Dlaczego koala jest cool? Komórki macierzyste w medycynie regeneracyjnej PL

Transkrypt

wersja PL
KWARTALNIK
KWARTALNIK
ISSN
ISSN 1643-8779
1643-8779
(53)
14(58)
2016
2014
BIOLOGICZNA II ŚRODOWISKOWA
ŚRODOWISKOWA
Komórki macierzyste w medycynie regeneracyjnej
Mechanizmy zwiększające różnorodność proteomu
Dlaczego koala jest cool?
Teorie wyjaśniające zjawiska astronomiczne u dzieci i dorosłych
/ Współczesna estetyka przyrody / Wszystko o kortyzolu
Długoterminowy projekt środowiskowy dla klas
/ Questioning the author: jak modelować dialogi na lekcjach?
Ewolucja, dewolucja, nauka – recenzja książki z dyskusją
/ Scenariusz lekcji: komórki macierzyste
wersją
referencyjną
jest wersja EN
PL
1/2016
1
w numerze:
Anna Dawid
Transkrypcyjne i translacyjne
mechanizmy zwiększające
różnorodność proteomu
13 Anita Helińska, Barbara Świerczek, Igor Meszka, Bartosz
narzędzia w internecie
SZKOŁAjak zainteresować
45 Jan Amos Jelinek
96
53
104 Recenzja książki W. Stawińskiego
Teorie wyjaśniające zjawiska astronomiczne u dzieci i dorosłych
Mierzejewski, Karolina Archacka
Potencjalne i rzeczywiste zastosowanie
komórek macierzystych w medycynie
regeneracyjnej
23 Sylwia Śliwińska-Wilczewska, Zuzanna Sylwestrzak, Jakub
Maculewicz, Aleksandra Zgrundo, Filip Pniewski, Adam
Latała
Wpływ związków allelopatycznych...
i wybranych substancji pochodzenia
antropogenicznego na okrzemkę
Bacillaria paxillifera
31
Martyna Nowak
Przyczyny aktualnego stanu jakości
powietrza w Polsce oraz główne
działania mające na celu jego poprawę
informacje
KRÓTKOnajnowsze
odkrycia
zadania
Marcin Trepczyński
Rozumowania w naukach przyrodniczych na tle zadań szkolnych
Recenzja S. Pilichowskiego
książki M. Giertycha
Ewolucja, dewolucja, nauka – z dyskusją
W nurcie życia 68 Natalia Bartoszek, Eliza Rybska
106 Nowe wydanie słynnego podręcznika:
80 Eliza Rybska
108 Recenzja książki dla dzieci
Dlaczego na wsi żyrafa skubie trawę,
a koty w mieście nie piją wody?
Rysowanie w edukacji biologicznej –
model konceptualizacji
88
Sebastian Pilichowski, Agnieszka Tokarska-Osyczka
Długoterminowy projekt środowiskowy
dla klas
Biologia Campbella
Guzik w tarapatach 109 XX Krajowa Konferencja Dydaktyków
Przedmiotów Przyrodniczych
– ogłoszenie
94 Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE
Nowe zadanie PPP
e?
nim
zeni
r
a
as o d
n
y
j
w
u
e
m
ważn poinfor
u.pl
je się
e.ed
40 Urszula Ejlak
Balance is everything – how
environment changes affect farm fish
NAUKA
3
wydarzenia
recenzje
KRÓTKO
NAUKAprzyroda
fizyka
środowisko
badania
narzędzia dydaktyczne
jak uczyćpomysły
scenariusze zajęć
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
geografia
zdrowie
biologia chemia
wersja PL
szyk
u
@ib
ebis
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2016
2
Redaktorzy merytoryczni:
Urszula Poziomek, Jolanta Korycka-Skorupa
Kontakt z redakcją i propozycje tekstów: [email protected]
Strona internetowa: ebis.ibe.edu.pl
Adres redakcji: ul. Górczewska 8, 01-180 Warszawa
Rada naukowa
przewodniczący Rady: prof. zw. dr hab. Adam Kołątaj
(Instytut Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN, Jastrzębiec),
zast. przewodniczącego: prof. dr hab. Katarzyna Potyrała
(Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie),
a także: dr hab. Ondrej Hronec (Uniwersytet w Presowie, Słowacja),
prof. dr hab. Daniel Raichvarg (Uniwersytet Burgundzki w Dijon,
Francja), prof. dr hab. Valerij Rudenko (Wydział Geograficzny,
Uniwersytet w Czerniowcach, Ukraina),
prof. zw. dr hab. Danuta Cichy (założyciel EBiŚ)
prof. zw. dr hab. Wiesław Stawiński (emerytowany profesor
Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie),
dr Renata Jurkowska (Uniwersytet w Stuttgarcie, Niemcy),
dr Paul Davies (Institute of Education, University of London)
Poza radą czasopismo posiada również zespoły doradcze
oraz stałych recenzentów – zob. na stronie: ebis.ibe.edu.pl
Wydawnictwo
Wydawca: Instytut Badań Edukacyjnych,
ul. Górczewska 8, 01-180 Warszawa
Projekt okładki: Marcin Broniszewski (zdjęcie: Fotolia)
Skład i łamanie: Marcin Trepczyński
czasopismo punktowane: 8 punktów,
indeksowane w bazach CEJSH i Index Copernicus
wersją referencyjną czasopisma jest wydanie elektroniczne
opublikowane na stronie: ebis.ibe.edu.pl
wszystkie artykuły z abstraktami zostały zrecenzowane
Szanowni Czytelnicy,
z prawdziwą radością przekazujemy Państwu wersję polską
pierwszego numeru kwartalnika
Edukacja Biologiczna i Środowiskowa opublikowanego 1 kwietnia 2016 r. Stało się już tradycją,
że pierwszy numer publikujemy
w języku angielskim i polskim.
Dzięki wersji angielskiej zagraniczni czytelnicy mają szansę
zapoznać się z faktami i danymi
opisanymi w artykułach publikowanych na łamach EBiŚ. Z drugiej zaś strony, zdajemy sobie
sprawę, że dla polskich Czytelników lektura jest przyjemniejsza w rodzimym języku. Z tego
właśnie powodu, choć z pewnym
opóźnieniem, dostarczamy Państwu wersję polską czasopisma.
Jak Państwo wiedzą, nasz
kwartalnik jest podzielony na
trzy części: NAUKA, SZKOŁA
i KRÓTKO. W tym numerze publikujemy dwa artykuły w dziale
NAUKA, których autorzy pracują
na Uniwersytecie Warszawskim.
Pierwszy z nich to Transkrypcyjne i translacyjne mechanizmy zwiększające różnorodność
proteomu, w którym autorka
wyjaśnia czynniki i mechanizmy odpowiadające za ogromną
różnorodność składu białkowego
w komórkach Eukaryota. Myślę,
że ten problem jest ciekawy
nie tylko dla uczniów właśnie
rozpoczynających przygodę ze
współczesną biologią, ale także
dla nauczycieli szkół ponadgimnazjalnych, którzy przekazują
wiedzę z tego zakresu podczas
swoich lekcji. Drugi artykuł to
Potencjalne i rzeczywiste zastosowanie komórek macierzystych
w medycynie regeneracyjnej,
w którym autorzy opisują niezwykle aktualny i istotny temat,
również chętnie poruszany
w środkach masowego przekazu. Wykorzystanie komórek
macierzystych w medycynie regeneracyjnej zostało wyjaśnione
w artykule w przystępny
sposób i jestem pewien, że
każdy Czytelnik mający choćby
podstawową wiedzę z biologii, znajdzie w nim informacje,
które będzie mógł wykorzystać
w swojej pracy lub podczas nauki.
W dziale SZKOŁA, oprócz wielu innych artykułów mogących
zainteresować nauczycieli i ped-
agogów, publikujemy artykuł
Teorie wyjaśniające zjawiska astronomiczne u dzieci i dorosłych.
Autor wyjaśnia w jaki sposób
dzieci i dorośli tłumaczą zjawiska astronomiczne odnosząc się
do modeli umysłowych. Myślę,
że tezy przedstawione w tym
artykule mogą być przydatne
także w innych, niekoniecznie związanych z astronomią,
dziedzinach nauczania lub badań
naukowych.
Mam nadzieję, że Czytelnicy wersji
angielskiej kwartalnika wrócą
do nas w przyszłym roku, żeby
zapoznać się z kolejnym numerem skierowanym do Czytelników
z całego świata (ebis.ibe.edu.
pl). Zapraszam też wszystkich
Państwa, Czytelników wersji polskiej i angielskiej, do nadsyłania
artykułów przeglądowych lub
badawczych do redakcji (ebis@
ibe.edu.pl) do opublikowania na
łamach kwartalnika EBiŚ.
Z wyrazami szacunku,
Takao Ishikawa
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2016
NAUKA
Sekretarz redakcji: Marcin Trepczyński
Od redakcji
SZKOŁA
Redaktor naczelny: Takao Ishikawa
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Redakcja
wersja PL
Anna Dawid
Streszczenie:
Wyniki sekwencjonowania genomów zaskakują brakiem
wyraźnych związków między liczbą genów a poziomem
skomplikowania organizmu. W połączeniu z badaniami proteomicznymi wskazują ponadto na dużą
dysproporcję między liczbą białek i genów w Eukaryota.
Wytłumaczeniem tych zagadek, obok modyfikacji posttranslacyjnych, mogą być mechanizmy zwiększające
różnorodność proteomiczną. W pracy opisano zarówno
te najczęściej przytaczane, czyli alternatywny splicing, alternatywna inicjacja i terminacja transkrypcji, jak i mniej
znane – redagowanie RNA, alternatywna inicjacja translacji i rekodowanie RNA oraz mechanizm readthrough,
czyli odczytanie kodonu STOP jako kodującego aminokwas.
Im bardziej zgłębia się wybraną dziedzinę nauki,
tym więcej zauważa się uproszczeń i przemilczeń, którymi są obdarzani uczniowie w szkołach podstawowych,
gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych. Jednym z takich
uproszczeń, występujących powszechnie na lekcjach biologii, jest niezwykle popularny schemat jeden gen – jedno
białko. Gen jest w nim przedstawiony jako odcinek DNA
ograniczony promotorem od strony 5’ i terminatorem
od 3’, przepisywany w wyniku transkrypcji na liniową
pojedynczą cząsteczkę informacyjnego RNA (mRNA,
messenger RNA), która następnie w procesie translacji
stanowi matrycę do syntezy białka kodowanego przez
oryginalny gen. U Eukaryota, których geny nie są ciągłe
jak u organizmów prokariotycznych, lecz poprzerywane
sekwencjami niekodującymi (intronami), dochodzi jeszcze etap „składania” (splicingu), w którym z przepisanej
z DNA niedojrzałej cząsteczki pre-mRNA wycinane są
introny, a pozostawiane fragmenty kodujące (eksony)
składane w ostateczną, dojrzałą cząsteczkę mRNA. Ta
zostaje wyposażona w czapeczkę na końcu 5’ oraz ogon
poliadenylowy na końcu 3’ i przetransportowana z jądra
komórkowego do cytoplazmy.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Słowa kluczowe: alternatywny splicing, alternatywne promotory, readthrough
otrzymano: 16.01.2016; przyjęto: 4.03.2016; opublikowano: 1.04.2016
Anna Dawid: licencjat z biotechnologii i chemii (uzyskane
odpowiednio na Wydziale Biologii i Wydziale Chemii UW),
obecnie studentka II stopnia chemii i fizyki w ramach
Kolegium MISMaP UW, afiliacje: Kolegium MISMaP UW oraz
Wydział Biologii UW
wersja PL
SZKOŁA
Transkrypcyjne i translacyjne
mechanizmy zwiększające
3
NAUKA
Transkrypcyjne i translacyjne mechanizmy zwiększające różnorodność proteomu | Anna Dawid | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Ryc. 1. Wartości C dla wybranych grup organizmów, czyli ilości DNA w pg zawarte w haploidalnym jądrze
Źródło: oprac. własne według Gregory (2005).
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2016 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2016
Od połowy XIX aż do połowy XX wieku za najważniejsze składniki komórki uważano białka. Nawet ich
angielska nazwa odzwierciedla ten fakt (ang. protein pochodzi od gr. proteios, czyli „główny”, „wiodący prym”).
W 1869 roku Friedrich Miescher, 25-letni naukowiec
szwajcarski, podczas badania leukocytów, które łatwo
można było wówczas uzyskać z ropy z zużytych bandaży zebranych w pobliskiej klinice, wyizolował z jąder
komórkowych substancję zawierającą znaczące ilości
azotu i fosforu, która ulegała wytrąceniu w środowisku
kwaśnym, nie rozpuszczała się w wodzie i chlorku sodu,
ale rozpuszczała w wodorotlenku sodu i wodorofosforanie sodu. Uznał słusznie, że w żadnym razie nie może
ona zostać zaliczona do żadnej znanej wówczas grupy
związków i nazwał ją „nukleiną” (Dahm, 2005). Szereg
kolejnych odkryć sprawił, że kwas deoksyrybonukleinowy przestał być uważany za zwyczajną cząsteczkę
obecną w jądrze, pełniącą prawdopodobnie funkcję
zbiornika fosforu komórkowego (jak hipotetyzował do
Ryc. 2. Liczba genów u wybranych gatunków
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Źródło: oprac. własne na podstawie Pertea i Salzberg (2010).
zawierającym geny. Przestaje być to dla nas paradoksalne współcześnie, gdy wiemy, że DNA nie składa się
wyłącznie z genów, a w istocie znacząca większość genomu eukariotycznego jest niekodująca. Prawdopodobnie
wiele mechanizmów doprowadziło do nagromadzenia
się niekodującego DNA, a zaliczyć do nich można rozprzestrzenianie się transpozonów („samolubny” DNA),
akumulacja pseudogenów („śmieciowy” DNA), występowanie intronów oraz zjawiska na poziomie chromosomalnym np. duplikacje (Gregory, 2001).
Choć paradoks C został częściowo rozwiązany (pozostały pytania dotyczące pochodzenia i funkcji niekodującego DNA), to porównanie liczby genów między
organizmami również daje zaskakujące wyniki. Zastanawiająca jest stosunkowo mała liczba genów, jakie
posiadają zaawansowane ewolucyjnie i skomplikowane
zarówno morfologicznie, jak i fizjologicznie eukarionty, a w szczególności człowiek (Cooper, 2000). Pierwsze
szacowania ludzkiego genomu pod koniec lat 60. wskazywały, że może się on składać z około 2 milionów ge-
SZKOŁA
Rys historyczny
końca życia Miescher), a stał się symbolem nowoczesnych nauk biologicznych.
Jeden z argumentów przemawiający za rolą DNA
jako materiału dziedzicznego to jego mniej więcej stała ilość (w przeciwieństwie do białek) w komórkach
wszystkich tkanek danego gatunku, za wyjątkiem komórek płciowych, gdzie jest go około dwa razy mniej.
W związku z tym, dla każdego gatunku można podać
wartość C, czyli ilość DNA zawartego w haploidalnym
jądrze komórkowym (zwykle podawane w pg lub bp).
„C” według słów twórcy terminu, Hewsona Swifta, pochodzi od ang. constant (Gregory, 2005). Logicznym
następstwem jest postawienie hipotezy, że ilość DNA
jest wprost proporcjonalna do liczby genów, która z kolei powinna być proporcjonalna do stopnia zaawansowania ewolucyjnego organizmu. Obalona została ona
natychmiast, gdy pojawiła się możliwość porównania
ilości DNA między większą liczbą gatunków (Mirsky,
1951) – okazało się, że jest wiele przypadków, w których mniej rozwinięty ewolucyjnie organizm zawiera
znacznie więcej DNA niż bardziej zaawansowany np. C
salamandry i kury domowej różnią się ponad siedemdziesięciokrotnie (ryc. 1). W latach 70. sformułowano
w związku z tym pojęcie „paradoksu C” obejmującego
trzy zagadkowe fakty:
• Niektóre proste organizmy mają znacznie więcej
DNA niż te bardziej skomplikowane.
• Genomy, rozumiane jako zbiór DNA zawarty
w pojedynczej komórce organizmu, wydają się zawierać więcej DNA niż wynikałoby to z przewidywanej liczby posiadanych genów.
• Niektóre grupy morfologicznie podobnych organizmów mają bardzo duży rozrzut wartości C.
Płynie z nich wniosek, że zawartość DNA nie jest
liniowo skorelowana z liczbą genów, co jest w tym sensie paradoksalne, że stała ilość DNA w organizmie była
właśnie argumentem na to, że DNA jest materiałem
wersja PL
KRÓTKO
Obraz ten jest zdecydowanie niepełny, a świadczy
o tym kilka faktów. Jednym z nich jest brak idealnej
korelacji między liczbą genów a poziomem skomplikowania organizmu. Ponadto u Eukaryota widać dużą
dysproporcję między liczbą genów i białek. Świadczy
to o działaniu mechanizmów znacząco zwiększających
różnorodność proteomu w stosunku do złożoności
genomu. Działają one na różnych etapach transkrypcji
i translacji. Artykuł ma na celu ich opis z podaniem
przykładów szlaków gen-białko, na których występują,
ograniczając się do ich analizy u Eukaryota. Praca nie
omawia modyfikacji posttranslacyjnych, których przykładami są fosforylacja i glikozylacja, a które również
zwiększają różnorodność proteomu.
4
NAUKA
5
zarodkowego i jest silna korelacja między ich użyciem
a rozwojem organizmu (Baek, 2007).
Jednakże translacja mRNA transkrybowanego
z różnych APs może skończyć się identycznym biał-
kiem, jeśli pomimo różnych końców 5’, wspólny jest
dla nich ekson z miejscem inicjacji translacji (wyznaczanym najczęściej przez pierwszy kodon ATG na sensownej nici DNA), a więc ramka odczytu pozostaje taka
(a) Aktywność APs (czarne
strzałki) nie skutkuje powstaniem nowej izoformy
białka, ponieważ drugi ekson, wspólny dla wszystkich
wariantów translacyjnych,
zawiera miejsce inicjacji
translacji zaznaczone jako
ATG. Splicing (ciągłe czarne
linie) zaznaczono w (a) i (b)
tylko dla dwóch pierwszych
eksonów.
SZKOŁA
Źródło: oprac. własne na
podstawie Landry i wsp.
(2003).
NAUKA
Ryc. 3. Typy
i konsekwencje
alternatywnej inicjacji
transkrypcji
Mechanizmy zwiększające różnorodność
informacji genetycznej na poziomie transkrypcji
u Eukaryota
(b) Aktywność APs skutkuje
izoformami różniącymi się
(i) sekwencją N-końca (ii)
długością N-końca.
Za powstawanie alternatywnych transkryptów odpowiadają takie mechanizmy jak alternatywny splicing,
wykorzystanie alternatywnych promotorów, alternatywna poliadenylacja i redagowanie RNA.
(c) Powstają odmienne białka na skutek zmiany ramki
odczytu.
Alternatywne promotory
Ocenia się, że od 40 do 50% genów ludzkich ma
promotory alternatywne (APs, Alternative Promoters),
z których powstają transkrypty z różnymi końcami 5’
pochodzące z jednego genu (Landry, 2003). Badania
wskazują, że APs najpowszechniej wykorzystywane są
w komórkach mózgu, serca i wątroby podczas rozwoju
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Ryc. 4. APs genu kodującego dystrofinę
Źródło: opracowanie na podstawie Brown (2009). Strzałki oznaczają alternatywne promotory aktywne w różnych tkankach. Gen dystrofiny
w 99% składa się z intronów (kolor szary), żółtym kolorem oznaczone są eksony.
KRÓTKO
nów kodujących białka (Kauffman, 1969). Z upływem
czasu podawane były coraz mniejsze liczby. Z początkiem lat 90. szacowania genetyków skłaniały się ku 100
tys. genów (Pennisi, 2003), by w XXI wieku okazało się,
że Homo sapiens ma tylko ok. 22 tys. genów, czyli 5 razy
więcej niż Escherichia coli i mniej niż winorośl czy jeżowce (ryc. 2).
Naukowców zaskoczyły też wyniki badań proteomicznych. W 2014 roku ukazała się publikacja, w której podsumowano dotychczasowe rezultaty analizy
ludzkiego proteomu. Po przebadaniu 17 294 genów,
zidentyfikowano łącznie 30 057 białek powstałych
z 293 700 unikalnych peptydów (Kim i wsp., 2014), co
daje prawie 17 razy więcej peptydów niż sekwencji je
kodujących. Na pomoc w zrozumieniu tych frapujących
statystyk przyszło wiele badań z ostatnich 20-25 lat,
świadczących o istnieniu niezwykłych mechanizmów,
które umożliwiają produkcję wielu białek na podstawie
jednego genu.
wersja PL
promotorach prowadzą do różnych chorób, w tym nowotworów, zaburzeń neuropsychiatrycznych i chorób
rozwojowych. Wybór AP następuje na jednej z dwóch
dróg: zmian w chromatynie i regulacji komórkowej poprzez czynniki specyficzne dla danej tkanki (de Klerk
i ‘t Hoen, 2015). Typowym przykładem działania drugiego z tych mechanizmów jest gen kodujący dystrofinę
(ryc. 4), będący jednocześnie największym poznanym
ludzkim genem (2,5 Mb, 1,5% długości chromosomu X,
0,1% ludzkiego genomu). Składa się z 79 eksonów i posiada wiele APs, które są w różny sposób aktywowane
w zależności od tkanki, czego efektem są różne białka
o odmiennych funkcjach.
Alternatywny splicing
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
Kanoniczny splicing polega na wycinaniu intronów (czyli sekwencji niekodujących) z pre-mRNA
i pozostawianiu w nich wyłącznie eksonów (sekwencji
kodujących). O alternatywnym splicingu (AS) mówi
się w przypadku, gdy eksony z pre-mRNA łączone są
ze sobą na różne sposoby (co może skutkować m.in.
zmianą funkcji produktu), czasem z pominięciem niektórych eksonów i zachowaniem pewnych intronów (co
może wpływać na intensywność translacji lub stabilność mRNA). U ssaków około 95% genów koduje transkrypty podlegające AS (Shabalina, 2014).
Wyróżnia się pięć głównych zdarzeń AS: pomijanie
eksonów (ryc. 5a), użycie alternatywnych eksonów startowych lub końcowych (ryc. 5b,c), zachowanie intronów
(ryc. 5d) i wzajemnie wykluczanie się eksonów (ryc. 5e).
