Scienze · Biologia · nucleo scienze-15 · classe terza proposta editoriale. La collocazione in terza è una scelta editoriale, non un programma ministeriale annuale. Per le seconde e terze del 2026/27 resta il riferimento al DM 254/2012, fino alla conclusione del corso delle coorti interessate. Il decreto indica obiettivi al termine della terza: non impone questa lezione in questa annualità. Raccordo: modellizzazione, evoluzione dei viventi e basi della trasmissione dei caratteri. N1
La domanda da risolvere
Come può diventare più comune un carattere senza che nessun individuo lo trasformi durante la propria vita?
Alla fine dovrai collegare variazione iniziale, trasmissione ereditaria ipotizzata e differenze nel numero di discendenti. Dovrai confrontare le proporzioni tra generazioni e spiegare perché un cambiamento del singolo non è, da solo, evoluzione della popolazione.
Prerequisiti: distinguere individuo e popolazione; contare frazioni semplici. Durata suggerita: 60 minuti, adattabile dall’insegnante. Non servono nozioni di genetica mendeliana.
Spiegazione: tre condizioni, nessuna intenzione
In una popolazione gli individui possono presentare caratteri diversi. Questa variabilità è il punto di partenza, ma non basta per spiegare un cambiamento ereditario tra generazioni. Perché la selezione produca quel cambiamento, la differenza rilevante deve essere almeno in parte trasmissibile e deve essere collegata a un diverso contributo alla generazione successiva. Qui per successo riproduttivo intendiamo il numero di discendenti che entrano nella generazione seguente: non la forza fisica, il valore di un individuo o la sola durata della sua vita. Se alcuni tipi lasciano più discendenti e questi ereditano il carattere, la sua frequenza può aumentare nella popolazione. Queste sono le tre condizioni che useremo: variazione, ereditarietà e riproduzione differenziale. 1
Non è necessario che un individuo cambi il proprio carattere. Nel modello ciascun individuo conserva il suo tipo e viene seguito soltanto per una generazione. A cambiare è la composizione della popolazione quando confrontiamo genitori e nuovi discendenti. L’evoluzione biologica riguarda cambiamenti ereditari delle popolazioni attraverso le generazioni, non individui che evolvono durante la simulazione. Un cambiamento del singolo durante la vita, anche come risposta alle condizioni ambientali, non dimostra da solo un cambiamento evolutivo. Perciò non dobbiamo equiparare acclimatazione individuale ed evoluzione della popolazione. Non svolgeremo esperimenti fisiologici né supporremo che ogni cambiamento osservabile sia ereditario. 2
La selezione non prevede il futuro e non dà agli organismi ciò di cui hanno bisogno. La formulazione «sono diventati di tipo A perché ne avevano bisogno» salta il passaggio decisivo: i tipi erano già diversi all’inizio e hanno contribuito in modo diverso alla generazione seguente. Non c’è un progetto da raggiungere. Inoltre un vantaggio riproduttivo dipende dalle condizioni: non rende un tipo migliore in assoluto. Nel nostro secondo ambiente inventato cambieremo proprio questa relazione, senza trasformare alcun individuo. 2 3
I cartoncini rendono visibile una conseguenza logica di alcune regole. Non sono organismi e non misurano la natura. L’ereditarietà perfetta e i numeri di discendenti saranno ipotesi dichiarate, non risultati scoperti. Una simulazione coerente aiuta a comprendere un meccanismo, ma non prova che una specie reale abbia quei caratteri o quei ritmi riproduttivi. Per sostenere un caso reale servirebbero osservazioni e prove pertinenti: qui non ne produciamo.
Laboratorio su carta: l’archivio dei discendenti
Materiali e ruoli
Per ogni gruppo: fogli, matita e almeno 40 piccoli riquadri di carta, anche disegnati senza ritagliare. Etichette A e B sempre leggibili; non usare il colore come unico segnale. Aggiungere un numero identificativo a ogni individuo. Chi preferisce può dettare i conteggi a un compagno o lavorare con un elenco scritto invece dei cartoncini.
Una persona legge le regole, una compila il registro e una controlla i conteggi; i ruoli possono ruotare. Si lavora esclusivamente con carta: niente animali vivi, colture, campioni biologici o manipolazione genetica.
