Organismvärldens utveckling, släktskap och systematik

Jordens historia sträcker sig tillbaka ca 4,5 miljarder år och man räknar med att livet uppkom för ca 3,5–4 miljarder år sedan. Miljön på jordytan var från början mycket ogästvänlig. Det var alldeles för varmt för att liv skulle kunna existera: radioaktiva processer pågick i jordens inre som bidrog till att värma upp jorden. Dessutom var nedfallet av meteoriter omfattande och vulkanutbrott var vanliga. Ozonskiktet, som nu till stor del fångar upp den farliga ultravioletta strålningen från solen, hade ännu inte utvecklats. Det tog lång tid innan miljöförhållandena gjorde det möjligt för liv att existera på jorden.

Det pågår ständigt ett samspel mellan de levande organismerna och den miljö de lever i. Miljöförändringar under jordens historia har förändrat villkoren för de levande organismerna, men organismer har också ändrat miljön och därmed förutsättningarna för andra organismer. Alla organismgrupper som finns i dag har förändrats under en lång utvecklingshistoria.

Biologiämnets expansion inom området molekylärbiologi är närmast explosionsartad. Molekylärbiologiska metoder förenar idag många områden inom biologin och öppnar även nya möjligheter till förståelse av evolutionen och släktskap mellan organismer.

Många övningar i bioinformatik belyser släktskap och livets utveckling, se den del som handlar om Bioinformatik.

Nedan finner du texter, övningar, laborationer och länkar kring jordens och organismvärldens utveckling för både yngre och äldre elever.


 

Kontinentaldrift

Miljöförhållandena för de levande organismerna har förändrats under jordens utvecklingshistoria, inte minst beroende på kontinentaldriften. 1912 presenterade Alfred Wegener, meteorolog från Tyskland, teorin att alla kontinenter tidigare hade suttit ihop i en enda jättekontinent, Pangea, men det dröjde ända till 1968 innan man på en geologisk konferens slutgiltigt accepterade teorin. Lägg ett pussel som visar hur kontinenterna har förflyttat sig.

Plattektonik och livets historia (Artikel)
Mall till Pangea-pussel

Organismvärldens utveckling

Vilka var de första levande cellerna? Hur gick det till när de bildades och i vilken miljö skedde det? Än så länge kan vi inte säkert veta, enbart fundera över sannolikheten att levande celler skulle kunna utvecklas och leva i en viss miljö. Hur har organismvärlden utvecklats från de första levande cellerna?

Trots att de är osynliga för ögat utgörs det överväldigande flertalet av de levande organismerna av bakterier och andra mikroorganismer. De medverkar vid omvandlingen av kemiska ämnen, processer som bland annat påverkar atmosfärens innehåll av gaser. För att förstå villkoren för livet på jorden är det därför nödvändigt att studera mikroorganismerna.

Nedan finns övningar som illustrerar organismvärldens utveckling från bakterier och arkéer till eukaryoter. En eukaryot cell är betydligt mer komplicerat byggd än en cell från domänerna Arkaea och Bacteria. Eukaryota celler är också större. De har cellkärna, samt flera andra organeller. Genom att eukaryota celler uppkom fanns förutsättningar för en utveckling av flercelliga organismer med komplicerad byggnad och betydligt större storlek.

Arkéer

Arkéerna är närmast släkt med eu­karyoterna, dit bland andra djuren, växterna och svamparna hör. Halobacterium sp. NRC-1 hör till arkéerna och som många arkéer klarar den att leva i extrema miljöer. Det är en modellorganism för arkéerna som är väl undersökt. Nedan beskrivs en serie undersökningar som handlar om att göra iakttagelser och beskriva egenskaper hos Halobacterium, som växer dels på platta, dels i vätskekultur. Halobacterium kan under en begränsad tid köpas in från Bioresurs. Kontakta info@bioresurs.uu.se.

Arkéer – mikrobiologiologisk mångfald, artikel i Bi-lagan.
Domän Archaea. Efter Linné s 20
Laborationshäfte Halobacterium
Odlingsanvisningar
Renutstryk

Överallt finns bakterier

Mikroorganismer finns överallt i miljön. Enskilda bakterier syns inte utan att använda mikroskop och oftast märker man inte att det finns exempelvis bakterier både på oss själva, i luften och i marken.Odla upp bakterier från omgivningen, men tänk på säkerhetsriskerna och var noga med att hantera agarplattorna på ett betryggande sätt.

Överallt finns bakterier

Fotosyntesen

Fotosyntesens utveckling kan illustreras med de tre försöken nedan: Winogradskykolonn, Odla cyanobakterier och separera plastidfärgämen. Studera också gärna Euglena som har egenskaper som gör att de liknar både växter och djur.

