Giochiamo all’evoluzione Simulazione dei principali meccanismi evolutivi degli esseri viventi Classi prime Scuola secondaria di I° grado Collocazione nel curricolo: Il percorso viene affrontato all’inizio dello studio della biologia affidando all’evoluzione la chiave di lettura per le future esperienze. "Nulla ha senso in biologia, se non alla luce dell'evoluzione" T Dobzhansky Obiettivi •Riflette sulle relazioni tra viventi ed ambiente. •Comprende il legame tra biodiversità ed evoluzione. •Comprende i fattori che rendono possibile l’evoluzione. •Collega le caratteristiche degli esseri viventi (anche fossili) alle condizioni ambientali. •Riflette sull’utilità della classificazione e sul concetto di specie. Obiettivi di apprendimento al termine della classe terza •Riconosce le somiglianze e le differenze nel funzionamento delle diverse specie di viventi. •Comprende il senso delle grandi classificazioni, riconosce nei fossili indizi per ricostruire nel tempo le trasformazioni dell’ambiente fisico, la successione e l’evoluzione delle specie. Approccio metodologico Dopo una lezione introduttiva sui temi delle variabili ambientali e del loro legame con gli esseri viventi ed una lezione di organizzazione dei gruppi di lavoro e di controllo delle regole del gioco, ai ragazzi sarà chiesto di mandare “alla deriva” un isola, di immaginare quali cambiamenti possa affrontare e quali conseguenze questi possano avere su una specie animale “protagonista” scelta dalla classe. I ragazzi, in gruppo, produrranno una riproduzione dell’isola con illustrazioni e tabelle guida alla comprensione dei passaggi evolutivi. Insieme ai ragazzi sarà ricostruito l’albero filogenetico e scelti i nomi scientifici delle specie “create” evidenziando i passaggi “chiave” del processo evolutivo. In una lezione finale i gruppi presenteranno il loro lavoro al resto della classe e verranno ripercorse le tappe salienti dello sviluppo della teoria dell’evoluzione. Materiali, apparecchi e strumenti •Materiali di facile consumo (cartelloni, pennarelli,…), •LIM • pc. Ambiente •Laboratorio di scienze Tempi •Per la messa ha punto nel gruppo: 2 h. •Per la progettazione specifica: 4 h. •Tempo – scuola: 8 incontri – 10 h, nel periodo novembredicembre. •Per la documentazione: 4 h Il percorso Prima dell’inizio, per essere chiari. I ragazzi affrontano una discussione sulla complessità del termine ambiente, in un brainstorming le variabili elencate e poi selezionate insieme ai ragazzi sono: •gli individui della specie in esame. •gli individui di altre specie. •La loro organizzazione spaziale ed i loro movimenti. •La temperatura. •La quantità di luce. •La quantità di acqua. •La concentrazione di differenti elementi chimici. Le interazioni tra la specie ed i vari elementi •Come si trovano i nutrienti? •Come si evitano i predatori? •Come si trovano dei partner sessuali? •Come si mantiene la temperatura corporea? Il termine “specie” per le difficoltà intrinseche della definizione e per porre l’attenzione sulla dinamica del cambiamento più che sulla staticità della definizione, non è stato approfondito. Viene ritenuto sufficiente fare appartenere ad una stessa specie individui simili tra loro per caratteristiche e abitudini, che è quanto attribuito al termine dai ragazzi stessi. Incontro n° 1 La riflessione: Utilizzando la LIM per la rappresentazione visiva dei concetti espressi, viene presa in esame una ipotetica popolazione di conigli e posto l’accento sulla variabilità intraspecifica (colore e lunghezza del pelo, dimensioni, capacità fisiche,…) Vengono ridefinite le principali variabili ambientali (temperatura, presenza di copertura arborea,…) Lavorando di fantasia vengono avanzate alcune ipotesi che generino l’isolamento geografico della popolazione in due o più gruppi, il cambiamento ambientale