Le regole che dobbiamo dichiarare prima
- La popolazione immaginaria iniziale, G0, contiene otto individui: A01, A02, A03, A04, B01, B02, B03 e B04. A e B indicano due varianti di un carattere immaginario già presenti prima della prova. Non sono nomi di geni, alleli o specie.
- Ipotizziamo una riproduzione asessuata con trasmissione perfetta del tipo: un genitore A dà discendenti A; un genitore B dà discendenti B. È una regola del gioco, non una legge universale dell’ereditarietà.
- Nell’ambiente X, ogni A contribuisce con esattamente due nuovi individui alla generazione seguente e ogni B con esattamente uno. I numeri rappresentano il contributo riproduttivo netto imposto dal modello; non separiamo nascita, sopravvivenza e accesso alla riproduzione. Non ne inventiamo una causa biologica.
- Le generazioni non si sovrappongono: dopo aver registrato i discendenti, si archiviano i genitori. Non si sommano genitori e figli. Nessun cartoncino-genitore viene corretto da B ad A o da A a B; i discendenti sono nuovi individui con nuovi identificativi.
- L’ambiente resta invariato durante ogni prova. Non ci sono nuove varianti, migrazione o estrazioni casuali. I contributi riproduttivi sono identici per tutti gli individui dello stesso tipo. Non modellizziamo competizione o un limite di risorse: ci fermiamo a due passaggi generazionali, senza proiettare questa crescita indefinitamente.
- Tutti i numeri e i risultati sono inventati: non sono dati biologici reali, stime o previsioni per una specie. Il modello non rappresenta tutta l’evoluzione e non permette di stimare quanto tempo richieda in natura.
Procedura guidata, circa 25 minuti
Preparazione. Disponete G0 su una riga e scrivete: «4 A su 8; 4 B su 8». Prima di procedere, prevedete se cambieranno i singoli tipi oppure le loro proporzioni nella nuova generazione.
Da G0 a G1 in X. Sotto ciascun A disegnate due nuovi riquadri A; sotto ciascun B disegnatene uno B. Date nuovi identificativi e annotate il genitore: per esempio A01 → A01.1 e A01.2. Archiviate G0 fuori dalla riga attiva. Contate soltanto G1 e calcolate la frequenza di A come numero di A diviso numero totale.
Da G1 a G2 in X. Ripetete la stessa regola sugli individui nuovi di G1. Archiviate G1 e contate solo G2. Non cambiate la lettera di alcun genitore. Fermate la prova qui.
Controllo neutro. Ripartite da una copia di G0, non da G2. Ora ogni A e ogni B lascia un solo discendente dello stesso tipo. Ripetete due passaggi. Sono ancora presenti variazione ed ereditarietà ipotizzata, ma non una differenza di contributo riproduttivo legata al tipo.
Confronto con Y. Ripartite ancora da G0. Nell’ambiente Y ogni A lascia un discendente e ogni B ne lascia due. Eseguite due passaggi. È una seconda prova separata: non un improvviso cambiamento di ambiente dentro la prova X.
Scheda da ricopiare per ciascuna delle tre prove:
- G0: numero A ; numero B ; totale ; frequenza A /; frequenza B /___.
- G1: numero A ; numero B ; totale ; frequenza A /; frequenza B /___.
- G2: numero A ; numero B ; totale ; frequenza A /; frequenza B /___.
- Un collegamento genitore-discendenti che abbiamo controllato: ___.
- È cambiato il tipo di un genitore? ; che cosa è cambiato tra generazioni? .
Risultati attesi: solo esiti delle regole inventate
In X: G0 ha 4 A e 4 B, totale 8; G1 ha 8 A e 4 B, totale 12; G2 ha 16 A e 4 B, totale 20. La frequenza di A passa da 1/2 a 2/3 e poi a 4/5. Quella di B passa da 1/2 a 1/3 e poi a 1/5. B non diminuisce in numero assoluto: diminuisce la sua quota sul totale. Nessun B è diventato A.
Nel controllo neutro: G0, G1 e G2 hanno ciascuna 4 A e 4 B, totale 8. Le frequenze rimangono 1/2 e 1/2. Non possiamo concludere che in natura, senza selezione, ogni frequenza resterebbe sempre costante: qui abbiamo escluso anche altri processi e il caso.
