Tarsza fajok (Isophya, Orthoptera) összehasonlító elemzése mtdns analízissel és aktivitásvizsgálattal DIPLOMAMUNKA

Átírás

1 Tarsza fajok (Isophya, Orthoptera) összehasonlító elemzése mtdns analízissel és aktivitásvizsgálattal DIPLOMAMUNKA Készítették: Boros Melinda és Szloboda Anita V. éves biológia-környezettan szakos hallgatók Témavezetők: Dr. Vadkerti Edit, PTE TTK Állatökológia Tanszék Dr. Putnoky Péter, PTE TTK Genetikai és Molekuláris Biológiai Tanszék PÉCS, 2007.

2 TARTALOM OLDAL 1. BEVEZETŐ CÉLKITŰZÉS ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK mtdns vizsgálat Minták származási helye Isophya DNS tisztítása A DNS minőségének ellenőrzése Polimeráz láncreakció Agaróz gélelektroforézis és DNS-fragment izolálás Orthoptera és Isophya specifikus primerpárok tervezése DNS-szekvenciák meghatározása A szekvenciák statisztikai kiértékelése órás aktivitásvizsgálat Mintavétel módja A 24 órás aktivitásvizsgálat kivitelezése Adatok értékelése EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK mtdns vizsgálatok Isophya specifikus primerpár tervezése mtdns vizsgálat órás aktivitásvizsgálat ÖSSZEFOGLALÁS 27. 2

3 6. SZAKMÓDSZERTANI FEJEZET (BOROS MELINDA) Bevezetés: A diplomadolgozat témáinak rövid ismertetése A diplomadolgozat témáinak a biológia tantárgy oktatásában való alkalmazásának lehetőségei A terepi munka alkalmazása az oktatásban A terepgyakorlatot előkészítő foglalkozások Terepgyakorlat Éger-völgyben A terepgyakorlatot lezáró foglalkozás Mellékletek Összefoglalás Köszönetnyilvánítás SZAKMÓDSZERTANI FEJEZET (SZLOBODA ANITA) Bevezetés A diplomadolgozat témáinak a biológia tantárgy oktatásában való alkalmazásának lehetőségei Melléklet Befejezés IRODALOM KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS 62. 3

4 1. BEVEZETŐ Magyarországon hat tarsza (Isophya, Orthoptera) faj él (Szövényi et al. 2001, Heller et al. 2004), melyek rejtőzködő életmódú, esti-éjjeli aktivitású, röpképtelen, polifág szöcskék (Szövényi et al. 2001). A magyar tarsza (Isophya costata Brunner von Wattenwyl, 1878) és a Stys tarszája (I. stysi Čejchan, 1958) fokozottan védett. A pusztai tarsza (I. modesta Frivaldszky, 1867), a kárpáti tarsza (I. camptoxypha (Fieber, 1853) - I. brevipennis Brunner von Wattenwyl, 1878 syn.n.) és az illír tarsza (I. modestior Brunner von Wattenwyl, 1882) védett, az erdei tarsza (I. kraussi Brunner von Wattenwyl, 1878) nem védett. Mivel a hat fajból öt védett, illetve fokozottan védett, kétségtelen, hogy a fajok alaposabb megismerése, valamint a vizsgálatok során nyert adatok eredményesen felhasználhatóak a természetvédelmi munka megszervezésében. A hazai tarsza fajokról az elmúlt pár évben több szempontból is készült összehasonlító elemzés. Nyárády és Antal (2005) OTDK dolgozatukban négy faj (I. modesta, I. modestior, I. costata és I. camptoxypha) habitatpreferenciáját, morfometriáját vizsgálták, valamint három faj (I. modesta, I. costata és I. camptoxypha) egy-egy egyedével mitokondriális DNS (mtdns) analízist végeztek. Vadkerti (2005) mind a hat hazai tarsza fajjal készített összehasonlító elemzést morfometriájuk és izoenzimvizsgálat alapján. A fenotípus-, és izoenzimvizsgálatok koherens képet mutattak a vizsgált populációkról, de a fajok evolúciós kapcsolatának a tisztázása további vizsgálatokat tesz szükségessé. Bár az izoenzimvizsgálat közelrokon fajoknál magas diverzitási értékekkel alkalmas lehet evolúciós kapcsolatok feltárására (Hillis ed. 1996), azonban elsősorban fajon belüli és populációk közötti variabilitás analízisére javasolják és alkalmazzák (Thorpe & Solé-Cava 1994). Filogenetikai vizsgálatoknál kétségtelenek a nukleinsav, közöttük is kiemelt helyen a mitokondriális DNS szekvenciák felhasználásának előnyei. A nukleinsav szekvenciák nyilvánvaló előnyei a következők: (1) a nukleotidok (amelyek tkp. jellegekként értékelhetőek) az egyed által kódolt információ alapvető egységei (2) viszonylag könnyű a molekuláris szintű evolúciós folyamatok szempontjából releváns információ kinyerése és beépítése (3) a szekvenciaevolúciót viszonylag könnyű modellezni, a modellek tesztelése módszeresen történhet (4) a nyerhető adatok potenciálisan hatalmas számban produkálhatók (Hillis ed. 1996). Napjainkban a DNS vizsgálatok alkalmazása sokszor nélkülözhetetlen a faji szintű meghatározásokhoz. A mitokondriális DNS sokirányú felhasználása az evolúciós kutatásokban bebizonyította, hogy a legtöbb felmerülõ probléma esetén felhasználása 4

5 ígéretes. Az egészen rövidtávú elválások kivételével minden vizsgálati szinthez megtalálható a megfelelõ szakasz, amely PCR technika segítségével megsokszorozható, szekvenciája meghatározható, és több egyednél összevethetõ. A mtdns nagyobb mennyiségben fordul elő a sejtekben, mint a nukleáris genom, így kisebb minta felhasználásával is megfelelő minőségű PCR terméket kaphatunk. A mtdns anyai úton öröklődik; alkalmas az evolúciós kapcsolatok tisztázására, mivel a kódoló és nem kódoló régiók mutációs rátája nagyon eltérő. A kutatásokhoz univerzális primerek állnak rendelkezésre, melyeket a már ismert mitokondriális szekvenciájú fajok konzerválódott DNS szakaszaira terveztek. Kutatásunk kiterjedt az Isophya fajok aktivitásának vizsgálatára is, mely egyedülállónak tekinthető, hiszen - tudomásunk szerint - tarsza fajokra ez eddig még nem történt meg. Napszakos aktivitásuk és életmódjuk pontosabb megismeréséből nyert információk védelmük szempontjából elsődleges fontosságúak, hiszen így például zavarásuk elkerülhető. 2. CÉLKITŰZÉS 1. A magyarországi 6 tarsza faj evolúciós viszonyainak analízise mtdns vizsgálattal, valamint az általunk és a korábban kapott kutatási eredmények összevetése. 2. A tarsza fajok viselkedésmintázatának összehasonlító elemzése 24 órás aktivitásvizsgálattal. 5

6 3. ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK 3.1. mtdns vizsgálat Minták származási helye A hat magyarországi tarsza faj tíz populációjából dolgoztunk fel mintát három különböző földrajzi régióból (1. ábra). A három I. costata egyed a Mecsekből (Kovácsszénája illetve Orfű) és Battonyáról származott. Szintén a Mecsekből gyűjtötték az I. camptoxypha (Hetvehely), és az I. modestior (Kovács-szénája) egy-egy vizsgált példányát, valamint az I. modesta két egyedét (Misina illetve Kővágószőlős). Az I. stysi a Zemplénből (Gyertyán-kút), az I. kraussi minták a Zempléni-hegységből (Almási-rét) származtak. I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi X I. stysi X 1. ábra. A minták származása a mtdns vizsgálatokhoz 6

7 Isophyia DNS tisztítása A mtdns vizsgálatokban a 16S rrns és a NADH-dehidrogenáz 1 (ND1) alegységét kódoló régiókat (2. ábra) használtuk fel összehasonlításra. Az analízisbe bevont egyedeket feldolgozás előtt 75%-os alkoholban tároltuk. A tisztítást egy a növényi molekuláris vizsgálatokban sikerrel alkalmazott kloroformos eljárás alapján végeztük (Lodhi et al, 1994). 2. ábra. Az mtdns összehasonlításra felhasznált szakasza: 16S rrns és a NADH-dehidrogenáz 1 (ND1) alegységét kódoló régió A munka során a vizsgált szövetdarabot kimosott, alkohollal kiégetett mozsárban szétdörzsöltük, majd két részletben hozzáadott 1,2 ml CEP-PVP oldattal homogenizáltuk, és 2 ml-es eppendorf-csőbe pipettáztuk. A CEP-PVP oldat összetétele: 2% CTAB (cetyltrimethylammonium bromide), 100 mm TRIS, 20 mm EDTA, 1,4 M NaCl, 0,5% β- merkaptoetanol, 5 mg/ml PVP (polyvinylpyrrolidone). Alapos összerázás után 1 órán át 65 o C-on inkubáltuk, majd 1ml kloroform hozzáadása és centrifugálás ( rpm) következett. A felülúszót új csőbe pipettáztuk, majd az előző lépést megismételtük. A 800 µl felülúszóhoz 0,5 térfogat (továbbiakban tf) (400 µl) 5 M NaCl-ot és 0,6 tf (780 µl) izopropanolt mértünk. Óvatos forgatás, majd centrifugálás ( rpm) után 400 µl 70%-os etanollal mostuk a csapadékot, majd ismét centrifugáltuk ( rpm) a mintákat. A csapadékot 200 µl TE oldatban (50 mm TRIS, 20 mm EDTA, ph:7,5) oldottuk fel és 2 µl 10 mg/ml DNáz mentes (forralt) RNáz oldatot adtunk hozzá. 20 perc szobahőmérsékleten történt inkubálás után a csöveket jégbe helyeztük, majd 0,1 tf (20 7

8 µl) 10% SDS és 1 tf (200 µl) 7,5 M ammónium-acetát oldatot adtunk hozzá. Ezek után legalább 20 percre -20 o C-ra helyeztük a mintákat. Centrifugálás ( rpm) után 400 µl felülúszóból 0,6 tf (240 µl) izopropanol segítségével kicsaptuk a DNS-t, centrifugáltuk ( rpm), majd 400 µl 70%-os etanollal mostuk, majd ismét centrifugáltuk ( rpm) a csapadékot. A DNS-t 50 µl ioncserélt vízben vettük fel A DNS minőségének ellenőrzése A DNS-koncentráció és a fehérje szennyezettség mértékének meghatározásához spektrofotométerrel (GeneQuant II) megmértük az oldatok hígításainak optikai denzitását 260 és 280 nm hullámhosszon. Az OD 260 /OD 280 arány mindig 1,6 és 2,0 között volt. A DNS preparátumokból vett mintákat kezelés nélkül agaróz gélen is elválasztottuk, hogy az enzimreakciót gátló esetleges más szennyezést kimutassuk Polimeráz láncreakció Az összehasonlítani kívánt mtdns szakaszok felsokszorozása polimeráz láncreakcióval (PCR) történt, Taq polimeráz segítségével. Munkánk során több programot teszteltünk, a leghasználhatóbbak adatait az 1. táblázat tartalmazza. Az alkalmazott oligonukleotid primerek jellemzőit a 2. táblázat foglalja össze. 1. táblázat. A PCR reakcióknál alkalmazott programok ACR-1 ACR-4 PP-ORT sec. 95 C 180 sec. 95 C 94 o C, 1: sec. 95 C 30 sec. 95 C 94 o C, 0: sec. 55 C 30 sec. 53 C 57 o C, 0: sec. 72 C 30 sec. 72 C 72 o C, 0:50 5. goto 2. x33 goto 2. x33 goto 2. x4 6. end end 94 o C, 0: o C, 0: o C, 0:50 9. goto 6. x o C, 0: o C, 0: o C, 0: goto 10. x o C, 2: end 8