Winogradskykolonn

Ett enkelt och illustrativt försök är att tillverka en Winogradskykolonn, ett miniatyrekosystem där ett brett spektrum av bakterier kan leva under lång tid. Winogradskykolonner kan användas för att diskutera frågor kring evolution och ekologi, samt för att visa olika slag av fotoautotrofa bakterier och för att illustrera svavelomsättning i aeroba och anaeroba miljöer. En stor flaska eller långsmal glasbehållare (1-2 liters mätglas)  fylls med bland annat slam från en sjö eller ett vattendrag och får sedan stå belyst under några veckor. Olika bakterier tillväxer och bildar röda och gröna zoner.

Bakterier som använder ljus – gör en Winogradskykolonn

Cyanobakterier

Cyanobakterier är intressanta av olika orsaker. Cyanobakterier kan fotosyntetisera och har förmåga till kvävefixering. Diskutera evolutionära aspekter, titta på olika arter i mikroskop, odla i kvävefritt medium för att studera cyanobakteriernas kvävefixerande förmåga och odla i medier med olika fosfathalt. Utifrån praktiska försök kan kopplingar göras till exempelvis algblomningen i Östersjön. Här finns beskrivning av hur cyanobakterier odlas i ett definierat näringsmedium.

Odla cyanobakterier

Separera plastidfärgämmnen

I laborationen beskrivs hur plastidfärgämnen från några olika fotoautotrofer separeras med papperskromatografi, isoleras och identifieras.
Diskutera den evolutionära utvecklingen och jämför arterna för att se släktskap mellan cyanobakterier, alger och gröna växter.

Separera plastidfärgämnen, laborationsbeskrivning
Spektra för plastidfärgämnen. Resultat
Separation av plastidfärgämnen. Labbrapport

Evolution av växter och djur

Traditionellt har jämförande anatomi använts för att visa släktskap mellan organismer och exempel som visar nervsystemets, kärlsystemets och skelettets byggnad för olika organismgrupper brukar förekomma i läroböcker.

Det finns också flera klassiska exempel på evolutionära utvecklingslinjer som exempelvis hästens och elefanternas utveckling. Nedan ges några exempel på hur man kan studera evolution av växter och djur.

 

Utveckling av växterna

Läs om växternas utveckling i Efter Linné, sidorna 26-39

Här beskrivs två till exempel som visar hur förändringar i växternas byggnad är kopplande till genetiska förändringar: Blommornas ABC och Variation i naturen. Bilder på olika arter av grönalger visar hur man kan studera grönalger från ett vattenprov och fundera på skillnader mellan encelliga och flercelliga organismer.

Jämförande dissektioner (extern länk)

Likheter och skillnader mellan organsystemen kan också studeras vid dissektioner av arter som representerar olika grupper av ryggradslösa djur och ryggradsdjur. Exempelvis kan man jämföra nervsystem, hjärt-kärlsystem, sinnesorgan, skelett, muskler, matsmältningsorgan och könsorgan hos ett eller flera ryggradslösa djur och ryggrads djur. Djur är anpassade till att leva av olika slags föda och sättet att ta upp föda avspeglas ofta i hur matspjälkningsapparaten är uppbyggd.

I laborationen från Bioscience Explained får eleverna jämföra fiskar med skilda födoval. Ge dissektionen en evolutionär aspekt genom att välja fiskar som är anpassade för olika levnadssätt.

Jämförande fiskdissektion

Människans evolution

Under tusentals år har vi människor frågat oss vilka vi är och varifrån vi kommer. Idag har nya tekniker öppnat tidigare okända områden av vår egen evolutionshistoria för forskarna.

Människans evolution

Sortera djur

Låt yngre elever ta med leksaksdjur av olika slag hemifrån och sortera dem i grupper efter hur de liknar varandra. För lite äldre elever kan övningen bli utgångspunkt för att diskutera anpassningar och evolution.

Sortera djur
Kompletterande material till övningen ”Sortera djur”

Embryonalutveckling

Forskning inom embryologi inklusive den genetiska styrningen av embryonalutvecklingen ger möjlighet att bättre förstå den evolutionära bakgrunden. Ett par av nobelprisen i Fysiologi eller Medicin är intressanta i sammanhanget. 1995 gick priset till E. Lewis, C. Nüsslein-Volhard och E. Wieschaus för upptäckter av hur den genetiska kontrollen sker under embryonalutvecklingen av bananfluga.