e la selezione naturale. •isolamento geografico (comparsa di una catena montuosa…) •cambiamenti climatico (aridità o irrigidimento del clima) •comparsa di uno o più predatori differenti Ai ragazzi viene chiesto di riflettere su quali possano essere le conseguenze del cambiamento: • L’ambiente avvantaggerà qualche coniglio? • Che vantaggi avrà? • Cosa accadrà ai conigli svantaggiati? • Come cambierà la popolazione nel corso degli anni? • Chiameremo questo meccanismo evoluzione. Cosa avviene in natura? Realtà e fantasia sono davvero lontane? Vengono utilizzate le seguenti 4 slide Parte di una presentazione che viene riutilizzata (parzialmente) a fine percorso ed (interamente) in terza media come raccordo con lo studio della genetica. Come approfondimento per la preparazione sono stati utilizzati sono stati utilizzati anche: •Le scienze di febbraio 2009 •L’articolo http://www.lescienze.it/archivio/articoli/1991/12/01/news/la_se lezione_naturale_e_i_fringuelli_di_darwin-545436/ Le isole Galapagos La trasmutazione delle specie La trasmutazione delle specie Le regole del gioco Il nostro esperimento ambientale: Immagineremo un isola, una catastrofe la frantumerà, i frammenti andranno alla deriva. •La classe sarà divisa in gruppi. •Ogni gruppo sarà responsabile della deriva di un frammento di isola: tempo, direzione, cambiamenti ambientali. •Ogni cambiamento dovrà essere documentato su un’apposita tabella. È possibile simulare cambiare artificialmente un ambiente per vedere che succede? Vengono raccontati e discussi: Gli esperimenti ambientali (http://www.lescienze.it/archivio/articoli/2013/02/01/news/l_ar te_di_manipolare-1488900/ ), il nostro gioco…in grande. Solo la natura seleziona gli esseri viventi? Vengono proiettate immagini di cani, cavalli e fiori. Le richieste: Presentato il gioco, ai ragazzi viene chiesto di: •scegliere un animale come protagonista - vengono avanzate alcune ipotesi e votata la più gradita alla classe, in questo caso la scelta è caduta sullo scorpione (in particolare l’Euscorpius – unico genere di scorpione presente nel territorio italiano) (nonostante i consigli di orientarsi verso un mammifero più familiare e più “plastico”) •Indagare - presentare per la lezione successiva dei materiali di ricerca sull’animale in oggetto e sul suo ambiente. Incontro n° 2 Vengono organizzati i gruppi di lavoro, la scelta cade su una composizione casuale dei gruppi che saranno composti da 4 elementi . Vengono confrontate le informazioni che i ragazzi hanno sulla specie in esame, una discussione aperta in cui ognuno porta il suo contributo alla descrizione dell’animale. Vengono osservati con le lenti di ingrandimento alcuni esemplari di Euscorpius (portati da me e dagli alunni). Vendono avanzate alcune ipotesi sulla possibile evoluzione e davanti ad ipotesi fuori luogo quali raggi laser o cannoni, viene chiarito che seppur liberi di dare sfogo alla fantasia le modifiche devono essere verosimili e frutto di un’esigenza ambientale. Vengono scelti i fattori modificabili: •n° di individui della specie in esame. •n° di individui di altre specie. •La loro organizzazione spaziale ed i loro movimenti. •La temperatura. •La quantità di luce. •La quantità di acqua. •Le interazioni tra la specie ed i vari elementi •Come trova i nutrienti? •Come si evitano i predatori? •Come si trovano dei partner sessuali? •Come mantengo una temperatura “piacevole”? I ragazzi dovranno compilare una tabella per schematizzare i passaggi evolutivi Il tempo L’ambiente La selezione Dopo…. Cambia…. Sono avvantaggiati (e aumentano di numero) quelli che… Particolare attenzione viene data al tempo, che non può essere di pochi anni ma permettere il seguirsi di numerose generazioni, si paragonano così i tempi necessari al cambiamento delle drosofile con quello degli elefanti… quanti