U kilku organizmów zaobserwowano AS w układzie
trans, czyli składanie RNA z eksonów różnych genów
(nie przedstawiono na schemacie). W omawianiu zjawiska AS wyróżnia się też dwa typy eksonów: konstytutywne, które prawie zawsze są włączane do dojrzałego
wersja PL
a)
b)
Ryc. 5. Alternatywny splicing
c)
d)
Źródło: oprac. własne na podstawie Keren i wsp. (2010).
Eksony przedstawione są jako
prostokąty (konstytutywne
– niebieskie, alternatywne – fioletowe), introny jako ciągłe linie,
linie przerywane wskazują opcje
splicingowe.
e)
KRÓTKO
sama (ryc. 3a). Takie transkrypty mogą jednak różnić
się specyficznością tkankową, poziomem ekspresji
lub strukturą drugorzędową regionów nieulegających
translacji (UTR, Untranslated Region), co również może
wpływać na stabilność transkryptu lub wydajność inicjacji translacji. Przykładem może być gen CYP19 kodujący aromatazę P450, inaczej syntazę estrogenu, zawierający tkankowo specyficzne APs, których użycie
umożliwia regulację ekspresji CYP19 w trakcie rozwoju
(Kamat, 2002).
W innych przypadkach transkrypty pochodzące
z różnych APs kodują odmienne białka. Jest to możliwe, gdy APs zawierają odmienne miejsca startu transkrypcji. Mogą różnić się tylko końcem 5’ – sekwencją
(rcy. 3b,i) lub długością (izoforma ΔN) od białka pochodzącego z transkryptu z promotora podstawowego
(ryc. 3b,ii) lub różnić się diametralnie na skutek przesunięcia ramki odczytu (ryc. 3c).
Aktywność APs w genie białka PPARγ daje efekt
w postaci dwóch izoform białkowych różniących się
specyficznością tkankową (Fajas i wsp., 1997). W wyniku transkrypcji jednego genu z różnych APs powstają
białka o odmiennych funkcjach INK4A i ARF (Quelle
i wsp., 1995). Ciekawym przykładem izoformy ΔN powstałej w wyniku aktywności AP jest ΔNp73. Białko
p73 działa podobnie do p53, czyli odpowiada m.in. za
zatrzymanie cyklu komórkowego, indukcję apoptozy
i aktywację genów, z których wyrażone białka pełnią
podobne funkcje. Białko ΔNp73 jest negatywnym regulatorem zarówno p73, jak i p53. Zachowanie ewolucyjne tego AP między gatunkami sugeruje, że istnieje
korzyść dla organizmu w wyrażaniu potencjalnie onkogennego białka. Badania wskazują, że jego obecność jest
niezbędna do prawidłowej indukcji apoptozy przez p53
i p75 (Pozniak i wsp., 2000).
Badania prowadzone na pojedynczych genach wykazały, że wybór APs odgrywa bardzo ważną rolę
podczas rozwoju i różnicowania, a mutacje w tych
6
NAUKA
Użycie miejsc alternatywnej poliadenylacji powoduje powstanie transkryptów różniących się końcem
3’. Transkrypty takie mogą różnić się długością regionu
kodującego, jeśli miejsca alternatywnej poliadenylacji
leżą w eksonie (lub intronie, jeśli w wyniku AS zostanie włączony do dojrzałego mRNA), jednak najczęściej alternatywna poliadenylacja odpowiada za różne
długości 3’-UTR, co wpływa na lokalizację, stabilność
i wydajność translacji, ale sprawia też, że proces ten nie
zwiększa znacząco różnorodność proteomicznej (de
Klerk i ‘t Hoen, 2015).
Przykładem generowania różnorodności białek
przez alternatywną poliadenylację jest wykorzystanie
miejsca alternatywnej poliadenylacji w intronie 9 transkryptu genu luc7l2 u myszy, czego efektem jest skrócone białko z inną domeną C-końcową, występujące m.in.
w mózgu, nerkach i żołądku (Howell i wsp., 2007).
Redagowanie RNA
Redagowanie RNA (inaczej: edytowanie RNA) to
proces polegający na zmianach sekwencji nukleotydowej RNA zaraz po jego syntezie. Choć stosunkowo
rzadki, to został zaobserwowany u bardzo wielu grup
eukariotycznych – zarówno u ludzi, jak i protistów
(np. świdrowców) i roślin (Brennicke i wsp., 1999). Do
edytowania RNA nie zalicza się powszechnych form
modyfikacji RNA opisanych wyżej (splicingu, dodawaniu czapeczki i poliadenylacji), definicja natomiast
obejmuje takie zdarzenia jak insercja, delecja i zamiana
zasady azotowej w obrębie redagowanego RNA. Edytowaniu podlegają zarówno tRNA, rRNA, jak i mRNA,
ale oczywiście tylko zmiany w tym ostatnim mogą
wpłynąć na sekwencję aminokwasową białka.
Sztandarowym przykładem omawianego zjawiska jest edytowanie mRNA ludzkiej apolipoproteiny
B (ryc. 6). Syntetyzowana w wątrobie apopoliproteina
B100 („100” wskazuje liczbę kDa), zbudowana z 4563
aminokwasów, jest wydzielana do krwiobiegu, gdzie
uczestniczy w transporcie lipidów. W komórkach jelita mRNA pochodzący z tego genu ulega redagowaniu poprzez deaminację cytozyny, przekształcającą ją
w uracyl, co zmienia kodon CAA (kodujący glutaminę) na UAA, czyli kodon STOP. Efektem jest powstanie
skróconego białka – apolipoproteiny B48 (tylko 48 kDa
z początkowych 100), odpowiedzialnej za wiązanie i resorpcję kwasów tłuszczowych w wyściółce jelita (Brennicke i wsp., 1999).
Najlepiej opisanym typem redagowania jest deaminacja adenozyny do inozyny, przeprowadzana przez deaminazy adenozynowe działające na RNA (ADAR, adenosine deaminases acting on RNA) (Sacharczuk i wsp.,
2004). Substratem ADAR jest dwuniciowy RNA, który
może powstać na skutek tworzenia par przez sekwencje intronowe i eksony przed etapem wycinania intronów w procesie składania RNA lub w wyniku łączenia
mRNA z RNA antysensownym. Konwersję adenozyny
do inozyny zaobserwowano po raz pierwszy w tRNA
drożdży. Inozyna jest interpretowana przez aparat
translacyjny jako guanozyna, co wynika z ich podobnych właściwości chemicznych. Efektami tej konwersji
są m.in. obniżenie przepływu wapnia przez kanał jonowy na skutek zmiany kodonu glutaminowego na argininowy w mRNA kodującym podjednostkę receptora
kwasu glutaminowego oraz znaczące zmiany w efektywności wiązania białka G przez receptor serotoninowy.
Redagowanie RNA ma też swój udział w uzyskiwaniu różnorodności przeciwciał na skutek edytowania
mRNA immunoglobulin w limfocytach B.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Alternatywna poliadenylacja
wersja PL
SZKOŁA
mRNA oraz alternatywne, które najczęściej ulegają pominięciu.
Pomijanie eksonów to blisko 40% przypadków AS
u wyższych eukariontów, za to jest bardzo rzadkie
u niższych (Keren i wsp., 2010). Zaobserwowano pewne charakterystyczne cechy konserwowanych eksonów
alternatywnych: są one krótsze niż konstytutywne,
a ich długość w liczbie par zasad jest podzielna przez
trzy, co pozwala na zachowanie ramki odczytu zarówno przy pominięciu jak i uwzględnieniu eksonu. Niekonserwowane eksony alternatywne nie mają tych cech
(de Klerk i ‘t Hoen, 2015). Ponadto, u człowieka częściej
pomijane są eksony oflankowane przez dłuższe introny
(Keren i wsp., 2010). Alternatywne końce transkryptu
mogą występować, gdy w eksonach końcowych rozpoznawane jest więcej niż jedno miejsce splicingowe;
takie przypadki stanowią kilkanaście procent zdarzeń
AS. Zachowanie intronów występuje przede wszystkim
u roślin, grzybów i pierwotniaków, u H. sapiens stanowi
jedynie 2-5% zdarzeń AS, co jednak przy 252 243 intronach może wpływać znacząco na proteomiczną różnorodność (Hubé i Francastel, 2015).
Wciąż nie całkiem jest jasne, w jaki sposób spliceosom rozpoznaje alternatywne eksony i dokonuje między nimi wyboru. AS m.in. odgrywa ważną rolę w determinacji płci Drosophila (Venables i wsp., 2012) oraz
jest źródłem zróżnicowania właściwości słuchowych
u ludzi przez generowanie ogromnej liczby transkryptów genu SLO w komórkach włoskowatych ślimaka
(Graveley, 2001). Jako że AS wydaje się raczej regułą
niż wyjątkiem dla ludzkich genów, nie jest zaskakujące,
że zaburzenia splicingu konkretnych genów wiążą się
z chorobami genetycznymi. Najlepiej opisane to rdzeniowy zanik mięśni, dystrofia miotoniczna, retinopatia
barwnikowa, syndrom Frasiera oraz hemofilia A (Ghigna i wsp., 2008).
7
KRÓTKO
Alternatywna inicjacja translacji
Już w 1987 r. wiadomo było, że u ssaków translacja może rozpocząć się od kodonu innego niż AUG
np. ACG (Peabody, 1987) lub CUG (Starck i wsp., 2012).
Mechanizm wyboru alternatywnych miejsc inicjacji
Open Reading Frame), powstanie białko różniące się
N-końcem względem białka powstałego w wyniku
kanonicznej translacji,
• jeśli alternatywny TIS będzie w innej ramce odczytu niż główny ORF lub translacja rozpoczynająca
się od alternatywnego TIS kończy się na kodonie
STOP znajdującym się powyżej głównego ORFa,
spowoduje to powstanie zupełnie odmiennego
białka.
Ponadto ORFy znajdujące się w całości w sekwencji
poprzedzającej głównego ORFa (uORF, Upstream Open
Reading Frame) stanowią ważny element regulatorowy
w ekspresji genów. Rozpoznanie rozpoczynającego je
TIS przez skanującą podjednostkę rybosomalną 40S
i zasocjowane czynniki inicjacyjne może skutkować zatrzymaniem rybosomu w fazie elongacji lub terminacji
na uORF, blokując dostęp do głównego ORFa dla innych
rybosomów lub indukując rozkład mRNA, bezpośrednio wpływając na wydajność translacji głównego ORFa
(Medenbach i wsp., 2011 oraz Barbosa i wsp., 2013).
Ryc. 6. Redagowanie
mRNA ludzkiej
apolipoproteiny B
Źródło: oprac. własne na
podstawie Brown (2009)
Ryc. 7. Przesunięcie ramki
odczytu w translacji
antyzymu ODC
Źródło: oprac. własne według Ivanov i wsp. (2000)
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Ludzki transkryptom zawiera ponad 80 tysięcy
transkryptów kodujących białka, a szacowany rozmiar
proteomu waha się między 250 tys. a 1 mln rodzajów
polipeptydów bez uwzględnienia modyfikacji posttranslacyjnych (de Klerk i ‘t Hoen, 2015). Daje to od
trzech do prawie 13 białek na jeden transkrypt i świadczy o silnie rozwiniętych translacyjnych mechanizmach
zwiększających różnorodność białek. Za takowe uważa
się alternatywną inicjację translacji oraz rekodowanie
RNA, do którego zalicza się poślizg i przeskok rybosomu, zmiana dopasowania kodon-aminokwas oraz readthrough, czyli pomijanie kodonu STOP.
translacji (TIS, Translation Initiation Sites) jest wciąż
niejasny, jednak prawdopodobnie zachodzi na dwa sposoby: zależny i niezależny od czapeczki (Wan i Qian,
2013). W mechanizmie zależnym, do metyloguanozyny na końcu 5’ mRNA wraz z wieloma czynnikami
inicjacji translacji rekrutowana jest mała podjednostka
rybosomu (40S), tworząc kompleks preinicjacyjny 43 S,
który migruje wzdłuż 5’ UTR w ATP-zależnym procesie zwanym skanowaniem, aż do momentu znalezienia
TIS, zazwyczaj kodonu AUG. Jest to najpowszechniejszy mechanizm u eukariontów. Drugi mechanizm inicjacji translacji polega na starcie w miejscu wyznaczonym przez drugorzędową strukturę mRNA (najczęściej
w obrębie 5’ UTR, lecz nie zawsze), zwanym wewnętrznym miejscem wejścia rybosomu (IRES, Internal Ribosome Entry Site).
Skutki wyboru TIS z regionu 5’ UTR w kontekście
generowania różnorodności proteomicznej mogą być
dwojakie:
• jeśli translacja rozpoczynająca się od alternatywnego
TIS kończy się na tym samym kodonie STOP, co
kodon STOP głównej otwartej ramki odczytu (ORF,
wersja PL
SZKOŁA
Translacyjne mechanizmy zwiększające
8
KRÓTKO
Przesunięcie ramki odczytu (frameshifting)
W rozpoznawanych przez rybosom miejscach przesunięcia ramki odczytu, na skutek sygnałów pochodzących najczęściej z oddalonych od tego fragmentu
rejonów RNA, rybosom może wydajnie „prześlizgnąć”
się do przodu lub do tyłu o jeden lub dwa nukleotydy (odpowiednio, +1, +2, -1 i -2), co powoduje zmianę
ramki odczytu i w efekcie powstanie białka o sekwencji
aminokwasowej odmiennej od kanonicznej, oczywiście
poczynając tylko od miejsca poślizgu. Frameshifting +1
i -1 występuje u wielu organizmów, jednak +2 i -2 opisano dotychczas tylko w sztucznych systemach testowych
(Gesteland i Atkins, 1996).
Dobrze poznanym przykładem tego zjawiska jest
mechanizm działania antyzymu dekarboksylazy ornitynowej (ODC, Ornithine Decarboxylase) (ManteuffelCymborowska, 1996). Po raz pierwszy został opisany
jako inhibitor dekarboksylazy ornitynowej, którego
aktywność zwiększają poliaminy, związki bardzo potrzebne organizmowi (m.in. wpływają na szybkość i dokładność translacji), lecz silnie toksyczne w nadmiarze,
w biosyntezie których uczestniczy ODC. Klonowanie
genu kodującego antyzym wykazało, że ORF kodujący biochemicznie funkcjonalne białko nie zawiera kodonu START. Zamiast tego, translacja inicjowana jest
w poprzedzającym i częściowo nachodzącym na niego
ORFie w taki sposób, że przesunięcie ramki odczytu
o jeden nukleotyd daje funkcjonalny produkt w postaci
antyzmu (Ivanov i wsp., 2000). Dalsza analiza wykazała, że przesuwanie ramki odczytu ma faktycznie miejsce i jest stymulowane przez wysoki poziom poliamin
w komórce (ryc. 7). Oznacza to, że synteza antyzymu
podlega ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu – jego synteza prowadzi do hamowania ODC, a w konsekwencji
spadku stężenia poliamin i braku stymulacji przesunięcia ramki odczytu, a więc i spadku ilości antyzymu.
Mechanizm przesunięcia ramki odczytu występuje sze-
Ryc. 8. Mechanizm odczytywania UGA jako kodującego
selenocysteinę
NAUKA
Już ponad 40 lat temu pojawiły się przesłanki przemawiające za tym, że kod genetyczny nie jest w pełni
uniwersalny (Weiner i Weber, 1973 oraz Gesteland i Atkins, 1996). Różne warianty kodu genetycznego zaobserwowano u wielu organizmów i w takim przypadku
zmiana znaczenia kodonu dotyczy całego transkryptomu danego gatunku (organellum) i niezależnie od jego
otoczenia w mRNA (Atkins i Baranov, 2010).
Jeszcze bardziej zagadkowe były późniejsze odkrycia, gdy w latach 80. zaobserwowano przesuwanie
ramki odczytu podczas translacji u E. coli, a później
także wykorzystania podczas translacji dwóch niekanonicznych aminokwasów, selenocysteiny i pirolizyny.
Te zjawiska zalicza się do rekodowania RNA, czyli mechanizmu polegającego na wpływie pewnych sekwencji nukleotydowych na maszynerię translacyjną, czego
efektem są zmiany translacyjne takie jak zmiana ramki
odczytu (frameshifting), zmiana dopasowania kodonu do aminokwasu (redefinition), przeskok rybosomu
(hopping) oraz readthrough, czyli odczyt kodonu STOP
jako kodującego aminokwas. Rezultatem rekodowania
RNA jest zmiana sekwencji aminokwasowej produktu
białkowego. Należy podkreślić, że rekodowanie RNA to
proces dynamiczny, będący pod wpływem wielu sygnałów komórkowych i konkurujący z podstawowym odczytem translacyjnym mRNA (Atkins i Baranov, 2010).
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Źródło: oprac. własne według Copeland (2003)
roko w wielu grupach organizmów, od grzybów po ssaki i jest silnie konserwowany ewolucyjnie.
Włączanie selenocysteiny do łańcucha polipeptydowego
Niezwykłym przykładem rekodowania RNA jest
włączanie selenocysteiny (Sec) (ryc. 8). Nazywana 21.
aminokwasem, wbudowywana jest do łańcucha polipeptydowego podczas translacji u archeontów, bakterii
i eukariontów (Ivanov i wsp., 2000). Do translacji kodonu STOP UGA (zwanego opal) jako selenocysteiny
konieczne są (Copeland, 2003):
• elementy cis w 3› UTR mRNA tworzące strukturę
spinki do włosów, zwane sekwencjami insercji selenocysteiny (SECIS, Selenocysteine Insertion Sequence) w kompleksie z białkiem wiążącym SECIS
2 (SBP2),
• tRNA z antykodonem UCA i naładowany
selenocysteiną (tRNASecUCA), utworzony w wyniku modyfikacji seryny w tRNASerUCA katalizowa-
SZKOŁA
Rekodowanie RNA
wersja PL
KRÓTKO
Użycie alternatywnych TIS jest powszechne u zwierząt (de Klerk i ‘t Hoen, 2015) i występuje zarówno pod
wpływem stresu, jak i w warunkach fizjologicznych.
Szacuje się, że 50%-65% mRNA zawiera więcej niż jedno TIS, a ich występowanie w ssaczych mRNA próbuje
się skatalogować w TISdb (Translation Initiation Sites
database) (Wan i Qian, 2013).
9
W przeskoku translacyjnym rybosom „przeskakuje” przez część mRNA, nie wstawiając żadnego aminokwasu. Można to opisać jako rodzaj „translacyjnego splicingu”. Opuszczony region ma zawsze długość
wielokrotności trzech nukleotydów, dlatego przeskok
rybosomu nie powoduje przesunięcia ramki odczytu.
Jeżeli opuszczona sekwencja była w całości kodująca, to
produkt jest po prostu krótszy niż ten, który powstałby
w wyniku kanonicznej translacji. Jeżeli w opuszczonej
sekwencji znajdował się kodon STOP, przeskok rybosomu powoduje translację sekwencji dotychczas niekodującej (Ivanov i wsp., 2000).
Przez wiele lat jedynym potwierdzonym przypadkiem przeskoku rybosomalnego pozostawała ekspresja
genu 60 bakteriofaga T4, ostatnio jednak zaobserwowano powszechne występowanie tego zjawiska w ekspresji
genów mitochondrialnych drożdży Magnusiomyces capitatus (Lang i wsp., 2014).
Readthrough
Pierwszy raz pojęcia „readthrough” użyto prawdopodobnie w latach 70. (Forget i wsp., 1975), a stosuje
się je do określenia zjawiska, w którym sygnał terminacji pochodzący od kodonu STOP jest ignorowany,
a translacja kontynuowana w tej samej ramce odczytu.
STOP, translacja kończy się jak zawsze. Jeśli jednak
ominięty kodon STOP był jedynym w tej ramce odczytu, rybosom pozostaje złączony z końcem 3’ mRNA
tworząc kompleks rybosom-łańcuch potomny białka
(RNC, ribosome-nascent chain-mRNA complex). Taki
mRNA uwięziony w RNC jest rozpoznawany przez
białka Ski w procesie NSD (nonstop mRNA decay) i ulega degradacji (Wu i Brewer, 2012).
Przez wiele lat uważano, że readthrough kodonu
STOP odgrywa u eukariontów niewielką rolę, jako że
eksperymentalnie został zaobserwowany tylko dla sześciu genów typu dzikiego w trzech gatunkach: genów syn
(Klagges i wsp., 1996), kelch (Robinson i Cooley, 1997)
i hdc (Steneberg i Samakovlis, 2001) u Drosophila melanogaster, PDE2 i IMP3 u S. cerevisiae (Namy i wsp.,
2001, 2003) oraz genu β − globiny u królika. Ostatnie
badania wskazują jednak, że readthrough jest stosunkowo częstym zjawiskiem u Drosophila i być może też
innych stawonogów (Jungreis i wsp., 2011). Niedawno
odkryto, że programowane readthrough kodonu STOP
w komórkach ludzkich jest odpowiedzialne za powstawanie peroksysomalnych izoform enzymów cytozolowych (Stiebler i wsp., 2014) oraz doświadczalnie potwierdzono zachodzenie readthrough w genach OPRK1,
OPRL1, MAPK10 i AQP4 u człowieka (Loughran i wsp.,
2014).
Zakończenie
Wszystkie opisane mechanizmy zwiększają potencjał kodujący genomów i obok modyfikacji posttranslacyjnych stanowią wytłumaczenie, w jaki sposób w organizmie może występować kilkadziesiąt razy więcej
rodzajów białek niż genów je kodujących. Ich istnienie
wskazuje też, że proporcja między liczbą genów a poziomem zaawansowania ewolucyjnego i skomplikowania organizmu nie musi być zachowana. Omawiane
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Przeskok rybosomu (hopping, bypassing)
Naukowcy nie mogą się zgodzić, czy readthrough jest
błędem translacyjnym, czy „zaprogramowanym” procesem (Rospert i wsp., 2005 oraz von der Haar i Tuite,
2007). Nie zalicza się do niego odczytania kodonu STOP
jako kodującego selenocysteinę z uwagi na zupełnie odmienny mechanizm zjawiska.
