9789140682222

M. Areskoug, M. Ekborg, B. Lindahl och M. Rosberg

Naturvetenskapens bärande idÊer

Författarpresentationer Mats Areskoug är docent i fysik med didaktisk inriktning vid Malmö högskola. Han har forskningsbakgrund inom kärnfysik, förnybar energiteknik och fysikdidaktik. Mats undervisar i fysik inom lärarutbildningen och har utvecklat undervisningsexperiment och läromedel för grundskola, gymnasieskola och högskola, med inriktning framför allt på frågor kring energi och miljöfysik.

Margareta Ekborg är professor i ämnesdidaktik med naturvetenskaplig ­inriktning vid Malmö högskola. Hon har erfarenhet av undervisning i ­biologi, kemi och naturkunskap samt ämnenas didaktik i grundskola, gymnasieskola och lärarutbildning. Margareta har också arbetat med lärarfortbildning i NO-ämnen och lärande för hållbar utveckling.

Britt Lindahl är universitetslektor i ämnesdidaktik med naturvetenskaplig inriktning vid Högskolan Kristianstad. Hon har erfarenhet från undervisning i matematik, fysik, teknik och data i grundskola och gymnasieskola samt i ämnena och deras didaktik i lärarutbildningen. Britt har även arbetat med lärarfortbildning och har under senare år haft flera uppdrag från Skolverket, Skolinspektionen och Kungliga Vetenskapsakademien.

Maria Rosberg är universitetslektor i fysik vid Högskolan Kristianstad. ­Maria har forskningsbakgrund i laboratorieastrofysik och de naturvetenskapliga ämnenas didaktik. Maria undervisar i kurser som behandlar fysik, astronomi och teknik och deras didaktik inom fristående kurser och lärarutbildningen.

Förord Boken har utvecklats genom intensiva diskussioner mellan samtliga författare. Vi har också fått värdefulla kommentarer, råd och idéer från kolleger.

Speciellt vill vi tacka Olof Olsson, Lunds universitet, och Leif Karlsson, Johan Nelson och Annette Zeidler, Malmö högskola.

Huvudförfattare till de olika kapitlen Margareta Ekborg: ”Inledning”, ”Materia”, ”Liv och hälsa” och ”Genetik och evolution”.

Mats Areskoug: ”Energi”, ”Kraft och rörelse” och ”Naturvetenskapens ­karaktär”.

Maria Rosberg: ”Universum och vårt solsystem”.

Britt Lindahl: ”Undervisningens bärande idéer”.

Innehåll 1. Inledning

Behövs kunskaper i naturvetenskap?

Bärande idéer i naturvetenskap Begrepp, modeller och teorier Naturvetenskapens karaktär Undervisning i naturvetenskap i grundskolan Bokens uppläggning och innehåll

9 10 11 11 12 13 16

2. Materia

23

23 25 26 30 32 41 44

Partikelmodellen Makro-, mikro- och symbolnivå Faser och fasövergångar Lösningar och löslighet Kemiska reaktioner Kretslopp och hållbar utveckling Ingenting försvinner och allting sprider sig

3. Energi

51

51 53 56 57 72 81 84

Energins oförstörbarhet Vad använder vi energi till? – Energitjänster Energiformer och energiomvandlingar Energiformer Varifrån kan vi få energi? – Energitillgångar Begreppet energi Hur får man bäst nytta av energin? – Energihushållning

4. Liv och hälsa

Levande organismer Hälsa

91 91 103

5. Genetik och evolution

113

114 120

Genetik Evolutionen

6. Kraft och rörelse

131

131 142 147 153

Vad är en kraft?

