Teoria ewolucji

 Przegląd / Streszczenie

Zastanawiając się nad możliwą futurystyczną adaptacją teatralną książki Alicja w Krainie Czarów, dwóch Supertrupersów przez przypadek odwiedza Muzeum Historii Naturalnej. W tym muzeum kilka skamieniałości budzi wątpliwości i ciekawość co do ewolucji wielorybów. Jak można wyjaśnić istnienie chodzącego wieloryba? Czy ewolucja waleni nastąpiła z morza na ląd, czy z lądu na morze? Zdeterminowani, by znaleźć odpowiedzi na te i inne pytania, Supertrupersi eksplorują obszary muzeum normalnie niedostępne dla zwiedzających. Z pomocą paleontologa i interakcji z historycznymi postaciami Lamarcka i Darwina, ośmielają się bliżej przyjrzeć mechanizmowi doboru naturalnego. Lekcje zdobyte w muzeum są później wykorzystywane do wyobrażenia sobie, jak potomkowie Alicji mogli ewoluować, o co pyta nauczyciel dramy.

Uzasadnienie korzystania z książki Alicja w Krainie Czarów

W 1859 roku Karol Darwin opublikował słynne dzieło o pochodzeniu gatunków. Trzy lata później Charles Lutwidge napisał Przygody Alicji w Krainie Czarów, które w 1865 roku zostały opublikowane pod pseudonimem Lewis Carroll. W odcinku "Ewolucja" webkomiksu "Supertroupers" badanych jest kilka (nie)prawdopodobnych powiązań między "Alicją" Lewisa Carrolla a teorią ewolucji, pośrednio i bezpośrednio.

Scenariusz zajęć

Temat: Teoria ewolucji - Wieloryby jako przykład makroewolucji

Perspektywa uczniów

Uczniowie mają tendencję do nadawania sensu ewolucji gatunków i zjawiskom adaptacyjnym na swój własny, nienaukowy sposób. Wyjaśnienia te nie mogą być po prostu zastąpione koncepcjami naukowymi, które są sprzeczne z realizmem doświadczeniowym ucznia (Lakoff 1990). Uczniowie mają tendencję do trzymania się własnych, nienaukowych wyjaśnień, zwłaszcza teleologicznych (np. Wandersee, Good i Demastes 1994).

Powszechne / udowodnione empirycznie Główne alternatywne pomysły uczniów na temat ewolucji

1. Ewolucja to tylko teoria, która nigdy nie została udowodniona; 

2. Ewolucja jest teorią na temat pochodzenia życia; 

3. Teoria ewolucji głosi, że życie rozwija się losowo, czyli przez przypadek;

4. Ewolucja prowadzi do postępu; organizmy stają się coraz lepsze wraz z ewolucją; 

5. Organizmy dostosowują się i ewoluują przez całe życie; 

6. Selekcja naturalna obejmuje organizmy, które dążą do adaptacji; 

7. Natura działa w celu wyselekcjonowania najlepszych organizmów; 

8. Ponieważ ewolucja jest powolna, ludzie mogą na nią wpływać; 

9. Wszystkie cechy organizmów są adaptacjami; 

10. Człowiek jest szczytem ewolucji

U podstaw wielu z tych alternatywnych koncepcji leży teleologia: wielu uczniów intuicyjnie zakłada, że procesy adaptacyjne są celowe, niezależnie od tego, czy to sama jednostka celowo dostosowuje się do swojego środowiska, czy też "natura" jako czynnik, który powoduje ten proces. W zależności od opracowanej sekwencji nauczania i uczenia się, możliwe byłoby odniesienie się do niektórych z tych alternatywnych koncepcji (w szczególności tych wyróżnionych pogrubioną czcionką), wykorzystując ten odcinek jako zasób edukacyjny.

Podejście koncepcyjne

Temat ewolucji dzieli się na dwa główne wymiary: 

Drzewo życia, historia naturalna, pochodzenie "wyższych" gatunków od bardziej starożytnych, znalezienie wiarygodnej rekonstrukcji drzewa życia za pomocą paleontologii, skamieniałości, DNA itp. (aspekt historyczny)

mechanizm doboru naturalnego (darwinizm) jako teoria przyczynowego wyjaśnienia, dlaczego gatunki ewoluują (aspekt nomologiczny)

Przykład ewolucji wielorybów można wykorzystać w tych dwóch głównych wymiarach: 

Jeśli chodzi o drzewo życia, jest to fascynujący epizod historii naturalnej. Życie zaczęło się w wodzie, ale te lądowe ssaki "wróciły" do wodnego żywiołu. To sensacyjne odkrycie. 