Sammanställning av filmer och bildmaterial om zebrafiskens utveckling. Ett material som togs fram i samarbete med zebrafiskeenheten vid SciLifeLab samband med Bioresursdagarna 2012.En artikel om zebrafisken, med övningar om embryonalutveckling:
Den lilla fisken från Ganges – en modellorganism 

År 2002 tilldelades S. Brenner, H. Horvitz och J. Sulston nobelpriset för upptäckterna av ”genetisk reglering av organutveckling och programmerad celldöd”, forskning som visar hur utvecklingen av enskilda celler i ett embryo kan följas.

Följande övningar har ett bredare perspektiv på organismvärldens utveckling

Brickan som resurs i undervisningen

Föremål konkretiserar och blir ett hjälpmedel till förståelse.

Brickan som resurs i undervisningen

Vad ska fossil vara bra för?

Som paleontolog arbetar man med att utforska hur livet på jorden sett ut genom historien. Den absoluta majoriteten av alla organismer som någonsin funnits är idag utdöda – och de som finns idag kommer kanske att undersökas av paleontologer i en avlägsen framtid.

Vad ska fossil vara bra för?

Evolutionsfika

Bygg ett släktträd med hjälp av mat och dryck och visa organismernas släktskap och evolutionära utveckling.

Evolutionsfika

Studier av celler i ett evolutionärt perspektiv

I laborationerna som genomfördes under Sverigefinalen till EUSO-tävlingen får eleverna studera olika celler i mikroskop och utifrån deras egenskaper avgöra till vilka grupper de hör och diskutera den evolutionära utvecklingen.

Mikroskopstudier av celler

Spåra evolutionen

Spela ett spel om evolutionen!

Spåra evolutionen

Sortera och ordna

Många upplever nog att det finns ett myller av arter i naturen. Om man inte kan namnen på några arter känns det kanske oöverstigligt att lära sig känna igen ens de mest vanliga växterna, men för varje art man lär sig blir det lättare att urskilja fler arter och lära sig vad de heter. Igenkännandets glädje ger lust att lära! Att sortera organismer efter utseende innebär att man tränar sig i att iaktta och känna igen arter och grupper av organismer.

Systematik handlar om att identifiera, beskriva, namnge och klassificera organismer utifrån deras släktskap i ett hierarkiskt system, där basen utgörs av arter. Närbesläktade arter grupperas i släkten, som delas in i familjer. Familjerna grupperas i sin tur i ordningar, som grupperas i klasser, klasser i stammar och stammar i domänerna eukaryoter, bakterier eller arkéer.

I kursplanerna för biologi, både grundskola och gymnasiet, finns systematiken med i det centrala innehållet. Nedan finns övningar som handlar om att sortera och gruppera för både äldre och yngre elever. Inom den vetenskapliga systematiken använder man genetiska data för att kartlägga släktskap.  Se även övningar i Bioinformatik som passar för äldre elever att arbeta med.

Släktforskning i grönsaksdisken

Vilka grönsaker hör ihop? Övningen innehåller bilder på  grönsaker, som tillsammans representerar fem olika växtfamiljer, med tre grönsaker i varje familj. Vilka hör ihop?

Släktforskning i grönsaksdisken
Facit, släktforskning i grönsaksdisken

Sortera och ordna med Linné

Många upplever nog att det finns ett myller av arter i naturen. Om man inte kan namnen på några arter känns det kanske oöverstigligt att lära sig känna igen ens de mest vanliga växterna, men för varje art man lär sig blir det lättare att urskilja fler arter och lära sig vad de heter. Igenkännandets glädje ger lust att lära! Att sortera organismer efter utseende innebär att man tränar sig i att iaktta och känna igen arter och grupper av organismer.

Sortera och ordna
Sortera som Linné
Linnés sexualsystem
Linnés sexualsystem
Växtfamiljer

Kan klassen klassificering?

Systematik handlar om att identifiera, beskriva, namnge och klassificera organismer utifrån deras släktskap. Att sortera och klassificera är grundläggande för biologi och ingår i styrdokumentens centrala innehåll för både grundskola och gymnasium. Läs om olika begrepp inom systematiken och om Artdatabankens arbete och gör en övning med släktträd.

Kan klassen klassificering?
Bygga och diskutera släktträd
Bilder

Databaser om arter

Kan man hålla reda på alla arter på planeten? Idag finns flera olika databaser som samlar information om allt levande, gratis för vem som helst att söka i.

Databaser om arter
Användbara databaser med information om arter
Tips på undersökningar i databasen gbif.org
Arternas folkbokföring
Sökning och källkritik med hjälp av Dyntaxa