Newtons lagar i praktiken Primära typer av kraftverkan Krafter på mikronivå

7. Universum och vårt solsystem

159

160 164 181 185

Observationer av universum Solsystemet Galaxer Universums uppkomst – Big Bang

8. Naturvetenskapens karaktär

193

194 197 204 208

Naturvetenskap Vetenskap Pseudovetenskap Naturvetenskapens bas

9. Undervisningens bärande idéer

213

Utgå från elevernas nyfikenhet och fascination

Utveckla elevernas kunskaper i och om naturvetenskap Använd språket som ett redskap för lärande Bedöm för att stödja elevernas lärande En modell för undervisning

214 215 216 217 218

Litteratur

221

naturvetenskapens bärande idéer

Bokens uppläggning och innehåll Inspirerade av Millar (1996) och Harlen (2010) och med lång erfarenhet av undervisning i naturvetenskapliga ämnen i både grundskola, gymnasieskola och lärarutbildning har vi valt ut och formulerat ett antal bärande idéer som grund för denna bok. Idéerna är relevanta för innehållet i grundskolans kursplaner 1–6 (Lgr11) och boken är avsedd för lärarutbildning och lärarfortbildning.

Kapitel 2. Materia Materia är oförstörbar, den kan varken skapas eller förintas, men den kan omvandlas på olika sätt. All materia är uppbyggd av par­ tiklar.

Begrepp och modeller som behandlas är partikelmodellen, löslighet, fas­ övergångar, kemiska reaktioner, kretslopp och hållbar utveckling.

Kapitel 3. Energi Energi är oförstörbar, den kan varken skapas eller förintas. Men energi ­omvandlas mellan olika energiformer, och energiomvand­ lingar medför att någonting händer. Energi som omvandlas av sig själv blir mindre och ­mindre användbar och alltmer utspridd i omgivningen.

I kapitlet behandlas de bärande idéerna och begrepp som energiformer, energiomvandlingar och energitjänster. Exempel hämtas från energi i hem, samhälle och universum. Energihushållning och energikvalitet diskuteras.

Kapitel 4. Liv och hälsa Allt levande är uppbyggt av celler och har ämnesomsättning. Cel­ len är grunden även i en flercellig organism. I komplexa organis­ mer är cellerna organi­serade i vävnader, organ och organsystem.

Begrepp som tas upp är liv och död, metabolism (ämnesomsätt­ning) och organisation i högre organismer med fokus på människan.

16

inledning En annan bärande idé är: Många sjukdomar orsakas av mikroorganismer som virus och bakterier och dessa kan spridas i luft, vatten, livsmedel och ge­ nom beröring.

I detta avsnitt tas begreppet mikroorganismer, smittspridning, vaccinationer och antibiotika upp. Slutligen behandlas några hälsofrågor relaterade till kost och motion.

Kapitel 5. Genetik och evolution Genetisk information överförs från en generation till nästa.

Med utgångspunkt i människan och med referenser till andra organismer behandlas i kapitlet begreppen art, gen, DNA, kromosom, replikation, proteinsyntes samt mutation. I ett kort avsnitt behandlas arv och miljö och i ett avsnitt behandlas antibiotikaresistens.

En annan bärande idé är: Livets utveckling på jorden är ett resultat av evolution.

Evolutionsteorin förklarar utvecklingen av livet på jorden från de första primitiva bakterierna för cirka 4 miljarder år sedan till den biologiska mångfald vi ser i dag. De genetiska begreppen är grunden i evolutionsteorin.

Begrepp som särskilt fokuseras är variation, selektion, slump och anpassningar.

I kapitlet finns också några exempel där kunskap i genetik och evolution är viktiga – växtförädling och antibiotikaresistens.

Kapitel 6. Kraft och rörelse Föremål kan påverka varandra med krafter på stora och små avstånd. Det behövs en kraft för att starta eller bromsa eller ändra riktning på en rörelse, men inte för att hålla en rörelse i gång med oförändrad fart och riktning.

Alla krafter kan återföras på några få grundläggande typer: gravi­ tationskraft eller tyngdkraft, elektromagnetisk kraft och kärnkraft.

17

naturvetenskapens bärande idéer I kapitlet utreds sambandet mellan kraft och rörelse. Vidare behandlas de primära krafterna gravitation, elektrisk kraft och kärnkraft. Deras betydelse i vardagsvärlden, universum och på partikelnivå diskuteras.