Większość tego, co wiemy na temat terminacji
translacji oraz mechanizmu readthrough u eukariontów pochodzi z badań na drożdżach, a szczególnie Saccharomyces cerevisiae (von der Haar i Tuite, 2007).
Readthrough polega na oddziaływaniu z kodonem
STOP tRNA naładowanego aminokwasem, co skutkuje
kontynuacją translacji. Dopasowanie kodon-antykodon
może być całkowite w sytuacji, gdy kodon STOP rozpoznawany jest przez supresorowe tRNA powstałe w wyniku mutacji punktowej w antykodonie (np. tRNALysUUC
może zmutować do tRNALysAUC i rozpoznawać w związku z tym kodon STOP AUC, zwany amber, zamiast kodon kodujący lizynę), które ulegają mimo to aminoacylacji (świadczy to o tym, że o swoistości aminoacylacji
stanowią elementy leżące poza antykodonem). Supresorowe tRNA występują naturalnie u eukariontów (Beier
i Grimm, 2001). Dopasowanie kodon STOP-antykodon
naładowanego aminokwasem tRNA może być również
niepełne w przypadku tzw. „przeciekających” (leaky)
kodonów STOP (Jungreis i wsp., 2011). Takie dopasowanie prowadzi do włączenia aminokwasu zamiast
terminacji z częstością od 1 do 30% w zależności od
obecności sekwencji promujących (Namy i wsp., 2001).
Podczas readthrough kodony UAA i UAG najczęściej są
rozpoznawane jako kodujące glutaminę, tyrozynę lub
lizynę, podczas gdy kodon UGA jako kodujący tryptofan, cysteinę lub argininę (Blanchet i wsp., 2014).
Efektem readthrough jest synteza polipeptydu o wydłużonym C-końcu. Konsekwencje dla aparatu translacyjnego zależą od natury regionu 3’ w mRNA. Jeśli
poniżej zajścia readthrough znajduje się kolejny kodon
wersja PL
SZKOŁA
nej przez syntazę selenocysteiny, a polegającej na
przeniesieniu selenu z selenofosforanu na grupę
hydroksylową seryny,
• czynnik elongacyjny eEFSec specyficzny dla tego
tRNA, determinujący zdolność przyłączenia
tRNASec do kodonu opal.
Selenoproteiny pełnią głównie role oksydoredukcyjne. Sec znajduje się w miejscu aktywnym m.in. peroksydazy glutationowej, dejodynazy jodotyroninowej i reduktazy tioredoksynowej (Kryczyk i Zagrodzki, 2013).
10
KRÓTKO
Literatura
Atkins JF, Baranov PV (2010). The distinction between recoding and
codon reassignment. Genetics, 185(4):1535–1536.
Baek D, Davis C, Ewing B, Gordon D, Green P (2007). Characterization and predictive discovery of evolutionarily conserved mammalian alternative promoters. Genome Res, 17(2):145–155.
Barbosa C, Peixeiro I, Romão L (2013). Gene expression regulation by
upstream Open Reading Frames and human disease. PLoS Genet,
9(8):e1003529.
Beier H, Grimm M (2001). Misreading of termination codons in eukaryotes by natural nonsense suppressor tRNAs. Nucleic Acids
Res, 29(23):4767–4782.
Blanchet S, Cornu D, Argentini M, Namy O (2014). New insights into
the incorporation of natural suppressor tRNAs at stop codons in
Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 42(15):10061–10072.
Brennicke A, Marchfelder A, Binder S (1999). RNA editing. FEMS
Microbiol Rev, 23(3):297–316.
Brown T (2009). Genomy. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Cooper GM, edytor (2000). The Cell: A Molecular Approach. Sinauer
Associates. Rozdział „The Complexity of Eukaryotic Genomes”,
II wydanie.
Copeland PR (2003). Regulation of gene expression by stop codon
recoding: selenocysteine. Gene, 312:17–25.
de Klerk E, ‘t Hoen PAC (2015). Alternative mRNA transcription,
processing and translation: insights from RNA sequencing.
Trends Genet, 31(3):128–139.
Dahm R (2005). Friedrich Miescher and the discovery of DNA. Dev
Biol, 278(2):274–288.
Fajas L, Auboeuf D, Raspé E, Schoonjans K, Lefebvre AM, Saladin R,
..., Auwerx J (1997). The organization, promoter analysis, and expression of the human PPARγ gene. J Biol Chem, 272(30):18779–
89.
Gesteland RF, Atkins JF (1996). Recoding: dynamic reprogramming
of translation. Annu Rev Biochem, 65:741–768.
Ghigna C, Valacca C, Biamonti G (2008). Alternative splicing and
tumor progression. Curr Genomics, 9(8):556–570.
Graveley BR (2001). Alternative splicing: increasing diversity in the
proteomic world. Trends Genet, 17(2):100–107.
Gregory TR (2001). Coincidence, coevolution, or causation? DNA
content, cell size, and the C-value enigma. Biol Rev Camb Philos
Soc, 76(1):65–101.
Gregory TR, edytor (2005). The Evolution of the Genome. Elsevier
Inc. Rozdział „Genome size evolution in animals”.
Howell VV, Jones JM, Bergren SK, Li L, Billi AC, Avenarius MR,
Meisler MH (2007). Evidence for a direct role of the disease
modifier SCNM1 in splicing. Hum Mol Genet, 16(20):2506–2516.
Hubé F, Francastel C (2015). Mammalian introns: When the junk
generates molecular diversity. Int J Mol Sci, 16(3):4429–4452.
Ivanov IP, Gurvich OL, Gesteland RF, Atkins JF (2000). Madame
Curie Bioscience Database [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience. Rozdział „Recoding: Site- or mRNA-Specific Alteration of
Genetic Readout Utilized for Gene Expression”.
Jungreis I, Lin MF, Spokony R, Chan CS, Negre N, Victorsen A,
White KP, Kellis M (2011). Evidence of abundant stop codon
readthrough in Drosophila and other metazoa. Genome Res,
21(12):2096–2113.
Kamat A, Hinshelwood MM, Murry BA, and Mendelson CR (2002).
Mechanisms in tissue-specific regulation of estrogen biosynthesis
in humans. Trends Endocrinol Metab, 13(3):122–128.
Kauffman SA (1969). Metabolic stability and epigenesis in randomly
constructed genetic nets. J Theoret Biol, 22(3):437-467.
Keren H, Lev-Maor G, Ast G (2010). Alternative splicing and evolution: diversification, exon definition and function. Int J Mol Sci,
11(5):345–355.
Kim MS, Pinto S, Getnet D, Nirujogi RS, Manda SS, Chaerkady R,
..., Pandey A (2014). A draft map of the human proteome. Nature,
509(7502):575–581.
Kryczyk J, Zagrodzki P (2013). Selen w chorobie Gravesa-Basedowa.
Postepy Hig Med Dosw (online), 67: 491-498.
Landry JR, Mager DL, Wilhelm BT (2003). Complex controls: the
role of alternative promoters in mammalian genomes. Trends
Genet, 19(11):640–648.
Lang BF, Jakubkova M, Hegedusova E, Daoud R, Forget L, Brejova
B, Vinar T, ..., Nosek J (2014). Massive programmed translational
jumping in mitochondria. Proc Natl Acad Sci USA, 111(16):5926–
5931.
Loughran G, Chou M-Y, Ivanov IP, Jungreis I, Kellis M, Kiran AM,
Baranov PV, Atkins JF (2014). Evidence of efficient stop codon readthrough in four mammalian genes. Nucleic Acids Res,
42(14):8928–8938.
Manteuffel-Cymborowska M (1996). Dekarboksylaza ornitynowa jedynym nieubikwitynowanym białkiem degradowanym przez 26s
proteasomy? Postępy Biochemii, 42(2):113–120.
Medenbach J, Seiler M, Hentze MW (2011). Translational control
via protein-regulated upstream Open Reading Frames. Cell,
145(6):902–913.
Mirsky AE, Ris H (1951). The desoxyribonucleic acid content of
animal cells and its evolutionary significance. J Gen Physiol,
34(4):451–462.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
chanizmów dekodowania informacji genetycznej i choć
wiele pytań pozostaje jeszcze bez odpowiedzi, to kolejne
odkrycia zapewne rozwiążą część z nich.
wersja PL
SZKOŁA
mechanizmy mogły powstać na skutek silnej presji ewolucyjnej na organizmy z kompaktowymi genomami,
takimi jak wirusy i tam też te mechanizmy występują
najczęściej. U Eukaryota, poza zwiększeniem potencjału kodującego genomu (który w znaczącej większości
wydaje się nie kodować polipeptydów), mechanizmy te
dają możliwość regulowania proporcji różnych białek
kodowanych przez ten sam gen na różnych etapach jego
ekspresji.
Jeszcze kilkadziesiąt lat temu wydawało się, że biologia molekularna podlega prostemu postulatowi „jeden
gen – jedno białko”. Widać jednak, że ekspresja genów
jest bogatsza w zdarzenia niż się wydawało. Niezwykłe skomplikowanie procesu odczytania informacji
genetycznej może zaskakiwać – dlaczego ewolucja faworyzowała zmniejszanie ilości sekwencji kodujących
i powstawanie mechanizmów zwiększających różnorodność proteomiczną zamiast wykorzystać większą
część genomu do kodowania białek? Wciąż za mało wiemy zarówno o ewolucji tych mechanizmów, jak i o roli
niekodującego DNA, by dać jednoznaczną odpowiedź,
jednak są przesłanki świadczące o tym, że przewagą
mechanizmów zwiększających potencjał kodujący jest
większa możliwość ich regulacji. Są one wrażliwe na
wiele czynników regulatorowych, bywają specyficzne
tkankowo i zmieniają się wraz z rozwojem organizmu.
Żyjemy w fantastycznym okresie, w którym
sekwencjonowanie genomów i transkryptomów
umożliwia wielkoskalowe badanie różnorodnych
mechanizmów biologicznych i porównywanie ich
między gałęziami drzewa ewolucyjnego. Publikacje
genomów człowieka, S. cerevisiae i wielu innych kręgowców, bezkręgowców, drożdży, roślin i pierwotniaków jak również ich transkryptomów daje szerokie pole
do badań genomice porównawczej i analizie transkryptomicznej. Od złamania kodu genetycznego w latach 60.
XX wieku zrobiono wielkie postępy w rozumieniu me-
11
KRÓTKO
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
NAUKA
initiation in mammalian cells. Nucleic Acids Res, 42(D1):D845–
D850.
Weiner AM, Weber K (1973). A single UGA codon functions as a natural termination signal in the coliphage Qβ coat protein cistron. J
Mol Biol, 80(4):837–855.
Wu X, Brewer G (2012). The regulation of mRNA stability in mammalian cells: 2.0. Gene, 500(1):10–21.
KRÓTKO
Namy O, Hatin I, Rousset JP (2001). Impact of the six nucleotides
downstream of the stop codon on translation termination. EMBO
Rep, 2(9):787–793.
Namy O, Duchateau-Nguyen G, Hatin I, Denmat SH-L, Termier M,
Rousset JP (2003). Identification of stop codon readthrough genes
in Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 31(9):2289–2296.
Peabody DS (1987). Translation initiation at an ACG triplet in mammalian cells. J Biol Chem, 262(24):11847–51.
Pennisi E (2003). A low gene number wins the GeneSweep pool. Science 300: 1484.
Pertea M, Salzberg SL (2010). Between a chicken and a grape: estimating the number of human genes. Genome Biol, 11(5):206.
Pozniak CD, Radinovic S, Yang A, McKeon F, Kaplan DR, Miller FD
(2000). An anti-apoptotic role for the p53 family member, p73,
during developmental neuron death. Science, 289(5477):304–6.
Quelle DE, Zindy F, Ashmun RA, Sherr CJ (1995). Alternative reading frames of the INK4a tumor suppressor gene encode two
unrelated proteins capable of inducing cell cycle arrest. Cell,
83(6):993–1000.
Robinson DN, Cooley L (1997). Examination of the function of two
kelch proteins generated by stop codon suppression. Development, 124(7):1405–1417.
Rospert S, Rakwalska M, Dubaquié Y (2005). Polypeptide chain termination and stop codon readthrough on eukaryotic ribosomes.
Rev Physiol Biochem Pharmacol, 155:1–30.
Sacharczuk M, Jaszczak K, Świergiel AH (2004). Funkcjonalne znaczenie redagowania transkryptów przez deaminazę adenozyny
dwuniciowego RNA. Kosmos, 263(2):147–154.
Shabalina SA, Ogurtsov AY, Spiridonov NA, Koonin EV (2014). Evolution at protein ends: major contribution of alternative transcription initiation and termination to the transcriptome and proteome diversity in mammals. Nucleic Acids Res, 42(11):7132–7144.
Starck SR, Jiang V, Pavon-Eternod M, Prasad S, McCarthy B, Pan
T, Shastri N (2012). Leucine-tRNA initiates at CUG start codons
for protein synthesis and presentation by MHC class I. Science,
336(6089):1719–1723.
Steneberg P, Samakovlis C (2001). A novel stop codon readthrough
mechanism produces functional Headcase protein in Drosophila
trachea. EMBO Rep, 2(7):593–597.
Stiebler AC, Freitag J, Schink KO, Stehlik T, Tillmann BA, Ast J,
Bölker M (2014). Ribosomal readthrough at a short UGA stop
codon context triggers dual localization of metabolic enzymes in
fungi and animals. PLoS Genet, 10(10): e1004685.
Venables JP, Tazi J, Juge F (2012). Regulated functional alternative
splicing in Drosophila. Nucleic Acids Res, 40(1):1–10.
von der Haar T, Tuite MF (2007). Regulated translational bypass of
stop codons in yeast. Trends Microbiol, 15(2):78–86.
Wan J, Qian SB (2013). TISdb: a database for alternative translation
12
Streszczenie:
W ostatnich latach nastąpił lawinowy wzrost zainteresowania komórkami macierzystymi, zarówno w środowisku
naukowym, jak i w społeczeństwie. W odpowiedzi na
to powstały organizacje zajmujące się rozpowszechnianiem rzetelnej wiedzy o komórkach macierzystych,
których przykładem jest EuroStemCell – europejska sieć
informacji o komórkach macierzystych. Zainicjowane
zostały także liczne wydarzenia dotyczące komórek macierzystych, w tym UniStem Day (Uniwersytecki Dzień
Komórek Macierzystych) – spotkanie dedykowane uczniom szkół średnich, które odbywa się raz do roku
równocześnie na kilkudziesięciu europejskich uczelniach. Mimo to w świadomości publicznej nadal funkcjonuje wiele mitów o komórkach macierzystych. Niniejszy
artykuł – nawiązujący do serii publikacji o komórkach
macierzystych, które ukazały się w 2013 roku w Edukacji
Biologicznej i Środowiskowej – przedstawia aktualne informacje dotyczące komórek macierzystych ze szczególnym uwzględnieniem ich potencjalnego i rzeczywistego
zastosowania w medycynie regeneracyjnej.
Słowa kluczowe: komórki macierzyste, medycyna regeneracyjna, terapia komórkowa, badania kliniczne, upowszechnianie
wiedzy
Medycyna regeneracyjna to interdyscyplinarna gałąź nauki obejmująca m.in. biologię medyczną, biotechnologię oraz biofizykę. Jej głównym celem jest opracowanie i zastosowanie metod umożliwiających poprawę
struktury i funkcji tkanek i narządów, które uległy
pogorszeniu na skutek rozwoju choroby, wystąpienia
urazu lub w wyniku starzenia się organizmu. W ten
nurt wpisują się zarówno projekty z zakresu inżynierii
tkankowej, których celem jest uzyskanie w warunkach
laboratoryjnych narządów do przeszczepu, jak również
badania dotyczące komórek macierzystych, które w warunkach fizjologicznych odgrywają kluczową rolę w regeneracji tkanek (charakterystyka różnych rodzajów
komórek macierzystych została przedstawiona w serii
artykułów opublikowanych w Edukacji Biologicznej
i Środowiskowej w 2013 roku; Archacka, 2013; Bauer
i wsp., 2013; Świerczek i wsp., 2013). Mimo postępów
w medycynie regeneracyjnej do 2015 roku jedyną domgr Anita Helińska: Zakład Cytologii, Wydział Biologii,
Uniwersytet Warszawski
mgr Barbara Świerczek: Zakład Cytologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski
Igor Meszka: Koło Biologii Medycznej „Antidotum”, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski oraz Zakład Cytologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski
Bartosz Mierzejewski: Koło Biologii Medycznej „Antidotum”, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski oraz Zakład Cytologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski
dr Karolina Archacka: Zakład Cytologii, Wydział Biologii,
Uniwersytet Warszawski
puszczoną do klinicznego stosowania terapią z wykorzystaniem komórek macierzystych był przeszczep
szpiku kostnego.
W szpiku kostnym znajduje się kilka rodzajów komórek macierzystych, w tym hematopoetyczne komórki macierzyste (HSC, ang. Hematopoietic Stem Cell),
z których powstają wszystkie rodzaje komórek krwi
(Bianco i wsp., 2001). HSC są zatem niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania układu krwionośnego oraz
odpornościowego. Zaburzenia procesu wytwarzania
komórek krwi (hematopoezy) są przyczyną rozwoju
wielu chorób układu hematopoetycznego charakteryzujących się wysoką śmiertelnością, m.in. ostrych
i przewlekłych białaczek szpikowych (Linker, 2003)
oraz nowotworów układu chłonnego (Passweg i wsp.,
2015). Przykładowo, rozwój białaczki spowodowany jest
niekontrolowanym namnażaniem się białych krwinek
(leukocytów). Komórki nowotworowe wypierają prawidłowe komórki krwi, co prowadzi do pogorszenia się
stanu zdrowia pacjenta. Na skutek zmniejszonej liczby
czerwonych krwinek (erytrocytów) rozprowadzających
tlen po organizmie dochodzi do jego osłabienia, zaś
częste krwawienia i liczne siniaki na skórze pacjenta
świadczą o niedoborze płytek krwi, odpowiedzialnych
za krzepnięcie krwi. Komórki nowotworowe osiadają
m.in. w węzłach chłonnych, wątrobie oraz śledzionie,
i stopniowo je niszczą. W celu zniszczenia komórek
nowotworowych u pacjentów chorujących na wyżej wymienione choroby stosowana jest chemio- lub radioterapia. Procedura ta prowadzi jednak także do zniszczenia
innych komórek, w tym HSC (Ryc. 1). Pacjent pozbawiony prawidłowych komórek krwi staje się podatny
na infekcje, a niska odporność sprawia, że nawet katar
może doprowadzić do zagrażających życiu powikłań.
Transplantacja HSC pobranych od dawcy daje szansę na
odtworzenie zniszczonego szpiku kostnego biorcy i wytworzenie nowych komórek krwi, w tym komórek ukła-
A. Helińska, B. Świerczek, I. Meszka, B. Mierzejewski, K. Archacka
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Anita Helińska, Barbara Świerczek, Igor Meszka, Bartosz Mierzejewski,
Karolina Archacka
Wprowadzenie
wersja PL
SZKOŁA
Potencjalne i rzeczywiste
zastosowanie komórek
macierzystych w medycynie
regeneracyjnej
13
KRÓTKO
Potencjalne i rzeczywiste zastosowanie komórek macierzystych | A. Helińska, B. Świerczek, I. Meszka, B. Mierzejewski, K. Archacka | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Ryc. 1. Schemat przeszczepu szpiku kostnego w układzie allogenicznym
U pacjenta chorującego na białaczkę dochodzi do zaburzeń w procesie wytwarzania komórek krwi w szpiku kostnym (zielona ramka). Radioterapia prowadzi do zniszczenia zarówno nieprawidłowych komórek będących przyczyną rozwoju białaczki, jak i innych komórek obecnych w szpiku kostnym. W rezultacie dochodzi do zniszczenia układu hematopoetycznego pacjenta (żółta ramka). W szpiku kostnym dawcy
znajdują się prawidłowe komórki hematopoetyczne. Mogą one zostać pobrane z kości udowej (niebieska ramka) poprzez jej nakłucie. Transplantacja komórek szpiku kostnego pobranych od dawcy (czarna ramka) prowadzi do odbudowy zniszczonego układu hematopoetycznego
biorcy i wznowienia procesu tworzenia komórek krwi (czerwona ramka).
osoby posiadające podobne antygeny zgodności tkankowej (HLA, ang. human leukocyte antigen). Pełną zgodność HLA wykazuje 20-25% dawców i biorców. Często
są nimi osoby spokrewnione ze sobą, dlatego wiele
przeszczepów allogenicznych wykonuje się między rodzeństwem, dziećmi i rodzicami lub innymi członkami rodziny. W przypadku przeszczepu autologicznego
dawcą i biorcą komórek jest ta sama osoba. W Polsce
pierwszej udanej allogenicznej transplantacji szpiku
kostnego dokonali profesorowie Cezary Szczylik i Wiesław Jędrzejczak w 1984 roku (Sobiak, 2011). Obecnie
przeszczepy HSC wykonywane są w 17 ośrodkach klinicznych w Polsce, a roczna liczba przeprowadzanych
w nich zabiegów wynosi od 20 do 165 (Uchwała Rady
Ministrów Nr 164/2010, Narodowy Program Rozwoju
Medycyny Transplantacyjnej). Od 1984 roku w Polsce
wykonano około 9 tysięcy przeszczepów HSC, dzięki
którym ciągle żyje blisko 5 tysięcy osób (Uchwała Rady
Ministrów Nr 164/2010, Narodowy Program Rozwoju
Medycyny Transplantacyjnej). W krajach Unii Europejskiej średnia roczna liczba przeszczepów szpiku kostnego wykonywanych na każde 10 milionów obywateli wynosi 450, zaś w Polsce – 210 (Uchwała Rady Ministrów
Nr 164/2010, Narodowy Program Rozwoju Medycyny
Transplantacyjnej). W 2013 roku łączna liczba transplantacji HSC wykonanych w Europie wyniosła prawie
40 tysięcy, z czego 43% stanowiły przeszczepy allogeniczne, zaś 57% – przeszczepy autologiczne (Passweg
i wsp., 2015). Decyzja o przeprowadzeniu przeszczepu
zależy od wielu czynników, w tym rodzaju choroby,
wieku i stanu pacjenta, a także możliwości znalezienia
dawcy. Przeszczep szpiku kostnego nie przynosi natychmiastowego efektu terapeutycznego. Odtworzenie
układu hematopoetycznego i immunologicznego zwykle trwa od 2 do 6 tygodni. W tym czasie pacjent przebywa w specjalnych warunkach, które minimalizują
ryzyko rozwoju infekcji. Często konieczne staje się rów-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
w organizmie pacjenta mimo zastosowania chemio- lub
radioterapii (Hilgendorf i wsp., 2015).