figli? Dopo quanto tempo? Iniziano i lavori di gruppo. I ragazzi prendono in alcuni casi spunto dai materiali di ricerca portati in classe, in alcuni casi si affidano solo alla loro fantasia, puntando su modifiche radicali dell’animale (volo o vita subacquea). I ragazzi sono invitati a produrre a casa alcune ipotesi da offrire al gruppo nella lezione successiva. Incontro n° 3-4 Vengono brevemente ripassate le regole della simulazione ed i fattori in gioco nell’evoluzione: competizione, diversità intraspecifica, isolamento geografico, cambiamenti ambientali. Vengono chiarite le dinamiche: se, precipito, mi cresceranno le ali? (proiezione di una sequenza da “L’era glaciale” la competizione per le risorse ed i vantaggi legati all’ambiente http://www.youtube.com/watch?v=n0ykM1ALggE). I gruppi iniziano il loro lavoro confrontandosi sulle idee avute e proponendo le modifiche. Il lavoro viene seguito, non vengono posti limiti alle modifiche ma posti dei problemi sulla loro realizzabilità: perché volare o nuotare dovrebbe essere un vantaggio? volare o planare? Volare come e da dove? Nuotare o galleggiare? Volendo porre l’accento sulla dinamica di cambiamento e non sui reali limiti biologici non vengono rifiutate modifiche riferite ad esempio alla regolazione termica od alla capacità di cambiare colore. Il compito per casa viene controllato mentre i gruppi lavorano. Ai ragazzi viene assegnato come compito a casa di fare una ricerca sull’evoluzione di un animale a loro scelta e di riportare su una tabella uguale a quella usata in classe le tappe evolutive. Incontro n° 5- 6 I lavori di gruppo vengono portati a termine e controllate le ricerche. Viene fatto un parallelismo tra i cambiamenti ambientali che hanno portato all’evoluzione dei diversi animali e del nostro scorpione. Le variabili ambientali selezionate ad inizio percorso non vengono effettivamente prese tutte in considerazione dai ragazzi che si concentrano soprattutto sulle variazioni climatiche e sulle iterazioni predatore – preda. Ai ragazzi viene assegnato come compito a casa la ricerca di animali che abbiano caratteristiche comuni allo scorpione da loro prodotto. Scopo della ricerca è rafforzare l’idea di un legame tra caratteristiche degli esseri viventi ed il loro ambiente e evidenziare la ricchezza della biodiversità come bacino di risposte alle richieste più differenti. Incontro n° 5- 6 I lavori completati vengono presentati da ogni gruppo alla classe, si discutono le modifiche efficaci (che hanno una corrispondenza con l’ambiente – aumento delle dimensioni delle prede – aumento di dimensione nei predatori o predazione in gruppo) e le modifiche giudicate troppo fantasiose (creste sensoriali). Viene messo in evidenza come a cambiamenti simili dell’ambiente i gruppi abbiano risposto con modifiche simili. Tempo Dopo… Ambiente Cambia… Evoluzione Aumentano gli individui… 10.000 anni foresta Che si imparano a mimetizzarsi con la foresta 50.000 anni Aumentano i predatori terrestri Imparano a vivere sugli alberi Spruzzano le ragnatele dal pungiglione 100.000 anni In gruppo si difendono meglio Imparano a emettere un suono acuto per comunicare Tempo Dopo… Ambiente Cambia… Evoluzione aumentano gli inDiviDui… 25.000 anni Isola semisommersa Lo scorpione diventa anfibio. Ha membrane per nuotare sul pungiglione. Ha 2 membrane per respirare situate nella bocca. 