Kapitel 7. Universum och vårt solsystem Jorden roterar kring sin axel och rör sig runt solen. Vårt solsys­ tem ingår i galaxen Vintergatan, som är en av många galaxer i universum. Universum uppstod i en hastig expansion som har fått namnet Big Bang.

Solsystemet, Vintergatan, galaxer och Big Bang-modellen behandlas. Bland annat utreds planeternas rörelse runt solen och hur detta bestämmer fenomen som dag och natt, årstider och klimat.

Kapitel 8. Naturvetenskapens karaktär Naturvetenskap bygger på empiriska data. Dessa data ger under­ lag för teo­rier och modeller som knyter samman olika fenomen genom ­orsakssamband. Teorierna testas i upprepbara och kon­ trollerade experiment.

Naturvetenskapen utvecklas och utvidgas ständigt genom ny ­forskning, dock är den dominerande kunskapsmassan oerhört väl säkerställd.

Tillämpningar inom naturvetenskap har ofta sociala, ekonomiska och politiska implikationer.

I kapitlet diskuteras vad naturvetenskap är och hur den kan beskrivas.

Därpå följer ett avsnitt om vad som karakteriserar naturvetenskaplig forskning och hur detta överförs till undersökande arbetssätt i skolan. Slutligen diskuteras skillnaden mellan vetenskaplighet och ovetenskaplighet.

Kapitel 9. Undervisningens bärande idéer Utgå från elevernas nyfikenhet och fascination.

Utveckla elevernas kunska­per i och om naturvetenskap.

Använd språket som ett redskap för lärande.

Bedöm för att stödja elevernas lärande.

18

inledning Boken avslutas med några tankar om NO-undervisning i F–6. Viktiga principer är att undervisningen utgår från elevernas intressen och nyfikenhet och att den ger eleverna redskap att förstå den värld de lever i. Att utveckla elevernas språk samt att ge konstruktiv feedback stärker elevernas läran­ de. Kapitlet avslutas med ett förslag på en undervisningsmodell. * Kapitlen är uppbyggda med likartad struktur. I varje kapitel ger vi först en introduktion med en kort beskrivning av den bärande idén, varefter mer detaljerade förklaringar av relevanta begrepp, modeller och teorier behandlas. I varje kapitel diskuteras vardagliga fenomen och samband som kan belysas, beskrivas eller förklaras med hjälp av den bärande idén. Vissa til�lämpningar av de bärande idéerna presenteras i gråtonade rutor. I texten anknyter vi till kursplanerna i Lgr11 för att styrka relevansen för skolans undervisning.

19

Förr kunde man tillverka filmjölk genom att helt enkelt ställa fram skålar med färsk mjölk. Då bildade mjölksyrabakterierna (som finns naturligt i mjölk) mjölksyra och man fick ”filbunke”. Numera pastöriserar man mjölken på meje­ riet. Då dör dessa bakterier och man kan därför inte tillverka filmjölk på det sättet längre. När man på mejeriet ska tillverka syrade produkter, fil, yoghurt, crème fraiche med mera tillsätter man därför bakterier. Man har tagit fram olika mikroorganismer för att få variation i smaken.

Andra mikroorganismer kan under syrefria förhållanden omvandla matavfall eller rötslam till biogas, metangas, som kan användas som drivmedel i motor­ fordon. I allt fler kommuner har hushållen nu särskilda sopkärl för matavfall, så att det kan utnyttjas för biogasproduktion.

Det finns också exempel på anaeroba processer som vi inte alls uppskattar.

Om en kompost är för tätt packad eller vattendränkt får man inte den nedbryt­ ning man vill ha utan de anaeroba processerna tar över med dåligt resultat som följd. För att undvika detta ska man se till att det finns ordentligt med luft i en kompost.

Vi uppmärksammas ofta på att det finns döda bottnar i Östersjön och att en orsak till detta är algblomningen som förekommer någon period varje sommar.

Också här är anaeroba processer inblandade. Läs mer i rutan ”Övergödning och algblomning” nedan.