9 2. táblázat. A PCR reakciókhoz használt primerek jellemzői név érintett gén szekvencia Tm 1 ( o C) referencia ND1-ACR ND1 tagaattagaagatcaaccag 49,9 Pashley S-ACR 16S rrns acatgatctgagttcaaaccg 55,2 Vogler s-ORT gcgacctcgatgttggatta 54,4 jelen dolgozat ND1-ORT attcaccttcagcaaaatcaaaag 53,3 jelen dolgozat ISO-ND1 tgaccatcctgcaattattactg 53,2 jelen dolgozat ISO-16S cctttaaatccttacatgatctgag 51,8 jelen dolgozat (1) Tm: olvadási hőmérséklet Agaróz gélelektroforézis és DNS-fragment izolálás A DNS-minták elválasztására agaróz gélt használtunk, követve az általános módszertani leírásokat (Sambrook et al., 1989). Molekulaméret markerként PstI enzimmel emésztett λ fág DNS-t és 100 bp-os létrát (ladder) alkalmaztunk. Az izolálni kívánt fragment elé az agaróz gélbe Whatman DE 81 papírdarabot helyeztünk és 15 perc (60V) elektroforézis után azt a gélből eltávolítottuk. A fragmentet tartalmazó papírt eppendorfcsőbe tettük, és a DNS-t kétszer 50 µl 1 M NaCl oldattal eluáltuk. A DNS kicsapása 0,1 tf 3 M Na-acetát oldat (ph: 7,0) és 0,6 tf izopropanol hozzáadásával történt. 20 perces -20 C-os inkubálás után lecentrifugáltuk ( rpm), szárítottuk és 400 µl 70%-os etanollal mostuk. Újabb centrifugálást és szárítást követően 20 µl desztillált vízben oldottuk fel a csapadékot Orthoptera és Isophya specifikus primerpárok tervezése Az Orthoptera specifikus, külső primerek (16S-ORT és ND1-ORT) tervezéséhez a nukleotidszekvencia adatbázisban a következő mtdns szekvenciákat használtuk fel: Gryllotalpa orientalis (mtdns NC_006678), Locusta migratoria (mtdns NC_001712), Periplaneta fuliginosa (mtdns NC_006076), Sclerophasma paresisensis (mtdns NC_007701), Tamolanica tamolana (mtdns NC_007702), Timema californicum (mtdns DQ241799). A szekvenciák illesztése után két konzerválódott, egymástól mintegy 900 bp távolságra lévő régióhoz terveztük a 16S-ORT és ND1-ORT primereket, a nevüknek megfelelően a 16S rrns és ND1 gének szekvenciáihoz illesztve ( fejezet). Az új belső, Isophya specifikus primereket (ISO-16S, ISO-ND1) az 16S-ORT és ND1-ORT primerek segítségével minden Isophya fajból felsokszorozott és klónozott szekvenciák meghatározása és illesztése révén terveztük meg, ahogy azt a fejezet leírja. 9

10 In vitro DNS-technikák mtdns-fragmentek klónozása Isophya fajokból A 16S-ORT és ND1-ORT primerek és PCR segítségével mind a hat vizsgált faj 1-1 egyedéből származó DNS preparátumokból felsokszoroztuk a megfelelő DNS-szakaszokat. Az I. stysi és az I. kraussi a Zempléni-hegységből, az I. costata, I. camptoxypha, I. modesta és az I. modestior a Mecsekből származtak (gyűjtés pontos helye a fejezetben). A PCR-fragmenteket, tisztítás és izolálás után, a pjet1 vektorba (GeneJET PCR Cloning Kit, FERMENTAS) klónoztuk a használati utasítás szerint, majd meghatároztattuk az inszertálódott DNS-szakaszok bázissorrendjét mindkét irányból. E célra a kitben lévő primereket (Forward és Reverse Sequencing Primer) használtuk fel. A DNS-minták restrikciós emésztését Sambrook és mtsai szerint végeztük (Sambrook et al., 1989) a FERMENTAS cég termékeit használva. Kettős emésztés esetén, ha az enzimek nem vágtak egy bizonyos összetételű pufferben, az első enzimreakció után a minta DNS tartalmát kicsaptuk 0,1 tf 3 M Na-acetát (ph:7,0) és 2 tf etanol (96%) hozzáadásával minimum 20 percig inkubáltuk -20 C-on, majd 5 perc centrifugálás és 70% etanolos mosás, szárítás után 30 µl steril desztillált vízbe vettük fel. Ez után végeztük el a második enzimreakciót. A ligálási reakciókat µl térfogatban, ng vektor és fragment DNS és 1x T4 DNS ligáz puffer (40 mm TrisHCL, 10 mm MgCl 2, 10 mm DTT, 0,5 mm ATP, ph: 7,8) segítségével végeztük el. A reakciókhoz ragadós végek esetén 0,01 U, tompa végek összekapcsolása esetén 0,5 U T4 DNS ligáz enzimet (FERMENTAS) használtunk. Az elegyet legalább 2 órán át, szobahőmérsékleten (22 o C) inkubáltuk a transzformáció előtt. Plazmid DNS transzformálás Egy transzformáláshoz 100 µl kompetens sejtet használtunk fel. A sejteket -80 C-ról jégre tettük, és 15 perc elteltével hozzáadtuk a transzformációhoz használt DNS-t. 30 percig jégen inkubáltuk, majd hősokkot alkalmaztunk (3 perc, 37 C). Ez után 400 µl LB tápfolyadékot adtunk a sejtekhez, és 1 órán át 37 C-on tartottuk a mintákat. A baktérium-szuszpenzióból µl-t szélesztettünk szelektív táptalajra (LB-Amp). A szelektív táptalajon kinőtt 1-1 jól elkülönült telepet kiválasztottunk, és 3 ml LB-Amp tápfolyadékban felszaporítottuk plazmid DNS izoláláshoz. 10

11 Plazmid DNS izolálása A plazmid DNS-t 3-3 ml LB tápfolyadékban, a megfelelő antibiotikum jelenlétében éjszakán át növesztett E. coli sejtekből Ish-Horowicz és Burke (Ish-Horovicz and Burke, 1981) módszerének módosított változata szerint preparáltuk. 1,5 ml kultúrát eppendorf-csõbe tettünk és a sejteket centrifugálással leülepítettük. A tisztítás során minden centrifugálás 5 percig tartott, fordulatszámmal, szobahőmérsékleten. A sejteket 100 µl TEG oldatban (25 mm TrisHCL, 10 mm EDTA, 50 mm glükóz ph: 8,0) felszuszpendáltuk. A feltárást 200 µl NS oldat (0,2 N NaOH, 1% SDS) hozzáadásával végeztük. A mintákat 5 percig 0 C-on inkubáltuk, majd 160 µl jéghideg Na-acetát oldatot (3 M, ph: 4,8) adtunk hozzájuk és az oldatot erõsen összeráztuk. 5 perc 0 C inkubáció után a csapadékot lecentrifugáltuk, és a felülúszóból 320 µl izopropanollal kicsaptuk a plazmid DNS-t. 20 perc -20 C inkubáció után a csapadékot lecentrifugáltuk, szárítottuk, és 100 µl Tris-Ac pufferben (50 mm Tris, 100 mm Na-acetát, ph: 8,0) feloldottuk. Ezután 200 µl etanollal a DNS-t ismét kicsaptuk, centrifugáltuk, szárítottuk az előzőekhez hasonló módon, majd µl RNáz tartalmú desztillált vízben (100 µg/ml forralt RNázA) oldottuk fel. Restrikciós emésztésekhez 1-10 µl preparátumot használtunk fel, az adott plazmid kópiaszámának függvényében. A DNS-szekvencia meghatározáshoz a preparátumokat további lépésekben tisztítottuk. Az előzőek szerint készített 50 µl plazmid preparátumhoz 0,1 tf 10% SDS oldatot és 1 térfogat 0 o C-os 7,5 M NH 4 -acetát oldatot adtunk és 15 percig inkubáltuk jégen. Ezután a csapadékot lecentrifugáltuk, és a felülúszóból 0,6 tf izopropanol hozzáadásával kicsaptuk a plazmid DNS-t (-20 C, 20 perc inkubálás). Centrifugálás, etanolos mosás, szárítás után a tisztított DNS-t 40 µl desztillált vízben vettük fel. A preparátumok minőségét agaróz gélelektroforézis segítségével ellenőriztük általában 1 µl minta felhasználásával DNS-szekvenciák meghatározása Számos Isophya szekvenciát a két primer felhasználásával előállított PCR-fragment izolálása és direkt szekvenálása révén határoztunk meg. Ezekben az esetekben mindig két független PCR-reakciót végeztünk, ugyanabból a DNS-mintából. A két fragmentet, agaróz gélen történt ellenőrzés után, 1:1 arányban összekevertük és izoláltuk. Ezek után a szekvencia meghatározása azzal a két primerrel történt, amelyeket a PCR-reakcióban is alkalmaztunk. Ezzel a módszerrel ki tudtuk küszöbölni a Taq polimeráz által elkövetett esetleges hibák megjelenését a meghatározott szekvenciákban. 11

12 A munkánk során tisztított plazmid DNS minták és PCR fragmentumok nukleotid szekvenciáját a megfelelő oligonukleotidok segítségével a MTA Szegedi Biológiai Központ DNS Szekvenáló Laboratóriumában határozták meg. A részszekvenciákat a Chromas Pro ( program segítségével ellenőriztük, javítottuk és a Lasergene (DNA Star Inc.) program segítségével illesztettük össze. Az sokszoros szekvencia illesztéseket, törzsfaelemzéseket a ClustalW illetve a PAUP programok segítségével végeztük el A szekvenciák statisztikai kiértékelése A felhasznált DNS-szekvenciaadatokhoz általunk végrehajtott kísérletek során jutottunk. A filogenetikai fa gyökeresítésére olyan, a vizsgált taxonokhoz ( ingroup = belcsoport) rendszertanilag kapcsolódó outgroup-ot = külcsoportot választottunk, amely evolúciósan távolabb álló a belcsoporttól, mint annak tagjai egymástól, ezért outsider -ként a Locusta migratoria sáska faj mitokondriális DNS-szekvencia adatait használtuk (Hochkirch, 2001). Az elemzésbe mindkét csoport tagjait bevontuk. A szekvenciák összerendezését (alignment) elsőként ClustalW v1.7 program segítségével végeztük el (Thompson és mts., 1994). A DNS szekvenciákat ezután GeneDoc v2.3 (Nicholas és mts., 1997) programmal újrarendeztük és javítottuk, a megfelelő DNS szekvenciát alapul véve. Az alignmentek optimalizálása után kialakult réseket (gap), a végső filogenetikai analízisek során, mint hiányzó karakterek kezeltük. A kladisztikai analíziseket PAUP* 4.0 szoftver (Swofford, 2001) Windows XP verziójával készítettük a legnagyobb takarékosság (Maximum Parsimony - későbbiekben: MP) módszerét alkalmazva. Általában a parszimónia módszerek az evolúciós fa ágainak összhosszúságát minimalizálják. Olyan fát keresünk, amely a lehető legkisebb számú karakterállapot változást (evolúciós lépést - továbbiakban egység ) teszi szükségessé a leszármazási viszonyok megmagyarázásához (Podani, 1997). A kapott filogenetikai fa pontosságának és megbízhatóságának tesztelését bootstrap (Felsenstein, 1985) vizsgálattal végeztük. Ez egy modern számítógép-intenzív újramintavételezési módszer, amelyben kiindulásként feltételezzük, hogy a mintában lévő m egységre kapható gyakoriságeloszlás a lehető legjobban képviseli az eredeti populációban levő gyakoriságot. Bootstrap konszenzus fát eredményez a változók bootstrap újramintavételezésével előállított alternatív fák egyesítése. Ezt követően minden elágazást összehasonlítunk az eredeti fa elágazásaival. Eltérés esetén az adott elágazás 0 értéket kap, míg egyezőség esetén 1-et. Ezt több százszor megismételve az így kapott bootstrap érték százalékban fejezi ki, hogy hány esetben 12

13 egyezett az adott elágazásban a kapott filogenetikai fa az eredetivel (Nei és Kumar, 2000). A % bootstrap értékeket magasnak tekintettük, az adott elágazás topológiáját alátámasztottnak vettük % bootstrap érték mérsékelten, míg 50 74% csak alacsonyan támogatja az adott elágazás kapott topológiáját (Motley és mts., 2005). A kapott filogenetikai fa statisztikai értékelése magában foglalja a konzisztencia-indexet (CI; consistency index; Kluge és Farris, 1969) és az összetartozási-indexet (RI; retention index; Farris, 1989) is. Mindkét index a homoplázia mértékét mutatja az adott filogenetikai fában. CI = 1, ha a fában a lehetséges minimum fordul elő: a karakter nem utal homopláziára. CI = 0,5 kétszer annyi változás következett be, mint amennyire minimálisan szükség van. RIj = 1, ha egyáltalán nincs homoplázia, RIj = 0, ha az összes szünapomorfiát homoplázia okozza (Podani, 1997) órás aktivitásvizsgálat Mintavétel módja Az Isophya fajok gyűjtését az I. kraussi esetében a Zempléni-hegységben ( ); az I. camptoxypha, I.costata, I. modesta és az I. modestior esetében pedig a Mecsekben végeztük ( ) (gyűjtés helye a fejezetben). Az öt tarsza faj mintáit fűhálózással, egyedi megkereséssel és hang alapján való detektálással gyűjtöttük be. Feladatunkat nagyban nehezítette, hogy rövid időn belül kellett fajonként 5 hím és 5 nőstény egyedet begyűjtenünk. Az Isophya rejtőzködő életmódú, ezért legsikeresebb módszernek a hang alapján történő megkeresés bizonyult. A hímek által kiadott hang alapján az öt tarsza faj egyértelműen elkülöníthető, lokalizálható és a hímek közelében a nőstények is könnyebben fellelhetők. Az Isophya jól strukturált gyepekben illetve bokrokban fordul elő, így a fűhálózással történő begyűjtés igen nehézkes volt A 24 órás aktivitásvizsgálat kivitelezése Az öt tarsza fajnak összesen 50 egyedét vettük be az aktivitásvizsgálatba - így statisztikailag értékelhető mennyiséggel dolgoztunk -, fajonként 10 egyedet figyeltünk meg (5 hím, 5 nőstény). A vizsgálathoz 25 db 5 literes befőttes üveget használtunk, melyeknél a természetközeli élettér kialakítása volt a célunk. Az üvegekbe aljzatként kb. 3 ujjnyi vastagon homokot 13