Jeśli chodzi o dobór naturalny, ewolucja wielorybów była napędzana zmianami geologicznymi (dryf kontynentalny) 50 milionów lat temu na obszarze dzisiejszego Pakistanu. Te wydarzenia tektoniczne, wraz ze zmianami klimatycznymi, doprowadziły do powstania nowych siedlisk wodnych z zasobami żywności, tworząc nową niszę ekologiczną dla drapieżników, które wcześniej żywiły się na lądzie. 

Obecny pogląd na temat tego, w jaki sposób wieloryby wodne wyewoluowały z lądowych czworonogów, jest taki, że niektóre żyjące na lądzie zwierzęta kopytne preferowały chrupanie roślin na brzegu wody, co miało dodatkową zaletę, pozwalając im łatwo ukryć się przed niebezpieczeństwem w płytkiej wodzie. W populacji lądowych przodków wielorybów istniała presja selekcyjna na korzyść cech płazów, a później cech wodnych. Te osobniki w populacji, które miały już cechy ułatwiające im brodzenie w wodzie (np. płetwy, gruba warstwa tłuszczu, mocny i większy ogon, nozdrza na czubku głowy) prawdopodobnie miały większy dostęp do pożywienia i mogły skuteczniej przetrwać i rozmnażać się, co z kolei zmieniło pulę genową populacji. Gdy niektóre z wczesnych wielorybów wodnych zaczęły odżywiać się inną dietą, ewoluowały w filtratorów fiszbinowych i straciły zęby.

W tym odcinku ewolucji, na przykładzie ewolucji wielorybów, który pomaga zintegrować oba te różne aspekty (historyczny i nomologiczny), możemy odnieść się do niektórych z dobrze znanych alternatywnych koncepcji, o których była już mowa powyżej. 

Perspektywy historyczne i epistemologiczne

Historia teorii ewolucji jest jednym z punktów zwrotnych, być może najważniejszym, rewolucji naukowej, która wypełniła ostatnie stulecia historii nauki. Głównym aspektem tej rewolucji było porzucenie poglądu, że wszystkie rzeczy są stabilne: że żywe organizmy są niezmienne, że kontynenty pozostają tam, gdzie są, i tak dalej. Płynność i zmiana stały się kluczowe dla idei świata wokół ludzi. Zaakceptowanie możliwości zmiany i postrzeganie tej zmiany jako czynnika szansy, a nie zagrożenia, jest cichym przesłaniem i wyzwaniem dla idei ewolucji (NRC, 1998).

Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) zaproponował teorię adaptacji istot żywych pod presją środowiska, która nie jest już akceptowana. Według Lamarcka, jeśli zmieniają się warunki środowiskowe, zmieniają się również potrzeby istot żywych. Struktury istot żywych zmieniają się, aby zaspokoić te nowe potrzeby. Tak więc, w czasie jednego pokolenia, jednostki tracą organy, których nie potrzebują lub, przeciwnie, rozwijają organy, których potrzebują (prawo używania i nieużywania). Nabyte cechy są przekazywane potomstwu, a żywe istoty stają się z czasem bardziej złożone (prawo przekazywania nabytych cech). Dla Lamarcka gatunki nigdy nie znikają, ale są przekształcane w inne gatunki.

Teoria ewolucji przez dobór naturalny została po raz pierwszy przedstawiona przez Karola Darwina i Alfreda Wallace'a niezależnie w 1858 roku, a rok później została szczegółowo rozwinięta przez Darwina w jego książce "O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego". Według Mayra (2002) jest to pozornie prosta teoria, oparta na pięciu faktach lub obserwacjach i trzech wnioskach. 

Według Darwina organizmy w populacji wykazują zmienność, a te najlepiej przystosowane do środowiska mają większe prawdopodobieństwo przeżycia niż te mniej przystosowane do środowiska, pozostawiając większą liczbę potomstwa. Najlepiej przystosowane organizmy są zatem wybierane przez środowisko, przekazując swoje cechy dziedziczne swoim potomkom. Z czasem proces ten prowadzi do dywersyfikacji organizmów i powstawania nowych gatunków (specjacja). 