Övergödning och algblomning Nästan varje sommar kan vi läsa om och se bilder av en gröngul giftig sörja i Östersjön vilken gör att vi tycker att det är oaptitligt och hälsovådligt att bada.

Det är algblomning. På sikt orsakar algblomningen också döda partier av bott­ narna i Östersjön. Egentligen är begreppet algblomning missvisande eftersom det inte är alger som utvecklas i stor mängd utan cyanobakterier. De kallades förr blågrönalger, men i dag menar man att de snarare är en typ av fotosynte­ tiserande bakterier.

Det finns flera faktorer som i ett komplext samband bestämmer hur arterna i ett ekosystem utvecklas. För att förklara processerna behöver vi använda flera av de begrepp som behandlats i detta kapitel – löslighet, fotosyntes, nedbryt­ ning, anaeroba processer.

För att växa behöver växter och cyanobakterier det som ingår i fotosyntesen, det vill säga vatten och koldioxid, och dessa ämnen finns det ofta gott om i ­naturliga miljöer. Men de behöver också närsalter för att som tidigare nämnts bygga en del andra ämnen som behövs i växternas olika delar. Tillväxten begrän­ sas av det som det finns minst av. Man kan jämföra med bakning – om man vill baka många sockerkakor räcker det inte att ha gott om mjöl, socker, smör och bakpulver. Om man endast har tre ägg hemma blir det ändå bara en kaka. Det är alltså den ingrediens det finns minst av som bestämmer hur många kakor det kan bli. Detta gäller också i ett ekosystem. I ett naturligt vattendrag finns det ofta en viss brist på närsalter, och då begränsar dessa tillväxten. Kommer det ut stora mängder närsalter i havet är de inte längre begränsande och då händer det att alger utvecklas i så stora mängder att det blir algblomning.

Närsalter förs ut i havet från jordbruket, trafiken, kommunala reningsverk och förbränningsanläggningar. De viktigaste närsalterna är nitrater, som inne­

38

materia

Figur 6. Algblomning i Östersjön.

håller kväve, och fosfater, som innehåller fosfor. Att de kan transporteras ut i haven beror på att de är vattenlösliga. När växter och djur dör löses nedbryt­ ningsprodukter (bl.a. närsalter) från dem i vatten i marken och blir på så sätt tillgängliga för växterna igen. Markvattnet i sin tur rör sig och rinner ut i vatten­ drag eller ned till grundvattnet beroende på hur fuktig marken är och hur myck­ et det regnar.

Från jordbruket kommer främst nitrater eftersom de är mer lättlösliga än fosfater vilket betyder att de löser sig lättare i markvattnet medan fosfater ligger kvar i jorden. I jordbruket transporterar man bort skörden och då återförs inte närsalterna som i ett mer naturligt ekosystem. Därför gödslar man marken. Om man ger mer gödning än växterna behöver finns det risk att nitraterna som löser sig i markvattnet, följer med ut i vattendragen och så småningom ut i havet.

39

Lantbrukarna försöker beräkna hur mycket gödning som behövs och optimera tillsatserna, men det är inte helt enkelt att beräkna och väderleken överraskar ibland, till exempel med mer regn än väntat. En annan källa till nitrater är trafi­ ken. Vid förbränning till exempel i bilmotorer bildas olika kväveoxider och när de löses i markvattnet bildas nitrater.

Också hushållsavloppen innehåller närsalter. Det kommer kväveföreningar från urinen och det finns fosfat i avföringen och i många tvättmedel. I svenska reningsverk tas både fosfater och nitrater om hand i olika processer för att und­ vika att dessa gödande ämnen kommer ut i vattendragen (recipienten). Även om allt kommunalt avloppsvatten genomgår kemisk rening så är inte denna fullständig utan en mindre andel närsalter kommer ändå ut i det mottagande vattendraget.