14 tettünk, ezzel biztosítva a nőstények számára a petézés lehetőségét. Az aljzatba 1-1 málnavesszőt dugtunk, mely növény leveleit előzetes vizsgálataink alapján mind az 5 tarsza faj elfogyasztja. Az üvegedényeket hálóval fedtük le a megfelelő szellőzés végett, illetve, hogy az állatok ki ne másszanak. A páratartalom biztosítására a homokot a kísérlet megkezdése előtt meglocsoltuk. Az aktivitásvizsgálat kezdete előtt két órával fajonként egy hím és egy nőstény egyedet helyeztünk az edényekbe, így volt idejük akklimatizálódni, a kísérleti körülményekhez hozzászokni. Az állandó 22ºC-os hőmérsékletet légkondicionálóval biztosítottuk, hogy a hőmérsékletingadozás ne befolyásolja viselkedésüket (Ábrahám 1999). A mesterséges fény alkalmazását kerültük, de a gyűjtés során szerzett tapasztalatokból tudtuk, hogy nem zavarja őket, a mozgás sokkal inkább. Minden egyes állatot fél percig figyeltünk harminc perces időközökkel. Megfigyeléseinket egy előre elkészített és az üveg elé helyezett táblázatban rögzítettük. Bináris adatokkal dolgoztunk, tehát csupán azt figyeltük, hogy az állat mutatja-e az adott viselkedésmintázatot vagy sem. Az általunk vizsgált viselkedések a következők voltak: táplálkozás, mászás, petézés, antenna mozgatása, láb mozgatása, ciripelés, párosodás, spermatofór evés és egyéb (mi a tisztálkodást figyeltük). A vizsgált mintázatokat a korábban már 4 fajjal végzett 24 órás megfigyelés alapján választottuk ki (Vadkerti Edit nem publikált adatai) Adatok értékelése A táblázatban kapott adatokat Excell táblázatba vittük be. Egy adott időpontra fajonként kiszámoltuk, hogy az egyedek hány százaléka produkálta az adott viselkedésmintázatot. Az így kapott adatokat transzponáltuk az SPSS.11. program futó átlag (moving averages) opcióját alkalmazva (Ábrahám 1999). Ez az analízis lehetővé teszi egy adott időintervallum alatt megfigyelt adatok értékelését a kiugró értékek (mint zaj ) tompításával. A tompítás az egymás mellett lévő adatok átlagolásával (Time series, Smoothing) történik. Az így módosított értékeket ábrázoltuk grafikusan. A százalékban kifejezett értékekkel hierarchikus clusteranalízist is végeztünk (Between-groups linkage, Squared Euclidean distance) és az eredményt dendogramon ábrázoltuk, szintén az SPSS.11. program segítségével. 14

15 4. EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK 4.1. mtdns vizsgálatok Isophya-specifikus primerpár tervezése Kezdetben a PCR reakcióban egy nemzetközi adatbázisból kiválasztott rokon fajokra jól bevált primerpárral dolgoztunk. Néhány Isophya fajnál sikerült is eredményeket kapnunk, de több esetben a kísérletek nem adtak megfelelő terméket ezért új, az Isophya fajokra specifikusabb primerek tervezését láttuk szükségesnek. Ehhez mindegyik fajból meg kellett határoznunk egy hosszabb, a 16S ND1 régiót lefedő DNS-szakasz szekvenciáját ún. külső primerek segítségével, majd az így kapott szekvenciákat egymáshoz illesztve meg kellett keresnünk a belső primerek tervezéséhez legideálisabb, mind a hat faj esetében konzerválódott, lehetőleg azonos szekvenciájú DNS-szakaszokat. Ezek egymáshoz viszonyított helyzetét úgy kellett meghatároznunk, hogy az általuk felsokszorozott DNSszakasz a két primerrel egész hosszában elolvasható legyen ( bp). A külső primerek tervezéséhez a nukleotidszekvencia adatbázisban a következő mtdns szekvenciákat használtuk fel: Gryllotalpa orientalis (mtdns NC_006678), Locusta migratoria (mtdns NC_001712), Periplaneta fuliginosa (mtdns NC_006076), Sclerophasma paresisensis (mtdns NC_007701), Tamolanica tamolana (mtdns NC_007702), Timema californicum (mtdns DQ241799). A szekvenciák illesztése után két konzerválódott, egymástól mintegy 900 bp távolságra lévő régióhoz terveztük a 16S-ORT (3. ábra) és ND1-ORT primereket (2. táblázat). A megszintetizáltatott külső primerek, és egy speciális PCR program segítségével sikerült is mind a hat Isophya faj DNS-mintájából a megfelelő régiót felsokszorozni (6. ábra). A kísérlethez mind a hat vizsgált fajból 1-1 egyedet használtunk fel (gyűjtés helye a fejezetben). A PCR-fragmenteket tisztítás és izolálás után, a pjet1 vektorba (GeneJET PCR Cloning Kit, FERMENTAS) klónoztuk a használati utasítás szerint, majd meghatároztattuk az inszert DNS-szakaszok bázissorrendjét mindkét oldalról. E célra a kitben lévő primereket (Forward és Reverse Sequencing Primer) használtuk fel. Ezen a módon szert tettünk egy 900 bp hosszú szekvenciára minden faj esetén. Ezeket a szekvenciákat egymással illesztve ki tudtuk választani azokat a konzerválódott szakaszokat, 15

16 amelyek mintegy 500 bp távolságra esnek egymástól és alkalmasak a 16S-ND1 régió felsokszorozására (7. ábra) és a pontos szekvencia megállapítására. A primerek tervezéséhez felhasznált régiókat mutatja a 4. és 5. ábra. Az új belső primereket (ISO-16S, ISO-ND1) úgy határoztuk meg, hogy közel essenek az elsőként alkalmazott primerek pozícióihoz, de jobban illeszkedjenek az Isophya konszenzus szekvenciához. Az 5. ábrán látható, hogy az ND1-ACR primerhely, közel a vele komplementer primer 3 végéhez négy bázisban is eltér az Isophya konszenzus szekvenciától. Ez magyarázza az eredeti primer rosszabb használhatóságát. 3. ábra. A 16S-ORT primer tervezése. Go: Gryllotalpa orientalis, Lm: Locusta migratoria, Pf: Periplaneta fuliginosa, Sp: Sclerophasma paresisensis, Tt: Tamolanica tamolana, Tc: Timema californicum. I. camptoxypha I. stysi I. modestior I. costata I. modesta I. kraussi 4. ábra. Az ISO-16S primer tervezése I. camptoxypha I. stysi I. modestior I. costata I. modesta I. kraussi 5. ábra. ISO-ND1 primer tervezése 16

17 st ladder cam mior ma kr λ co 6. ábra. Az Isophya fajok mtdns templátszekvenciáján külső (16S-ORT, ND1-ORT) primerekkel végrehajtott PCR reakciók eredménye (sorrend: st I. stysi, ladder, cam I. camptoxypha, mior I. modestior, ma I. modesta, kr I. kraussi, λ fág DNS PstI enzimmel emésztve és co I. costata) ladder cam st mior ma kr co 7. ábra. Az Isophya fajok mtdns templátszekvenciáján belső (ISO-16S, ISO-ND1) primerekkel végrehajtott PCR reakciók eredménye (sorrend: ladder, cam I. camptoxypha, st I. stysi, mior I. modestior, ma I. modesta, kr I. kraussi és co I. costata) 17

18 mtdns vizsgálat Az elemzéshez felhasznált fragmenteket az 1. táblázatban található ACR-1 PCR program és az általunk tervezett új belső primer alkalmazásával nyertük. A PCR-ban a polimeráz okozta hibák elkerülése miatt két független reakcióból származó terméket mértünk össze. A bázissorrend leolvasása a két primer segítségével, két oldalról történt. Mindkét oldali leolvasás ugyanazt a szekvenciát eredményezte, az így kapott végleges szekvenciákat használtuk fel összehasonlításra (8. ábra). a2 : K1 : K2 : x : s : r : c1 : c2 : c3 : a1 : L : a2 : K1 : K2 : x : s : r : c1 : c2 : c3 : a1 : L : * 20 * 40 * 60 * G..--.A...A G..--.A...A A..--.A...G A G...T...AT...T G G A.GAA.A...A..AT...A...C...TA..A.AA...T...T.A..TA..G. CGTGAGCCAGgTCGGTTTCTATCCttAtt Tt T TTtaTaTtTTAGTACgAAAgGACCAagTAtTttAAATAaTTTaTtT ttt * 100 * 120 * 140 * 160 * A G C...-..T..AAG C...-..T..AAG T...C...T...-..T...AG T...G...C C C C C A G......A...A..T.T...AA.CA...TT...TTT.TTC...AA...TAA gattatta TaACTA TTTGGCAGATAAGTGcctTg ATTTAGAAT CAaaTATGTA AT agt ttacaggtagtattgactt : 84 : 85 : 85 : 85 : 87 : 85 : 85 : 85 : 85 : 85 : 89 : 170 : 169 : 169 : 169 : 173 : 170 : 170 : 170 : 170 : 171 : * 200 * 220 * 240 * 260 a2 :...A...G...C...A...G... : 259 K1 :..C.C...G...A..G...A..A..C...T...G...A..G : 258 K2 :..C.C...G...A..G...A..A..C...T...G...A..G : 258 x :...G...A...A..A..C...T...G...C.T..A..G : 258 s :...C...A...G... : 262 r :...A...A...G... : 259 c1 :...G...A...A...A... : 259 c2 :...G...A...A...A... : 259 c3 :...G...A...A...A... : 259 a1 :...A...G...C...A...G... : 260 L : T...T...TA.GTT...TT...AT.T...A..A..A...T..AA.TA.AG.T..T...A..T..AA...T : 267 gatatgaa T TT Ta gtgtggtaagat TTT TT TT AT ATTTG GT TT gtggggat GCaTTTTT AC TT ttgga CG a2 : K1 : K2 : x : s : r : c1 : c2 : c3 : a1 : L : a2 : K1 : K2 : x : s : r : c1 : c2 : c3 : a1 : L : a2 : K1 : K2 : x : s : r : c1 : c2 : c3 : a1 : L : * 280 * 300 * 320 * 340 *...A...T...A...G...G...A......G...T...A..A...GG...T......G...T...A..A...GG...T......G...G...A...T...T.A..A...G...T......G...T...G...A..C......G...G...A...A...A......A...C...G......A...C......A...C......A...T...A...G...G...A.....A..A...A...C...A...T..A...G..T..G...T...A...A...TAGT...TA.T... AAgGT TTAGG TATATTCAa TTCGtAAGGG CCtAATAAaGT GGaTTTgTAGG cttcctca CC TTag GATGC tt AAATT 360 * 380 * 400 * 420 * G...C...A... A...TC...G...A...A.AC...A...G. A...TC...G...A...A.AC...A...G. A...A..AGC..GGGGG...G...C...A...A.AC...A...G....T...T...A......G...A......T......T......T......G...T...A... A...TGT...ACAAC.TAT...TT..A.A..T...T...A...T..A...T..AAT...A.A..AT...G...A TTTacaA GGAggg gcgg CCcatttTgTCaAATTAT TTTTgTAtTATTTaTCtCCT TTgTT g TAtTtTT gc TTaTT g * 460 * 480 * 500 * 520 *...G...C...C...C....T..A...T...G...A..G..A...A...T....T..A...T...G...A..G..A...A...T... GT..A...C..T...G...GG...C.G..A..G...A...G...A......G...C...C......G...CA...C...C......T...C...C...G......T...C...C...G......C...C...C...G......G...C...C...C....T..AG.T...T...T...T...TATA.G.G...C-C...T.G..T..A..--..C...T...T.GA...T... t TG TaATTTa CC TAtgTaACTgt ttattttcttttaa ttagg TT T TT tttttatgttgtac AGAaTagGAGT TAT : 348 : 347 : 347 : 347 : 351 : 348 : 348 : 348 : 348 : 349 : 356 : 437 : 436 : 436 : 436 : 440 : 437 : 437 : 437 : 437 : 438 : 445 : 526 : 525 : 525 : 525 : 529 : 526 : 526 : 526 : 526 : 527 : ábra. A mtdns vizsgálatban összehasonlított Isophya fajok szekvenciái. (a - Isophya modesta, K - I. kraussi, x - I. camptoxypha, s - I. stysi, r - I. modestior, c - I. costata, L Locusta migratoria) 18

