Ο Στυλιανός Λουκά κέρδισε το βραβείο Science & SciLifeLab για νέους επιστήμονες | Biology.gr

Πως διδάσκουμε τις έννοιες γονίδιο και χρωμόσωμα

Πως διδάσκουμε τις έννοιες γονίδιο και χρωμόσωμα

(από τον Ανδρέα Ζοάνο) 

  • Γονίδιο, Χρωμόσωμα: Λέξεις πλέον της καθημερινότητας του κάθε πολίτη. Από τους πλέον χρησιμοποιούμενους επιστημονικούς όρους στα ΜΜΕ, χρόνια τώρα.
  •  Έννοιες θεμελιώδεις, όχι μόνο για τη μοριακή βιολογία, αλλά για την ουσιαστική κατανόηση όλου του εύρους των βιολογικών επιστημών και φυσικά για την εξελικτική διάσταση και δυναμική  όλων των βιολογικών φαινομένων.
  •  Έννοιες «κλειδιά» για την ουσιαστική κατανόηση και εμβάθυνση πλήθους διδασκόμενων πτυχών.
  •  Παρόλα αυτά, έννοιες για τις οποίες δεν υπάρχει καθολική συμφωνία για το περιεχόμενο τους.

Διαπιστώσεις- παρατηρήσεις

Το περιεχόμενο του όρου γονίδιο έχει κατ΄ επανάληψη και έντονα αλλάξει τις τελευταίες δεκαετίες ώστε να μπορέσει να εκφράσει την αλματώδη εξέλιξη της σύγχρονης βιολογίας, αλλά ατυχώς χωρίς αυτό να έχει επιτευχθεί. Σταχυολογώντας: Ως γονίδιο νοείτο «κάθε τμήμα DNA που έχει την πληροφορία για μια ιδιότητα των οργανισμών». Αργότερα δήλωνε «κάθε τμήμα  DNA που έχει την πληροφορία για ένα ένζυμο», κατόπιν «…για τη σύνθεση μιας πρωτεΐνης», πιο πρόσφατα «…για τη σύνθεση ενός ορισμένου m RNA», κατόπιν το «…στο οποίο περιέχονται οι πληροφορίες που καθορίζουν τη σύνθεση ενός πολυπεπτιδίου ή ενός μορίου RNA» ακολουθεί το «…που έχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνθεση ενός RNA» για να έρθουμε στο πιο πρόσφατο «ένα δίκτυο τμημάτων του γενετικού υλικού», κ.ά. Οι RNA ιοί, που είναι πάντοτε στο προσκήνιο, δεν έχουν γονίδια;