De kan verka förvirrande att algblomning orsakar döda bottnar genom syre­ brist. Vi vet att alger har fotosyntes och alltså producerar syre. Och det gör de mycket riktigt också. Men när algerna (cyanobakterierna) förekommer i stor mängd bildar de först och främst ett lager som gör att ljuset har svårt att tränga ned i vattnet, och då minskar fotosyntesen hos andra växtplankton och alger.

Därför kan den totala syreproduktionen i havet minska trots att det finns ett stort antal alger vid ytan.

När sedan denna massförekomst av alger dör sjunker de till botten och ned­ brytningsprocesserna tar vid. Vid botten är det ofta mörkt och ingen fotosyntes pågår, vilket gör att vattnet inte syresätts. När mycket döda växter och djur sjunker ned räcker inte syret, utan anaeroba bakterier tar över nedbrytningen, när syret är slut. Den här typen av mikroorganismer producerar bland annat svavelväte och metan som är giftigt för de flesta djur, vilket gör att dessa tar sig därifrån och i bottenpartier kan det bli så att de enda levande organismerna är just de anaeroba nedbrytarna. I vanliga fall syresätts bottenvattnet när vatten blandas om vid stormar under höstar och vårar, men syret räcker ofta bara till för ett normalt nedfall av döda organismer.

atomer försvinner, utan de olika atomerna kopplar samman sig på olika sätt och uppträder i nya konstellationer.

Här har vi gett några exempel på kemiska reaktioner och deras betydelse. De valda reaktionerna är sådana som lyfts fram i kursplanerna för grundskolans tidiga år. Reaktioner som nämns explicit i kursplanerna är just dem vi tagit upp här – fotosyntes och förbränning. Dessa reaktioner, liksom begreppet kretslopp som behandlas i nästa avsnitt, är viktiga för förståelsen av ekologi. För vidare läsning, se till exempel Pleijel (2013).

Konkret kan man studera fotosyntes och nedbrytning på makronivå.

Man kan så frön och undersöka vad de behöver för att gro. Man följer ­växterna som kommer upp och undersöker hur de utvecklas under olika 40

liv och hälsa

c d

Celler Allt levande består alltså av celler. Det finns många olika slags celler (fig.

23) och man kan dela in dem på flera sätt. De enklaste organismerna är encelliga och består som namnet säger av endast en cell, till exempel bakterier och amöbor. De flesta celler har en cellkärna som innehåller genetisk information i form av DNA. Detta gäller inte bakterier som saknar cell95

naturvetenskapens bärande idéer kärna och där DNA finns i cytoplasman. Celler kan också delas in i växt- och djurceller. Växtcellerna innehåller oftast det gröna färgämnet klorofyll i kloroplaster som möjliggör fotosyntes. Växtcellerna har också en cellvägg utanför cellmembranet, vilket inte djurcellerna har. Därför är växtcellerna fastare i formen eftersom cellulosan som finns i cellväggen ger stadga och struktur (se fig. 24).

Ämnesomsättning – metabolism Celler har, med få undantag, ämnesomsättning, vilket vanligtvis betyder att olika energirika molekyler reagerar med syre för att till slut bilda framför allt koldioxid och vatten. I ämnesomsättningen omvandlas kemisk ­energi, som är bundet i glukos, till värme och rörelseenergi. Det är den kemiska reaktion som kallas respiration eller förbränning och som beskrivits i kapitel 2, ”Materia”. Detta gäller både växt- och djurceller. Fortsättningsvis koncentrerar vi oss på processer i djurceller och framför allt på hur det fungerar i människan.

I kapitel 2, ”Materia” har vi beskrivit anaeroba processer i mikroorganismer i syrefria miljöer. Också människans celler har möjlighet till anaerob omsättning om syret inte räcker till. Då bildas mjölksyra i muskelcellerna och vi känner det som en speciell smärta som vi endast uthärdar kortare stunder. Denna process sker till exempel när vi anstränger oss så mycket att hjärtat inte hinner förse muskelcellerna med syre via blodet i den omfattning som krävs.

Figur 24. Djurcell. Cellen omges av ett cellmembran. I centrum syns cellkärnan.

Mellan cellkärnan och cellmembranet finns cytoplasman. I den finns ett antal cellorganeller med olika funktion.