19 A végső, filogenetikai analízisbe bevont mátrix 535 karaktert tartalmazott, amelyek közül 345 (64,5%) konstans, 114 (21,3%) változó, de parszimóniailag nem informatív, és 76 (14,2%) a parszimónia vizsgálatban informatív volt. A 16S rrns és NADH-dehidrogenáz 1 régió MP analízisével kapott 256 azonos értékű filogenetikai törzsfa 265 egység hosszúságú, konzisztencia index (CI) 0,8906 abban az esetben, ha az összes karaktert bevontuk az elemzésbe, ezek kizárásával CI = 0,7914, az összetartozási index (RI) 0,8424. A végső konszenzus fát a 9. ábra mutatja. A dendogramból egyértelműen leolvasható, hogy mind a hat Isophya faj teljesen elkülönül a Locusta migratoria-tól, illetve, hogy az I. camptoxypha és az I. kraussi, valamint a másik négy Isophya faj két külön clustert alkot. Ez utóbbin belül az I. stysi és az I. modestior, illetve az I. modestior és az I. modesta egymáshoz való viszonyának bootstrap támogatottsága alacsony, kapcsolatuk nem egyértelmű. Azonban a korábbi morfometriai és izoenzimvizsgálatok alapján az I. stysi és az I. modestior szintén egymás mellé került a törzsfán (Vadkerti 2005). A származástani viszonyuk tisztázásához több egyed, illetve több lókusz bevonására van szükség. Az I. camptoxypha és az I. kraussi bootstrap értékei magasak, a közöttük lévő származástani kapcsolatot a korábbi izoenzim- és morfometriai vizsgálatok is alátámasztják (Vadkerti 2005). A 2005-ben elvégzett morfometriai vizsgálatok eredménye alapján készített diszkriminancia analízis szerint e két faj egyértelműen elkülönül a többitől az egyik tengely mentén. Locusta migratoria Isophya stysi 59 I. modestior I. modesta 2 I. modesta 1 I. costata I. costata 1 I. costata I. camptoxypha I. kraussi 2 I. kraussi 1 9. ábra. A teljes 16S rrns és NADH-dehidrogenáz 1 régió filogenetikai analízisével kapott MP konszenzus filogenetikai fa. A bootstrap értékek az egyes elágazások alatt és felett láthatók. 19

20 órás aktivitásvizsgálat A tarsza fajok ciripelése éjjeli aktivitást mutat (10. ábra). A ciripelés 17 órától hajnali 6 óráig szinte folyamatos. Az I. kraussi, az I. camptoxypha és az I. costata kora este rövid időtartam alatt nagy aktivitásváltozást mutat. Az I. modestior és az I. modesta fajok átlagosan később válnak aktívvá és aktivitáscsúcsuk (max. 30%) is alacsonyabb a többi fajhoz képest, melyek aktivitáscsúcsa % között van. Napközben csak a I. camptoxypha, I. modestior és a I. kraussi fajok egyedei ciripeltek. Csak az I. camptoxypha aktivitása érte el az 50%-ot I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi 60 % ábra. Tarsza fajok ciripelési aktivitása %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis az I. modesta és az I. modestior fajokat ciripelési aktivitásuk alapján egy clusterba sorolta, viszonylag közel egymáshoz (11. ábra). A másik három faj külön clusterba került, de távol egymástól FAJ Num I. modesta 1 I. modestior 3 I. kraussi 4 I. costata 5 I. camptoxypha 2 20

21 11. ábra. Tarsza fajok dendogramja ciripelésük aktivitása alapján A tarsza fajok antennájuk mozgatása alapján szintén éjjeli aktivitásúnak mondhatóak (12. ábra). Délután három és öt óra között drasztikusan megnő mindegyik fajnál az antenna mozgatásának aktivitása, a csúcs fajtól függően 22 (I. camptoxypha) és hajnali 4 óra (I. costata) közé tehető. Az I. kraussi aktivitása napközben sem esett 20% alá I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi 60 % ábra. Tarsza fajok antennamozgatási aktivitása %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis eredménye szerint az I. camptoxypha az I. kraussi fajhoz, míg az I. modesta az I. modestior fajhoz hasonlít leginkább antenna mozgatási aktivitásuk alapján (13. ábra). Az I. costata külön ágba került távol a többi fajtól FAJ Num I. camptoxypha 2 I. kraussi 4 I. modesta 1 I. modestior 3 I. costata 5 21

22 13. ábra. Tarsza fajok dendogramja antenna mozgatásának aktivitása alapján A vizsgált fajok lábuk mozgatása alapján viszonylag egyenletes és csekély aktivitást mutatnak (14. ábra). Az aktivitás egyik fajnál sem éri el a 40%-ot. Az eredmények véleményünk szerint elsősorban a mintavételtől függnek, mivel a láb mozgatását, mint aktivitást elkülönítettük a mászástól és a tisztálkodástól. Ennek ellenére fontosnak tartjuk kiemelni, hogy míg napközben több alkalommal is inaktívak lehetnek lábuk mozgatása alapján a fajok, a 17 és 24 óra közti időszakban mindegyik faj aktivitást mutat I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi 60 % ábra. Tarsza fajok lábmozgatási aktivitása %-ban kifejezve A láb mozgatási aktivitás alapján a hierarchikus clusteranalízis az I. modesta és I. modestior fajokat egy clusterba sorolta, viszonylag kis távolsággal, míg a többi faj távol került mind tőlük, mind egymástól (15. ábra) FAJ Num I. modesta 1 I. modestior 3 I. camptoxypha 2 22

23 I. kraussi 4 I. costata ábra. Tarsza fajok dendogramja láb mozgatásának aktivitása alapján A vizsgált tarsza fajok mászási aktivitásuk alapján éjjeli fajoknak mondhatóak (16. ábra). Mindegyik fajnak meredeken nő az aktivitása 17 órától és szintén meredeken csökken hajnali 5 órától. Legalacsonyabb az I. modestior aktivitása, melynek maximuma 20%, napközben 10 és 20 óra között pedig a vizsgálat alapján nem mozog. Az I. costata aktivitása a legmagasabb, maximuma 80% felett van I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi % ábra. Tarsza fajok mászási aktivitása %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis eredményei alapján (17. ábra) az I. modesta, I. modestior és I. camptoxypha egy clusterbe került, míg tőlük nagy távolságra az I. kraussi és I. costata egy clustrerben van. Ez utóbbi két faj egymástól is viszonylag nagy távolságra van FAJ Num I. modesta 1 I. modestior 3 I. camptoxypha 2 23

24 I. kraussi 4 I. costata ábra. Tarsza fajok dendogramja mászásuk aktivitása alapján A lábmozgással kapcsolatos aktivitások (mászás, lábmozgatás, tisztálkodás) együttes elemzése mely így összevonva pontosabb képet ad ezen viselkedésmintázatukról - szintén a fajok éjszakai aktivitását erősíti meg (18. ábra). A fajok 17 órától 20 óráig egyre aktívabbak, az aktivitási maximumok 19 és hajnali 4 óra közé esnek fajtól függően. Legmagasabb aktivitást az I. kraussi és I. costata mutat I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi 60 % ábra. Tarsza fajok mászási, lábmozgatási és tisztálkodási aktivitása összesítve %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis eredményei alapján (19. ábra) az I. modesta, I. modestior és I. camptoxypha itt is egy clusterbe került, míg tőlük nagy távolságra az I. kraussi és I. costata egy clustrerben van. Ez utóbbi két faj egymástól is viszonylag nagy távolságra van FAJ Num I. modesta 1 I. modestior 3 24

25 I. camptoxypha 2 I. kraussi 4 I. costata ábra. Tarsza fajok dendogramja mászási, lábmozgatási és tisztálkodási összesített aktivitásuk alapján A vizsgált tarsza fajok táplálkozásuk alapján nem mutatnak nagy különbséget az éjszakai és nappali aktivitás között (20. ábra). Mindegyik fajra jellemző, hogy az aktivitás maximum 30%, és ez 0 óra és déli 12 óra közé esik I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi % ábra. Tarsza fajok táplálkozási aktivitása %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis eredményei alapján (21. ábra) az I. modesta, I. costata, I. modestior és I. camptoxypha egy clusterbe került, míg tőlük nagy távolságra van az I. kraussi FAJ Num I. modesta 1 I. costata 5 I. modestior 3 I. camptoxypha 2 25

26 I. kraussi ábra. Tarsza fajok dendogramja táplálkozásuk aktivitása alapján Az összesített aktivitási görbe (22. ábra) 17 órától meredeken nő, az aktivitási maximum 21 és 23 óra közé esik, majd a meredekség fokozatosan csökken reggel 6 óráig. Kivétel ez alól az I. costata, melynek aktivitása hajnali 4 órakor is ugyan olyan magas, mint 23 órakor. A fajok aktivitási minimuma 14 és 17 óra közé esik. Szabadtéri körülmények között ez az időszak a legmelegebb napszak, és valószínűleg a fajok adaptálódtak az abiotikus körülményekhez, mely evolúciósan genetikailag rögzített viselkedésmintázatot alakított ki. Bár a megfigyelés standard hőmérsékleti körülmények között történt, viszonylag zárt térben, véleményünk szerint utóbbira vezethető vissza a tapasztalt aktivitásmintázat I. camptoxypha I. costata I. modesta I. modestior I. kraussi 60 % ábra. Tarsza fajok összesített aktivitása %-ban kifejezve A hierarchikus clusteranalízis az I. modesta és az I. modestior fajokat összesített aktivitásuk alapján egy clusterba sorolta, viszonylag közel egymáshoz (23. ábra). A másik három faj külön clusterba került, ezen belül is az I. camptoxypha az I. kraussi fajhoz áll közelebb FAJ Num I. camptoxypha 2 26

27 I. kraussi 4 I. costata 5 I. modesta 1 I. modestior 3 5. ÖSSZEFOGLALÁS 23. ábra. Tarsza fajok dendogramja összesített aktivitásuk alapján Kutatásunk során a magyarországi hat tarsza faj (Isophya camptoxypha, I. costata, I. modesta, I. modestior, I. kraussi, I. stysi) evolúciós viszonyainak analízisét végeztük el mtdns vizsgálattal, valamint öt faj (az I. stysi kimaradt az elemzésből) bevonásával összehasonlító elemezést végeztünk 24 órás viselkedésmintázatuk alapján. Az evolúciós analízishez a mtdns 16S és NAD1 régió, mintegy 500 bp hosszúságú szakaszát vizsgáltuk. A molekuláris munka során új primereket terveztünk, mivel a nemzetközi adatbázisokban közölt primerek nem megfelelően illeszkedtek a vizsgálni kívánt DNS szakaszokhoz. Első lépésben külső primereket terveztünk nemzetközi adatbázisból nyert rokon fajok szekvenciái alapján, majd ezek segítségével PCR technika alkalmazásával szaporítottuk fel a megfelelő szakaszokat mind a hat fajnál. Klónozással nyertünk megfelelő mennyiségű és minőségű DNS-t, majd szekvenálás után kiválasztottuk azt a DNS szakaszt, mely mind a 6 fajnál alkalmas lehet egy új primer megtapadásához. Erre a régióra tervezett belső primerrel már nagyobb biztonsággal sikerült kinyernünk az összehasonlítani kívánt fragmentet. Jelen dolgozatban a hat hazai tarsza faj 10 egyedének mtdns 16S rrns és NADHdehidrogenáz 1 régiójának alapján készítettük el filogenetikai törzsfájukat MP analízissel. Eredményünket összevetve morfometriai és izoenzimvizsgálatok adataiból készített törzsfákkal az Isophya stysi és az I. modestior, illetve az I. camptoxypha és az I. kraussi esetén a származástani kapcsolat alátámasztottnak látszik. De mivel a bootstrap értékek nem mindenhol erősítik meg a fajok egymáshoz való viszonyát, több egyed és más lókuszok bevonását látjuk szükségesnek ahhoz, hogy pontosabb képet kapjunk a fajok rokonsági fokáról. A 24 órás aktivitásvizsgálatba öt fajt vontunk be, egyeddel. Az adatokat egyrészt futó átlag módszerrel értékeltük, majd grafikusan ábrázoltuk. Az eredmények alapján kimutattuk, hogy a tarszák több viselkedéstípus szerint is éjjeli aktivitású állatok, hasonló aktivitási mintázattal. Azonban a táplálkozási és a táplálkozással kapcsolatos mozgási 27

28 aktivitások nappal is jellemzik a fajokat, tehát éjjeli aktivitásuk részben cáfolt. Másrészt a fajonként átlagolt adatokból hierarchikus clusteranalízist végeztünk. Az öt mintázattípus összesített adataiból készített dendogram szerint az I. camptoxypha és az I. kraussi, valamint az I. modesta és az I. modestior viselkedésmintázata hasonlít legjobban. A mtdns analízis és a 24 órás aktivitásvizsgálat összesített eredményeiből nyert dendogramok alapján az I. modesta és az I. modestior, illetve az I. camptoxypha és az I. kraussi az egymáshoz legközelebb álló fajok. 28

