαμπά», βγάλτε τα χρωμοσώματα του μπαμπά και τοποθετείστε τα στον πάγκο σας ανακατεμένα και έτσι ώστε να μη βλέπετε τη μεριά με τα γράμματα. Πόσα είναι; Φτιάξτε ζευγάρια με τα ομόλογα χρωμοσώματα του μπαμπά, δηλ. με τα χρωμοσώματα που έχουν το ίδιο μέγεθος. Επιλέξτε τυχαία 1 χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι. Τα χρωμοσώματα που δεν επιλέξατε, βάλτε τα πίσω στον φάκελο. βάλτε τα σε ένα μέρος του πάγκου σας όλα μαζί. Τι συμβολίζει αυτό το σύνολο χρωμοσωμάτων στον πάγκο σας; Το σπερματοζωάριο που φτιάξατε κατά τη τύχη. Πόσα είναι τα χρωμοσώματά του; Είναι το μοναδικό σπερματοζωάριο που θα μπορούσατε να φτιάξετε από το κύτταρο του μπαμπά που είχατε στη διάθεσή σας; Όχι, είναι ένα από τα πολλά πιθανά. Άλλες τριάδες μπορεί να έχουν φτιάξει διαφορετικά σπερματοζωάρια από αυτό. Αφού φτιάξατε ένα πιθανό ωάριο της μαμάς και ένα πιθανό σπερματοζωάριο του μπαμπά, μπορείτε πια να τα «ενώσετε» για να φτιάξετε το πρώτο κύτταρο ενός πιθανού παιδιού του ζευγαριού. Βάλτε στο ίδιο μέρος στον πάγκο σας τα χρωμοσώματα του ωαρίου σας και τα χρωμοσώματα του σπερματοζωαρίου σας έτσι ώστε να βλέπετε τη μεριά που δεν έχει γράμματα. Πόσα είναι συνολικά; Φτιάξτε ζευγάρια με τα ομόλογα χρωμοσώματα, δηλ. με τα χρωμοσώματα που έχουν το ίδιο μέγεθος. Κάθε ζευγάρι ομόλογων χρωμοσωμάτων έχει 1 άσπρο χρωμόσωμα και 1 πράσινο χρωμόσωμα. Δηλαδή 1 χρωμόσωμα από _ και 1 χρωμόσωμα από _ Γυρίστε ανάποδα τα χρωμοσώματα κάθε ζευγαριού ώστε να βλέπετε τα γονίδια που βρίσκονται σε αυτά. Στον πίνακα που ακολουθεί συμπληρώστε τις 3 πρώτες στήλες. Χαρακτηριστικά Γονίδιο από τη μαμά Γονίδιο από τον μπαμπά 1 Σώμα 2 Πόδια 3 Καμπούρα 4 Ουρά 5 Μάτια 6 Μύτη 7 Φύλο Γονίδια παιδιού (γονότυπος) Εμφάνιση παιδιού (φαινότυπος) Για να συμπληρώσετε και την τελευταία στήλη του παραπάνω πίνακα, δείτε τον πίνακα που ακολουθεί. Χαρακτηριστικά Εμφάνιση παιδιού με βάση τα γονίδιά του (με άλλα λόγια, «φαινότυπος με βάση τον γονότυπο») 1 Σώμα ΣΣ = 2 μέρη Σσ = 2 μέρη σσ = 3 μέρη 2 Πόδια ΠΠ = 4 πόδια Ππ = 4 πόδια ππ = 5 πόδια 3 Καμπούρα ΚΚ = μία καμπούρα Κκ = μία καμπούρα κκ = 2 καμπούρες 4 Ουρά ΟΟ = μονή ουρά Οο = μονή ουρά οο = διπλή ουρά 5 Μάτια ΜΜ = δύο μάτια Μμ = δύο μάτια μμ = ένα μάτι 6 Μύτη ΡΡ = έχει μύτη Ρρ = έχει μύτη ρρ = δεν έχει μύτη 7 Φύλο ΧΧ = κορίτσι ΧΥ = αγόρι 8
Έχοντας πια προσδιορίσει τον φαινότυπο του παιδιού μπορείτε να το κατασκευάσετε με τα υλικά που έχετε στη διάθεσή σας (βλ. παρακάτω πίνακα). Χαρακτηριστικά Υλικά 1 Σώμα κομμάτια playmais 2 Πόδια πινέζες με μακρύ στέλεχος 3 Καμπούρα μισά κομμάτια playmais 4 Ουρά ποστ-ιτ 5 Μάτια πινέζες 6 Μύτη συνδετήρας 7 Φύλο οδοντογλυφίδα Πώς; Αρχικά, βρέξτε πάρα πολύ λίγο τα κομματάκια του σώματος και κολλήστε τα μεταξύ τους. Στη συνέχεια, προσθέστε όλα τα υπόλοιπα εξαρτήματα. Φέρτε το παιδί που προέκυψε από το ωάριο και το σπερματοζωάριο που φτιάξατε τυχαία από ένα κύτταρο της μαμάς και ένα κύτταρο του μπαμπά στην έδρα. Από τα 10 συνολικά παιδιά που φτιάχτηκαν από τις ομάδες από το ίδιο ζευγάρι γονιών, υπάρχουν κάποια που είναι ολόιδια με τους γονείς τους σε ορισμένα χαρακτηριστικά; υπάρχουν κάποια που δεν μοιάζουν με τους γονείς τους σε κανένα χαρακτηριστικό; υπάρχουν κάποια που είναι ολόιδια μεταξύ τους; υπάρχουν κάποια που δεν μοιάζουν σε τίποτα μεταξύ τους; Μήπως όμως. ό,τι και να συμβαίνει με τα «ναι / όχι» που απαντήσατε παραπάνω, είναι απλά θέμα τύχης; Πώς θα εξηγούσατε απλά και συνοπτικά σε ένα από αυτά τα «παιδιά reebops» γιατί μοιάζει με ένα αδερφάκι του αλλά δεν είναι ολόιδιο με αυτό;;; 9