  • Μικρότερη αστάθεια παρατηρείται στον όρο χρωμόσωμα. Αφορά με σαφήνεια μόνο τον πυρήνα των ευκαρυωτικών; Αφορά και τους προκαρυωτικούς ή όχι; Αφορά και ιούς;  Ο όρος γονιδιακός τόπος (γενετικός τόπος, γενετική θέση) αφορά μόνο χρωμοσώματα; Στους προκαρυωτικούς και στους ιούς δεν υπάρχουν γενετικές θέσεις; Στο μιτοχονδριακό  DNA και στο DNA των χλωροπλαστών; Στην παγκόσμια βιβλιογραφία υπάρχουν διάφορες εκδοχές.
  • Οι συνέπειες στη διδακτική πράξη είναι τεράστιες!  Όχι δε μπορεί να ισχύσει εδώ η «ανακαλυπτική μέθοδος». Το παιδί δεν έχει (ή κατά μια άποψη δε μπορεί να έχει) ενασχόληση με τέτοιες έννοιες από πολύ μικρή ηλικία. Δε μπορεί επίσης βιωματικά να εμπεδώσει το περιεχόμενο τους. Αναγκαστικά οφείλουν να ορίζονται με σαφήνεια και ανελαστικά, ώστε να μπορεί να «χτίσει» την κατανόηση και τη γνώση πάνω σε αυτές. Το πρόβλημα είναι, ίσως, εντονότερο από τα αντίστοιχα στις άλλες Επιστήμες της Φύσης (Φυσικές Επιστήμες). Π.χ. για τους όρους Διαφορά Δυναμικού, στιβάδα ηλεκτρονίων, γραμμομοριακή μάζα.
  • Φυσικά, υπάρχουν πολλοί μονογονιδιακοί χαρακτήρες. Όμως οι πολυγονιδιακοί είναι μάλλον πολλοί περισσότεροι.( Καθόλου άσχετο: είναι σαφές τι εννοούμε «χαρακτήρα» ή «ιδιότητα»;) Πως θα προσεγγίσει χωρίς σοβαρά εμπόδια ο μαθητής και ο  νέος φοιτητής την κληρονομικότητα και τη γονιδιακή έκφραση σύμφωνα με τα σημερινά, συνεχώς μεταβαλλόμενα επίσης, δεδομένα αν έχει μείνει στα ξεπερασμένα και με σοβαρά κενά εννοιολογικά πλαίσια που έχει ήδη εμπεδώσει; «Επικρατές- υπολειπόμενο», «…αν έχεις το γονίδιο…»,  «το φύλο καθορίζεται από χρωμοσώματα» κ.ά.
  • Το πρόβλημα είναι σοβαρό για μια αποτελεσματική διδασκαλία των βιολογικών επιστημών και σε λίγο, επίσης σοβαρό, και για άλλους τομείς. Ήδη  οι της πληροφορικής και οι μηχανικοί στρέφονται για εφαρμογές στις νευροεπιστήμες και τη μοριακή βιολογία. Οι πλέον φανεροί …ταλαιπωρούμενοι είναι οι χιλιάδες μαθητές- υποψήφιοι φοιτητές. Τα σχολικά εγχειρίδια και η προσέγγιση των «θεματοδοτών» στις Πανελλαδικές Εξετάσεις έχουν καθορίσει την επιτυχία- αποτυχία των παιδιών και έχουν προκαλέσει τεράστιες συζητήσεις μεταξύ των διδασκόντων- βαθμολογητών, που όμως δεν έχουν αποκρυσταλλωθεί ακόμα σε μια καθολική συμφωνία. Τις συνέπειες τις καρπούνται ακόμα οι μαθητές μας (και οι νέοι φοιτητές) και βέβαια η αποτελεσματικότητα  της διδακτικής πράξης.
  • Σταχυολογώντας και μόνο: Το γονίδιο είναι μόνο η μία ή και οι δύο αλυσίδες ενός δίκλωνου τμήματος DNA; Σε αυτό περιλαμβάνεται και ο υποκινητής ή όχι; Περιλαμβάνεται σε αυτό και ολόκληρη ή μέρος της αλληλουχίας λήξης της μεταγραφής ή καθόλου;
  • Φυσικά, π.χ. το εναλλακτικό μάτισμα του RNA, τα micro RNAs,  οι τροποποιήσεις των μεταγραφικών παραγόντων  και τόσα άλλα ακόμα δεν περιλαμβάνονται στη σχολική ύλη. Σε λίγο, όμως, τα πράγματα από άποψη διδακτικής θα είναι ακόμα πολυπλοκότερα.
  •  Υπάρχουν δυσκολίες για να συμφωνήσουμε στο περιεχόμενο αυτών των όρων και πολύ περισσότερο για την εμπέδωση του πλατιά;  Πολύ μεγάλες: 1. Η συσσώρευση δεδομένων που ανατρέπουν την όποια υπάρχουσα εικόνα, όπως η σημασία απομακρυσμένων περιοχών του γονιδιώματος στην έκφραση «καθορισμένων» γονιδίων.   2. Οι ποικίλες απόψεις, επαρκώς αιτιολογημένες, έγκριτων συναδέλφων παγκοσμίως.   3. Η ευρεία αποδοχή της όποιας  συμφωνίας. Έχει μεγάλη σημασία για τη συνέχεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας στις διαφορετικές τάξεις και βαθμίδες να παραμένει αναλλοίωτο το περιεχόμενο των εννοιών.   4. Δεν υπάρχει κίνδυνος, οι οριοθετήσεις που θα συμφωνηθούν να πρέπει να αλλάξουν μετά από λίγο; Αυτό δε μπορεί να αποτελεί λόγο διατήρησης της σημερινής «ρευστότητας» που μόνο προβλήματα, ούτως ή άλλως, δημιουργεί.   5. …Μα εμείς ποιοι είμαστε που θα καθορίσουμε τόσο σημαντικά πράγματα για τα οποία δεν υπάρχει-εύλογα- συμφωνία των επιστημόνων διεθνώς; Μήπως οι ίδιοι οι ερευνητές  πρέπει να συμφωνήσουν και να εισηγηθούν; Θα ήταν ευχής έργο, εννοείται! Η κατάσταση, όμως, που υφιστάμεθα ως εκπαιδευτική κοινότητα δεν επιτρέπεται να συνεχιστεί.  Φρονώ ότι χρειάζεται να τολμήσουμε. Μόνο θετικά θα προκύψουν.