96

bedömning – lärande eller kontroll

Genetik och evolution Genetisk information överförs från en generation till nästa.

Livets utveckling på jorden är ett resultat av evolution.

111

5

Genetik och evolution När vi sår solrosfrön vet vi att det kommer att växa upp solrosor och inte något annat ur fröna. Hundar föder valpar, korna föder kalvar och ur sköldpaddans ägg kommer sköldpaddsungar. När vi betraktar ett nyfött barn pratar vi ofta om vem det liknar. I dessa fall handlar det om grundläggande genetik. I samhället i dag diskuteras också många frågor med genetiskt innehåll intensivt och ofta oerhört engagerat. Det rör frågor om foster­ diagnostik, genteknik rörande växter, djur och människor samt stamcells­ forskning. Det finns en naturvetenskaplig kunskapsbas i dessa frågor, men de val som görs och de beslut som fattas i olika fall baseras också på andra kunskaper. Många av frågorna innefattar etiska dilemman och be­roende på vilka värderingar man har resonerar olika individer och grupper av indivi­ der på olika sätt. Frågorna inbegriper ofta intressekonflikter på olika ­nivåer.

Det här kapitlet handlar om genetik och evolution. Det är ett innehåll som är svårt för de yngre eleverna eftersom det krävs kunskaper på cell- och molekylär nivå för att förklara ärftlighet. Centralt innehåll om genetik finns därför inte explicit uttryckt i kursplanen i biologi för årskurs 1–6 i Lgr11.

Däremot introduceras evolutionsteori tidigt i biologin. I det centrala innehållet för årskurs 4–6 ingår livets utveckling och organismers anpassning till olika livsmiljöer. I årskurs 1–3 anger det centrala innehållet att eleverna ska gruppera och namnge några växter och djur i närmiljön. Vi har flera gånger i den här boken betonat betydelsen av att tidigt ge elever konkreta upplevelser så att de har en grund att förstå de mer abstrakta samband som ingår i de senare skolåren. Det blir särskilt tydligt inom detta område. ­Genom att studera organismer och beskriva hur de ser ut, var de finns, hur de rör sig, hur de varierar och relatera variationen till organismernas livsmiljö lägger man grunderna för både genetik, evolution och ekologi. Vi återkommer till detta senare i texten.

Den centrala bärande idén om genetik kan formuleras så här: Genetisk information överförs från en generation till nästa.

113

naturvetenskapens bärande idéer Med utgångspunkt i människan och med referenser till andra organismer behandlas i kapitlet begreppen art, gen, DNA, kromosom, replikation, avläsning av DNA-sekvensen till mRNA (transkription), proteinsyntes (translation) samt mutation. I ett kort avsnitt behandlas arv och miljö.

En annan bärande idé är: Livets utveckling på jorden är ett resultat av evolution.

Alla levande varelser har ett gemensamt ursprung. Arter utvecklats genom att de organismer som är bäst anpassade till den miljö där de finns har störst möjlighet att föra sina gener till kommande generationer.

Evolutionen är en teori, som förklarar utvecklingen av livet på jorden från de första primitiva bakterierna för cirka 4 miljarder år sedan till den biologiska mångfald vi ser i dag. De genetiska begreppen är grunden i evolutionsteorin. Begrepp som särskilt fokuseras är variation, selektion, slump och anpassningar. Dessa begrepp är ofta stötestenar när elever ska ta till sig evolutionsteorin (Wallin 2004).

I kapitlet finns också några exempel där kunskap i genetik och evolution tillämpas – växtförädling och antibiotikaresistens.

Genetik Inom genetiken, eller ärftlighetsläran, studeras bland annat hur arvsmassan (genomet) är uppbyggd och hur egenskaper nedärvs.