Transplantacja HSC uzyskanych od dawcy jest przykładem przeszczepu w układzie allogenicznym, w którym dawcą i biorcą przeszczepianych komórek są dwie
wersja PL
SZKOŁA
du immunologicznego, takich jak leukocyty, monocyty,
eozynofile oraz bazofile, odpowiedzialnych za zwalczanie patogenów (Ryc. 1). Ponadto, komórki te rozpoznają
i niszczą komórki nowotworowe, które mogą pozostać
14
KRÓTKO
wych opisujących zjawisko tzw. plastyczności komórek
macierzystych, czyli możliwości przekształcenia się komórek macierzystych jednej tkanki w komórki charakterystyczne dla innej tkanki (omówione w Bauer i wsp.,
2013), wyniki aktualnych badań naukowych wskazują
na to, że HSC wydajnie tworzą wyłącznie komórki krwi
i nie przekształcają się w inne rodzaje komórek, np. nerwowe czy mięśniowe (opisane w Flores-Guzmán i wsp.,
2013). W związku z tym stale poszukiwane są inne rodzaje komórek macierzystych, które mogłyby zostać
wykorzystane w leczeniu chorób innych niż choroby
krwi.
Holoclar – nowy rozdział w leczeniu uszkodzeń
rogówki
Ryc. 2. Zarys terapii chorób oczu z wykorzystaniem komórek macierzystych
A. Budowa oka. Kolorem czerwonym zaznaczono rąbek rogówki, w którym znajdują się komórki macierzyste.
B. Terapia LSCD oparta na wykorzystaniu komórek macierzystych rąbka rogówki. Komórki macierzyste pacjenta pobierane są z rąbka rogówki, a następnie namnażane in vitro. Po uzyskaniu odpowiedniej liczby komórki umieszczane są na soczewce wykonanej z fibryny. Na soczewce o średnicy 2 cm znajduje się od 80 do 300 tysięcy komórek. Tak przygotowany implant przeszczepia się do uszkodzonego oka, co prowadzi
do odbudowy rogówki.
C. Zarys terapii AMD oraz choroby Stargardta z wykorzystaniem komórek nabłonka pigmentowanego siatkówki. Komórki nabłonka pigmentowanego siatkówki uzyskiwane są w wyniku różnicowania pluripotencjalnych komórek macierzystych. Przeszczepienie 50-150 tysięcy takich
komórek do siatkówki pacjentów cierpiących na chorobę Stargardta i AMD prowadzi do odbudowy warstwy nabłonka pigmentowanego
w plamce żółtej i poprawy widzenia.
Rogówka to przezroczysta błona położona w przedniej
części gałki ocznej (Ryc. 2A). Oprócz funkcji ochronnej
rogówka odgrywa ważną rolę w układzie optycznym oka.
Dzięki temu, że jest transparentna (przezroczysta) światło
może dotrzeć do siatkówki wyścielającej od wewnątrz
gałkę oczną (Ryc. 2A). W rogówce obecna jest niewielka
pula komórek macierzystych określanych jako komórki
macierzyste rąbka rogówki. Odpowiadają one za odbudowę rogówki w przypadku jej uszkodzenia (omówione
w Pellegrini i De Luca, 2014). Niestety, w przypadku, gdy
uszkodzenie obejmie także rąbek rogówki, jej odtworzenie staje się niemożliwe. W wyniku rozrostu naczyń
krwionośnych i tkanki łącznej dochodzi do utworzenia
nieprzepuszczalnej dla światła błony na powierzchni oka,
co prowadzi do utraty wzroku przez pacjenta (Pellegrini
i De Luca, 2014). Przez wiele lat jedynym sposobem leczenia pacjentów cierpiących na choroby wywołane niedoborem komórek macierzystych rąbka rogówki (LSCD,
ang. limbal stem cell deficiency) były przeszczepy rogówki
od zmarłych dawców. Pionierem tych zabiegów był czeski lekarz – Eduard Zirm – który w 1905 roku dokonał
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
skórze, owrzodzenia jamy ustnej, nadżerki w obrębie
narządów płciowych oraz zespół suchego oka. Poważniejszymi komplikacjami są zmiany martwicze w wątrobie, jelitach i innych narządach, które mogą prowadzić nawet do śmierci pacjenta (Chinen i Buckley, 2010).
Choć przeszczep szpiku kostnego stał się rutynową
procedurą medyczną, jej zastosowanie jest uzasadnione tylko w przypadku chorób o podłożu hematologicznym. Mimo pojawienia się licznych publikacji nauko-
wersja PL
SZKOŁA
nież przetoczenie dodatkowej porcji krwi, co pozwala
na uzupełnienie niedoboru krwinek czerwonych lub
płytek krwi u pacjenta. Innym problemem związanym
z przeszczepem szpiku kostnego może być rozwój choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi (GVHD, ang.
graft versus host disease). Dochodzi do niej wówczas,
gdy przeszczepione komórki dawcy rozpoznają komórki krwi biorcy jako obce i niszczą je (Ball i Egeler, 2008).
Do najczęstszych objawów GVHD należą: wysypka na
15
KRÓTKO
Próby kliniczne z zastosowaniem
pluripotencjalnych komórek macierzystych
w terapii chorób oczu
Inną poważną chorobą oczu jest zanik plamki żółtej
związany z wiekiem (AMD, ang. Age-related Macular
Degeneration). Choroba ta występuje u osób starszych
i jest przyczyną utraty wzroku u 5% zarejestrowanych
przypadków ślepoty (Pascolini i Mariotti, 2012). Plamka żółta jest częścią siatkówki, w której zgromadzona
jest największa liczba fotoreceptorów oka – czopków
i pręcików – odpowiedzialnych za przekształcanie
światła docierającego do oka w sygnały chemiczne wysyłane do mózgu (Ryc. 2A). Zanik plamki żółtej prowadzi do stopniowego pogorszenia widzenia, a ostatecznie
– do utraty wzroku. Podobne objawy występują o osób
cierpiących na chorobę Stargardta. Jest to choroba genetyczna, której pierwsze objawy występują już u dzieci. Choroba Stargardta wywołana jest mutacją w genie
ABCA4, kodującym białko odpowiedzialne za transport metabolitów w siatkówce. Mutacja w genie ABCA4
prowadzi do nagromadzenia się toksycznych substancji
w komórkach nabłonka pigmentowanego siatkówki, co
prowadzi do ich obumierania. Komórki nabłonka pigmentowanego siatkówki odpowiadają za odżywianie
fotoreceptorów, dlatego ich zanik prowadzi do obumarcia czopków i pręcików (Glazer i Dryja, 2002). Choroba
Stargardta występuje u 1 na 10 tysięcy dzieci (Kapadia,
2000) i podobnie jak AMD pozostaje nieuleczalna.
W 2015 roku opublikowane zostały wyniki pierwszych
badań klinicznych, w których podjęto próbę leczenia
AMD oraz choroby Stargardta przy użyciu komórek
macierzystych. Proponowana terapia polega na transplantacji komórek nabłonka pigmentowanego siatkówki uzyskanych w wyniku różnicowania ludzkich
pluripotencjalnych komórek macierzystych (Schwartz
i wsp., 2015; Ryc. 2C). Wcześniejsze badania wykazały, że przeszczep komórek nabłonka pigmentowanego
siatkówki do oka myszy z zanikiem plamki żółtej zapobiega obumieraniu obecnych w niej fotoreceptorów
(Lu i wsp., 2009). Podjęte wcześniej próby przeszczepu
komórek nabłonka pigmentowanego w układzie autologicznym wiązały się z koniecznością pobrania komórek z siatkówki pacjenta podczas inwazyjnego zabiegu
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
do uszkodzonego oka. Wcześniej łącznotkankowa błona pokrywająca przednią część gałki ocznej, powstała
w wyniku rozrostu tkanki łącznej i naczyń krwionośnych, jest usuwana za pomocą technik mikrochirurgicznych. Opisana wyżej procedura jest przykładem przeszczepu autologicznego, którego zaletą jest brak ryzyka
odrzucenia transplantowanych komórek. O wartości terapii Holoclar świadczy to, że prowadzi ona zarówno do
zastąpienia uszkodzonego nabłonka rogówki komórkami namnożonymi w laboratorium, jak również umożliwia odtworzenie puli komórek macierzystych rąbka
rogówki. Dzięki temu rogówka odzyskuje zdolność do
regeneracji w przypadku ewentualnych uszkodzeń. Do
najczęstszych efektów ubocznych Holoclar należy zapalenie powiek, zaś najpoważniejsze działania niepożądane to perforacja (pęknięcie) i wrzodziejące zapalenie
rogówki. Terapia Holoclar została warunkowo dopuszczona do stosowania u pacjentów cierpiących na LSCD
w 2008 roku (raport Europejskiej Agencji Leków, EMA,
ang. European Medicines Agency; EMA/25273/2015).
W 2010 roku opisano efekty zastosowania Holoclar
u 104 pacjentów. U 75 z nich stwierdzono odbudowę
rogówki oraz znaczną poprawę widzenia po zastosowaniu implantu (Rama i wsp., 2010). Uwieńczeniem
kilkunastu lat badań naukowych i prób klinicznych
było dopuszczenie 17 lutego 2015 roku przez Komisję
Europejską terapii Holoclar do stosowania w ośrodkach
medycznych we wszystkich krajach członkowskich Unii
Europejskiej.
wersja PL
SZKOŁA
pierwszego udokumentowanego przeszczepu rogówki
pobranej od zmarłego dawcy pacjentowi po oparzeniu
chemicznym oka. Blisko 90% przeszczepów rogówki
kończyło się sukcesem, co związane jest z faktem, iż oko
jest uprzywilejowane immunologicznie. Oznacza to, że
przeszczep przyjmował się mimo różnic w HLA między
dawcą a biorcą. Dodatkowo, w celu zminimalizowania
ryzyka wystąpienia reakcji immunologicznej, do oka
podawane były kortykosteroidy o działaniu przeciwzapalnym i przeciwalergicznym (Szaflik i Izdebska, 2003).
Największym ograniczeniem przeszczepów rogówki była
jednak dostępność materiału do transplantacji. Ponadto,
u niektórych pacjentów po przeszczepie obserwowano silne zapalenia i owrzodzenia oka. Alternatywą były zabiegi
mikrochirurgiczne polegające na usunięciu zniszczonej
rogówki (keratektomia), jednak metoda ta miała przede
wszystkim wymiar estetyczny i nie prowadziła do odzyskania przez pacjentów zdolności widzenia. Pierwsze
próby regeneracji rogówki polegające na przeszczepieniu
komórek macierzystych rąbka rogówki podjęto w latach
70. XX wieku, jednak nie przyniosły one zadowalających
efektów terapeutycznych. Opracowanie skutecznej terapii uszkodzonej rogówki wymagało wielu lat badań,
potężnych nakładów finansowych, a przede wszystkim
współpracy między naukowcami, lekarzami, a także pacjentami, którzy wyrazili zgodę na udział w badaniach
testujących nową metodę leczenia. Współpraca ta doprowadziła do zatwierdzenia w 2015 roku pierwszej terapii
komórkowej dla pacjentów z LSCD – Holoclar (Ryc. 2B).
Holoclar jest terapią przeznaczoną dla pacjentów
z LSCD w jednym oku. Z drugiego, zdrowego oka pacjenta pobierany jest fragment rąbka rogówki o wielkości 1-2 mm2. W kolejnym etapie procedury z fragmentu
tego uzyskiwane są komórki, które namnaża się w specjalnych naczyniach hodowlanych (Ryc. 2B). Po uzyskaniu odpowiedniej liczby komórek są one nanoszone na
specjalną soczewkę, która następnie jest przeszczepiana
16
KRÓTKO
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
Na schemacie zamieszczono informacje
o cechach pluripotencjalnych komórek
macierzystych, które są korzystne (zielone
ramki) lub niekorzystne (czerwone ramki)
w kontekście ich potencjalnego zastosowania klinicznego.
NAUKA
Ryc. 3. Właściwości pluripotencjalnych
komórek macierzystych promujące
lub utrudniające ich potencjalne
zastosowanie w medycynie
regeneracyjnej
Ryc. 4. Właściwości mezenchymalnych
komórek macierzystych promujące
lub utrudniające ich potencjalne
zastosowanie w medycynie
regeneracyjnej
Na schemacie zamieszczono informacje
o cechach mezenchymalnych komórek
macierzystych, które są korzystne (zielone
ramki) lub niekorzystne (czerwone ramki)
w kontekście ich potencjalnego zastosowania klinicznego.
KRÓTKO
(Binder i wsp., 2012). W badaniach przeprowadzonych
przez Schwartza i współpracowników uczestniczyło 18
pacjentów: 9 cierpiących na chorobę Stargardta i 9 chorych na AMD. Po przeszczepieniu komórek uzyskanych
w wyniku różnicowania pluripotencjalnych komórek
macierzystych u 13 pacjentów stwierdzono odtworzenie warstwy nabłonka pigmentowanego siatkówki (Ryc.
2C). Po 6 i 12 miesiącach od operacji zanotowano poprawę widzenia u 3 pacjentów oraz zahamowanie rozwoju choroby u 4 kolejnych osób (Schwartz i wsp., 2015).
Nieprzypadkowo pierwsze próby kliniczne z wykorzystaniem pluripotencjalnych komórek macierzystych
dotyczyły terapii chorób oczu. Jak wspomniano wcześniej, oko to narząd uprzywilejowany immunologicznie
(Medawar, 1948). Oznacza to, że transplantacja komórek pobranych od dawcy o innych niż biorca HLA nie
prowadzi do rozpoznania przeszczepionych komórek
jako obcych i ich odrzucenia na skutek rozwoju reakcji
immunologicznej (Streilein, 1987). Wynika to z anatomicznego oddzielenia oka od naczyń limfatycznych
układu immunologicznego, co uniemożliwia przedostawanie się do oka komórek układu odpornościowego odpowiedzialnych za eliminację komórek i tkanek
rozpoznanych jako obce (Streilein, 2003). Dodatkowo,
pewne struktury oka, na przykład siatkówka, mogą hamować aktywność komórek układu odpornościowego
i tym samym zapobiegać rozwojowi odpowiedzi immunologicznej (Yoshida i wsp., 2000).
Ze względu na zdolność pluripotencjalnych komórek macierzystych do różnicowania we wszystkie
rodzaje komórek budujące organizm ssaka, komórki
te rozważane są jako źródło materiału do przeszczepu
w terapii chorób innych tkanek i narządów (omówione
w Świerczek i wsp., 2013; Ryc. 3). Istnieje wiele chorób,
których przyczyną jest zanik bądź nieprawidłowe funkcjonowanie określonej puli komórek. Przykładowo,
cukrzyca typu I wywołana jest niedostateczną liczbą
17
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Pluripotencjalne komórki macierzyste to nie jedyne
komórki, które potencjalnie mogłyby zostać wykorzystane w medycynie regeneracyjnej. W ostatnich latach
prowadzonych jest wiele badań poświęconych mezenchymalnym komórkom macierzystym (MSC, ang. Mesenchymal Stem Cells). Komórki te zostały odkryte już
w latach 60. ubiegłego wieku, jednak przez wiele lat ich
rola w organizmie pozostawała nieznana. W 1980 roku
rosyjski naukowiec – Alexander Friedenstein – opisał
wyniki doświadczeń, w których przeszczepiał komórki uzyskane z mysiego szpiku kostnego do innych narządów i tkanek myszy, m.in. do mięśni szkieletowych.
Zaobserwował on, że w miejscu, do którego przeszczepione zostały komórki pobrane ze szpiku kostnego
powstawała tkanka kostna, chrzęstna oraz tłuszczowa
(Friedenstein, 1980). Obecnie wiadomo, że tkanki te powstawały z multipotencjalnych MSC, które – obok HSC
– występują w szpiku kostnym (Pojda i wsp., 2013). Fizjologiczna rola MSC polega na zapewnieniu odpowiednich warunków dla HSC, z których powstają wszystkie rodzaje komórek krwi. MSC uczestniczą również
w przebudowie kości i chrząstek, a także mogą przekształcić się w adipocyty – komórki tkanki tłuszczowej.
MSC występują nie tylko w szpiku kostnym, ale są również obecne w wątrobie, trzustce, nerkach, mięśniach
oraz tkance tłuszczowej (Nombela-Arrieta i wsp., 2011).
Na przestrzeni lat opracowano metody, które pozwalają na uzyskiwanie MSC z różnych tkanek i narządów
w organizmie, a następnie ich hodowlę w warunkach
laboratoryjnych (Bianco, 2014). Pod względem kształtu MSC przypominają fibroblasty – komórki skóry. Są
wrzecionowate, długie i ściśle przylegają do podłoża
NAUKA
Mezenchymalne komórki macierzyste i ich
potencjalne wykorzystanie w medycynie
regeneracyjnej
SZKOŁA
tych komórek – są one bowiem uzyskiwane z zarodków
na wczesnych etapach rozwoju, co może prowadzić do
zniszczenia zarodków ludzkich i budzi kontrowersje
etyczne (Ryc. 3). Alternatywą dla ESC są indukowane
pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC, ang. induced pluripotent stem cells), które podobnie jak ESC
są zdolne do wytworzenia wszystkich rodzajów komórek i tkanek obecnych w organizmie ssaka (Świerczek
i wsp., 2013).
Pierwsze iPSC uzyskane zostały przez Takahashiego
i Yamanakę w 2006 roku (Takahashi i Yamanaka, 2006).
Obecnie komórki te można otrzymać z niemal dowolnej
komórki płodu lub dorosłego organizmu poprzez poddanie ich reprogramowaniu (omówione w Świerczek
i wsp., 2013). Dzięki technologii iPSC możliwe stało się
uzyskiwanie komórek, które mogłyby stanowić uniwersalne autologiczne źródło materiału do przeszczepu.
W lipcu 2013 roku japoński rząd zezwolił na rozpoczęcie
pierwszej próby klinicznej z wykorzystaniem iPSC w leczeniu AMD. Od pacjentów biorących udział w próbach
klinicznych pobrano komórki skóry, z których następnie uzyskano iPSC. W kolejnym etapie procedury iPSC
zróżnicowano w komórki nabłonka pigmentowanego
siatkówki i przeszczepiono pacjentom (Kamao i wsp.,
2014). Wyniki opisywanej próby klinicznej nie zostały
dotychczas opublikowane. Wiadomo jednak, że w 2015
roku badania zostały zawieszone. W iPSC uzyskanych
od jednego z pacjentów wykryto mutację, która potencjalnie mogła doprowadzić do powstania nowotworu.
Przykład ten pokazuje, że mimo ogromnego potencjału
do różnicowania charakteryzującego iPSC, jest jeszcze
wiele wyzwań na drodze do skutecznego i bezpiecznego
zastosowania tych komórek w medycynie regeneracyjnej (Ryc. 3).
wersja PL
KRÓTKO
komórek β obecnych w trzustce i odpowiedzialnych
za wydzielanie insuliny – hormonu, który odpowiada
za utrzymanie właściwego stężenia glukozy we krwi.
Utrzymujący się wysoki poziom glukozy we krwi, będący skutkiem nieleczonej cukrzycy, może prowadzić do
zaburzeń widzenia, trudności w gojeniu się ran, śpiączki, a nawet do śmierci. Rocznie diagnozuje się cukrzycę typu I u blisko 80 tysięcy dzieci na świecie (Chiang
i wsp., 2014). Obecnie stosowane leczenie polega na podawaniu pacjentom insuliny i stosowaniu określonej
diety, co ogranicza skutki rozwoju choroby. Od wielu
lat prowadzone są badania naukowe mające na celu uzyskanie z pluripotencjalnych komórek macierzystych komórek β trzustki. W 2006 roku opisano metodę pozwalającą na wydajne różnicowanie ludzkich zarodkowych
komórek macierzystych (ESC, ang. embryonic stem
cells) w komórki β (D’Amour i wsp., 2006). Obecnie
firma ViaCyte prowadzi pierwsze próby kliniczne z wykorzystaniem takich komórek. Komórki β uzyskane
z ludzkich ESC umieszczone są w półprzepuszczalnej
kapsule, która wstrzykiwana jest pod skórę pacjentów
biorących udział w próbach klinicznych. Dzięki temu,
że kapsuła zbudowana jest z półprzepuszczalnej błony,
znajdujące się wewnątrz niej komórki mogą pobierać
substancje odżywcze oraz tlen z krwi. Równocześnie
mogą one – w odpowiedzi na podwyższone stężenie
glukozy we krwi – wydzielać na zewnątrz kapsuły insulinę (ViaCyte.com). Równie istotne jest to, że kapsuła
chroni umieszczone w środku komórki przed atakiem
komórek układu odpornościowego biorcy, co zapobiega ich zniszczeniu. ESC, jak również uzyskiwane z nich
komórki określonych tkanek, są bowiem komórkami
obcymi dla organizmu biorcy, które po rozpoznaniu
zostałyby wyeliminowane przez układ odpornościowy
biorcy. Jednym z utrudnień na drodze do wykorzystania ESC w medycynie regeneracyjnej jest pochodzenie
18
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Schemat przedstawia etapy wprowadzania nowego produktu medycznego zgodnie z wymogami prawnymi obowiązującymi w Europie.
Proces ten poprzedzony jest kompleksowymi badaniami laboratoryjnymi (etap badań przedklinicznych) in vitro (doświadczenia z wykorzystaniem hodowli komórek) oraz in vivo (doświadczenia na modelach zwierzęcych). Następujące po nich badania kliniczne podzielone są
na cztery fazy. Ich wspólnym celem jest weryfikacja skuteczności, ocena bezpieczeństwa i określenie ewentualnych działań niepożądanych
testowanego produktu medycznego. Rozpoczęcie kolejnej fazy badań klinicznych nie jest możliwe bez zakończenia poprzedniego etapu.
czy fakt, że w 2009 roku liczba zarejestrowanych badań
klinicznych z wykorzystaniem tych komórek wynosiła
30, w 2013 – ponad 300, zaś w lutym 2016 – blisko 5
tysięcy (dane ze strony clinicaltrials.gov). Najwięcej badań dotyczy możliwości zastosowania MSC w terapii
chorób układu kostno-szkieletowego, np. wrodzonej
łamliwości kości u dzieci. Przyczyną rozwoju tej choroby genetycznej jest mutacja w genie kodującym kolagen, który jest głównym składnikiem blaszek kostnych.