 Προτάσεις

  • Η όποια συμφωνία μας οφείλει: Να πατά στην υπάρχουσα κατάσταση, να μην κινδυνεύει να ανατραπεί σε μικρό χρονικό διάστημα, να είναι σχετικά εύκολα αποδεκτή, να συνάδει με κάποια δόκιμη και διεθνώς συνήθη άποψη.
  • Για τον όρο «Γονίδιο» ότι η βέλτιστη πρόταση μπορεί να είναι: Ως γονίδιο εννοούμε το κάθε τμήμα δίκλωνου DNA, οι πληροφορίες του οποίου  μπορεί να μεταγράφονται.  (Ο όρος γονίδιο χρησιμοποιείται και για τα αντίστοιχα τμήματα μονόκλωνου DNA των DNA ιών, αλλά και για του RNA των RNA ιών)

Δίκλωνο τμήμα… γιατί με σαφήνεια εναρμονίζεται με την υπάρχουσα προσέγγιση στα σχολικά εγχειρίδια, …οι πληροφορίες του οποίου… επειδή επιτέλους πρέπει να γίνει ξεκάθαρο ότι δε μεταγράφεται …το τμήμα  DNA, αλλά η αλληλουχία (πληροφορία) που ενυπάρχει σε αυτό, …μπορεί να… επειδή οφείλουμε να λάβουμε υπ΄ όψιν μας την κυτταρική διαφοροποίηση και τη διαφορική γονιδιακή έκφραση. Ανεξάρτητα με τον τρόπο πολλαπλασιασμού και των μηχανισμών έκφρασης των γονιδίων των ιών, υπάρχει σχεδόν καθολική συμφωνία ότι διαθέτουν γονίδια.

  • Για τον όρο «Χρωμόσωμα» (αν και σωστότερο θα ήταν να είχε εγκατασταθεί ο όρος χρωματόσωμα- ελληνικά είναι: Το σώμα που έχει χρώμα… τώρα όμως είναι μάλλον αργά) τα πράγματα είναι απλούστερα: Ως χρωμόσωμα εννοούμε τον κάθε σχηματισμό που αποτελείται από χρωματίνη. Τα χρωμοσώματα βρίσκονται στον πυρήνα του κυττάρου. (Ο όρος προκαρυωτικό χρωμόσωμα χρησιμοποιείται για να δηλώσει το κύριο μόριο DNA των προκαρυωτικών κυττάρων.)

Ο όρος «χρωματίνη» αναφέρεται σε σύσταση. Αφορά τον κάθε σχηματισμό του πυρήνα που αποτελείται από διαδοχικά νουκλεοσώματα που συνδέονται μεταξύ τους με δίκλωνο DNA.