20.000 anni Isola emersa i predatori e le prede sono più grandi Lo scorpione, lunghezza un metro, larghezza 50 cm, ha due chele giganti di 36 cm, 5.000 anni Riproduzione per partenogenesi con circa 15 piccoli Con la collaborazione dell’ins. di sostegno sono stati realizzati dei modelli 3d in carta e colorati a tempera L’evoluzione è lineare o ramificata? Le diverse specie derivano una dall’altra? Abbiamo nonni e nipoti o i nostri scorpioni sono tutti cugini? Viene costruito un albero filogenetico scegliendo due caratteri pesanti che danno vita alla ramificazione (adattamento alla vita acquatica – adattamento al clima artico – capacità di vita subacquea). Eu. Acquaticus Eu. Pelocrestatus Eu. Indianus Freddo caldo Eu. polis superficie acquatico Eu. Mimetizzum freddo mare Eu. Italicus terra caldo Incontro n° 8 Presa dimestichezza con la dinamica dell’evoluzione vengono presentate le diverse risposte che l’uomo ha cercato di dare alla domanda “E’ nato prima l’uovo o la gallina?” ed alle sue implicazioni scientifiche. Viene riutilizzata la seguente presentazione p point, fino alla slide 5 vengono solo raccontate brevemente le risposte date dall’uomo all’evidenza della varietà. Vengono discusse con più attenzione le vicende di Darwin e la storia del suo viaggio, l’ultima slide viene discussa solo in terza. Prima l ‘uovo o la gallina? Facciamo un salto indietro di 2500 anni “Gli essere viventi furono generati dalla terra, Una terra calda che faceva scaturire come alimento un limo caldo simile al latte. Dall’evaporazione del limo nacque anche l’uomo, un tempo simile ai pesci.” mondoè c’è IlIlmondo increato stato e ci esempre imperituro! sarà sempre. Aristotele Alessandro Magno “Allora il signore Dio plasmò dal suolo ogni sorta di bestie selvatiche e tutti gli uccelli del cielo…” Il diluvio universale Creazione -Inondazione - Creazione Jean Baptiste de Lamark Il bisogno modifica l’organo 1809 Poco più di 200 anni fa… 1809 Charles Darwin Beagle Il viaggio del Beagle Le isole Galapagos Le pianure argentine La Patagonia Megaterium Le isole Galapagos La trasmutazione delle specie La trasmutazione delle specie Cambiamento ambientale Il bisogno modifica l’organo L’ambiente seleziona il carattere. Hanno più possibilità di riprodursi gli individui più adatti all’ambiente. Isolamento geografico (le popolazioni diverse non possono incrociarsi) 1859 L’evoluzione delle specie è una teoria !!! Verifica degli apprendimenti La valutazione degli apprendimenti viene fatta sulla base del compito autentico (il cartellone e la tabella) e della sua presentazione alla classe, sulla partecipazione alla sua realizzazione, sulla capacità di utilizzare le dinamiche evolutive per la soluzione di problemi del gioco (voglio farlo volare… perché gli servirebbe?), sono state valutate anche le ricerche ma non è stato ritenuto necessario somministrare una prova strutturata. Risultati ottenuti L’esito del percorso è sicuramente positivo. Pur non risolvendo definitivamente l’equivoco del – mi serve lo faccio evolvere lamarkiano, che tende in alcuni casi a ripresentarsi, l’esperienza coinvolge i ragazzi che nel corso del tempo e anche negli anni successivi (il percorso viene presentato da qualche anno), ripropongono la rilettura del gioco anche in contesti differenti. La demolizione del concetto si superiorità assoluta di una specie, se non di un individuo o di un gruppo, ma il legame con l’ambiente e l’adattamento a questo, sono state riproposti dai ragazzi stessi nello studio dell’uomo (in scienze) e della sua storia anche contemporanea (in italiano e storia), contribuendo a fornire una forte motivazione, ad esempio, alla demolizione del concetto di razza. Valutazione nel gruppo LSS Nel gruppo il progetto era stato accolto con curiosità, rappresentando una possibile via pratico – giocosa per affrontare un tema altrimenti troppo teorico. È stata valutato positivamente anche per la capacità che ha di fare superare il comune errore di considerare i cambiamenti la conseguenza immediata di una necessita (fa freddo, cresce la pelliccia). La motivazione iniziale, dare, con l’evoluzione, una chiave di lettura all’intero percorso di biologia ha avuto una risposta positiva nello svolgimento e nei risultati del percorso.