Obecność nieprawidłowej formy kolagenu w kościach
przejawia się ich wyjątkową kruchością i delikatnością, co prowadzi do licznych urazów pojawiających się
nawet podczas snu (Biggin i Munns, 2014). Drugą dużą
grupę stanowią badania poświęcone immunomodula-
cyjnym właściwościom MSC. Ich przykładem jest próba
zastosowania MSC w łagodzeniu choroby Crohna, objawiającej się nieswoistym przewlekłym zapaleniem ścian
przewodu pokarmowego. Wyniki obu wymienionych
prób klinicznych nie zostały dotychczas opublikowane.
Dostępne są natomiast informacje dotyczące potencjalnego wykorzystania MSC w leczeniu chorób autoimmunologicznych (El-Jawhari i wsp., 2014). Przykładem
takiej choroby jest reumatoidalne zapalenie stawów,
które charakteryzuje się przewlekłym, silnym stanem
zapalnym w okolicach stawów. Przeprowadzone dotychczas badania wykazały, że transplantacja MSC prowadzi do zmniejszenia bólu u pacjentów chorujących na
reumatoidalne zapalenie stawów. Efekt ten jest spowo-
SZKOŁA
Ryc. 5. Etapy wprowadzania nowego produktu medycznego
KRÓTKO
naczynia, w którym są hodowane (Ryc. 4). W ostatnim
czasie coraz większą popularność w badaniach naukowych zyskują MSC pochodzące z tkanki tłuszczowej,
określane skrótem ADSC (ang. adipose-derived stem
cells). Związane jest to z faktem, że z tkanki tłuszczowej
można uzyskać nawet 200 tysięcy razy więcej MSC niż
ze szpiku kostnego, gdzie stanowią one nie więcej niż
0,002% wszystkich komórek (Pojda i wsp., 2013). Możliwość uzyskania MSC z różnych nisz (tkanek i narządów) w organizmie dorosłego człowieka,
jak również z tkanek i narządów popłodowych, takich
jak łożysko, galareta Whartona czy krew pępowinowa
zwiększa szansę na wykorzystanie tych komórek w medycynie regeneracyjnej (Ryc. 4). Ze względu na mniejszy potencjał do różnicowania (multipotencjalność) niż
pluripotencjalne komórki macierzyste MSC nie tworzą
guzów (teratom) po transplantacji (Ryc. 4). W przypadku komórek pluripotencjalnych obecność choćby jednej
niezróżnicowanej komórki w przeszczepie może doprowadzić do powstania guza (teratomy; Ryc. 3). Choć
teratomy nie są guzami złośliwymi, ich obecność prowadzi do uszkodzenia zasiedlonych tkanek i narządów,
np. płuc. Z drugiej strony, multipotencjalność MSC
sprawia, że potencjalna liczba zastosowań tych komórek w medycynie regeneracyjnej jest znacznie mniejsza
niż w przypadku pluripotencjalnych komórek macierzystych (Ryc. 3, Ryc. 4). O wyjątkowości MSC świadczy
jednak fakt, że komórki te wykazują zdolność do immunomodulacji, co oznacza, że wpływają na funkcjonowanie układu odpornościowego. Wykazano, że MSC
wydzielają substancje hamujące aktywność komórek
układu odpornościowego – limfocytów T i B, makrofagów oraz komórek dendrytycznych (Najar i wsp., 2016).
Substancje te określane są jako cytokiny przeciwzapalne. Właściwości MSC sprawiają, że komórki te są obecnie badane pod kątem możliwości ich wykorzystania
w terapii różnych chorób. O popularności MSC świad-
19
NAUKA
Upowszechnianie wiedzy jako odpowiedź
środowiska naukowego na mity o komórkach
macierzystych
Mimo że poza lekiem Prochymal żadna terapia
z wykorzystaniem MSC nie została dotychczas dopuszczona do stosowania u ludzi, przez kilka ostatnich lat
we Włoszech funkcjonowała firma oferująca przeszczep
MSC jako antidotum na różne choroby. Jej założycielem
był psycholog, Davide Vannoni, który rozpowszechniał
w społeczeństwie informacje o możliwości wyleczenia
za pomocą MSC tak poważnych chorób, jak rdzeniowy
zanik mięśni, mózgowe porażenie dziecięce, stwardnienie zanikowe boczne czy pląsawica Huntingtona.
Wszystkie te choroby związane są z upośledzeniem
funkcji układu nerwowego i dotychczas pozostają nieuleczalne. Proponowana przez Vannoniego metoda
miała polegać na przeszczepieniu do krwiobiegu pacjentów neuronów uzyskanych w warunkach laborato-
przekształcone w neurony. Przedstawione przez firmę
informacje i wyniki nie zostały potwierdzenia w badaniach naukowych (Carozzi i wsp., 2012). Ponadto, nie
wiadomo jak transplantowane komórki wprowadzane
były do organizmu pacjenta. W przypadku ich przeszczepu do krwiobiegu, który nie jest ich naturalnym
środowiskiem fizjologicznym, możliwe jest wystąpienie
skutków ubocznych polegających m.in. na zasiedlaniu
przez transplantowane komórki innych tkanek i narządów, w tym mózgu oraz nerek, a w konsekwencji upośledzenie tych struktur (Breitbach i wsp., 2007). Dochodzenie przeprowadzone przez Włoską Agencję Leków
(AIFA, wł. Agenzia Italiana del Farmaco) wykazało, że
podczas przeszczepów MSC nie zachowano wymogów
bezpieczeństwa obowiązujących przy wykonywaniu
transplantacji (Abbot, 2013). Odpowiedzią środowiska naukowego na opisane powyżej zjawiska społeczne
było nie tylko publikowanie artykułów naukowych, ale
także powołanie organizacji mających na celu rozpowszechnianie rzetelnych informacji o nowoczesnych terapiach. W projekty edukacyjne zaangażowało się wielu
naukowców z całego świata, którzy poprzez artykuły
popularnonaukowe, filmy edukacyjne oraz warsztaty
dzielą się aktualną wiedzą o postępach w naukach biomedycznych. Przykładem takiej inicjatywy jest Dzień
Komórek Macierzystych – UniStem Day, organizowany
co roku równocześnie na kilkudziesięciu europejskich
uniwersytetach. Wydarzenie to skierowane jest do
uczniów szkół średnich oraz nauczycieli. Inicjatorami
UniStem Day była grupa naukowców z Uniwersytetu
w Mediolanie. W 2016 roku UniStem Day odbędzie się
po raz pierwszy w Polsce, na Uniwersytecie Warszawskim. W ramach tego wydarzenia organizowane są wykłady, warsztaty, pokazy filmowe oraz debaty, podczas
których nauczyciele i uczniowie poznają rzetelne źródła
informacji o komórkach macierzystych oraz terapiach
opartych o ich wykorzystanie.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
ryjnych z MSC. W warunkach fizjologicznych neurony
odpowiadają za przekazywanie sygnałów w organizmie
i stanowią funkcjonalną podstawę układu nerwowego.
Choć opisana powyżej propozycja transplantacji MSC
osobom cierpiącym na choroby układu nerwowego
nie została poprzedzona żadnymi badaniami naukowymi, które wykazałyby skuteczność tego rodzaju
postępowania, pomysł wykorzystania MSC w celach
terapeutycznych zyskał dużą popularność we Włoszech, jak również zainteresowanie wśród obywateli
innych krajów. Od 2007 roku przeprowadzono wiele
transplantacji MSC, które nie zostały jednak w żaden
sposób udokumentowane, co uniemożliwia określenie
dokładnej liczby osób objętych tym działaniem (Abbot,
2013). W 2013 roku doszło do demonstracji na ulicach
Rzymu, których celem było uzyskanie powszechnego
dostępu pacjentów do przeszczepów komórek macierzystych, nawet jeśli ich skuteczność i bezpieczeństwo
nie zostały potwierdzone w badaniach naukowych
i klinicznych. Głównym argumentem podnoszonym
przez uczestników demonstracji była możliwość złagodzenia objawów przewlekłych, zagrażających życiu
chorób u pacjentów, w przypadku których dostępne
metody leczenia okazały się nieskuteczne. W odpowiedzi na te zjawiska społeczne czołowi naukowcy i lekarze opisali możliwe skutki uboczne i niebezpieczeństwa
związane ze stosowaniem eksperymentalnych metod
leczenia (Bianco i wsp., 2013). W publikacjach wskazywano na nieprawidłowości i uchybienia towarzyszące
przeprowadzonym przeszczepom MSC. Standardem
obowiązującym przy wprowadzaniu nowej metody leczenia ludzi jest przeprowadzenie kompleksowych badań klinicznych (Ryc. 5; Maciulaitis i wsp., 2013). Tym,
co budziło największe kontrowersje wśród naukowców
i lekarzy było wykorzystanie do przeszczepu niedostatecznie scharakteryzowanych MSC, a także fragmentaryczne dane o sposobie, w jaki komórki te miały zostać
wersja PL
SZKOŁA
dowany wydzielaniem przez MSC cytokin przeciwzapalnych, które hamują aktywność limfocytów B oraz T
i, w konsekwencji, ograniczają rozwój stanu zapalnego
(El-Jawhari i wsp., 2014). Trzeba jednak podkreślić, że
transplantacja MSC nie prowadzi do usunięcia przyczyny rozwoju choroby, a jedynie łagodzi jej objawy. Krokiem milowym w badaniach nad klinicznym zastosowaniem MSC może być dopuszczenie do użytku w 2012
przez Kanadę, Nową Zelandię oraz Stany Zjednoczone
leku Prochymal, produkowanego przez firmę Osiris
Therapeutics. Prochymal zawiera MSC pochodzące od
dawców w wieku od 18 do 30 lat. Lek ten jest wykorzystywany w celu zapobiegania rozwojowi opisanej wcześniej GVHD. Działanie leku polega na wydzielaniu przez
MSC cytokin przeciwzapalnych, hamujących rozwój
stanu zapalnego, a także czynników wzrostu, wspomagających regenerację tkanki (Kurtzberg i wsp., 2014).
20
KRÓTKO
Literatura
Abbot A (2013). Stem-Cell ruling riles reasearchers. Nature.
495(7442):418–419.
Ball LM, Egeler RM (2008). Acute GvHD: pathogenesis and classification. Bone Marrow Transplant. Suppl 2:S58-64.
Bauer D, Neska J, Archacka K (2013). Komórki macierzyste. Część
III – komórki macierzyste organizmów dorosłych. Eduk Biol Śr.
4(48):3-10.
Bianco P, Riminucci M, Gronthos S, Robey PG (2001). Bone marrow
stromal stem cells: nature, biology, and potential applications.
Stem Cells. 19(3):180-192.
Bianco P, Barker R, Brüstle O, Cattanego E, Clevers H, Daley QG, De
Luca M, Goldstain L, Lindvall O, Mummery C, Robey GP, Sattler
C, Smith A (2013). Regulation of stem cell therapies under attack
in Europe: for whom the bell tolls. EMBO J. 32(11):1489–1495.
Bianco P (2014). „Mesenchymal” stem cells. Annu Rev Cell Dev Biol.
30:677-704.
Biggin A, Munns CF (2014). Osteogenesis imperfecta: diagnosis and
treatment. Curr Osteroporos Rep. 12(3), 279-288.
Binder S, Stolba U, Krebs I, Kellner L, Jahn C, Feichtinger H, Povelka
M, Frohner U, Kruger A, Hilgers RD, Krugluger W (2012). Transplantation of autologous retinal pigment epithelium in eyes with
,Horn B ,Yu L , Talano J, Nemecek E, Mills Ch, Chaudhury S
(2014). Allogeneic Human Mesenchymal Stem Cell Therapy (Remestemcel-L, Prochymal) as a Rescue Agent for Severe Refractory
Acute Graft-versus-Host Disease in Pediatric Patients. Biol Blood
Marrow Transplant. 20(2):229-235.
Linker CA (2003). Autologous stem cell transplantation for acute
myeloid leukemia. Bone Marrow Transplant. 31:731–738.
Lu B, Malcuit C, Wang S, Girman S, Francis P, Lemieux L, Lanza R,
Lund R (2009). Long-term safety and function of RPE from human embryonic stem cells in preclinical models of macular degeneration. Stem Cells. 27(9):2126-2135.
Maciulaitis R, D’Apote L, Buchanan A, Pioppo L, Schneider CK
(2012). Clinical development of advanced therapy medicinal products in Europe: evidence that regulators must be proactive. Molecular Therapy. 20(3), 479-482.
Medawar PB (1948). Immunity to homologous grafted skin; the fate
of skin homografts transplanted to the brain, to subcutaneous
tissue, and to the anterior chamber of the eye. Br J Exp Pathol.
29(1):58-69.
Najar M, Raicevic G, Fayyd-Kazan H, Bron D, Toungouz M, Lagneaux L (2016). Mesenchymal stromal cells and immunomodulation: A gathering of regulatory immune cells. Cytotherapy.
18(2):160-171.
Nombela-Arrieta C, Ritz J, Silberstein LE (2011). The elusive nature
and function of mesenchymal stem cells. Nat Rev Mol Cell Biol.
12(2):126-131.
Pascolini D, Mariotti SP (2012). Global estimates of visual impairment: 2010. Br J Ophthalmol. 96(5):614-618.
Passweg JR, Baldomero H, Bader P, Bonini C, Cesaro S, Dreger P,
Duarte RF, Dufour C, Falkenburg JH, Farge-Bancel D, Gennery
A, Kröger N, Lanza F, Nagler A, Sureda A, Mohty M, European
Society for Blood and Marrow Transplantation (EBMT) (2015).
Hematopoietic SCT in Europe 2013: recent trends in the use of
alternative donors showing more haploidentical donors but fewer
cord blood transplants. Bone Marrow Transplant. 50(4):476-482.
Pellegrini G, De Luca M (2014). Eyes on the prize: limbal stem cells
and corneal restoration. Cell Stem Cell. 15(2):121-122.
Pojda Z, Macha E, Kurzyk A, Mazur S, Dębski T, Gilewicz J, Wysocki J (2013). Mezenchymalne komórki macierzyste. Post Bioch.
59(2):187-197.
Rama P, Matuska S, Paganoni G, Spinelli A, De Luca M, Pellegrini G
(2010). Limbal stem-cell therapy and long-term corneal regeneration. N Engl J Med. 363(2):147-155.
Schwartz SD, Regillo CD, Lam BL, Eliott D, Rosenfeld PJ, Gregori
NZ, Hubschman JP, Davis JL, Heilwell G, Spirn M, Maguire J, Gay
R, Bateman J, Ostrick RM, Morris D, Vincent M, Anglade E, Del
Priore LV, Lanza R (2015). Human embryonic stem cell-derived
retinal pigment epithelium in patients with age-related macular
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
foveal neovascularization resulting from age-related macular degeneration: a pilot study. Am J Ophthalmol. 133(2):215-225.
Breitbach M, Bostani T, Roell W, Xia Y, Dewald O, Nygren JM,
Fries JWU, Tiemann K, Bohlen H (2007). Potential risks of bone
marrow cell transplantatations into infarcted hearts. Blood.
110(4):1362-1369.
Carrozzi M, Biondi A, Zanus C, Monti F, Alessandro V (2012). Stem
cells in severe infantile spinal muscular atrophy (SMA1). Neuromuscul Disord. 22(11):1032–1034.
Chiang JL, Kirkman MS, Laffel LM, Peters AL, Type 1 Diabetes Sourcebook Authors (2014). Type 1 diabetes through the life span:
a position statement of the American Diabetes Association. Diabetes Care. 37(7):2034-2054.
Chinen J, Buckley RH (2010). Transplantation immunology: solid
organ and bone marrow. J Allergy Clin Immunol. 125(2 Suppl
2):S324-335.
D’Amour KA, Bang AG, Eliazer S, Kelly OG, Agulnick AD, Smart
NG, Moorman MA, Kroon E, Carpenter MK, Baetge EE (2006).
Production of pancreatic hormone-expressing endocrine cells
from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol. 24(11):13921401.
El-Jawhari JJ, El-Sherbiny YM, Jones EA, McGonagle D (2014). Mesenchymal stem cells, autoimmunity and rheumatoid arthritis.
QJM. 107:505-514.
Flores-Guzmán P, Fernández-Sánchez V, Mayani H (2013). Concise
review: ex vivo expansion of cord blood-derived hematopoietic stem and progenitor cells: basic principles, experimental approaches, and impact in regenerative medicine. Stem Cells Transl
Med. 2(11):830-838.
Friedenstein AJ (1980). Stromal mechanisms of bone marrow: cloning in vitro and retransplantation in vivo. Haematol Blood Transfus. 25:19-29.
Glazer LC, Dryja TP (2002). Understanding the etiology of Stargardt’s disease. Ophthalmol Clin North Am. 15(1):93-100.
Haagdorens M, Van Acker SI, Van Gerwen V, Ní Dhubhghaill S,
Koppen C, Tassignon MJ, Zakaria N (2016). Limbal Stem Cell
Deficiency: Current Treatment Options and Emerging Therapies.
Stem Cells Int. 9798374.
Hilgendorf I, Greinix H, Halter JP, Lawitschka A, Bertz H, Wolff D
(2015). Long-term follow-up after allogeneic stem cell transplantation. Dtsch Arztebl Int. 12(4):51-58.
Kamao H, Mandai M, Okamoto S, Sakai N, Suga A, Sugita S, Kiryu
J, Takahashi M (2014). Characterization of human induced pluripotent stem cell-derived retinal pigment epithelium cell sheets
aiming for clinical application. Stem Cell Reports. 2(2):205-218.
Kapadia OD (2000). Stargardt’s macular dystrophy. Clinical Eye and
Vision Care. Clin Eye Vis Care. 12(1-2):71-78.
Kurtzberg J, Prockop S, Teira P, Bittencourt H, Lewis V, Chan K
wersja PL
SZKOŁA
Mimo intensywnych badań naukowych oraz licznych prób klinicznych dotyczących możliwości wykorzystania komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej przeszczep szpiku kostnego, terapia Holoclar
oraz lek Prochymal pozostają jedynymi przykładami
metod leczenia z zastosowaniem komórek macierzystych, które są dopuszczone do stosowania u ludzi.
Ogromne zainteresowanie i nadzieje związane są z potencjalną możliwością wykorzystania komórek macierzystych w celu poprawy funkcjonowania tak ważnych
narządów, jak serce i mózg. Choć w obecnej chwili
terapia regeneracyjna serca czy mózgu nie jest dostępna, współpraca między naukowcami i lekarzami może
w przyszłości zaowocować opracowaniem nowej metody leczenia wykorzystującej osiągnięcia nauk biomedycznych, podobnie jak stało się to w przypadku terapii
Holoclar.
21
KRÓTKO
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
lity). Uchwała dostępna na stronie:
http://www2.mz.gov.pl/wwwfiles/ma_struktura/docs/program_
wieloletni_04032011.pdf
Informacje i podziękowania
Praca powstała w trakcie realizacji projektu sfinansowanego ze środków
Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer
DEC-2012/05/D/NZ3/02081 (kierownik projektu – Karolina Archacka), projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (numer
grantu PBS3/A7/22/2015) oraz projektu DSM (Dotacja celowa na prowadzenie badań naukowych dla młodych naukowców) realizowanego na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego (numer projektu W501/86/110114,
kierownik projektu – Anita Helińska).
NAUKA
degeneration and Stargardt’s macular dystrophy: follow-up of two
open-label phase 1/2 studies. Lancet. 385(9967):509-516.
Sobiak J (2011). Przeszczepianie narządów i komórek krwiotwórczych – rys historyczny. Now Lek. 80(2):157–161.
Streilein JW (1987). Immune regulation and the eye: a dangerous
compromise. FASEB J. 1(3):199-208.
Streilein JW (2003). Ocular immune privilege: the eye takes a dim
but practical view of immunity and inflammation. J Leukoc Biol.
74(2):179-85.
Szaflik J, Izdebska J (2003). Przeszczepy rogówki. Przew Lek. 6(6):6972.
Świerczek B, Dudka D, Archacka K (2013). Komórki macierzyste.
Część II – pluripotencjalne komórki macierzyste. Eduk Biol Śr.
2:2-13.
Takahashi K, Yamanaka S (2006). Induction of pluripotent stem cells
from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined
factors. Cell. 126(4):663-676.
Yoshida M, Takeuchi M, Streilein JW (2000). Participation of pigment epithelium of iris and ciliary body in ocular immune privilege. 1. Inhibition of T-cell activation in vitro by direct cell-to-cell
contact. Invest Ophthalmol Vis Sci. 41(3):811-821.
22
Dziękujemy Panu Jarosławowi Rakowi za pomoc w przygotowaniu angielskiej wersji artykułu.
KRÓTKO
Abbot A (2013). Italian stem-cell trial based on flawed data. Nature. Artykuł dostępny na stronie: http://www.nature.com/news/
italian-stem-cell-trial-based-on-flawed-data-1.13329.