Art, kromosom, DNA, gen Människan är ett exempel på en art. Det finns miljontals arter på jorden, och många av dem, dock långt ifrån alla, finns beskrivna. Den förste som delade in arter systematiskt var den svenske vetenskapsmannen Carl von Linné (1707–1778). Han grupperade arter i familjer, släkten och ordningar samt gav dem latinska namn. Han grundade sin systematik på noggranna och detaljerade observationer och beskrivningar av organismernas utseen­ de. Fortfarande använder vi detta system. Med dagens teknik kan man bestämma släktskap mer noggrant med DNA-analyser och det har lett till att vissa förändringar har fått göras i det systematiska systemet. Till exempel finns det växtarter som är mycket lika till utseendet och därför tradi­ tionellt har klassificerats till samma familj. Senare DNA-analyser visar 114

genetik och evolution emellertid att de i själva verket är så genetiskt olika att de bör placeras in i olika familjer. Tvärtom händer också att till synes (fenotypiskt) olika organismer numera placeras i samma familj beroende på deras genetiska lik­ heter. Sådana organismer har ett gemensamt genetiskt ursprung men har formats olika av sin miljö.

Det är endast organismer av samma art som genom parning kan få fertil avkomma. När vi människor får ett barn vet vi att det blir ett människobarn. Det finns exempel på djur som korsar sig över artgränserna, till ­exempel häst och åsna, men fölen (mula eller mulåsna) blir inte fertila.

Den nyfödda organismen har fått arvsanlag (gener) från sina båda föräldrar som i sin tur fått gener från sina föräldrar och så vidare. Hos eukaryoter (organismer där cellerna har cellkärna, se kapitel 4, ”Liv och hälsa”) finns ­generna i kromosomer, hos människan 46 till antalet. Av de 46 kromosomerna är 22 parvis lika, vilket betyder att det finns gener för samma egenskap i båda kromosomerna. Organismer med en sådan dubbel genuppsättning kallas för diploida. De 22 paren kallas kroppskromosomer. Dessutom finns det två könskromosomer som betecknas X och Y. Antalet kromosomer varierar hos olika arter, men en viss art har alltid ett bestämt antal kromosomer. Antalet kromosomer är inte relaterat till hur utvecklad arten är. Kromosomerna finns i cellkärnan och består bland annat av DNA. Den totala arvsmassan kallas genom och utgörs av allt DNA som finns i alla kromosomerna. Även om respektive kromosompar bär på anlag för samma egenskaper är de inte alltid identiska, vilket gör att enskilda egenskaper kan få olika uttryck beroen­de på hur de dubbla anlagen samverkar. Ögonfärg är ett typiskt exempel på detta (se avsnittet ”Arv och miljö”, s. 119). I prokaryota organismer (saknar cellkärna) finns genomet som en enda cirkulär DNA-molekyl med ett antal proteiner associerade. Man brukar kalla det för en primitiv kromosom.

I kromosomerna finns en molekyl av en nukleinsyra som heter DNA lindad kring olika protein i flera varv. En gen är en del av DNA-molekylen.

Informationen i de flesta generna anger vilka protein som ska bildas i cellen.

Man säger då att en gen kodar för ett protein. Exempel på protein är alla de enzymer som ser till att kemiska reaktioner startar som de ska. Det finns också en mängd gener som inte kodar för protein. De kan till exempel på olika sätt reglera om och när gener kommer till uttryck. Man kan förenklat säga att de sätter på eller stänger av gener. Angående dessa geners funktion är mycket känt men det återstår ändå mycket att förstå.

DNA är ett ämne som är uppbyggt av två spiralvridna kedjor bestående av sockermolekyler och fosfatgrupper. Vid sockermolekylerna sitter fyra 115

Figur 30. M채nniskans kromosomer (kvinna). Kromosomerna i bilden har f채rgats och bilden 채r tagen i ett speciellt skede i celldelningen d책 kromosomerna blir synliga och ordnar sig parvis.