29 6. SZAKMÓDSZERTANI FEJEZET (BOROS MELINDA) 6.1. Bevezetés: A diplomadolgozat témáinak rövid ismertetése Diákköri munkám során hallgatótársammal együtt a magyarországi tarsza (Isophya, Orthoptera) fajok összehasonlító elemzését végeztem el mitokondriális DNS (mtdns) analízis és 24 órás aktivitás-vizsgálat alapján. Hazánkban hat tarsza faj él. A tarszák az egyenesszárnyúak rendjébe tartozó, esti-éjjeli aktivitású, rejtőzködő életmódú, röpképtelen, polifág szöcskék. A hat faj közül kettő a magyar tarsza (Isophya costata Brunner von Wattenwyl, 1878) és a Stys tarszája (I. stysi Čejchan, 1958) fokozottan védett, három a pusztai tarsza (I. modesta Frivaldszky, 1867), a kárpáti tarsza (I. camptoxypha (Fieber, 1853) és az illír tarsza (I. modestior Brunner von Wattenwyl, 1882) védett, nem védett az erdei tarsza (I. kraussi Brunner von Wattenwyl, 1878). Mivel a hat fajból öt védett, illetve fokozottan védett, így kétségtelen, hogy a vizsgálatuk során nyert információk akár a természetvédelmi munka megszervezésében is hasznosak lehetnek. Kutatásaink megkezdése előtt szükségessé vált a fajok begyűjtése. A tanszéken már korábban megkezdődött a tarszák vizsgálata, így jó néhány alkoholban tartósított egyed rendelkezésünkre állt a molekuláris analízishez, de az aktivitásvizsgálathoz élő példányokra volt szükségünk. Mivel védett fajokról van szó, gyűjtésükhöz engedély szükséges. A tarsza fajok a hímek által kiadott hangok alapján egyértelműen elkülöníthetők, a terepen detektálhatók. Mivel rejtőzködő, éjjeli aktivitású állatok, így gyűjtésük elsősorban hang alapján való egyedi megkereséssel történt. A fűháló alkalmazását nehezítette, hogy a tarszák jól strukturált gyepekben illetve bokrokban fordulnak elő. A mtdns számos tulajdonsága miatt alkalmas az evolúciós kapcsolatok elemzésére. Munkánkban a 16S rrns és NADH-dehidrogenáz enzim 1 alegységét kódoló mtdns szakasz felhasználásával számítógépes programok segítségével szerkesztettünk filogenetikai törzsfát. A hat faj származástani kapcsolatát nem sikerült pontosan tisztázni, bár eredményeinket korábbi kutatások részben alátámasztották. A 24 órás aktivitásvizsgálatba öt fajt vontunk be, fajonként öt párral, azaz tíz-tíz egyeddel. A megfigyelés kezdete előtt két órával az állatokat páronként egy-egy ötliteres dunsztosüvegbe helyeztük, melyekbe aljzatként homokot tettünk, a homokba táplálékként és mozgási felületként is szolgáló málnavesszőt szúrtunk. A vizsgálat során minden egyes egyednél nyolc viselkedésformát figyeltünk meg. Eredményeinket fajonként összesítve szoftverek segítségével grafikusan ábrázoltuk, és adatainkból dendogramot készítettünk. Kimutattuk, hogy a vizsgált állatok szaporodást szolgáló viselkedéseik alapján éjjeli 29

30 aktivitásúak, hasonló aktivitási mintázattal. A dendogram alapján a fajok között aktivitásuk szerinti hasonlóságot állapíthattunk meg A diplomadolgozat témáinak a biológia tantárgy oktatásában való alkalmazásának lehetőségei A fenti leírásból kiderül, hogy kutatásaink a biológia tudományának több területére is kiterjedtek, ennek megfelelően több ponton is kapcsolható akár az általános, akár a középiskolai tananyaghoz. Például gimnázium 12. évfolyamában Az élőlények öröklődése c. témakörhöz köthetők a molekuláris vizsgálatokban alkalmazott géntechnológiai módszerek, az állatok megfigyelése pedig a 10. évfolyamon Az állatok szabályozó működése c. témakörön belül alkalmazható. A terepen szerzett ismeretek, a tarszák gyűjtése, azonosítása akár 6. osztályban a hazai életközösségek tanulásához, a mezők életközössége című részhez jól kapcsolható, illetve a 7. és 10. évfolyamon az élőlények rendszerezésénél, az ízeltlábúak törzsének tárgyalásánál bemutatható. Mivel a fontosnak tartom az oktatás során a diákok személyes élményeken alapuló ismeretszerzését, a természet aktív megismerését, ezért esett választásom a terepi munka, az állatok begyűjtése során szerzett tudás, tapasztalat oktatói munkában való alkalmazására. Ezt egy az általános iskola 7. osztályos (életkori sajátságoknak megfelelő változtatásokkal a 10. évfolyamos) biológia szakkörös tanulói számára szervezett terepgyakorlat, illetve az azt előkészítő és lezáró foglalkozások keretein belül valósítanám meg. A terepen egy vízi és egy szárazföldi élőhely gerinctelen, elsősorban ízeltlábú állataival, gyűjtésükre alkalmas módszerekkel ismerkednének meg a tanulók, majd a gyűjtött állatok határozására kerülne sor, ami jól illeszkedik az állatrendszertan témakörhöz (7. és 10. évfolyam). A patakokban előforduló gerinctelen állatok jól tükrözik az adott víz állapotát, a víz minősége ez alapján egy egyszerű vízminősítő lap segítségével meghatározható. Fontos, hogy a diákok megértsék, hogy egy adott terület élőlényeinek megismerése nélkülözhetetlen ahhoz, hogy felmérjük a térség természeti értékeit, azok állapotát, mert így bizonyosodhatunk meg arról, hogy szükséges-e a terület megóvása érdekében intézkedéseket tenni, esetleg a területet védelem alá helyezni. Azért, hogy mindezt belássák a tanulók, az előkészítő foglalkozások során elemezzük az emberi beavatkozások természetre gyakorolt hatásait, illetve tisztázunk néhány természetvédelemmel kapcsolatos alapfogalmat. A terepmunka és a felkészítő foglalkozások alatt megszerzett ismeretek jól illeszkednek a Nemzeti Alaptanterv Ember és természet műveltségi területéhez. A választott téma alkalmazása során a kiemelt fejlesztési feladatok közül lehetőség nyílik az énkép és 30

31 önismeret, a testi és lelki egészség, a tanulás és a környezeti nevelés megvalósítására, illetve az említett dokumentumban megfogalmazott kulcskompetenciák, mint például a kommunikációs és az együttműködési készség, valamint a problémamegoldó képesség fejlesztésére. A kerettantervben (Az alapfokú nevelés-oktatás kerettantervei, 2000) megfogalmazottak szerint az általános iskolában a biológia oktatásának célja, hogy a tanulók tájékozottak legyenek a földi élővilág sokféleségéről, valamint az emberek és biológiai környezetük közötti kapcsolatrendszerről, illetve képesek legyenek az egészséges életvezetésre. Ennek érdekében a pedagógusnak számos feladatot kell megvalósítania, mint például a hazai élőlények rendszerezése; vizsgálati módszerek elsajátításán, gyakoroltatásán keresztül az önálló ismeretszerzés képességének és igényének kialakítása; valamint annak nyilvánvalóvá tétele, hogy az elsajátítandó tudás nem elsősorban önmagáért szükséges, hanem azért, hogy megértsék, és ennek alapján tudják befolyásolni a környező világ jelenségeit a tanulók. Úgy gondolom, minderre lehetőség nyílik az általam választott téma feldolgozása, a terepgyakorlat és az azt előkészítő és lezáró foglalkozások során A terepi munka alkalmazása az oktatásban A terepgyakorlatot előkészítő foglalkozások A terepgyakorlat előtt szükséges legalább két előkészítő szakköri foglalkozás (2x60 perc) beiktatása, ahol tisztázunk néhány a természetvédelemmel kapcsolatos fogalmat, ezen kívül a tanulók térkép segítségével megismerkednek a terepmunka helyszínével (Éger-völgy), röviden megbeszéljük a terepi teendőket, és hogy milyen felszereléssel érkezzenek, felelevenítjük az ízeltlábúakról tanultakat, a diákok megismerkednek a határozókönyv használatával. A tanulók a fontosabb fogalmakat, tudnivalókat munkanaplójukba jegyezik le. (Az alábbiakban a foglalkozások vázlatos menetét, a lényegesebb feldolgozandó témákat, az alkalmazandó eszközöket és módszereket, a képzés során megvalósítandó célokat közlöm.) Évfolyam: 7. évfolyam, szakköri foglalkozás (kb. 12 fő) A foglalkozás időtartama: 2x60 perc A foglalkozások során megvalósítandó célok: Oktatási célok: A tanulók lássák be, hogy milyen következményekkel jár az ember beavatkozása a természetbe. Ismerjenek meg néhány a természetvédelemmel kapcsolatos fogalmat (természetvédelem, védett egyed és faj, nemzeti park, tájvédelmi körzet, 31

32 természetvédelmi terület), tudjanak említeni hazai nemzeti parkokat, tájvédelmi körzeteket, természetvédelmi területeket. Lássák be, hogy a természet védelmének megvalósításához szükséges megismerni az adott objektumot, és ismerkedjenek meg erre alkalmas módszerekkel (ízeltlábúak gyűjtése, felismerése, határozása). Nevelési célok: -értelmi nevelés: új ismeretek tanítása során intellektuális képességek fejlesztése, tudásvágy felkeltése -környezeti nevelés: az emberi beavatkozás természetre való hatásának elemzése, a természet védelme érdekében megvalósítható lépések megtárgyalása során -természetvédelemre nevelés, erkölcsi nevelés és esztétikai nevelés: hazánkban előforduló természeti értékek említésén, védelmük fontosságának hangsúlyozásán, illetve a természetben való helyes viselkedés megbeszélésén keresztül Képzési célok: -önismeret és empatikus készség fejlesztése a szerepjáték során -jártasság szerzése a térképhasználatban, ízeltlábúak határozásában -együttműködő készség, problémamegoldó képesség fejlesztése a szerepjáték és a páros munka alatt -jegyzetelési és kommunikációs készség fejlesztése Anyagok és eszközök: szerepkártyák, fólia, írásvetítő, Védett értékeink c. plakátsorozat, Magyarország természetvédelmi térképe, A Mecsek turista térképe, fogalmakat tartalmazó kártyák vagy feladatlap, Simon T.-Csapody V.(1990): Kis növényhatározó, Tankönyvkiadó, Bp.; leírás a terepen szükséges felszerelésről, fűháló, ízeltlábú preparátumok, képek, Varga Z. (1983): Állatismeret, Tankönyvkiadó, Bp.; Dr. Móczár L. (1975): Kis állathatározó, Tankönyvkiadó, Bp., a természetjárás tízparancsolata fénymásolaton (Békefi-Bosnyák, 1. sz. melléklet) 32

33 Idő A foglalkozás menete Módszer Eszköz, Cél I. Természetvédelemmel kapcsolatos fogalmak megbeszélése perc 1.Bevezetésként motiváló, ráhangoló játék Szerepjáték (Nyiratiné) segítségével elemezzük, hogy milyen hatással lehet az emberi beavatkozás, pl. egy építkezés az élőlényekre. A játék alatt a tanulók egy erdei életközösség tagjainak bőrébe bújhatnak, és átgondolják, hogy az adott élőlényre hogyan hat a beavatkozás. A játék megbeszélése: -megtárgyaljuk a játék során tapasztaltakat, kinek mennyire volt nehéz a feladat, a tanulók szerint ki volt a legügyesebb -összeszedjük, hogy az erdő lakóit hogyan érinti a beavatkozás -napjainkban lakóhelyünk környékén megvalósítandó hasonló hatású esemény említése (Tubes, lokátor) szerepjáték tanári kérdések, beszélgetés szerepkártyák önismeret, problémamegoldó képesség fejlesztése, értelmi, erkölcsi, környezeti, természetvédelemre való nevelés perc 2. Beszélgetés az élővilág védelméről Az előző játék jó alkalmat ad arra, hogy megbeszéljük, hogyan valósítható meg az élőlények védelme (fajok védetté nyilvánítása, területek védelem alá helyezése), ill. hogy miért fontos ez (emberiség érdekeit szolgálhatja, hiszen nem tudhatjuk, melyik növény jelenthet táplálék-, energia- vagy gyógyító forrást a jövőben, esztétikai okok stb.). Rá kell világítani arra is, hogy az egyes élőlények egymásra utaltan élnek egy-egy közösségben, így fontos, hogy megőrizzük a természet sokféleségét, gazdagságát. beszélgetés környezeti és természetvédelemre való nevelés perc 3. Védett objektumok típusaink ismertetése, fogalmak tisztázása (Békefi-Bosnyák) Tisztázandó fogalmak: Természetvédelem: társadalmi tevékenységek összessége, melyeknek célja a természet értékeinek, rendszereinek a védelme Védett egyed és faj: természetes környezetben élő ritka növény- és állatfajok, egyedszámuk kicsi, kis területen fordulnak elő, a kipusztulás veszélyével fenyegetett fajok Pl.: magyar kikerics, magyar tarsza, fűrészlábú szöcske stb. (plakátról vagy maguktól a tanulók is mondjanak) Nemzeti park (NP): legsokoldalúbb természetvédelmi kategória, az ország legjelentősebb, közel természetes állapotában megtartott területeinek a megőrzésére, bemutatására szolgál. Hazai és nemzetközi előírásoknak is meg kell felelnie. Pl.: Duna-Dráva Nemzeti Park közlés, tanulói jegyzetelés fólia, írásvetítő, Védett értékeink c. plakátsorozat, Magyarország természetvédelmi térképe jártasság a térképhasználatban, együttműködő készség fejlesztése 33