Charakterystyka terapii VC-01 firmy ViaCyte. Opis produktu dostępny na stronie: http://viacyte.com/products/vc-01-diabetes-therapy/
Mesenchymal Stem Cell Therapy for the Treatment of Severe or Refractory Inflammatory and/or Autoimmune Disorders. Informacje na temat próby klinicznej:
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01540292
Repeated Infusions of Mesenchymal Stromal Cell in Children With
Osteogenesis Imperfecta (STOD3). Informacje na temat próby
klinicznej:
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01061099?term=Osteogenesi
s+Imperfecta+mesenchymal&rank=1
Raport EMA/25273/2015 (2014). Assessment report. Holoclar. International non-proprietary name: Ex vivo expanded autologous
human corneal epithelial cells containing stem cells. European
Medicines Agency. Informacje na temat próby klinicznej:
www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/EPAR_Public_assessment_report/human/002450/WC500183405.pdf
Uchwała Rady Ministrów Nr 164 / 2010. W sprawie ustanowienia
programu wieloletniego na lata 2011 – 2020 pod nazwą „Narodowy Program Rozwoju Medycyny Transplantacyjnej” (tekst jedno-
SZKOŁA
Cytowane strony internetowe:
Wstęp
Streszczenie:
W ekosystemach wodnych występuje wiele różnych substancji, zarówno pochodzenia naturalnego, jak i antropogenicznego, które mogą pogarszać stan środowiska
i negatywnie wpływać na funkcjonowanie występujących
tam organizmów wodnych. Celem pracy było porównanie stopnia oddziaływania związków allelopatycznych
na tle innych związków pochodzenia antropogenicznego
w odniesieniu do okrzemki Bacillaria paxillifera. W pracy porównano wpływ na liczebność bałtyckiej okrzemki
związków allelopatycznych produkowanych przez sinicę
Nodularia spumigena, hodowaną w określonych warunkach natężenia światła, temperatury i dostępności składników pokarmowych oraz zadanych stężeń związków
chemicznych, takich jak herbicyd Roundup®, zawierający
glifosat, imidazoliowa ciecz jonowa [BMIM]Cl i chlorek
miedzi. Największy spadek liczebności analizowanej
okrzemki zanotowano 7 dnia eksperymentu po dodaniu przesączu z sinic. Badania wykazały, że substancje
pochodzenia antropogenicznego również wpływały na
liczebność okrzemek, których spadek liczebności po dodaniu chlorku miedzi (II) wyniósł 40% w stosunku do
próby kontrolnej. Na podstawie uzyskanych wyników
stwierdzono, że związki allelopatyczne wywierają istotnie negatywny wpływ na wzrost testowanej okrzemki,
choć oddziaływają one nieco słabiej niż substancje pochodzenia antropogenicznego.e.
Słowa kluczowe: okrzemki, sinice, substancje antropogeniczne, związki allelopatyczne
Oddziaływanie allelopatyczne fitoplanktonu badane
jest od prawie 100 lat (Dakshini, 1994), jednak od niedawna podejmuje się bardziej intensywne analizy tego
zjawiska (Kubanek i wsp., 2005; Granéli i Hansen, 2006;
Granéli i wsp., 2008; Lyczkowski i Karp-Boss, 2014).
dr Sylwia Śliwińska-Wilczewska:
Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański
mgr Zuzanna Sylwestrzak:
Jakub Maculewicz:
dr Aleksandra Zgrundo:
dr Filip Pniewski:
prof. Adam Latała:
S. Śliwińska-Wilczewska, Z. Sylwestrzak, J. Maculewicz, A. Zgrundo, F. Pniewski, A. Latała
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Sylwia Śliwińska-Wilczewska, Zuzanna Sylwestrzak, Jakub Maculewicz, Aleksandra Zgrundo, Filip Pniewski, Adam Latała
Wzrost zainteresowania zjawiskiem allelopatii u sinic
spowodowany jest coraz częstszymi doniesieniami na
temat szkodliwych metabolitów produkowanych przez
te organizmy i ich wpływu na otaczające je środowisko
(Granéli i wsp., 2008). Dane literaturowe wykazują, że
w ostatnim czasie szkodliwe „zakwity” glonów w wodach światowych (ang. Harmful algal blooms – HABs)
znacząco się nasiliły. Problem ten dotyczy zarówno
środowisk morskich i słodkowodnych (Smayda, 1990;
Van Dolah, 2000), co w dalszej kolejności powoduje
ogromne straty ekonomiczne w ekosystemach wodnych (Granéli i Hansen, 2006). O najbardziej szkodliwym efekcie HABs mówimy wtedy, kiedy wpływa on
na funkcjonowanie całego ekosystemu, powodując
upośledzenie lub podwyższoną śmiertelność fitoplanktonu, makroglonów, zooplanktonu, zoobentosu i ryb
(Granéli i wsp., 2008). Sinice znane są z produkowania
szerokiego zakresu wtórnych metabolitów z różnym zakresem ich biologicznego oddziaływania (Berry i wsp.,
2008; Mazur-Marzec i wsp., 2015). Zaledwie niewielka
część tych związków została prawidłowo zidentyfikowana, choć odgrywają one tak ważną rolę w oddziaływaniach allelopatycznych. Głównym zadaniem tych
związków jest upośledzanie aktywności konkurentów
i drapieżników. Związki allelopatyczne odgrywają rolę
w oddziaływaniu pomiędzy organizmami emitującymi
(donorowymi) i ich bezpośrednimi konkurentami lub
drapieżnikami (tzw. organizmy targetowe). Oddziaływania allelopatyczne są ważnym czynnikiem w określaniu rozkładu i liczebności gatunków szczególnie
w obrębie zbiorowisk roślinnych i planktonu (Wardle
i wsp., 2011; Yang i wsp., 2012). Producenci pierwotni
ekosystemów wodnych silnie konkurują o niszę środowiskową, światło i składniki pokarmowe. To sugeruje,
że konkurencja o czynniki środowiskowe może silnie
wpływać na produkcję związków allelopatycznych.
Uwalnianie aktywnych związków allelopatycznych jest
cechą adaptacyjną rozwiniętą przez producentów pier-
wersja PL
SZKOŁA
Wpływ związków allelopatycznych...
i wybranych substancji pochodzenia antropogenicznego na
okrzemkę Bacillaria paxillifera
23
KRÓTKO
Wpływ związków allelopatycznych... | S. Śliwińska-Wilczewska, Z. Sylwestrzak, J. Maculewicz, A. Zgrundo, F. Pniewski, A. Latała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
wersją
referencyjną
jest wersja EN
substancji pochodzenia antropogenicznego w odniesieniu do okrzemki B. paxillifera. Takie badania umożliwią większy wgląd w rolę związków allelopatycznych na
tle innych związków chemicznych. Zasadność przeprowadzenia takich badań podyktowana była stosunkowo
nielicznymi pracami z zakresu oddziaływań allelopatycznych w środowiskach wodnych.
Materiał wykorzystywany w doświadczeniach
stanowiły bałtyckie szczepy sinicy Nodularia spumigena Mertens ex Bornet & Flahault 1888: 245 (szczep BA15) oraz okrzemki Bacillaria paxillifera (O.F. Müller)
T. Marsson 1901: 254 (syn. Vibrio paxillifer O.F.Müller,
1786) (szczep BA-14), które zostały wyizolowane z naturalnego zespołu fitoplanktonu wód przybrzeżnych
Zatoki Gdańskiej w 2003 roku. Obecnie szczepy te, jako
monokultury przetrzymywane są w Kolekcji Kultur
Glonów Bałtyckich (CCBA) znajdującej się w Pracowni
Ekofizjologii Roślin Morskich na Uniwersytecie Gdańskim (Latała, 2003; Latała i wsp., 2006). Badane organizmy były hodowane w sterylnej pożywce mineralnej
f/2 (Guillard, 1975). Pożywki były przygotowywane na
bazie wody pobranej z Morza Bałtyckiego o zasoleniu
Ryc. 1. Szczepy
mikroorganizmów
wykorzystane
w niniejszej pracy:
A) Bacillaria paxillifera
BA-14 oraz
B) Nodularia spumigena
BA-15.
Źródło: oprac. własne.
NAUKA
Materiał i metody
SZKOŁA
2003). Drugą badaną substancją był chlorek 1-butylo3-metyloimidazoliowy ([BMIM]Cl) należący do grupy
imidazoliowych cieczy jonowych. Niskotemperaturowe
ciecze jonowe znajdują szerokie zastosowanie w tzw.
„zielonej chemii”, czyli dziedzinie zajmującej się
produktami uważanymi za przyjazne środowisku.
Ciecze te dzięki znikomej lotności, mogą zastępować
dotychczas stosowane rozpuszczalniki organiczne.
Pomimo coraz większej popularności tych związków
w przemyśle, ich toksyczność jest dopiero od niedawna
szerzej badana. Substancje te, jak wykazano, są jednak
toksyczne dla różnych grup organizmów, w tym mikroglonów (Latała i wsp., 2005; 2009a; 2009b; 2010; Kulacki
i Lamberti, 2008; Samorì i wsp., 2011). Ostatnią badaną substancją był chlorek miedzi II. Miedź w reakcjach
enzymatycznych bierze udział w przenoszeniu elektronów i dlatego w małych ilościach jest pierwiastkiem
niezbędnym do wzrostu roślin. W dużych ilościach sole
tego pierwiastka działają jako algicyd, gdyż są bardzo
toksyczne dla mikroglonów (Brown i Rattigan, 1979).
Celem niniejszej pracy było porównanie stopnia
oddziaływania związków allelopatycznych produkowanych przez sinicę N. spumigena hodowaną w wybranych warunkach natężenia światła, temperatury i dostępności składników pokarmowych na tle wybranych
wersja PL
KRÓTKO
wotnych przeciw ich konkurentom. Allelopatia mikroorganizmów może negatywnie wpływać na kondycję
drapieżników, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do ich śmierci. Z drugiej strony warunki fizjologiczne i charakterystyka organizmów targetowych
jest silnie zależna od stopnia ich wrażliwości i zakresu
występowania mechanizmów detoksykacji na zadane
związki (Suikkanen i wsp., 2004). W przeciwieństwie
do środowiska lądowego, bezpośrednie wykazanie oddziaływania allelopatycznego w środowisku wodnym
jest bardzo trudne. Dlatego wiele badań dąży do wykazania oddziaływania allelopatycznego pomiędzy wodnymi fotoautotrofami, poprzez wykonywanie szeregu
doświadczeń laboratoryjnych.
W ostatnich latach obserwuje się wzrost użycia różnych związków pochodzenia antropogenicznego, takich jak stosowane powszechnie związki herbicydowe,
ciecze jonowe czy chlorek miedzi, które mogą pogarszać stan środowiska i negatywnie wpływać na funkcjonowanie występujących tam organizmów. Ponieważ badania dokumentujące ich wpływ na środowisko
wodne i występujące tam organizmy są nadal niepełne,
konieczne jest prowadzenie intensywnych analiz w tym
zakresie (Kwiatkowska i wsp., 2013). W celu poznania
reakcji organizmów na substancje toksyczne o pochodzeniu antropogenicznym, zastosowano jeden z najczęściej stosowanych w Polsce herbicydów – Roundup®
z substancją aktywną w formie glifosatu (N-fosfonometyloglicyna). Glifosat, który przeniknie do komórek
roślinnych hamuje aktywność syntetazy EPSP (5-enolopirogroniano-szikimo-3-fosforanu). Unieczynniony
enzym zatrzymuje produkcję aminokwasów aromatycznych, takich jak: fenyloalanina, tyrozyna i tryptofan, które są bardzo ważne dla wzrostu roślin, ponieważ wchodzą w skład wielu barwników (Franz i wsp.,
1997). Dodatkowo związek ten zakłóca proces fotosyntezy przez jej stopniowe hamowanie (Pieniążek i wsp.,
24
jonowej [BMIM]Cl oraz chlorku miedzi (II) na bałtycką
okrzemkę B. paxillifera. Testy prowadzono w kolbach
o objętości 25 ml. Po zaszczepieniu odpowiedniej ilości komórek hodowle inkubowano przez 3 dni, po tym
czasie hodowla znajdowała się w fazie logarytmicznego wzrostu. Testy prowadzono w temperaturze 20°C.
Warunki świetlne o natężeniu napromieniowania PAR
wynoszące 50 μmol fotonów·m-2·s-1 o fotoperiodzie L:D
16:8 uzyskano stosując sztuczne źródło światła – lampy
halogenowe Philips (OSRAM L 36W/640-1). Roztwór
kontrolny stanowiło 25 ml pożywki f/2 (Guillard, 1975)
o zasoleniu 8 psu. Do oceny toksyczności wymienionych
substancji zastosowano następujące ich stężenia: CuCl2
– 0,001 g·l-1 herbicyd ze stężeniem glifosatu – 0,05 g·l-1
Ryc. 2. Liczebność (%
w stosunku do próby
kontrolnej) B. paxillifera
uzyskana dla 1, 3 i 7 dnia
hodowli w doświadczeniach
z dodatkiem przesączu
otrzymanego z kultur sinic
N. spumigena hodowanych w:
A) 190 µmol fotonów·m-2·s-1,
B) 25ºC,
C) na pożywce mineralnej
zawierającej nadwyżkę soli
odżywczych (N i P) oraz
substancji pochodzenia
antropogenicznego:
D) BMIM[Cl],
E) glifosatu i F) chlorku miedzi (II)
(wartości średnie ±SD przy powtórzeniach n = 3).
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
z trzech niezależnych pomiarów. W przeprowadzanych
doświadczeniach liczebność komórek w hodowlach
właściwych określona była na podstawie pomiaru gęstości optycznej (OD) hodowli. Uprzednio dla hodowli testowanej okrzemki wyznaczono zależność liniową
pomiędzy liczebnością komórek a zmierzoną wartością
OD hodowli. Pomiar liczebności komórek został przeprowadzony przy użyciu mikroskopu świetlnego Nikon
Eclipse 80i z zastosowaniem komory Bürkera. Równolegle mierzono OD przy użyciu spektrofotometru Thermo Scientific Multiskan GO dla długości fali 750 nm.
W trakcie badań testowano również wpływ substancji pochodzenia antropogenicznego – herbicydu
Roundup®, zawierającego glifosat, imidazoliowej cieczy
wersja PL
SZKOŁA
około 8 psu (ang. Practical Salinity Unit), którą po dostarczeniu do laboratorium przesączono przez bibułę
szklaną GF/C Whatman’a. Hodowle aklimatyzacyjne
były każdorazowo przetrzymywane przez okres jednego tygodnia w warunkach odpowiadających przyszłej
hodowli eksperymentalnej. Po tym okresie rosnące
kultury, będące w fazie logarytmicznego wzrostu, zostały wykorzystane jako źródło inokulum (stanowiące
zawiesinę badanych komórek) do założenia hodowli
właściwej.
Podczas realizacji doświadczeń, mających na celu
uchwycenie zjawiska allelopatii, została wykorzystana
metoda cross-culturing (Suikkanen i wsp., 2004). W metodzie tej badania określające oddziaływanie allelopatyczne były prowadzone poprzez dodanie do hodowli
badanej okrzemki przesączu uzyskanego z hodowli
sinicy będącej w fazie logarytmicznego wzrostu. Przesącz (V=2 ml) otrzymywano filtrując hodowlę przez
sączki z bibuły szklanej Whatman GF/C i dodawano
raz, na początku eksperymentu, do 25 ml kolb Erlenmeyera zawierających hodowlę testowanej okrzemki
(V=20 ml). We wszystkich eksperymentach wyjściowe
stężenie chlorofilu a w kulturach wynosiło 0,8 µg chl
a ml-1. Próby kontrolne były sporządzane przez dodanie
pożywki mineralnej f/2 o objętości równej dodawanemu przesączowi. Po 1, 3 i 7 dniach określono zagęszczenie komórek w hodowlach. W niniejszej pracy badano oddziaływanie allelopatyczne sinic hodowanych
w intensywności napromieniowania wynoszącej 190
μmol fotonów·m-2·s-1, temperaturze 25°C oraz nadwyżce soli odżywczych (pełny skład pożywki mineralnej
f/2 – NP). Natomiast okrzemki hodowane były w stałych warunkach światła wynoszącego 50 μmol fotonów
·m-2·s-1, temperaturze 20°C i na pełnym składzie pożywki mineralnej f/2. Każdy wariant doświadczenia był
prowadzony w trzech powtórzeniach, a wyniki eksperymentów zostały przedstawione jako wartość średnia
25
KRÓTKO
26
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Ryc. 4. Morfologia komórek B. paxillifera dla A) próby kontrolnej i B) w doświadczeniach z dodatkiem glifosatu (w postaci
preparatu Roundup®) po 1 dniu ekspozycji
Ryc. 3. Morfologia komórek B. paxillifera dla
A) próby kontrolnej i w doświadczeniach po
B) 1 i C) 7 dniach ekspozycji na przesącz komórkowy uzyskany
z hodowli N. spumigena
wykonywano dokumentację fotograficzną z wykorzystaniem mikroskopu Nikon Eclipse 80i wyposażonym
w kamerę Nikon DSU2.
W celu opisania wpływu przesączu uzyskanego
z hodowli sinicy oraz wpływu związków pochodzenia
antropogenicznego na liczebność bałtyckiej okrzemki została wykonana dwuczynnikowa analiza wariancji (ANOVA) oraz test Tukeya (HSD) na przyjętym
poziomie istotności α = 0,05 przy użyciu programu
komputerowego SSP Statistica® 10.
Wyniki
W niniejszej pracy określono liczebność okrzemki
B. paxillifera uzyskaną dla próby kontrolnej i w doświadczeniach z dodatkiem przesączu otrzymanego
z sinic N. spumigena, hodowanych w świetle wynoszącym 190 µmol fotonów·m-2·s-1, temperaturze 25ºC oraz
nadwyżce składników pokarmowych NP (ryc. 2, A-C).
KRÓTKO
oraz [BMIM]Cl – 0,0175 g·l-1. Stężenia związków antropogenicznych w prowadzonych doświadczeniach były
dobrane odpowiednio do wcześniejszych danych literaturowych nawiązujących do ich EC50 (ang. effective
concentration), czyli stężenia, które indukuje w medium
środowiskowym określony efekt u 50% organizmów
doświadczalnych w określonych warunkach laboratoryjnych. Reakcję organizmów na działanie zastosowanej substancji przedstawionej jako zmiany liczebności
w stosunku do warunków kontrolnych analizowano po
1, 3 i 7 dniach. Dodatkowo w trakcie eksperymentów
SZKOŁA
Dyskusja
W środowisku wodnym obecnych jest wiele różnych substancji, zarówno związków allelopatycznych,
jak i pochodzenia antropogenicznego, które negatywnie wpływają na funkcjonowanie wielu organizmów
roślinnych, jednakże prace na ten temat są nieliczne.
Przeprowadzone w niniejszym projekcie doświadczenia pozwoliły na porównanie stopnia oddziaływania
związków allelopatycznych na tle substancji pochodzenia antropogenicznego, takich jak ciecze jonowe, glifosat i chlorek miedzi w odniesieniu do okrzemki B. paxillifera.
W środowisku naturalnym sposób działania związków allelopatycznych jest wysoce różnorodny, a gatunki donorowe mogą wpływać na organizmy targetowe na wiele sposobów. Ponadto w naturalnych
zespołach fitoplanktonu w wielu przypadkach trudno
jest wykazać bezpośredni wpływ i znaleźć pewny dowód oddziaływań allelopatycznych. Dlatego ważne
jest charakteryzowanie oddziaływań allelopatycznych
w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, w celu
zbadania natury uwalnianych substancji i ich sposobu działania na organizmy targetowe (Valdor i Aboal,
2007; Gantar i wsp., 2008). Wpływ oddziaływania allelopatycznego sinic na wzrost wybranych organizmów
targetowych jest najczęściej opisywanym mechanizmem reakcji związków allelopatycznych. Hamowanie
wzrostu oraz śmierć organizmu targetowego przez negatywne wpływanie produkowanych przez organizmy
donorowe związków allelopatycznych jest stosunkowo
szeroko rozpowszechnionym i najczęściej opisywanym
sposobem działania u sinic i mikroglonów (Gross, 2003;
Żak i wsp., 2012). W badaniach laboratoryjnych najczęściej wykorzystuje się testy glonowe, które mają za
zadanie wykazać oddziaływanie allelopatyczne pomiędzy badanymi organizmami (np. Fistarol i wsp., 2003;
2004; 2005; Suikkanen i wsp., 2004; Yamasaki i wsp.,
2007; Gantar i wsp., 2008; Antunes i wsp., 2012; Żak
i wsp., 2012). W niniejszej pracy wykazano, że przesącz
uzyskany z bałtyckiej sinicy hamował wzrost analizowanych okrzemek. Doświadczenia z dodaniem przesączu uzyskanym z kultur sinic z N. spumigena wykazały
istotny hamujący wpływ na liczebność badanych komórek okrzemki B. paxillifera, których odpowiedź po
tygodniu trwania eksperymentu przejawiała się około
80%-wym spadkiem liczebności w stosunku do hodowli kontrolnej. W swoich badaniach Chan i wsp. (1980)
zanotowali, że związki wydzielane przez Skeletonema
costatum (Greville) Cleve 1873: 7, Phaeodactylum tricornutum Bohlin 1897: 520 i Heterocapsa triquetra (Ehrenberg) Stein 1883: 13 miały większy wpływ na okrzemkę
Cylindrotheca fusiformis Reimann & J.C.Lewin 1964:
288 niż na dwie heterotroficzne bakterie Staphylococcus
aureus i Bacillus subtilis. Również przesącz uzyskany
z P. tricornutum i H triquetra hamował rozwój mikroglonów, nie miał natomiast wpływu na bakterie. Z kolei
przesącz uzyskany z bruzdnicy Scrippsiella sweeneyae
Balech ex A.R.Loeblich III 1965: 15 hamował zarówno
C. fusiformis, jak również dwie heterotroficzne bakterie.
C. fusiformis i Nitzschia angularis W.Smith 1853: 40 to
dwa gatunki okrzemek, które wykazywały najszybszy
wzrost na agarze i były najbardziej podatne na testy glonowe (Chan i wsp., 1980).
Podjęte badania pozwoliły również na określenie
wpływu na bałtycką okrzemkę B. paxillifera powszechnie stosowanego herbicydu Roundup®, w skład którego
wchodzi glifosat oraz mniej zbadanych: cieczy jonowej
i chlorku miedzi. Ciecze jonowe są solami organicznymi o niskiej temperaturze topnienia, które zostały
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
nie się form teratologicznych. Ponadto efekt degradacji
struktur komórkowych nasilał się wraz z czasem ekspozycji na zadane związki.
wersja PL
SZKOŁA
W doświadczeniach stwierdzono istotny hamujący
wpływ przesączu komórkowego sinic na liczebność komórek B. paxillifera. Największy spadek liczebności tej
okrzemki zanotowano 7 dnia eksperymentu po dodawaniu przesączu z sinicy przetrzymywanej w 190 µmol
fotonów·m-2·s-1, temperaturze 25ºC i nadwyżce składników pokarmowych NP, który wyniósł odpowiednio
85%, 86% i 81% w stosunku do próby kontrolnej (ANOVA, p < 0,05). Ponadto w pracy badano wpływ cieczy
jonowej [BMIM]Cl, Roundupu®, w którym substancją
aktywną jest glifosat oraz chlorku miedzi (II) na liczebność analizowanej okrzemki (ryc. 2, D-F). Na podstawie uzyskanych wyników zaobserwowano, że dodanie
chlorku miedzi o stężeniu 0,001 g·l-1 miało największy
hamujący wpływ na bałtycką okrzemkę B. paxillifera,
której reakcja ostatniego dnia eksperymentu przejawiała się w 40-to procentowym spadku liczebności w stosunku do próby kontrolnej. Ponadto dla pozostałych
dwóch analizowanych substancji: cieczy jonowej o stężeniu 0,0175 g·l-1 oraz glifosatu, którego dodawane stężenie było równe 0,05 g·l-1, odpowiedź, wyrażona jako
spadek liczebności B. paxillifera po 7 dniach ekspozycji
wyniosła odpowiednio 58% i 51% w stosunku do warunków kontrolnych (ANOVA, p < 0,05).