Kiedy teoria ewolucji została wprowadzona przez Darwina, miała problemy z właściwym zrozumieniem i zaakceptowaniem. Przekonania religijne odegrały ważną rolę, ponieważ teoria podważała znaczenie wszechmocnego stwórcy, ale także naukowcy z większości dziedzin wydawali się sceptyczni. Aspekt stochastyczny z koncepcjami takimi jak losowa zmienność i dobór naturalny, które rzadko można było wykorzystać do ścisłego przewidywania zdarzeń ewolucyjnych, sprawiały, że teoria ta zbyt różniła się od innych mechanistycznych poglądów, aby była apetyczna dla większości naukowców. W tamtym czasie nauka miała na celu tworzenie dokładnych prognoz (Mattsson, Jan-Eric; Mutvei, Ann, 2015).

Istnieją dwie odrębne kwestie dotyczące tej teorii. Pierwszym z nich jest historyczna kwestia ustalenia, czy ewolucja miała miejsce, w sensie modyfikacji poprzez kolejne rozgałęzienia od wspólnego przodka. Drugim jest, jeśli ewolucja miała miejsce, jakie mechanizmy są za nią odpowiedzialne. 

Stwierdzenie, że gatunki są wynikiem naturalnego procesu transformacji wcześniej istniejących gatunków, zjawisko, które nazywamy ewolucją, jest hipotezą, która została obficie potwierdzona licznymi dowodami. Istnieje wiele bezpośrednio obserwowalnych dowodów na trwającą ewolucję i możliwe jest zaobserwowanie niektórych etapów procesu powstawania nowych gatunków (Gaspar, Mateus & Almada, 2007). Ponadto ilość pośrednich dowodów pochodzących z zapisu kopalnego, embriologii, morfologii porównawczej, biochemii, biologii molekularnej, biogeografii itp. dowodzi, że wspólne pochodzenie organizmów jest faktem (Futuyma, 2009). Obecnie ewolucja jest rozumiana jako fakt, na który istnieją niepodważalne dowody (Futuyma, 2005). 

Sugestie dotyczące wykorzystania odcinka w klasie

W zależności od dostępnego czasu i celów nauki, czytanie webkomiksu naukowego może obejmować kombinację różnych strategii:

Czytanie indywidualne/zbiorowe

Uczniowie czytają komiks indywidualnie lub zbiorowo. Zbiorowe czytanie można zorganizować z całą klasą lub w mniejszych grupach.

Czytanie w klasie/w domu

Czytanie komiksu może odbywać się w czasie zajęć lub poza nimi, podczas pracy w domu.

Pełne przeczytanie (3 rozdziałów) / częściowe przeczytanie:

Trzy epizody składające się na tę płytę BD są sekwencyjne. W pierwszym odcinku czytelnik dowiaduje się o dramacie, który Supertrupers mają odegrać - futurystycznej adaptacji Alicji w Krainie Czarów - a także o kwestii, która zostanie zbadana - ewolucji wielorybów. Podczas gdy drugi odcinek jest w całości poświęcony rozwikłaniu problemu naukowego, trzeci skupia się na dramatyzacji.

Chociaż zaleca się przeczytanie wszystkich trzech odcinków, można to zrobić częściowo, pomagając przezwyciężyć/złagodzić pewne ograniczenia czasowe lub zachęcić uczniów do kreatywności. Przeczytanie tylko pierwszego rozdziału może posłużyć jako podstawa do przeprowadzenia badania ewolucji wielorybów, a ostatecznie do stworzenia komiksu, który podkreśli wiedzę zdobytą podczas badań. W tym samym celu można również przeczytać tylko 3. rozdział. Wybór 2. odcinka będzie miał sens, jeśli chcesz preferować podejście historyczne i zrozumieć główne mechanizmy ewolucji gatunków.

Ciągłe czytanie/na przemian z innymi zadaniami (dyskusja, badania, zadania)

Czytanie może być ciągłe lub wręcz przeciwnie, przerywane w celu, w strategicznych momentach, dzielenia się pomysłami, zadaniami badawczymi, debatami na temat różnych teorii, wśród innych działań, które można przeprowadzić.

Aby zapoznać się z zasobami, nauczyciele mogą skorzystać z wersji komiksu dla nauczycieli (patrz zasoby uzupełniające), w której zasygnalizowano niektóre pomysły i powiązania, głównie związane z aspektami:

Łączenie (z pojęciami poruszanymi w innych klasach)

Aby pogłębić (koncepcje i idee domyślnie poruszane w komiksie) 

Rozwiązanie (alternatywne pomysły studentów)

Wzbogacanie (poprzez kreatywne zadania)