  • Θεωρώ ιδιαίτερα παρακινδυνευμένη, σε αυτή τη φάση, την όποια άλλη προσέγγιση. Για παράδειγμα για τον όρο γονίδιο: Απλά …το τμήμα DNA, χωρίς να δηλώνεται ως δίκλωνο ή μονόκλωνο, είτε … που έχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για … Τι σημαίνει πλέον αυτό με τα σημερινά δεδομένα;  Πολύ μάλλον θα ήταν σοβαρό λάθος να αναφέρεται μόνο στα τμήματα αυτά του γενετικού υλικού που έχουν την πληροφορία για πεπτίδια. Αντίστοιχα για τον όρο χρωμόσωμα: Μπερδεύει και προκαλεί σύγχυση αν θεωρούμε ως χρωμόσωμα μόνο το μεταφασικό, ενώ όχι το νημάτιο χρωματίνης ή τη χρωματίδα κατά την ανάφαση. Πως αιτιολογούμε ότι το τάδε γονίδιο εδράζεται στο δείνα χρωμόσωμα; Αυτό ισχύει μόνο για τα μεταφασικά χρωμοσώματα; Δηλαδή οι αντίστοιχες γενετικές θέσεις δεν συνεχίζουν να υφίστανται στην G1φάση, ούτε οι σχετικές αλληλουχίες; Δηλαδή, εκτός από τη διαφορά συσπείρωσης της χρωματίνης, υπάρχουν και άλλες καθοριστικές διαφορές στη χρωματίνη μεταξύ της αρχής της μετάφασης και της Gφάσης ή της αρχής της πρόφασης; Αν, παράλληλα, δε διαχωρίσουμε τις έννοιες χρωμόσωμα- προκαρυωτικό χρωμόσωμα (αν και προσωπικά δε θα είχα κανένα πρόβλημα να μην εισαγάγουμε καν τον όρο «προκαρυωτικό χρωμόσωμα» στη διδακτική πράξη…) θα πρέπει να αναθεωρήσουμε ριζικά την έννοια χρωμόσωμα. Αναμφίβολα δε μπορούν να ομαδοποιηθούν από κοινού οι πρωτεΐνες ενός νουκλεοσώματος με αυτές των «κομβίων» των προκαρυωτικών. Οφείλουμε να είμαστε ξεκάθαροι επ΄ ωφελεία της αποτελεσματικότητας  της δουλειάς μας: Χρωμοσώματα υπάρχουν μόνο στον πυρήνα (ή τους πυρήνες) του κυττάρου. Ούτε στα μιτοχόνδρια, ούτε στους χλωροπλάστες, ούτε στους προκαρυωτικούς, ούτε-γενικά- στους ιούς.
  • Όπως ο όρος μπετόν αφορά σύσταση, έτσι και ο όρος χρωματίνη αφορά σύσταση. Το μπετόν, όμως, μπορεί να έχει διάφορες μορφές (π.χ. ορθογώνιο παραλληλόγραμμο, σφαίρα, πυραμίδα). Όλες αποτελούνται, φυσικά, από μπετόν. Το ίδιο ισχύει και για το χρωμόσωμα: Είναι οι διάφορες μορφές(κβαντισμένο «μέγεθος», εννοείται) της χρωματίνης στις διαφορετικές φάσεις της ζωής ενός διαιρούμενου ευκαρυωτικού κυττάρου.  Και τέτοιες δομές υφίστανται μόνο σε πυρήνα.
  • Παρενθετικά αναφέρομαι στις έννοιες «γονιδίωμα» και «γενετική θέση- γενετικός τόπος».  ΓονιδίωμαΤο συνολικό γενετικό υλικό ενός κυττάρου (ή  και ενός ιού). Ας απαλείψουμε το … «συνήθως, όμως, ο όρος αναφέρεται στο γενετικό υλικό του πυρήνα». Μόνο σύγχυση και αστάθεια προκαλείται, χωρίς- πλέον- λόγο.  Από αυτές τις αμφίσημες οριοθετήσεις  εξαρτώνται συνήθη και σοβαρά λάθη των μαθητών- φοιτητών. Ενώ υπάρχει ήδη τεράστιος όγκος δεδομένων για τη σημασία του μιτοχονδριακού DNA και αντίστοιχες εφαρμογές, πόσοι και πόσοι …ξεχνάνε διαρκώς την ύπαρξη του; Πως συναρμόζεται η εμπεδωμένη θέση ότι ο όρος αφορά (συνήθως έστω) τογενετικό υλικό του πυρήνα, με τις τόσες ερευνητικές και βιβλιογραφικές αναφορές που αφορούν την αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος βακτηρίων (και ιών); Ανεξάρτητα με το ατόπημα να …ξεχνάμε παγίως τα «μεταθετά γονίδια» γιατί είναι δήθεν κάτι δύσκολο και ειδικό (η προσωπική μου άποψη είναι ότι το γεγονός αφορά πρωτίστως ότι εναρμονίζονται με μια χαοτική και όχι καρτεσιανή λογική, από την οποία τόσο δύσκολα ξεφεύγουμε…), η αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος αφορά, φυσικά, τη διακρίβωση και τον καθορισμό των γενετικών θέσεων (γενετικών τόπων) των γονιδίων και προκαρυωτικών και ιών και μιτοχονδρίων και χλωροπλαστών.