Zmiany morfologiczne w budowie chloroplastów zaobserwowane u B. paxillifera poddanej działaniu przesączu sinic oraz preparatu Roundup® przedstawiono na
ryc. 3 i ryc. 4. W pracy strzałkami wskazano zdeformowane struktury badanego organizmu. Wykazano, że
testowane substancje, zarówno pochodzenia naturalnego, jak i antropogenicznego powodowały ograniczenie
pigmentacji oraz lizę komórek w porównaniu z hodowlą kontrolną. Dodatkowo dodanie preparatu Roundup®
powodowało tworzenie się widocznych już po 1 dniu
ekspozycji struktur wewnątrz okrzemek, które zaklasyfikowano do rozdętych wakuol gazowych. Obserwacje
z użyciem mikroskopu świetlnego wykazały tworze-
27
KRÓTKO
hamować ich wzrost (Chan i wsp., 1980). Takie właściwości wyjaśniałyby dużą wrażliwość okrzemki B. paxillifera na testowane związki allelopatyczne i substancje
pochodzenia antropogenicznego.
Istnieje kilka doniesień literaturowych wskazujących, że związki chemiczne mogą powodować zmiany
strukturalne i morfologiczne komórek targetowych
(Valdor i Aboal, 2007; Gantar i wsp., 2008). W niniejszej pracy wykazano, że testowane substancje, zarówno pochodzenia naturalnego, jak i antropogenicznego
powodowały ograniczenie pigmentacji oraz lizę komórek w porównaniu z hodowlą kontrolną. Na podstawie
uzyskanych wyników, przy użyciu mikroskopu świetlnego, Valdor i Aboal (2007) zaobserwowali morfologiczne zmiany komórek Scytonema sp. pod wpływem
testowanych substancji. Autorzy zanotowali, że komórki były wyciągnięte, granulowały się lub były martwe
i puste w środku. U form kolonijnych zaobserwowano
tendencję do rozdzielania się i izolacji komórek.
W przeprowadzonych eksperymentach zanotowano
ponadto wiele martwych komórek, trychomy i nici były
pozbawione koloru i zdeformowane. Obserwacje przy
użyciu mikroskopu elektronowego wykazały ponadto,
że nici i komórki Scytonema sp. były zdegenerowane,
tylakoidy były pozbawione granulacji i wzrosła ilość
inkluzji cytoplazmatycznych. Z kolei u Pseudocapsa sp.
zaobserwowano dużą ilość martwych komórek. Również badania ultrastrukturalne przeprowadzone przez
Gantar’a i wsp. (2008) wykazały, że 24-godzinna ekspozycja na zadany ekstrakt z sinicy Fischerella sp. powodowała drastyczne zmiany morfologiczne u zielenicy
Chlamydomonas sp. Zanotowane wyniki sugerują, że
zarówno związki produkowane przez sinice, jak i syntetyczne związki chemiczne mogą powodować zmiany
fizjologiczne u organizmów targetowych. Oznacza to,
że długoterminowe, niskie stężenie związków allelopatycznych oraz związków pochodzenia antropogenicz-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
zmniejszenie liczebności komórek B. paxillifera w stosunku do warunków kontrolnych. W badaniach przeprowadzonych na zielenicy Scenedesmus quadricauda
(Turpin) Brébisson w Brébisson & Godey 1835: 66 stężenie glifosatu 0,02 g·l-1 hamowało wzrost komórek tego
gatunku (Wong, 2000). W pracy dotyczącej toksyczności czterdziestu herbicydów stosowanych powszechnie
na świecie wykazano, że EC50 glifosatu dla zielenicy
z gatunku Raphidocelis subcapitata (Korshikov) Nygaard, Komárek, J.Kristiansen & O.M.Skulberg 1987: 31
jest niższe niż zastosowane w niniejszych badaniach
i wynosi 0,0055 g·l-1 (Maa i wsp., 2006). Ponadto ważnym pierwiastkiem, który często notowany jest w podwyższonych stężeniach, jest miedź. Pierwiastek ten
występuje w środowisku naturalnie i w reakcjach enzymatycznych bierze udział w przenoszeniu elektronów
(Wells i wsp., 2005). W wodzie morskiej stężenia miedzi
wynosi 0,02-0,32 µg·l-1 (Kabata-Pendias i Pendias, 1999).
W ilości większej niż klasyfikująca ją jako mikroelement
jest jednym z najbardziej toksycznych metali ciężkich
(Brown i Rattigan, 1979). Zastosowane w badaniach
stężenie 0,001 g·l-1 chlorku miedzi hamowało wzrost
komórek B. paxillifera. Narażenie mikroorganizmów
roślinnych na bezpośredni kontakt z wysokim stężeniem jonów miedzi może być dla nich bardzo toksyczne (Serra i wsp., 2009). Chlorek miedzi wprowadzony
do środowiska może powodować niekorzystne i długo
utrzymujące się zmiany składu mikroorganizmów roślinnych w środowisku wodnym (Stauber i Florence,
1985). Zaobserwowano, że obecność toksycznych ilości
miedzi powoduje zmniejszenie szybkości podziałów
komórkowych i wyraźne zwiększenie się rozmiaru komórek u okrzemki Asterionella japonica Cleve w Cleve
& Möller 1882: 3 (Fisher i wsp., 1981). Okrzemki pobierają organiczne substancje szybciej, niż pozostałe morskie mikroglony i dlatego są bardziej wrażliwe na różnorodne substancje obecne w środowisku, które mogą
wersja PL
SZKOŁA
uznane za zielone zamienniki przemysłowych lotnych
związków organicznych. Popularność tych rozpuszczalników, jako „przyjaznych dla środowiska” chemikaliów opiera się przede wszystkim na ich bardzo małej
prężności par. Niemniej jednak duża rozpuszczalność
cieczy jonowych w wodzie daje powody do obaw w stosunku do ich wpływu na organizmy wodne. Poznanie
typu i zakresu oddziaływania tych substancji na mikroorganizmy jest niezwykle istotne, gdyż ekosystemy
wodne są możliwym odbiorcą zanieczyszczeń przemysłowych (Phama i wsp., 2010). W podjętych badaniach
testowano wpływ cieczy jonowej w stężeniu 0,0175 g·l-1
[BMIM]Cl. W testach obserwowano zmniejszanie się
liczebności komórek B. paxillifera w kolejnych dniach
eksperymentu. Latała i wsp. (2009b), wykazali w swoich badaniach, że ciecze jonowe są toksyczne dla okrzemek z gatunku Cyclotella meneghiniana Kützing 1844:
50 i Skeletonema marinoi Sarno & Zingone w Sarno
i wsp., 2005: 160, a wartości EC50 dla cieczy jonowych
o łańcuchach od 4 do 10 atomów węgla wahały się od
0,02 do 6,5 µM. W testach zastosowano herbicyd Roundup®, który ma szerokie spektrum o biologicznej aktywności. Jest on niezwykle skutecznym herbicydem,
którego kontaktowy mechanizm działania obejmuje
hamowanie jednego z podstawowych szlaków metabolicznych roślin. W ostatnich latach popularność tego
herbicydu wzrosła wraz z rozpowszechnieniem upraw
roślin modyfikowanych genetycznie (Maa i wsp., 2006;
Kwiatkowska i wsp., 2013). Roundup® stosowany jest
w formie preparatu chwastobójczego. W jego skład którego wchodzi substancja aktywna (glifosat) oraz wiele
substancji pomocniczych. Dlatego tak istotne jest badanie łącznego działania substancji czynnej i pozostałych
składników preparatu (w tym surfaktantów), ponieważ jest to forma, na którą środowisko naturalne jest
narażone najczęściej. W przeprowadzonych badaniach
wykazano, iż stężenie 0,005 g·l-1 glifosatu powodowało
28
KRÓTKO
Artykuł przedstawia wyniki przeprowadzonego
eksperymentu, badającego wpływ substancji allelopatycznych wydzielanych przez sinicę N. spumigena, jak
również wpływ różnych substancji chemicznych pochodzenia antropogenicznego, na liczebność wybranego gatunku okrzemki – B. paxillifera. Artykuł porusza
ważne aspekty wpływu zanieczyszczeń pochodzących
z dość powszechnie stosowanych substancji chemicznych, jak również związków allelopatycznych, które
przy rosnącej intensywności zakwitów sinicowych,
wynikających z przeżyźnienia morza, jak i zmian klimatycznych, wkrótce trzeba będzie uznać, za kolejny
rodzaj zanieczyszczeń pochodzenia naturalnego. Zasadność przeprowadzenia takich badań podyktowana
była stosunkowo nielicznymi pracami podejmującymi
temat porównania wpływu związków allelopatycznych i substancji pochodzenia antropogenicznego na
wybrane gatunki mikroglonów w środowisku Morza
Bałtyckiego. W pracy porównano stopień oddziaływania związków allelopatycznych produkowanych przez
sinice N. spumigena, hodowanych w określonych warunkach natężenia światła, temperatury i dostępności
składników pokarmowych na tle wybranych substancji pochodzenia antropogenicznego, takich jak imidazoliowa ciecz jonowa [BMIM]Cl, herbicyd Roundup®
zawierający glifosat i chlorek miedzi, w odniesieniu
do okrzemki B. paxillifera. Na podstawie uzyskanych
wyników stwierdzono, że związki allelopatyczne wywierają istotnie negatywny wpływ na wzrost testowanej
okrzemki i oddziaływają niewiele słabiej niż substancje
pochodzenia antropogenicznego. Porównanie wpływu
Podziękowania: Artykuł powstał w trakcie realizacji grantu NCN PRELUDIUM 5, numer: 2013/09/N/ST10/01929.
Literatura
Antunes JT, Leão PN, Vasconcelos VM (2012). Influence of Biotic and
Abiotic Factors on the Allelopathic Activity of the Cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii Strain LEGE 99043. Microbial
Ecology. 64:584-592.
Berry JP, Gantar M, Perez MH, Berry G, Noriega FG (2008). Cyanobacterial toxins as allelochemicals with potential applications as
algaecides, herbicides and insecticides. Marine Drugs. 6:117-146.
Brown BT, Rattigan BM (1979). Toxicity of Copper and Other Metal
Ions to Laminaria digitata. Enviromental Pollution. 20:303-314.
Chan AT, Andersen RJ, Le Blanc MJ, Harrison PJ (1980). Algal Plating as a Tool for Investigating Allelopathy Among Marine Microalgae. Marine Biology. 59:7-13.
Dakshini KMM (1994). Algal allelopathy. Botanical Reviews. 60:182196.
Fisher NS, Jones GJ, Nelson DM (1981). Effects of copper and zinc
on growth, morphology, and metabolism of Asterionella japonica (Cleve). Journal of Experimental Marine Biology and Ecology.
51:37-56.
Fistarol GO, Legrand C, Granéli E (2003). Allelopathic effect of
Prymnesium parvum on a natural plankton community. Marine
Ecology Progress Series. 255:115-125.
Fistarol GO, Legrand C, Selander E, Hummert C, Stolte W, Granéli
E (2004). Allelopathy in Alexandrium spp.: effect on a natural
plankton community and on algal monocultures. Aquatic Microbial Ecology. 35:45-56.
Fistarol GO, Legrand C, Granéli E (2005). Allelopathic effect on a nutrient-limited phytoplankton species. Aquatic Microbial Ecology.
41:153-161.
Franz JE, Mao MK, Sikorski JA (1997). Glyphosate A Unique Global
Herbicyde. ACS Monograph 189. American Chemical Society,
Washington CD.
Gantar M, Berry JP, Thomas S, Wang M, Perez R, Rein KS, King G
(2008). Allelopathic activity among cyanobacteria and microal-
gae isolated from Florida freshwater habitats. FEMS Microbiology
Letters. 64:55-64.
Granéli E, Hansen PJ (2006). Allelopathy in harmful algae: a mechanism to compete for resources? In: Granéli E, Turner JT, eds. Ecology of Harmful Algae, Ecological Studies. 189. Springer-Verlag,
Berlin Heidelberg, Germany: 189-201.
Granéli E, Weberg M, Salomon PS (2008). Harmful algal blooms of
allelopathic microalgal species: The role of eutrophication. Harmful Algae. 8:94-102.
Gross EM (2003). Allelopathy of Aquatic Autotrophs. Critical Reviews in Plant Sciences. 22:313-339.
Guillard RRL (1975). Culture of phytoplankton for feeding marine
invertebrates. In: Smith WL, Chanley MH, eds. Culture of Marine
Invertebrate Animals. Plenum Press, New York, USA, pp. 26-60.
Kabata-Pendias A, Pendias H (1999). Biogeochemia pierwiastków
śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. 1.4:111126.
Kubanek J, Hicks MK, Naar J, Villareal TA (2005). Does the red tide
dinoflagellate Karenia brevis use allelopathy to outcompete other
phytoplankton? Limnology and Oceanography. 50:883-895.
Kulacki KJ, Lamberti GA (2008). Toxicity of imidazolium ionic liquids to freshwater algae. Green Chemistry. 10:104-110.
Kwiatkowska, M, Jarosiewicz P, Bukowska B (2013). Glifosat i jego
preparaty – toksyczność, narażenie zawodowe i środowiskowe.
Medycyna Pracy. 64:717-729.
Latała A (2003). Autecological characteristic of some algal strains
from Culture Collection of Baltic Algae (CCBA). In: Lima N, Smith D, eds. Biological Resource Centers and the Use of Microbes, Micoteca da Universidade do Minho, Braga, Portugal, pp. 323-345.
Latała A, Stepnowski P, Nędzi M, Mrozik W (2005). Marine toxicity assessment of imidazolium ionic liquids: acute effects on the
Baltic algae Oocystis submarina and Cyclotella meneghiniana.
Aquatic Toxicology. 73:91-98.
Latała A, Jodłowska S, Pniewski F (2006). Culture Collection of Baltic Algae (CCBA) and characteristic of some strains by factorial
experiment approach. Archiv für Hydrobiologie 165, Algological
Studies. 122:137-154.
Latała A, Nędzi M, Stepnowski P (2009a). Toxicity of imidazolium
and pyridinium based ionic liquids towards algae. Bacillaria
paxillifer (a microphytobenthic diatom) and Geitlerinema amphibium (a microphytobenthic blue green alga). Green Chemistry.
11:1371-1376.
Latała A, Nędzi M, Stepnowski P (2009b). Toxicity of imidazolium
and pyridinium based ionic liquids towards algae. Chlorella vulgaris, Oocystis submarina (green algae) and Cyclotella meneghiniana, Skeletonema marinoi (diatoms). Green Chemistry. 11:580588.
Latała A, Nędzi M, Stepnowski P (2010). Toxicity of imidazolium io-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Podsumowanie
zadanych stężeń substancji antropogenicznych z oddziaływaniem związków allelopatycznych, których ilości w środowisku morskim pozostają w dalszym ciągu
nieznane, umożliwi pełniejszy wgląd w ich rolę w środowisku wodnym na tle innych związków chemicznych.
wersja PL
SZKOŁA
nego może wpływać na mikroglony, powodując zmiany
w rozmieszczeniu poziomym i strukturze zbiorowisk
fitoplanktonu.
29
KRÓTKO
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
NAUKA
Wong PK (2000). Effects of 2,4-D, glyphosate and paraquat on
growth, photosynthesis and chlorophyll a synthesis of Scenedesmus quadricauda Berb 614. Chemosphere. 41:177-182.
Yamasaki Y, Nagasoe S, Matsubara T, Shikata T, Shimasaki Y, Oshima Y, Honjo T (2007). Allelopathic interactions between the
bacillariophyte Skeletonema costatum and the raphidophyte Heterosigma akashiwo. Marine Ecology Progress Series. 339:83-92.
Yang X, Deng S, De Philippis R, Chen L, Hu C, Zhang W (2012).
Chemical composition of volatile oil from Artemisia ordosica and
its allelopathic effects on desert soil microalgae, Palmellococcus
miniatus. Plant Physiology and Biochemistry. 51:153-158.
Żak A, Musiewicz M, Kosakowska A (2012). Allelopathic activity of
the Baltic cyanobacteria against microalgae. Estuarine, Coastal
and Shelf Science. 112:4-10.
KRÓTKO
nic liquids towards algae. Influence of salinity variations. Green
Chemistry. 12:60-64.
Lyczkowski ER, Karp-Boss L (2014). Allelopathic effects of Alexandrium fundyense (Dinophyceae) on Thalassiosira cf. gravida (Bacillariophyceae): a matter of size. Journal of Phycology. 50:376-387.
Maa J, Wangc S, Wangb P, Mab L, Chena X, Xua R (2006). Toxicity
assessment of 40 herbicides to the green alga Raphidocelis subcapitata. Ecotoxicology and Environmental Safety. 63:456-462.
Mazur-Marzec H, Błaszczyk A, Felczykowska A, Hohlfeld N, Kobos
J, Toruńska-Sitarz A, Devi P, Montalvão S, D’souza L, Tammela
P, Mikosik A, Bloch S, Nejman-Faleńczyk B, Węgrzyn G (2015).
Baltic cyanobacteria–a source of biologically active compounds.
European Journal of Phycology. 50:343-360.
Phama TPT, Choa CW, Yuna Y (2010). Environmental fate and toxicity of ionic liquids: A review. Water Research. 44:352-372.
Pieniążek D, Bukowska B, Duda W (2003). Glifosat – nietoksyczny
pestycyd? Medycyna Pracy. 54:579-583.
Samorì C, Sciutto G, Pezzolesi L, Galletti P, Guerrini F, Mazzeo
R, Tagliavini E. (2011). Effects of imidazolium ionic liquids on
growth, photosynthetic efficiency, and cellular components of the
diatoms Skeletonema marinoi and Phaeodactylum tricornutum.
Chemical research in toxicology. 24: 392-401.
Serra A, Corcoll N, Guasch H (2009). Copper accumulation and
toxicity in fluvial periphyton: The influence of exposure history.
Chemosphere. 74:633-641.
Smayda TJ (1990). Novel and nuisance phytoplankton blooms in the
sea: evidence for a global epidemic. In: Granéli S, Sundström B,
Edler L, Anderson DM, eds. Toxic Marine Phytoplankton. Elsevier
Science, New York, NY, USA, pp. 29-40.
Stauber JL, Florence TM (1985). The influence of iron on copper toxicity to the marine diatom, Nitzschia closterium (ehrenberg) W.
Smith. Aquatic Toxicology. 6:297-305.
Suikkanen S, Fistarol GO, Granéli E (2004). Allelopathic effects of
the Baltic cyanobacteria Nodularia spumigena, Aphanizomenon
flos-aquae and Anabaena lemmermannii on algal monocultures.
Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 308:85-101.
Valdor R, Aboal M (2007). Effects of living cyanobacteria, cyanobacterial extracts and pure microcystins on growth and ultrastructure of microalgae and bacteria. Toxicon. 49:769-779.
Van Dolah FM (2000). Marine algal toxins: origins, health effects,
and their increased occurrence. Environmental Health Perspectives. 108:133-141.
Wardle DA, Karban R, Callaway RM (2011). The ecosystem and evolutionary contexts of allelopathy. Trends in Ecology & Evolution.
26:655-662.
Wells ML, Trick CG, Cochlan WP, Hughes MP, Trainer VL (2005).
Domoic acid: The synergy of iron, copper, and the toxicity of diatoms. Limnology and Oceanography. 50:1908-1917.
30
Streszczenie:
Działalność człowieka ma wpływ na środowisko,
w szczególności na zmiany jakości powietrza. W artykule
przedstawiono główne źródła emisji zanieczyszczeń powietrza w Polsce, z uwzględnieniem emisji pyłów, SO2,
CO, NOX, niemetanowych lotnych związków organicznych, amoniaku, dioksyn i furanów, PCB, WWA oraz
metali ciężkich. Wskazano również przyczyny aktualnego stanu powietrza w Polsce oraz rodzaje działań w zakresie ograniczania emisji zanieczyszczeń do powietrza
atmosferycznego. Zwrócono również uwagę na problemy
zdrowotne będące efektem długotrwałej ekspozycji na
zanieczyszczenia.
Słowa kluczowe: emisje zanieczyszczeń, niska emisja, zdrowie
człowieka
mgr inż. Martyna Nowak: Instytut Chemicznej Przeróbki
Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze;
e-mail: [email protected]
Odpowiedni stan środowiska naturalnego gwarantuje bezpieczne funkcjonowanie człowieka, a jakość
poszczególnych elementów środowiska silnie wpływa
na zdrowie ludzi. Znaczna część aktywności człowieka
wpływa na środowisko, jego zasoby oraz stabilność ekosystemów (Albiniak 2014). Działalność człowieka skutkuje emitowaniem różnych zanieczyszczeń gazowych
oraz pyłowych do powietrza. Związki te mogą reagować
ze sobą, a takim reakcjom sprzyja promieniowanie słoneczne, wysoka temperatura oraz wysoka wilgotność.
Kumulacja negatywnych działań może powodować
nieodwracalne zmiany w otaczającym środowisku.
Zanieczyszczenia powietrza, takie jak dwutlenek siarki i tlenki azotu, mogą prowadzić do zakwaszania gleb
i wód oraz eutrofizacji (Toczko 2011). Zanieczyszczenia
powietrza mają również bezpośredni wpływ na zdrowie
człowieka – ich obecność może powodować problemy
zdrowotne związane z układem oddechowym i układem krążenia (Nurul i wsp. 2014; Özkan i wsp. 2016).