In Y: G1 ha 4 A e 8 B, totale 12; G2 ha 4 A e 16 B, totale 20. La frequenza di A passa da 1/2 a 1/3 e poi a 1/5; quella di B da 1/2 a 2/3 e poi a 4/5. Cambia quale tipo è favorito dalle regole, non la volontà degli individui.
Diagramma accessibile: che cosa passa da una generazione all’altra?
Il diagramma seguente si legge dall’alto verso il basso. Le frecce significano «genera nuovi discendenti secondo la regola», mai «si trasforma in». Le etichette sono testuali e non richiedono di riconoscere colori. È disponibile anche il sorgente Mermaid con descrizione accessibile.
G0 — popolazione iniziale: 4 A + 4 B = 8 individui
|
| Ambiente X: ciascun A genera 2 A; ciascun B genera 1 B.
| Ereditarietà perfetta IPOTIZZATA; i genitori sono archiviati.
v
G1 — nuovi individui: 8 A + 4 B = 12 individui
|
| Stessa regola; nessun individuo cambia tipo.
v
G2 — nuovi individui: 16 A + 4 B = 20 individui
Quota di A: 1/2 -> 2/3 -> 4/5
Cambia la composizione della popolazione, non il tipo dei singoli.
RISULTATI INVENTATI DEL MODELLO, NON DATI BIOLOGICI REALI.
Descrizione equivalente in prosa. Si parte da otto individui, metà A e metà B. Ogni A lascia due discendenti A e ogni B un discendente B. La prima generazione nuova contiene otto A e quattro B. Applicando di nuovo la regola si ottengono sedici A e quattro B. I nuovi individui sostituiscono i genitori nel conteggio. La quota di A aumenta, mentre nessun individuo cambia tipo.
Esercizi
1. Conti e denominatori. In X ricostruisci G1 e G2. Perché non si deve scrivere «G1 contiene 20 individui» sommando gli otto genitori ai dodici discendenti? Calcola le due frequenze in G2.
2. Dove sono le tre condizioni? Indica quale regola rappresenta la variazione, quale l’ereditarietà e quale il diverso successo riproduttivo. Sono state osservate in organismi reali o introdotte come ipotesi?
3. Correggi la spiegazione. «I B avevano bisogno di diventare A e per questo la popolazione si è adattata». Riscrivi la frase usando le generazioni di X e una causa verificabile nel modello.
4. Acclimatazione o evoluzione? Due brevi scenari sono anch’essi inventati. Nel primo gli stessi otto individui mostrano una risposta temporanea all’ambiente durante la propria vita, descritta nel racconto come acclimatazione; non sono osservati discendenti né cambiamenti ereditari tra generazioni. Nel secondo nessun individuo cambia tipo, ma da G0 si passa a G1 secondo X. Quale scenario rappresenta il meccanismo evolutivo modellizzato qui? Il primo basta a dimostrare evoluzione?
5. Conta o proporzione? Un compagno afferma: «In X i B si sono dimezzati a ogni passaggio». Usa conteggi e frazioni per spiegare due errori nella frase.
6. Cambiare le condizioni. Confronta X, controllo neutro e Y partendo sempre da G0. Quale tipo aumenta in frequenza in ciascuna prova? Perché non possiamo chiamare A «il tipo migliore in ogni ambiente»?
7. Se togliessimo la trasmissione. Immagina di non conoscere più il tipo dei discendenti: sappiamo solo che un genitore A contribuisce con due discendenti e un B con uno. Possiamo ancora dedurre che G1 abbia otto A e quattro B? Quale informazione manca?
8. Che cosa possiamo pubblicare? Scegli la conclusione sostenibile e correggi le altre: (a) «Questa specie in natura aumenta A fino all’80% in due generazioni»; (b) «Con le regole dichiarate, nella simulazione X A raggiunge 4/5 in G2»; (c) «La prova dimostra che l’evoluzione avviene sempre senza caso e senza limiti di risorse». Proponi inoltre una verifica necessaria prima di applicare lo schema a una popolazione reale.