Figur 31. Modell av DNA-molekyl.

genetik och evolution olika kvävebaser – adenin (A), cytosin (C), gunain (G) och tymin (T). Dessa kvävebaser håller ihop de två kedjorna genom vätebindningar. A och T passar ihop, och C och G passar ihop, och bildar baspar. De fyra baserna kan sitta i olika inbördes ordning och det finns således en oändlig möjlighet till variation, men A parar alltid med T och C med G. En gen är en bit av DNA-molekylen med en unik specifik ordning på basparen och innehåller information för hur till exempel ett specifikt protein ska se ut. Människans kromosomer innehåller sammantaget flera miljarder baspar.

Till 99,9 % har alla människor exakt samma arvsmassa. Det betyder att det skiljer ett baspar på 1000 mellan individer. Med cirka 3 miljarder baspar innebär det att varje människa har 3 miljoner baspar som inte är identiska med andra människor. Alla dessa olikheter ger dock inte synliga skillnader i utseende eller karaktär. En stor del av genomet (arvsmassan) är också identisk med den som finns i andra levande organismer. Det är de gener som styr när vissa gener uttrycks och som gör att alla celler, organ och så vidare utvecklas och att alla de ämnen som styr verksamheten i kroppen produceras vid rätt tillfälle. Uttrycket av individuella gener kan påverkas av diverse yttre faktorer. Därför kan genuttrycket variera mellan individer och till och med mellan enäggstvillingar. Genetiska faktorer och miljöfaktorer gör tillsammans att vi människor varierar med avseende på utseende, tempera­ ment och också hur länge vi kan leva och vilka sjukdomar vi har anlag för.

När protein bildas sker en lokal smältning av de vätebindningar som håller ihop basparen i DNA-molekylen, och det blir en liten bubbla, till vilken ett stort enzymkomplex kan binda och syntetisera (tillverka) en annan nukleinsyra (mRNA) med exakt samma ordning på basparen som den sträng i DNA-molekylen den avlästes från. Detta mRNA lämnar cellkärnan och fungerar som mall så att aminosyror sätts ihop enligt den avlästa in­for­ mationen och protein bildas. Hela processen kallas proteinsyntes. Det första steget då mRNA bildas kallas transkription. Det andra steget då ­amino­syrorna sätts ihop kallas translation. Om man söker på DNA på YouTube hittar man många mycket bra animeringar av DNA och dessa processer.

Förökning – könlig och könlös Människan har könlig förökning vilket innebär att två individer av olika kön parar sig och får ett eller några barn av samma eller olika kön. När spermier och ägg ­bildas halveras antalet kromosomer. I männi­skans könsceller finns därför endast 23 kromosomer. Könscellerna får en kromosom från varje kromosompar. Varje äggcell får 22 kroppskromosomer och en 117

Naturvetenskapens bärande idéer För lärare F–6 Mats Areskoug, Margareta Ekborg, Britt Lindahl, Maria Rosberg

Att undervisa i de naturorienterande ämnena (NO) i de tidiga skolåren är ett utmanande, spännande och roligt uppdrag. Dessa ämnen spänner dock över stora innehållsområden och därför kan det vara svårt att få en överblick och välja ett innehåll som är lämpligt för åldersgruppen.

Den här boken hjälper lärare att få grepp om det viktigaste innehållet i de naturvetenskapliga ämnena. Författarna beskriver naturvetenskaperna ur ett helhetsperspektiv och ger en övergripande struktur, som kompletteras med relevanta begrepp. Naturvetenskapens bärande idéer förklaras mer i detalj och utifrån en rad konkreta vardagliga exempel. Innehållet diskuteras i för­ hållande till Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet (Lgr 11).

Boken kan användas både som kurslitteratur för blivande lärare och som ämnesfördjupning för verksamma lärare.

Mats Areskoug, docent i fysik, Malmö högskola. Margareta Ekborg, professor i ämnesdidaktik, Malmö högskola. Britt Lindahl, universitetslektor i ämnes­ didaktik, Högskolan Kristianstad. Maria Rosberg, universitetslektor i fysik, Hög­ skolan Kristianstad.

Finnur Magnússon är docent och lektor i social omsorg med inriktning äldreområdet vid enheten för socialt arbete vid Malmö högskola.

ISBN 978-91-40-68222-2

9 789140 682222