34 Tájvédelmi körzet (TK): A védett táj legjellemzőbb tulajdonságainak megőrzésére szolgál. Területén csak a táj jellegét nem zavaró tevékenységek folytathatók. Hazai előírásoknak kell megfelelnie. Pl.: Kelet-Mecsek TK Természetvédelmi terület (TT): természeti ritkaságok védelmét szolgáló kisebb kiterjedésű terület. Lehetnek az előző két területen belül a legveszélyeztetettebb értékek védelmére szolgáló szigorúan védett területek. Pl.: Jakab-hegy -A tanulók keressenek példákat a védett fajokra, területekre plakát és térképek segítségével. páros munka perc 4. A védendő értékek kategóriáinak megismerése (Békefi- Bosnyák) -Megbeszéljük, példákkal szemléltetjük, hogy a növényi és állattani értékeken túl még milyen kategóriái lehetnek a védendő értékeknek (földtani, víztani, kultúrtörténeti, tájképi értékek). tanári kérdések, beszélgetés perc 5. Összefoglalás -Összefoglalásként párosíthatjuk a fogalmak meghatározását és a hozzá tartozó fogalmakat kártyák segítségével. II. A terepgyakorlaton szükséges ismeretek megbeszélése rögzítés fogalmakat és meghatározásukat tartalmazó kártyák 0-5. perc 1. Bevezetés: Az élővilág megismerésének fontossága -Néhány szóban felelevenítjük az előző órán hallottakat, majd megtárgyaljuk, hogy ahhoz hogy valamit védetté nyilvánítsanak, hogy védelmében hatékonyan el tudjanak járni, meg kell ismerni az adott élőhelyet, élőlényt, objektumot. Ezt szolgálja pl. az adott területről meglévő adatok felkutatása, ill. a különböző mintavételi eljárások, amik közül néhánnyal megismerkedhetnek a terepi munka során. közlés, beszélgetés környezeti és természetvédelemre való nevelés perc 2. A terepgyakorlat helyszínének megismerése -A terepgyakorlat helyszínének megnevezése (Éger-völgy), megkeresése térképen. -Megbeszéljük, hogy Éger-völgy, az Éger-patak mentén, a Nyugat-Mecsekben helyezkedik el, nevét az ott előforduló égerfákról kapta. Kikeressük az enyves égert határozóból, a kép alapján jellemezzük (Békefi-Bosnyák). páros munka tanári kérdések, frontális osztályfoglalkoztatás A Mecsek turistatérképe, Simon T.-Csapody V.: Kis növényhatározó ( o.) 34

35 -Levelei milyen erezetűek? Ez alapján a zárvatermők melyik osztályába tartozik? Milyen a levéllemez széle? A fiatal hajtások tapintása enyves, innen kapta a nevét. -Milyen típusú a porzós virágzat? -A nyáron zöld termős virágzatból ősszel feketésbarna tobozka fejlődik. Törzse sötétbarna, hosszanti repedésekkel. A terepen mindezt élőben megfigyeljük. (visszamutató koncentráció) perc 3. A terepmunka rövid ismertetése -Az élővlág fajgazdagsága igen nagy, ezért a tudósok egyes állat- és növénycsoportok kutatására specializálódnak. A gyakorlaton mi a gerinctelen állatokra, azon belül is egy csoportra, az ízeltlábúakra fogunk koncentrálni elsősorban. -A terepi munka rövid ismertetése (ízeltlábúak gyűjtése két helyszínen, felismerése az Állatismeret c. könyv alapján, vízminősítés), az öltözék és a szükséges felszerelés megbeszélése (leírást kapnak). Fűháló bemutatása. Ha fűháló nem áll a szakkörösök rendelkezésére, célszerű házi feladatnak kiadni az elkészítését a paraméterek megadásával. közlés leírás a terepen szükséges felszerelésről, fűháló perc perc perc 4. Az ízeltlábúakról tanultak felelevenítése Az ízeltlábú osztályok (rákok, rovarok, pókszabásúak) egyegy képviselőjének képével vagy preparátumával és tanári kérdések segítségével felelevenítjük az osztályok főbb jellemzőit (testtájak, testfelépítés), összeszedjük az ízeltlábúak közös jegyeit (ízelt láb, szelvényezett test, kitinváz, vázhoz belülről tapadó izmok, vedlés). 5. A határozást, felismerést segítő könyvek bemutatása, határozás gyakorlása Az Állatismeret és a Kis állathatározó c. könyvek bemutatása, a határozó használatának ismertetése, határozás a tanár irányításával, preparátum segítségével, a diákok párosával követik a menetét. Felmerülő fogalmak tisztázása. 6. A foglalkozás zárása Egyeztetjük kik dolgoznak párban a terepen, kik vállalják a fűháló elkészítését (ha szükséges), erről kérjünk visszajelzést. Megbeszéljük, hogy a terepen ügyelünk egymás és környezetünk épségére. A gyerekek otthoni tanulmányozásra fénymásolatban megkapják a természetjárás tízparancsolatát (Békefi-Bosnyák). frontális osztályfoglalkoztatás (visszamutató belső koncentráció) frontális osztályfoglalkoztatás beszélgetés ízeltlábú preparátumok, képek Állatismeret, Kis állathatározó, ízeltlábú preparátumok, a természetjárás tízparancsolata - fénymásolat (1. sz melléklet) 35

36 Terepgyakorlat Éger-völgyben A terepi munkálatokat érdemes egy hétvégi délelőttre tervezni májusban, találkozó az uránvárosi autóbusz állomáson, ahonnan a 22-es számú busszal mehetünk az Éger-völgy megállóig. A helyszín alkalmas vízi és szárazföldi ízeltlábúak gyűjtésére, a patak sekély, jól megközelíthető, így a diákok is bátran munkálkodhatnak. A pataktól nem messze, Éger-tetőn fűhálózásra alkalmas területet, tisztást találunk. A munka során a diákok fényképeket készítenek, melyeket a lezáró foglalkozáson a plakát készítéséhez felhasználnak. A fotósoknak három témát érdemes megadni: 1. Gyűjtési módok, 2. Ízeltlábúak a vízben 3. Ízeltlábúak a szárazföldön. A terepmunka időtartama: kb. 2,5 óra Helyszín: Éger-völgy A terepgyakorlat alatt megvalósítandó célok: Oktatási célok: A diákok sajátítsanak el néhány ízeltlábúak gyűjtésére alkalmas módszert, szerezzenek gyakorlatot az ízeltlábúak felismerésében, az elméleti órákon megtanultakat alkalmazzák a gyakorlatban. Ismerjék fel az állatok életmódja és testfelépítése közötti összefüggéseket. Szerezzenek jártasságot a terepnapló készítésében. Nevelési célok: -értelmi nevelés: megszerzett ismeretek alkalmazásával intellektuális képességek fejlesztése, tudásvágy felkeltése -egészséges életmódra nevelés a természetben, szabadlevegőn való időtöltés során -esztétikai, erkölcsi és természetvédelemre nevelés a természet szépségének, értékeinek megismerésén, a helyes viselkedés ösztönzésén keresztül Képzési célok: -együttműködő készség fejlesztése a páros és csoportos munka alatt -megfigyelőképesség, leíró készség fejlesztése, kutatótevékenység gyakorlása a gyűjtés és felismerés során -jegyzetelési és kommunikációs készség fejlesztése Anyagok és eszközök: elsősegély doboz, fényképezőgép, terepnapló, madzag, zsírkréta, papírlapok, ragasztószalag, gyűjtés eszközei (lehetőleg két vagy három diákra jusson egy darab): műanyag szűrő, kis edények (margarinos, tejfölös dobozok, fejenként kettő), fél literes dunsztosüveg kilyuggatott tetővel, papírcsíkokkal, fűháló, karó, Varga Z. (1983): 36

37 Állatismeret, Tankönyvkiadó, Bp.; Dr. Móczár L. (1975): Kis állathatározó, Tankönyvkiadó, Bp.; vízminősítő lap (National River Watch vagy a BISEL kiadványa, 2., 3., 4. számú melléklet) Idő A foglalkozás menete Módszer Eszköz, Cél perc beszélgetés, perc Előkészítés, ráhangolás -Megbeszéljük, mit olvastak otthon a diákok a természetben való helyes viselkedésről, felelevenítjük a helyszínről hallott ismereteket. -A tanulók naplójukba írják fel a helyszínt, dátumot, időjárást. -Megkeressük a völgynek nevet adó enyves égert, kéregmintázatot készítünk, levelet, termést gyűjtünk. Ízeltlábúak gyűjtése -A létszámtól és az eszközök számától függően együtt vagy a két helyszínen két csoportban is dolgozhatunk (ebben az esetben szükséges még egy kolléga beszervezése). -Ellenőrizzük, hogy mindenkinek megvan-e a felszerelése! tanulói jegyzetelés, páros munka csoportalakítás erkölcsi nevelés zsírkréta, papír, ragasztószalag; -Az adott helyszínen (patak, tisztás) a gyűjtés bemutatása, hangsúlyozva, hogy az állatokat megfigyelésre, határozásra gyűjtjük, majd visszaengedjük élőhelyükre. Gyűjtés a patakban: Olyan szakaszt keresünk, ahol a tanulók is könnyen megvalósíthatják a feladatot. Köveket, ágakat emelünk ki, műanyag szűrővel a patak aljzatába merítünk, a vízzel átmossuk, a fogott állatokat vízzel félig töltött edénybe helyezzük. Gyűjtés a tisztáson: egy madzaggal kijelölt sáv mentén elindulunk, a fűhálóval jobbról, balról erőteljes lendítésekkel gyűjtjük be az állatokat (sávtranszekt). A megfogott ízeltlábúakat a hálóból dunsztos üvegbe ürítjük. -Tanulók munkája: a gyűjtést percig végzik párosával, hármasával. Közben megfigyeljük, megbeszéljük a vízi és a szárazföldi ízeltlábúak közti különbségeket, hogyan alkalmazkodtak az adott környezethez (az élettér, mozgásformák és testfelépítés kapcsolata). -Hogyan mozognak az ízeltlábúak a vízben/szárazföldön? -Mozgásformának megfelelően milyen típusú végtagokkal rendelkeznek? (szárnyak, ugróláb) -Milyen színűek a vízben/tisztáson talált állatok? Mit szolgálhat a környezethez hasonló, illetve a feltűnő színű kültakaró? -Mit tanultunk, mivel lélegeznek a vízben élő/szárazföldi ízeltlábúak? Megfigyeljük, hogy egyes vízi lárváknál a test oldalán helyezkednek el a kopoltyúk, másoknál nem látható, a testen belül találhatóak meg (tracheakopoltyú). közlés, magyarázat páros munka, beszélgetés, megfigyelés magyarázat műanyag szűrő, edények, dunsztosüvegek, fűháló, madzag, karó együttműködő, megfigyelőképesség fejlesztése 37

38 perc A gyűjtött állatok felismerése, vízminősítés -A begyűjtött állatokat a tanulók párosával a vízminősítő lap és az Állatismeret könyv alapján tanári segítséggel felismerik, azonosítják, az eredményt füzetükben rögzítik. Segítségként legyen kéznél határozó könyv. -A vízi élőlényeknél megfigyeljük, hogy a kérészlárváknak három, fonalszerű faroknyúlványa van, az álkérész lárvának kettő, a kis szitakötő lárváknak szintén három, de rövidebb, nem fonalszerű. A szitakötő lárváknál megfigyeljük a fogó szájszervként szolgáló álarcot (tanár mutassa be, sérülést okozhat). Felhívjuk a figyelmet a különböző kérészlárvák életmódja és testének alakja közti összefüggésekre (úszótorpedó, sodráskedvelő, kúszó-lapított, ásó-hengeres). -A vízminősítő lap szerint a gyűjtött állatok alapján elvégezzük a patak vízének minősítését. Megbeszéljük, hogy minél jobb a vizek minősége, annál több élőlénynek ad életteret. A terepgyakorlat zárása -Az állatokat visszaengedjük természetes élőhelyükre. páros munka beszélgetés, megfigyelés közös munka begyűjtött állatok, Varga Z.: Állatismeret, Dr. Móczár L.: Kis állathatározó, vízminősítő lap együttműködő, megfigyelőképesség, jegyzetelő készség fejlesztése A terepgyakorlatot lezáró foglalkozás A lezáró foglalkozás alatt érdemes összegezni a terepi munkálatok alatt szerzett ismereteket, élményeket, és plakát formájában maradandó emléket készíthetünk a gyakorlatról. A foglalkozás időtartama: 60 perc A foglalkozások során megvalósítandó célok Oktatási célok: A plakát készítése során a szakkör alatt szerzett ismeretek áttekintésével diákok lássák át az elvégzett terepmunka értelmét. Nevelési célok: -értelmi nevelés a plakátkészítés alatt az ismeretek összegzése során -erkölcsi nevelés a csoportban való helyes viselkedésre való ösztönzésen keresztül -esztétikai nevelés a plakát készítése, értékelése során Képzési célok: -együttműködési és kommunikációs készség fejlesztése a csoportmunka alatt -manuális készség fejlesztése a plakátkészítés során -előadói és beszédkészség gyakorlása a plakátrészletek bemutatásakor 38