Risposte motivate
1. G1 = 8 A + 4 B = 12; G2 = 16 A + 4 B = 20. I venti individui di G2 non sono gli otto genitori di G0 più G1: risultano da un secondo passaggio riproduttivo. Le generazioni del modello non si sovrappongono, quindi sommare i genitori a G1 contraddice la regola. In G2 A = 16/20 = 4/5 e B = 4/20 = 1/5.
2. Variazione: in G0 ci sono già A e B. Ereditarietà: ogni discendente conserva il tipo del proprio genitore per ipotesi. Riproduzione differenziale: in X un A contribuisce con due discendenti e un B con uno. Si tratta di regole assegnate a individui immaginari, non di osservazioni biologiche.
3. «A e B erano già presenti in G0. In X gli A lasciano più discendenti per individuo; poiché il tipo viene trasmesso secondo l’ipotesi, la frequenza di A aumenta da G0 a G2. Nessun B diventa A». Questa frase esplicita variazione precedente, contributo riproduttivo ed ereditarietà senza attribuire bisogni o intenzioni. 1 4
4. Il secondo scenario rappresenta il meccanismo del modello, purché resti dichiarata l’ereditarietà ipotizzata. Il primo mostra soltanto un cambiamento individuale durante la vita: non basta per dimostrare evoluzione della popolazione. Non occorre negare il cambiamento del singolo; occorre non confonderlo con quello ereditario tra generazioni. Non sono proposti qui meccanismi fisiologici reali di acclimatazione. 2
5. Il numero dei B rimane quattro: non si dimezza. La loro frequenza scende da 1/2 a 1/3 e a 1/5, ma neppure queste quote si dimezzano a ogni passaggio. La diminuzione relativa dipende dall’aumento degli A e quindi del denominatore.
6. In X aumenta la frequenza di A; nel controllo nessuna delle due cambia; in Y aumenta B. I contributi riproduttivi dipendono dalle condizioni assegnate: il confronto non autorizza una superiorità assoluta di A. Il controllo serve a isolare la differenza di contributo legata al tipo all’interno di questo modello, non a descrivere ogni popolazione naturale. 2
7. No. Il totale di G1 resterebbe dodici per le regole sui contributi, ma mancherebbe la regola che collega il tipo del genitore a quello dei discendenti. Senza questa informazione non possiamo dedurre le frequenze A/B: la differenza di successo riproduttivo, da sola, non giustifica i conteggi per tipo.
8. È sostenibile soltanto (b), come risultato condizionato dalle regole. (a) inventa una specie e trasforma un calcolo in un dato reale; (c) trasforma esclusioni del modello in leggi della natura. Una verifica pertinente sarebbe stabilire con prove appropriate se il carattere studiato è trasmissibile, oppure misurare se nella popolazione reale i tipi differiscono effettivamente nel contributo alla generazione successiva. La nostra attività cartacea non effettua queste verifiche.
Controllo finale per l’insegnante
Chiedere una risposta di tre frasi: «In partenza…; tra generazioni…; non possiamo concludere…». Valutare separatamente: correttezza di conteggi e frequenze; collegamento delle tre condizioni; distinzione individuo/popolazione senza finalismo; riconoscimento dei limiti e della natura inventata dei risultati. Per ciascun criterio: 0 = assente o errato, 1 = parziale, 2 = completo con motivazione. Il massimo è 8; la griglia è una proposta editoriale, non uno standard normativo.
Non introduciamo una corrispondenza tra A/B e genotipo/fenotipo. Le lettere designano soltanto tipi immaginari di carattere e non permettono inferenze su geni, dominanza o incroci. Questo taglio mantiene il compito sul nesso fra ereditarietà ipotizzata e selezione, senza una scorciatoia genetica non verificata.
Fonti e locatori
I riferimenti 1, 3 e 4 appartengono a un’unica famiglia scientifico-editoriale, UC Berkeley; non sono tre corroborazioni indipendenti. 2 è la seconda famiglia, OpenStax, Rice University, con autori ed elaborazione editoriale distinti. Ogni claim scientifico centrale usa entrambe le famiglie, come dettagliato nel registro di evidenza. I calcoli sono conseguenze del modello, non claim empirici ricavati dalle fonti. Le fonti normative sono separate dalle due famiglie scientifiche.