Τελικά η ίδια η διδακτική μας πράξη έχει αναδείξει τις ανάγκες αλλαγών της!Είναι κρίμα και αποτελεί σοβαρή τροχοπέδη να εξαναγκάζονται οι μαθητές και οι φοιτητές μας να αναλώνουν τόσο χρόνο και ενέργεια για να αντιληφθούν τελικά (αν το αντιληφθούν) το περιεχόμενο  βασικών εννοιών. Η ενέργεια αυτή θα πρέπει να διοχετευτεί στο να βαθύνουν, να συναρμόσουν και να δημιουργήσουν ικανότητες χειρισμών των φαινομένων και τελικά ελπιδοφόρες προτάσεις στον τόσο ραγδαία εξελισσόμενο τομέα μας!

 Ανδρέας Ζοάνος

Βιβλιογραφία
  1. Αλεπόρου-Μαρίνου Β., Αργυροκαστρίτης Α., Κομητοπούλου Α., Πιαλόγλου    Π.,    Σγουρίτσα Β. (2012). Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης Γ΄ Γενικού Λυκείου. Αθήνα: ΙΤΥΕ- ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ.
  2. Καψάλης Α., Μπουρμπουχάκης Ι. Ε., Περάκη Β., Σαλαμαστράκης Σ. (2012). Βιολογία Γενικής Παιδείας Β΄ Γενικού Λυκείου. Αθήνα: ΙΤΥΕ-ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ.
  3. Μαυρικάκη Ε., Γκούβρα Μ., Καμπούρη Α. (2008).Βιολογία Γ΄ Γυμνασίου. Αθήνα: ΟΕΔΒ.
  4. Αργύρης Ι., Κοτσιφάκης Ε., Μάργαρης Ν., Μάρκου Σ., Παπαδόπουλος Ν., Παπαφίλης Α., Παταργιάς Θ., Σέκερης Κ.  (1988) Βιολογία Γ΄ Λυκείου-  Β΄ Δέσμης. Αθήνα: ΟΕΔΒ.
  5. Καφάτος Φ. Κ. (1988) Εισαγωγή στη Σύγχρονη Βιολογία. Αθήνα: Σύγχρονες Επιστήμες-Διογένης.
  6. Αλαχιώτης Σ. (1989)  Εισαγωγή στη Σύγχρονη Γενετική.  Β΄ έκδοση.Ζωγράφου: Σ. Αθανασόπουλος- Σ. Παπαδάμης & Σια.
  7. Τριανταφυλλίδης Κ., Κουβάτση Α. (1995) Γενετική Ανθρώπου. Θεσσαλονίκη: Εκδοτικός Οίκος Αδελφών Κυριακίδη.
  8. Γρανίτσας Α. Ν. (1984) Γενική Βιολογία. Τρίτη Έκδοση. Θεσσαλονίκη: Εκδοτικός Οίκος «Παρατηρητής».
  9. Μαρμάρας Β., Λαμπροπούλου-Μαρμάρα Μ. (1995) Βιολογία Κυττάρου-Τρίτη Έκδοση. Πάτρα: Εκδόσεις Χατζηϊωάννου.
  10. Μαρμάρας Β., Λαμπροπούλου-Μαρμάρα Μ. (2000) Βιολογία Κυττάρου-Μοριακή Προσέγγιση, Τέταρτη έκδοση. Πάτρα: Typorama.
  11. Roberts M.B.V. (1975) Biology Second Edition. London: Nelson.
  12. Weaver R., Hedrick P. (1997) Genetics, third edition. Chicago London: WCB.
  13. Stryer L. (1995) Ελληνική Έκδοση: Βιοχημεία (Τόμοι 1ος – 2ος). Ηράκλειο: Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.
  14. Campbell N., Reece J. (2010) Ελληνική Έκδοση: Βιολογία (Τόμος Ι). Ηράκλειο: Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.
  15. Watson J. , Baker T., Bell S., Gann A., Levine M., Losick R. (2008) Ελληνική Έκδοση: Μοριακή Βιολογία του Γονιδίου. Αθήνα: Utopia. 
Print Friendly, PDF & Email
ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ

Εγγραφείτε στο Newsletter μας!

Μείνετε ενήμεροι για νέα και άρθρα μας.