39 Anyagok és eszközök: terepnapló, térképrészlet Éger-völgyről, az enyves éger terepen begyűjtött levele, termése, az elkészített kéregmintázat, rajzlapok, karton lap a plakátnak, ragasztó, olló, színes ceruzák, filcek, terepen készült fényképek Idő A foglalkozás menete Módszer Eszköz, Cél Plakát készítése a terepgyakorlatról 0-5. perc 1. Előkészítés Az előzetesen kiválogatott fotók segítségével felelevenítjük a gyakorlat eseményeit (hol jártunk, mit és hogyan vizsgáltunk, mit szolgálhat egy adott terület élőlényeinek a megismerése). beszélgetés fényképek perc 2. Plakátkészítés -A tanulók három csoportot alkotva három témát dolgoznak fel, plakátrészletet készítenek, amit a munka végén elhelyeznek egy nagyméretű kartonlapra. A szükséges eszközöket a három csoport asztalára előre kikészítjük, a külön asztalon elhelyezett fényképekből a csoportok egy-egy tagja válogasson. 1. csoport: A helyszín bemutatása (elhelyezkedés, elnevezés) 2. csoport: Gyűjtés a réten (módja, gyűjtött állatok) 3. csoport: Gyűjtés a patakban (módja, gyűjtött állatok, vízminősítés) kooperatív csoportmunka (eszközök az Anyagok és eszközök részben) együttműködési, kommunikációs, manuális készség fejlesztése, értelmi, erkölcsi, esztétikai nevelés perc 3. A három csoport bemutatja munkáját egymásnak tanulói előadás plakátrészletek előadói és beszédkészség gyakorlása perc 4. Az elkészült plakát közös értékelése Kinek melyik rész, miért tetszik a legjobban. beszélgetés plakát esztétikai nevelés 39

40 6.4. Mellékletek 1. számú melléklet: A természetjárás tízparancsolata (Békefi-Bosnyák) 1. Érezzétek magatokat otthon a természetben, de viselkedjetek vendégként! 2. Csak a kijelölt úton közlekedjetek! 3. Zivatar idején ne álljatok fa alá! 4. Tüzet csak a megengedett időben és kiépített tűzrakóhelyen gyújtsatok! 5. Vigyázzatok vizeink tisztaságára! Nyitott kutakból sohase igyatok. 6. Az erdőben csendben és figyelmesen haladjatok! 7. Öltözzetek mindig az időjárásnak megfelelően és rétegesen! 8. Barátkozzatok a természettel, mert csak így ismerhetitek meg szépségét, értékét! 9. Minden védett természeti értékre úgy vigyázzatok, mintha utolsó hazai példányát látnátok! 10. Őrizzétek meg a természet harmónikus rendjét, csak élményeiteket (feljegyzés, rajz, fotó stb.) vigyétek magatokkal! 40

41 2. számú melléklet: BISEL (Biotikus Index a Középiskolai Oktatásban, forrás: Indikátorcsoportok I. II. III. IV. ö s s z e s t a x o n s z á m a érzékenység taxonszám >16 B i o t i k u s I n d e x Álkérészek (Plecoptera) Házas tegzesek (Trichoptera) Erezett kérészek (Heptageniidae) Sapkacsigák (Ancylidae) Kérészek (Ephemeroptera) kivétel a Heptageniidae Fenékjáró poloska Szitakötők Bolharák Puhatestűek (Aphelocherius) (Odonata) (Gammaridae) (Mollusca) kivétel Sphaeridae és Ancylidae Víziászka Piócák Gömbkagylók Poloskák (Asellus) (Hirudinea) (Sphaeridae) (Hemiptera) (kivétel az Aphelocheirus) Csővájó féreg (Tubificidae) Árvaszúnyogok (Chironomus thummi plumosus) Herelégy / pocikféreg (Syrphidae) 41

42 3. számú melléklet: A biotikus index értelmezése osztály Biotikus Index Szín Megnevezés I kék nem szennyezett II. 8-7 zöld enyhén szennyezett mérsékelten szennyezett III. 6-5 sárga - kritikus helyzet IV. 4-3 narancs erősen szennyezett V. 2-1 vörös nagyon erősen szennyezett 42

43 4. számú melléklet: Vízminősítő lap (National River Watch) 43

44 6.5. Összefoglalás Az elmúlt néhány évtizedben egyre nagyobb hangsúlyt kapott az élővilág sokféleségének, a Föld természeti értékeinek a megőrzése, védelme. Ahhoz, hogy ezt hatékonyan megvalósíthassuk fontos, hogy minél több információval rendelkezzünk egy adott élettérről, élőhelyről, az élőlényekről. A természettudományos tantárgyak keretein belül az alapórákon a diákok bővíthetik elméleti tudásukat, de sokszor gyakorlati ismeretek szerzésére nincs mód. Az általam választott téma, a terepen tartott szakköri foglalkozás az élővilág iránt fokozottabban érdeklődő gyerekek számára ad lehetőséget az állatvilág egy csoportjának, az ízeltlábúaknak alaposabb megismerésére, gyűjtési módszerek elsajátítására. A szabadlevegőn való tevékenykedés azon kívül, hogy új ismereteket és maradandó élményt nyújt a tanulóknak, hozzájárul az egészséges életmód, a természet szeretetének és tudatos védelmének kialakításához, alkalmat ad arra a diákoknak, hogy rácsodálkozzanak a természet szépségére, az élőlények sokféleségére Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet mondani Scheitler Adriennek, Dr. Stranczinger Szilviának és Dr. Vadkerti Editnek a munkám során nyújtott segítségért, hasznos tanácsokért. 44

45 7. SZAKMÓDSZERTANI FEJEZET (SZLOBODA ANITA) 7.1. Bevezetés Kutatásaink során a hat magyarországi tarsza faj (Isophya camptoxypha, I. costata, I. modesta, I. modestior, I. kraussi és I. stysi) evolúciós viszonyainak analízisét végeztük mtdns analízissel, valamint összehasonlító elemzést készítettünk öt faj bevonásával 24 órás viselkedésmintázatuk alapján. A tarsza fajok esti-éjjeli aktivitású, rejtőzködő életmódú, röpképtelen így alacsony diszperziós és kolonizációs képességű polifág szöcskék. A hat faj közül kettő fokozottan védett (I. costatata és I. stysi), három védett (I. camptoxypha, I. modesta és I. modestior) és egy faj (I. kraussi) nem védett. Védettségi státuszukból egyértelmű, hogy a kutatásunk során nyert információk rendkívül hasznosak lehetnek a természetvédelmi munka megszervezésében. A mtdns vizsgálatokban korábban begyűjtött és alkoholban tartósított egyedeket vizsgáltunk. Az evolúciós viszonyok elemzéséhez a 16S rrns és a NADH-dehidrogenáz enzim 1 alegységét kódoló mtdns szakaszokat használtuk fel. Munkánk során új primereket terveztünk, melyek segítségével már nagyobb biztonsággal sikerült kinyernünk az összehasonlítani kívánt mintegy 500 bázispár hosszúságú fragmentet. Az általunk kapott filogenetikai törzsfa ugyan mutatott egyezést a korábbi kutatások eredményeivel, azonban a származástani kapcsolatokat nem sikerült pontosan tisztázni; ehhez további lókuszok, illetve egyedek bevonására lenne szükség. A 24 órás aktivitásvizsgálatba öt fajt vontunk be (az I. stysi kimaradt az elemzésből, mivel nem állt rendelkezésünkre megfelelő mennyiségű minta), fajonként 10 egyedet vizsgáltunk. A mintákat fűhálózással és hang alapján történő detektálással gyűjtöttük. A kísérlet kezdete előtt két órával fajonként egy hím és egy nőstény egyedet helyeztünk a 25 db öt literes befőttesüveg mindegyikébe. Az üvegedényekbe aljzatként homokot tettünk, az aljzatba táplálék gyanánt egy-egy málnavesszőt dugtunk, ezzel biztosítottuk számukra a mozgásteret is. Minden egyes állatot fél percig figyeltünk harminc perces időközökkel, megfigyeléseinket táblázatban rögzítettük. Összesen nyolc viselkedésmintázatot vizsgáltunk. Az adatok feldolgozása során egy adott időpontra fajonként kiszámoltuk, hogy az egyedek hány százaléka mutatta az adott viselkedésmintázatot, majd a megfelelő szoftver 45

46 segítségével módosított értékeket grafikonon ábrázoltuk, valamint a százalékos értékekből dendogramot készítettünk. A korábbi feltevést, miszerint a tarszák esti-éjjeli aktivitásúak részben sikerült cáfolnunk; mivel véleményünk szerint ez csak a párválasztással kapcsolatos viselkedés esetén egyértelmű. A kapott dendogram részben megerősítette a mtdns vizsgálat eredményeit, de itt is további egyedek bevonására van szükség a pontosabb eredmények érdekében A diplomadolgozat témáinak a biológia tantárgy oktatásában való alkalmazásának lehetőségei Diplomamunkánk - melyet csoporttársammal közösen készítettünk - több ponton is kapcsolódik az általános, valamint a középiskolás tananyaghoz. Szakdolgozatunk molekuláris biológia része a gimnázium 12. évfolyamában Az élőlények öröklődése témakörön belül A géntechnológia és A géntechnológia gyakorlati alkalmazásai fejezetekbe építhető be, mely témakör az általános iskola 8. osztályában már előkerül, bár jóval egyszerűbb formában. Az általunk végzett 24 órás aktivitásvizsgálat, vagyis a megfigyelés, mint kísérleti módszer a méréssel és vizsgálódással történő tapasztalatszerzés, az eredmények megfelelő értelmezése - a kerettanterv szerint már az általános iskola 7-8. évfolyamában is fontos szerepet kap. A gimnáziumban az állatok megfigyelése a 10. évfolyamon Az állatok szabályozó működése témakörön belül jelenik meg, így itt az általunk végzett 24 órás aktivitásvizsgálatnak egy egyszerűsített változata is kivitelezhető lenne szakköri foglalkozás keretében. A diplomamunka szakmódszertani fejezetét úgy készítettem el, hogy az megfeleljen a gimnáziumi kerettantervnek - valamint az érettségi követelményeknek -, így óravázlatom témája Az élővilág evolúciója témakörön belül Az evolúció bizonyítékai tanítási egység. E tanítási egység anyaga a gimnáziumokban gyakran használt - Dr. Lénárd Gábor: Biológia III. - tankönyvben nem jelenik meg, én mégis úgy gondolom, e tananyag rendkívül fontos a diákok korábbi ismereteinek összegzésében, tudásuk bővítésében. Célom, hogy a tanulók egy átfogó képet kapjanak az evolúció közvetett és közvetlen bizonyítékairól, illetve, képesek legyenek a molekuláris biológiai kutatások eredményeként kapott törzsfák alapfokú értelmezésére. 46

47 ÓRAVÁZLAT Készítette: Szloboda Anita Biológia-környezettan V. évf. 47

48 Tanítás helye: Babits Mihály Gyakorló Gimnázium és Szakközépiskola Tanítás ideje: / 1. óra, Tanít: Szloboda Anita Osztály: 12. D (biológia tagozatos osztály) Témakör: Az élővilág evolúciója Előző óra: A fajok kialakulása Következő óra: Összefoglalás: Az evolúció genetikai alapjai Tanítási egység: Az evolúció bizonyítékai Óratípus megnevezése: Vegyes típusú óra Oktatási feladatok: A tanuló értse meg az evolúció fogalmát, lényegét. Ismerje meg az evolúció közvetlen és közvetett bizonyítékait, képes legyen ezek bemutatására példák segítségével. Ismerje meg a kőzetek és élőlények kormeghatározásának módjait. Tudja, hogy miért van szükség a molekuláris törzsfák készítésére, képes legyen a törzsfa alapszintű elemzésére. Nevelési feladatok: Esztétikai nevelés: - táblavázlat készítésével - helyesen vezetett, szép, átlátható füzet alapján - fólia használatával Értelmi nevelés: - az ok-okozati viszonyok, összefüggések megláttatása - az emlékezés fejlesztése révén. Erkölcsi nevelés: - az önálló gondolkodásra, munkára nevelés révén Képzési feladatok: - Szóbeli előadó készség fejlesztése. - Gondolkodás fejlesztése a tanári magyarázat által. - Jegyzetelés készségének fejlesztése az órai munka alapján. - Ábraelemző készség fejlesztése a molekuláris törzsfa segítségével. 48

49 Szemléltető eszközök: - Táblavázlat: az evolúció közvetlen bizonyítékai, az evolúció közvetett bizonyítékai - Fólia: Darwin-pintyek adaptív radiációja, az evolúció közvetlen bizonyítékai, molekuláris törzsfa Kellékek: - Írásvetítő - Kréta, szivacs - Mutatópálca - Fóliák - Kártyák 49

50 I. Óra eleji rendtartó intézkedések Köszönés, jelentés II. Osztályfoglalkoztatás Az előző órán megismerkedtetek a fajok kialakulásának különböző formáival, ezen evolúciós folyamatokat számos példa segítségével tárgyaltuk meg. - A fajok kialakulásának mely formája látható a fólián? Kinek a nevéhez köthető ez a jól ismert példa? Darwin-pintyek adaptív radiációja. A mai felelő feladata: Ismertesse az izoláció (szaporodási izoláció) és az adaptív radiáció jelentőségét példákkal; valamint mutassa be a konvergens és divergens fejlődést szintén egy-egy példa segítségével. Ismétlő kérdés: genetikai rátermettség 7.51 Ráhangolás a feleletre Fólia (1. sz. melléklet) Esztétikai nevelés Frontális osztálymunka Erkölcsi nevelés III. A felelet értékelése és osztályozása 7.59 IV. Motiváció - Tudjátok-e, hogy kinek a nevéhez fűződik az elhíresült állítás, miszerint a biológiában minden csak az evolúció fényében nyer értelmet? Ezt Theodosius Dobzhansky orosz genetikus, zoológus - mondta - Mit gondoltok, mit jelent ez az állítás? V. Célkitűzés A mai órán az evolúció közvetlen és közvetett bizonyítékaival fogunk megismerkedni. Nyissátok ki a füzetet és írjátok fel, az evolúció bizonyítékai. VI. Átvezetés Először is nézzük meg mit is jelent az evolúció. Az evolúció kifejezés általánosan olyan változási folyamatot jelöl, amely 8.00 Beszélgetés Frontális osztálymunka Értelmi nevelés 8.02 Közlés Esztétikai nevelés 8.03 Közlés 50

51 bizonyos törvényszerűségek szerint, egy irányban, visszafordíthatatlanul megy végbe, és minőségi változásokat eredményez. Tehát az evolúció egy fejlődési folyamat, az egymást követő változások sorozata. Ez a fejlődési folyamat kétféle lehet: egyszerűbb állapotból a bonyolultabb állapot felé, vagy pedig a bonyolultabb szervezet egyszerűsödik le. - Tudtok ez utóbbira példát mondani? A virág redukciója. Ahhoz, hogy a változások sorát pontosan megállapíthassuk meg kell ismernünk a rendelkezésünkre álló evolúciós bizonyítékokat. Frontális osztálymunka VII. Részcélkitűzés Tehát a következőkben megnézzük milyen közvetlen bizonyítékok állnak rendelkezésünkre. A fólián látható ábrák segítségével szedjük össze közösen, mik tartozhatnak ide. Az evolúció közvetlen bizonyítékai a földtörténet korábbi idejéből fennmaradt ősmaradványok, mely leletek vizsgálatával, kutatásával az őslénytan (paleontológia) foglalkozik. A fenyők elterjedésének köszönhetjük például a megkövült gyantából kialakult borostyánkőbe ágyazott állati maradványokat. Földünk állandóan fagyos területein pedig jégbe zárt élőlénymaradványokra bukkantak. Pl. a XX. Században több mamut tetemet is találtak Szibéria jegében. A legismertebb maradványok a fosszíliák, melyek tulajdonképpen az üledékes kőzetekben található kövületek. Ezen belül megkülönböztethetünk élő-, valamint vezérkövületeket. - Mit gondoltok, mik lehetnek az élő kövületek? Olyan élőlényekre használjuk az élő kövület kifejezést, melyek hosszú idő óta változatlan formában élnek. - Tudtok erre példát mondani korábbi tanulmányaitokból? (pl. bojtosúszójú hal, hidasgyík, Nautilus, mamutfenyő, cikászfenyő, páfrányfenyő) A vezérkövületek pedig olyan maradványok, melyek segítségével egy korszak kőzeteit lehet azonosítani, ilyenek pl Közlés Frontális osztálymunka Fólia (2. sz. melléklet) Tanári előadás Táblavázlat (3. sz. melléklet) Esztétikai nevelés Frontális osztálymunka Közlés Frontális osztálymunka Közlés 51

52 Trilobiták, Ammoniták, amőbaszerű egysejtűek, virágporszemek. Az evolúció kutatásában az egymást követő változások sorának felállításában - nagy szerepe van a kor meghatározásának, aminek köszönhetően megtudhatjuk, hogy a leletek hány éve alakultak ki, mikor élt az élőlény, melynek maradványa előkerült. A relatív kormeghatározás lényege, hogy az ősmaradványok egymásutániságát, keletkezési sorrendjét megállapítsák. Például, megnézik, hogy az üledékes kőzetek mely rétegeiből kerültek elő a leletek, és ez alapján következtetnek kialakulásuk sorrendjére. Általában a fiatalabb maradványok a későbbi, vagyis a felszínhez közelebbi üledékrétegekben találhatóak. Az abszolút kormeghatározás során az ősmaradványok hozzávetőleges korát állapítják meg. E körmeghatározásnak kétféle módját nézzük meg a következőkben. A radioaktív kormeghatározás alapja, hogy a magmás kőzetekben előforduló radioaktív izotópok mennyisége a bomlás során a felezési idő alatt a felére csökken; ez az érték az izotópra jellemző állandó. A kőzetek meghatározására a rubídium-stroncium módszert alkalmazzák. Mivel a bomlás meglehetősen lassú, ezért ezzel a módszerrel több százmillió vagy akár milliárd éves kőzetek kora is megállapítható. Az élőlények korának meghatározására pedig a radioaktív 14-es szénizotópon alapuló radiokarbon módszert alkalmazzák. Ennek lényege, hogy a légköri szén-dioxid a stabil, nem bomló 12-es szénizotóp mellett állandóan azonos arányban radioaktív 14-es szénizotópot is tartalmaz. Ez az izotóp a kozmikus sugárzásoknak köszönhetően folyamatosan képződik és a radioaktivitás révén állandóan fogy is. A légkörből a 12-es és a 14-es szénatomokat tartalmazó szén-dioxid a fotoszintézis során beépül a növények szerves anyagaiba, és a tápláléklánc útján valamennyi élőlényben megjelenik. Az élőlények pusztulását követően a 14-es szénizotóp a radioaktív bomlás miatt fogyni kezd, a 12-es szénizotóp Tanári előadás Közlés Tanári magyarázat Értelmi nevelés 52

53 mennyisége viszont változatlan marad. A két izotóp arányából megállapítható, hogy mennyi idő telt el az ősmaradványt létrehozó élőlény pusztulása óta. A radioaktív bomlás meglehetősen gyors folyamat, ezért csak 50 ezer évesnél fiatalabb leletek korát lehet e módszerrel megállapítani, mert az idősebb maradványokban a 14-es szénizotóp mennyisége már nem mérhető pontosan. A gyors lebomlás miatt az élőlények lágy szöveteiből kövületek nem képződhettek, de helyenként, életnyomok (pl. mászásnyomok, lábnyomok) és lenyomatok fennmaradtak a szerencsés földtani körülményeknek köszönhetően. A Földünkön lezajló események pontos feltárásában azonban nagy gondot jelent, hogy minél távolabbra tekintünk vissza a Föld történetébe, annál kevesebb lelet áll rendelkezésünkre, hiszen az idő előrehaladtával a maradványok roncsolódása, eltűnése egyre nagyobb mértékű. Közlés VIII. Részösszefoglalás - Soroljátok fel, mik tartoznak az evolúció közvetlen bizonyítékai közé? Mondjatok egy-egy példát is! - Miért fontos a kormeghatározás az evolúció kutatásában? Mely két fő típusát említettük? 8.18 Frontális osztálymunka Értelmi nevelés IX. Átvezetés Amennyiben közvetlen evolúciós bizonyítékok nem állnak rendelkezésünkre, egyéb eszközökhöz folyamodhatunk az evolúciós kapcsolatok bizonyítására, vagyis megvizsgálhatjuk a közvetett bizonyítékokat Közlés X. Részcélkitűzés Tehát a következőkben áttekintjük a közvetett evolúciós bizonyítékokat. Sok tudományterület sokféle eredménye sorolható ide, ezek közül említünk meg néhányat Közlés Táblavázlat (4. sz. melléklet) 53

54 Ide soroljuk a biokémiai bizonyítékokat. Nézzük meg közösen, melyek lehetnek ezek. Mint tudjátok, az élőlények sejtes felépítésűek és a sejtek alapszabása (sejthártya, citoplazma, örökítő anyag) megegyezik; valamint a sejtekben lezajló legfontosabb anyagcsereutak (erjedés, biológiai oxidáció, nukleinsav- és fehérjeszintézis) a különböző élőlénycsoportokban nagyon hasonló módon mennek végbe. Ezen kívül, a fehérjék szintézisét meghatározó kódszótár az egész élővilágban univerzális: az örökítő anyag egyes bázishármasai ugyanannak az aminosavnak a beépülését határozzák meg minden élőlény sejtjeiben. Ez valamennyi élőlény közös származást támasztja alá. Így rendkívül fontos a DNSvizsgálatok szerepe is az evolúció kutatásában. A különböző élőlények örökítő anyagának bázissorrendjét összehasonlítva következtetni lehet a ma élő fajok rokonságának mértékére, mivel az élőlények DNS-állományának eltérései alapozzák meg a testfelépítés és az egyedfejlődés eltéréseit is. Közvetett bizonyítékok még a molekuláris törzsfák, melyek a kormeghatározásra és a rokonsági kapcsolatokra utaló ábrák. A molekuláris vizsgálatok révén az élőlények rokonsági összefüggései megállapíthatók. A különböző fajok azonos molekulájának aminosavsorrendjét megismerve és összehasonlítva rájöttek, hogy a fajok bizonyos mennyiségű aminosavban különböznek egymástól, mely révén következtetni lehet a rokonsági kapcsolatokra, az elágazási pontokra, amelyből eljuthatunk a jelenlegi állapotra. Minél több bázisban különböznek, annál távolabbi rokonok. A molekuláris törzsfákról könnyen leolvasható a fajok közötti rokonsági kapcsolat. - Mi látható a fólián? Molekuláris törzsfa. - Gondoljátok végig, milyen rokonsági kapcsolat lehet a törzsfán látható fajok között! Vajon mely fajok állnak legközelebb egymáshoz, illetve melyek lehetnek az egymással legtávolabbi rokonok? Esztétikai nevelés Beszélgetés Közlés Közlés Fólia (5. sz. melléklet) Frontális osztálymunka Értelmi nevelés 54

55 Végül tekintsük át vázlatosan, hogy milyen szervezettani és fejlődéstani bizonyítékok vannak: - Ide tartoznak, egyrészt a homológ szervek, melyek azonos felépítésű, de különböző működést végző szervek; ezek fejlődésre utaló bélyegek; pl. a négylábú gerincesek mellső végtagjai. - Mint azt már tanultátok, az embriók fejlődése hasonló, pl. cápa, gőte, csirke, juh, ember egyedfejlődése kezdetén nagy a hasonlóság, azonban később a különbségek egyre kifejezettebbek. - Ilyen bizonyíték lehet még két faj hasonló betegsége; pl. az emberszabású majmok, a majmok és az ember egyaránt megkapja a szifiliszt és a tbc-t. Közlés XI. Összefoglalás Most mindenki kap egy kártyát, melyen egy fogalom vagy egy élőlény neve szerepel. Gondoljátok végig, hogy az adott fogalom vagy élőlény hova tartozik a táblavázlatban! Majd egyesével gyertek a táblához, és a mágnesek segítségével helyezzétek fel a kártyátokat a megfelelő helyre, szükség esetén rövid indoklással! 8.30 Osztályfoglalkoztatás Kártyák (6. sz. melléklet) Értelmi nevelés A következő óra összefoglalás. Nézzétek át Az evolúció genetikai alapjai fejezetet a könyv és a füzet segítségével! XII. Óra végi rendtartó intézkedések Az osztály munkájának értékelése, elköszönés

56 7.3. Melléklet: 1. számú melléklet: Darwin-pintyek adaptív radiációja. 2. számú melléklet: Az evolúció közvetlen bizonyítékai Borostyánba zárt termesz A lábasfejűek kövületei Cédrushajtás lenyomata Ősállat lábnyomai (ipolytarnóci lelőhely) 56