Niektóre związki, takie jak benzo[a]piren wykazują
działanie rakotwórcze (Trojanowska i Świetlik 2013).
System oceny jakości powietrza w Polsce
Zgodnie z art. 89 ust. 1 ustawy z dnia 27 kwietnia
2001 – Prawo ochrony środowiska (Dz. U. z 2001 Nr 62,
poz. 627 z późn. zm.), Wojewódzki inspektor ochrony
środowiska (WIOŚ) dokonuje oceny poziomów substancji w powietrzu, na podstawie danych pochodzących ze stacji Państwowego Monitoringu Środowiska.
Wojewódzkie raporty zawierające wyniki ocen publikowane są na stronach internetowych WIOŚ. Zgodnie
z art. 90 prawa ochrony środowiska wyniki ocen prze-
kazywane są zarządom województwa, które w przypadku przekroczenia poziomów dopuszczalnych substancji,
opracowują program ochrony powietrza. Na podstawie
wojewódzkich ocen rocznych Główny Inspektor Ochrony Środowiska (GIOŚ) wykonuje zbiorczą ocenę jakości powietrza, która dostępna jest stronie internetowej
Portalu Jakości Powietrza: http://powietrze.gios.gov.pl.
Dostępna jest również bezpłatna aplikacja na smartfony z systemem Android i iOS, w której znajdują się
aktualne wyniki pomiarów, mapa stacji pomiarowych,
informacje o wysokich stężeniach zanieczyszczeń oraz
aktualności GIOŚ (PJP, 2016).
Zanieczyszczenia objęte roczną oceną jakości powietrza pod kątem ochrony zdrowia to następujące substancje:
• Dwutlenek siarki (SO2),
• Dwutlenek azotu (NO2),
• Tlenek węgla (CO),
• Benzen (C6H6),
• Ozon (O3),
• Pył drobny PM10 (o średnicy do 10 μm),
• Pył bardzo drobny PM2,5 (o średnicy do 2,5 μm),
• Ołów (Pb),
• Arsen (As),
• Nikiel (Ni),
• Kadm (Cd),
• Benzo[a]piren.
Ze względu na ochronę roślin ocenie podlegają trzy
substancje:
• Dwutlenek siarki (SO2),
• Tlenki azotu (NOX) – suma tlenku azotu (NO)
oraz dwutlenku azotu (NO2) w przeliczeniu na
dwutlenek azotu,
• Ozon (O3).
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Martyna Nowak
Wprowadzenie
wersja PL
SZKOŁA
Przyczyny aktualnego stanu
jakości powietrza w Polsce
oraz główne działania
mające na celu jego poprawę
31
KRÓTKO
Przyczyny aktualnego stanu jakości powietrza w Polsce | Martyna Nowak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
3500
3500
3000
3000
2500
2500
2000
2000
1500
1500
1000
1000
500
500
0
0
Sulfur dioxide Nitrogen oxide
Sulfur dioxide Nitrogen oxide
Carbon
Non-methane
Niemetanowe
Carbon
Non-methane
monoxide
volatile
organic
Dwutlenek siarki Tlenek azotu
Tlenek węgla
lotne związki
monoxide volatile
organic
compounds
organiczne
compounds
2000
2005
2010
2012
2000
2005
2010
2012
Ammonia
Ammonia
Amoniak
Particulate
Particulate
matter
Pyły
matter
Fig.Ryc.
1. Total
air emissions
matter
in 2000-2013,
2, NO
2, CO,
3 and particulate
1. Całkowita
emisja SO2, of
NOSO
, CO,
NMLZO,
NHNMVOC,
, pyłów doNH
powietrza
w latach 2000–2013,
w tys.
ton
2
3
Fig. 1. Total
air emissions
of
SO
NH
2, NO2, CO, NMVOC,
3 and particulate matter in 2000-2013,
thousand
tons (Source:
Bochenek 2015).
Źródło: Bochenek,
2015.
thousand tons (Source: Bochenek 2015).
1600
1600
niejszej tabeli określono rodzaje działalności oraz ich
kody klasyfikacyjne w układzie SNAP (Selected Nomenclature for Air Pollution). Układ SNAP to europejska klasyfikacja rodzajów działalności i jest wykorzystywany do celów inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń
(Bochenek, 2015). Przedstawione w tabeli 1 procesy
spalania w sektorze produkcji i transformacji energii
(SNAP 01) obejmują elektrownie i elektrociepłownie
zawodowe (SNAP 0101), ciepłownie (0102), rafinerie
(0103), układy przemian paliw stałych (0104) oraz kopalnictwo surowców energetycznych (0105). Procesy
spalania poza przemysłem zachodzą w sektorze usług
(0201), w gospodarstwach domowych (0202) oraz rolnictwie i leśnictwie (0203). Transport drogowy (07)
obejmuje spalanie paliw napędowych w samochodach
osobowych (0701), ciężarowych (0702 i 0703), motorowerach i motocyklach (0704 i 0705), a także procesy parowania benzyny z pojazdów (0706) i zużycie opon, hamulców i nawierzchni dróg (0707). Zagospodarowanie
odpadów (09) to głównie spalanie odpadów (również
rolniczych) (0902 i 0907), natomiast rolnictwo (10) obejmuje uprawy z zastosowaniem nawozów (1001), wypalanie ściernisk i spalanie słomy (1003) oraz gospodarkę
odchodami zwierzęcymi (1005).
Zgodnie z danymi przedstawionymi w tabeli 1 największym źródłem emisji zanieczyszczeń są procesy
spalania poza przemysłem, głównie w gospodarstwach
domowych. Emisje tlenku węgla, a także polichlorowanych bifenyli (PCB), wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (w tym benzo[a]pirenu) oraz pyłów
w tym sektorze są znacznie wyższe niż w innych działalnościach. Udział emisji WWA z procesów spalania poza
przemysłem wynosi ponad 92%. Emisje dioksyn i furanów (PCDD/F) wynoszą 155,3 g I-TEQ (równoważnik
toksyczności), a zatem są również znacznie wyższe niż
w przypadku innych działalności.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Total
Total
emissions
emissions
ofof
selected
selected
airair
pollutans,
pollutans,
thousand
thousand
tons
tons
Na ryc. 1 przedstawiano całkowitą emisję najważniejszych zanieczyszczeń powietrza w Polsce. W latach
2000-2013 zanieczyszczeniem, którego wyemitowano
najwięcej jest tlenek węgla (ponad 2,6 mln ton w 2000
r. do ponad 2,8 mln ton w 2013 r.) Największa redukcja
na przestrzeni lat 2000-2013 dotyczy dwutlenku siarki – z prawie 1,5 mln ton w 2000 r. do ok. 0,8 mln ton
w 2013 r. Emisje tlenków azotu, niemetanowych lotnych
związków organicznych, amoniaku oraz pyłów utrzymują się na podobnym poziomie.
W tabeli 1 zestawiono wartości całkowitej emisji
w 2013 r. głównych oraz organicznych zanieczyszczeń
powietrza w zależności od rodzajów działalności. W ni-
wersja PL
SZKOŁA
Główne źródła emisji zanieczyszczeń i powietrza
w Polsce
32
KRÓTKO
1500
1000
500
0
SO2
Rodzaje działalności (kod SNAP)
NO2
CO
NVOC
tys. ton
Procesy spalania w sektorze produkcji
400,42
243,58
60,65
19,76
i transformacji energii (01)
Procesy spalania poza przemysłem
284,15
93,17
1843,22
123,17
(02)
Procesy spalania w przemyśle (03)
149,56
69,21
256,23
10,53
Procesy produkcyjne (04)
11,20
23,61
31,86
75,10
Wydobycie i dystrybucja paliw kopal38,57
nych (05)
Zastosowanie rozpuszczalników
0,00
0,01
208,85
i innych produktów (06)
Transport drogowy (07)
1,20
255,08
581,16
139,89
Inne pojazdy
(08)
0,23 Non-methane
100,08
80,51Ammonia
16,72
Sulfur
dioxidei urządzenia
Nitrogen oxide
Carbon
Zagospodarowanie odpadów (09) monoxide
0,09 volatile
1,66 organic
20,50
2,94
Rolnictwo (10)
11,85
2,26
0,25
compounds
Inne źródła emisji i pochłaniania
282,99
zanieczyszczeń (11)
2000
2005
2010
2012
NH3
Pyły
PCDD/F
g I-TEQ
PCB
-
35,89
12,4
135,9
215,6
0,53
163,64
155,3
511,4
135167,3
1,14
32,12
34,12
52,5
14,4
15,7
31,1
6,9
7195,9
-
14,54
-
-
-
0,01
1,67
0,0
-
4,3
0,71
75,88
62,2
1,0
-
2459,1
530,5
-
-
-
258,46
19,88
0,7
0,1
1,5
-
-
0,22
14,3
0,01
9,49
Particulate
2,55
20,13
matter
PAH
kg
1. Całkowita
głównych
orazNH
organicznych
zanieczyszczeń powietrza według rodzajów działalności w 2013 r.
Fig. 1. Total airTabela
emissions
of SO2,emisja
NO2, CO,
NMVOC,
3 and particulate matter in 2000-2013,
Bochenek, 2015.
thousand tonsŹródło:
(Source:
Bochenek 2015).
Total emission of heavy metals, tons
1600
1400
1200
1000
800
Ryc. 2. Całkowita
emisja metali
ciężkich w tonach
600
400
Źródło: Bochenek,
2015.
200
0
Arsenic
Arsen
Chromium
Chrom
Zinc
Cynk
2000
Cadmium
Kadm
2005
Copper
Miedź
2010
Nickel
Nikiel
Lead
Ołów
Mercury
Rtęć
Drugim istotnym źródłem emisji zanieczyszczeń
jest transport drogowy. W tym sektorze najwyższy
udział w emisjach zanieczyszczeń ma tlenek węgla
(581,16 tys. ton), znaczna jest również emisja trwałych
zanieczyszczeń organicznych (razem PCB i WWA –
2521,3 kg).
Najmniej zanieczyszczeń wytworzono w sektorach: zagospodarowanie odpadów, gdzie łączna ilość
wytworzonych zanieczyszczeń wynosiła 47,87 tys. ton
oraz wydobycie i dystrybucja paliw kopalnych, gdzie
łączna ilość wytworzonych zanieczyszczeń wynosiła
53,11 tys. ton.
Z danych przedstawionych w tabeli 1 wynika również iż najwyższe emisje dwutlenku siarki pochodzą
z procesów spalania w sektorze produkcji i transformacji energii (głównie elektrownie i elektrociepłownie zawodowe). Największym źródłem emisji tlenków azotu
jest transport drogowy. Najwyższe emisje niemetanowych lotnych związków organicznych powstają podczas
stosowania rozpuszczalników oraz z innych źródeł emisji i pochłaniania zanieczyszczeń. Rolnictwo, głównie
produkcja zwierzęca, jest największym źródłem emisji
amoniaku.
Na ryc. 2 przedstawiono całkowitą emisję metali ciężkich – arsenu, chromu, cynku, kadmu, miedzi,
niklu, ołowiu oraz rtęci. Z zestawionych danych wynika
iż na przestrzeni lat 2000-2013 najwyższe poziomy
emisji dotyczyły cynku (ok. 1400–1600 ton), natomiast
najniższe emisje dotyczyły rtęci (10,1–10,7 ton). Emisje
cynku w latach 2010 i 2013 wzrosły w stosunku do lat
2000 i 2005, podczas gdy poziom emisji pozostałych
metali ciężkich nie zmieniał się znacząco.
W tabeli 2 zestawiono wartości emisji zanieczyszczeń powietrza w zależności od rodzaju środku transportu drogowego w 2013 r. Największym źródłem emisji są samochody osobowe – łączna emisja wszystkich
zanieczyszczeń wyniosła ponad 25 mln ton. Natomiast
2012
Fig. 2. Total emission of heavy metals, tons (Source: Bochenek 2015)
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
2000
33
SZKOŁA
2500
KRÓTKO
Total emissions of selected air pollutans, thousa
3000
N2O
CO
NVMOC
NOX
Pyły
SO2
Pb
tys. ton
Samochody osobowe
25 231,7
2,72
1,07
456,1
43,63
98,27
7,43
0,56
0,014
Samochody inne niż osobowe, o masie całkowitej < 3,5 t
7 634,8
0,43
0,36
61,94
8,94
31,23
2,49
0,18
0,001
Samochody ciężarowe o masie całkowitej > 3,5 t
6 450,8
0,53
0,27
26,66
25,22
93,61
4,76
0,37
-
1 745
0,09
0,03
7,11
3,49
15,59
1,04
0,05
-
77
0,11
0
11,72
3,9
0,14
0
0
0
Motorowery
33,9
0,05
0
5,37
2,34
0,02
0
0
0
Ciągniki rolnicze
831,8
0,05
0,05
12,26
2,18
14,18
1,38
0,03
-
Autobusy o masie całkowitej > 3,5 t
Motocykle
Tabela 2. Emisja zanieczyszczeń powietrza według rodzajów środku transportu drogowego w 2013 r., w tys. ton
Źródło: Bochenek, 2015.
1%
5%
4%
14%
40%
Węgiel kamienny
Węgiel brunatny
Ropa naftowa
Gaz ziemny
Torf i drewno opałowe
OZE
Paliwa odpadowe stałe i inne surowce
24%
12%
Ryc. 3. Struktura zużycia nośników energii pierwotnej w Polsce w 2014 r.
Źródło: Bochenek, 2015.
źródłem najniższej emisji zanieczyszczeń są motorowery. Różnice pomiędzy emisjami z poszczególnych rodzajów środków transportu związane są ilością pojazdów, które poruszają się po drogach. W 2014 r. w Polsce
istniało prawie 26,5 mln pojazdów, z czego ok. 20 mln to
samochody osobowe (Bochenek, 2015). Najwyższe wartości emisji CO2, CH4, N2O, CO, NMLZO, NOX, SO2, Pb
oraz pyłów dotyczyły właśnie samochodów osobowych.
Jedynymi źródłami emisji ołowiu do powietrza były samochody osobowe oraz samochody inne niż osobowe,
o masie całkowitej poniżej 3,5 ton.
Analiza przyczyn aktualnego stanu jakości
powietrza w Polsce
Struktura emisji zanieczyszczeń w Polsce zależy od
stosowanego rodzaju paliwa, jego jakości oraz struktury zużycia. Czynniki te w decydującej części wpływają
na wielkość większości emisji do powietrza. Duże znaczenie mają również technologie stosowane w sektorze
energetyki zawodowej oraz technologie spalania paliw
wykorzystywane w sektorze komunalno-mieszkaniowym (Albiniak, 2014).
Na rysunku 3 przedstawiono strukturę zużycia
nośników energii pierwotnej w Polsce w 2014 r. Podstawowym nośnikiem energii pierwotnej w Polsce jest
węgiel kamienny (40% wszystkich nośników energii),
natomiast najmniejszy udział mają odnawialne źródła
energii (OZE), tj. energia wody, wiatru, słoneczna, geotermalna oraz pompy ciepła (1% wszystkich nośników
energii).
Podstawowym problemem związanym z jakością
polskiego powietrza jest niedotrzymywanie dopuszczalnej liczby dni z przekroczeniami dopuszczalnego
poziomu pyłu zawieszonego PM10, PM2,5 oraz przekroczenia poziomu docelowego benzo[a]pirenu (KPOP
2015). Przekroczenia emisji PM10 odnoszą się zarówno
NAUKA
CH4
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
CO2
Rodzaje środków transportu
wersja PL
KRÓTKO
34
35
Natural gas
do standardu dobowego (najczęściej w okresie zimo• lokalne ciepłownie (np. osiedlowe),
Peat
and
wood
wym), jak i rocznego. Przekroczenia stężeń pyłu PM2,5
• fuel
transport.
dotyczą standardu rocznego (Albiniak, 2014).
Niska emisja to emisja zanieczyszczeń z emitorów
Analiza wyników ocen rocznych, prowadzona przez Renewables
(kominów), znajdujących na wysokości nie większej niż
24%
Inspekcję Ochrony Środowiska wykazała, że na obecny
40 m. W rzeczywistości zanieczyszczenia emitowane
stan jakości powietrza decydujący wpływ ma tzw. niska Solidsą
z głównie
z emitorów
waste
fuels and
other o wysokości ok. 10 m i są rozemisja, pochodząca
przede
wszystkim
z sektora
bytoprzestrzeniane
w najbliższej okolicy. Niska emisja jest
sources
12%
wo-komunalnego obejmująca (KPOP, 2015):
problemem dotyczącym wprowadzania do atmosfery
• indywidualne źródła wytwarzania ciepła i przygoszkodliwych pyłów i gazów, które powstają w wyniku
towania ciepłej wody (procesy spalania poza przenieefektywnego spalania paliw w domach, samochomysłem),
dach(Source:
i ciepłowniach
(Sadlok, 2014).
ucture of consumption of primary energy commodities in Poland in 2014
Bochenek
S7
0,03%
S16
1,80%
S23
0,87%
S1
5,83%
S2
3,54%
S3
2,14%
S4
0,58%
S1
2,6%
S2
5,3%
Na rysunkach 4, 5 i 6 przedstawiono przyczyny
przekroczeń dopuszczalnego poziomu PM10 (stężenie
24-godz.), PM2,5 (stężenie średnie roczne) oraz udział
poszczególnych sektorów (tj. procesy spalania poza
przemysłem, koksownie, transport, rolnictwo, leśnictwo, rybołówstwo, produkcja aluminium, spalanie
paliw w instalacjach przemysłowych oraz produkcja
energii elektrycznej i ciepła) w emisji benzo[a]pirenu.
Dane na rys. 4 i 5 odnoszą się do przyczyn przekroczeń
dopuszczalnych poziomów pyłów PM10 i PM2,5 w powietrzu, notowanych na stacjach monitoringu jakości
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Crude oil
40%
Legenda do rys. 4 i rys. 5:
S3
2,6%
S1 – oddziaływanie emisji związanej z intensywnym
ruchem pojazdów w centrum miasta
S2 – oddziaływanie emisji związanej z ruchem pojazdów na głównej drodze leżącej w pobliżu stacji
pomiarowej
SZKOŁA
14%
S4 – oddziaływanie emisji z kopalni lub kamieniołomów zlokalizowanych w pobliżu stacji pomiarowej
S5 – oddziaływanie emisji związanych z indywidualnym ogrzewaniem budynków
S7 – awaryjna emisja ze źródeł innych niż przemysłowe
S5
89,5%
S16 – emisja wtórna zanieczyszczeń pyłowych z powierzchni odkrytych, np. dróg, chodników, boisk
S5
85,21%
S23 – emisja związana z okresowym prowadzeniem
prac budowlanych i drogowych
Fig. 5. Reason
exceedingRyc.
the5. allowable
level of PM2,5
emissionspoziomu
(average annual concentration)
Ryc. 4. Przyczyny przekroczeń dopuszczalnego poziomu
24-godz. for
stężeń
Przyczyny przekroczeń
dopuszczalnego
PM10 w 2014 r. – udział procentowy w skali kraju
PM2,5 in
w powietrzu
(stężenia
średnie
roczne)
w 2014
r.
2014 (Source: Kobus et al. 2015)
Źródło: Kobus
2015.
Źródło:
Kobus
easons for exceeding
thei wsp.,
allowable
level of PM10 emissions (24h concentration) in
2014
– i wsp., 2015.
percentage level in the in the national scale (Source: Kobus et al. 2015)
Cokemaking plants
15% | ebis.ibe.edu.pl | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA Aluminium
Agriculture,
forestry, fishing,
[email protected] | © for the article by the Authors 2016 working machines
1%
© for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2016
KRÓTKO
S3 – oddziaływanie emisji z zakładów przemysłowych,
ciepłowni, elektrowni zlokalizowanych w pobliżu
stacji pomiarowej
Rolnictwo,
leśnictwo,
Agriculture,
rybołówstwo,
forestry,
fishing,
maszyny
robocze
working
machines
1%
1%
Transport
drogowy
Road transport
6%6%
Produkcja
energii
Production
of
elektrycznej
electricity and heat
i ciepła
0,005%
0,005%
Industrial
Spalanie paliw
combustion
plants
w instalacjach
and construction
przemysłowych
0,01%
i w budownictwie
Procesy
spalania
Non-industrial
paliw poza
combustion
plants
przemysłem
77%
77%
0,01%
Ryc. 6. Udział poszczególnych sektorów w emisji benzo[a]pirenu w Polsce w 2012 r.
Źródło: Kobus i wsp., 2015.
Fig. 6. Share
of particular
sectors
involved inŚrobenzo(a)pyrene
in Poland
in 2012głównie
(Source:
powietrza
w ramach
Państwowego
Monitoringu
(w tym emissions
benzo[a]piren)
są emitowane
w wyniku
et al. 2015)
dowiska. Stacje monitoringu zlokalizowane Kobus
są główspalania paliw stałych w gospodarstwach domowych
nie na terenach zurbanizowanych. Główną przyczyną
(Albiniak, 2014). Duży udział w emisji tego związku
przekroczeń PM10 i PM2,5 jest oddziaływanie emisji
mają koksownie – 15%. Udział transportu w emisjach
związanych z indywidualnym ogrzewaniem budynków
benzo[a]pirenu wynosi 6%.
(S5). Innymi znaczącymi przyczynami są oddziaływaZ przeprowadzonej analizy możliwości ograniczanie emisji związanej z transportem (S1+S2) oraz oddziania niskiej emisji wynika, że w istniejących ok. 12,9
ływanie emisji z zakładów przemysłowych, ciepłowni,
mln mieszkaniach czynnych jest jeszcze ok. 7,5 mln
elektrowni zlokalizowanych w pobliżu stacji pomiaropieców ceramicznych i ok. 1,5 mln pieców metalowych.
wych (S3).
W większości przypadków, piece te są opalane węglem,
Z danych przedstawionych na rysunku 6 wynia wiele z nich ma bardzo niską sprawność (Schönfelka, że największy udział w emisji benzo[a]pirenu mają
der, 2011). Częstym źródłem ciepła wykorzystywanym
procesy spalania paliw poza przemysłem – 77%. WWA
w sektorze bytowo-komunalnym są również odpady.
Stosowane odpady komunalne mają różny skład, co
może negatywnie wpływać na zdrowie i życie ludzkie
oraz na środowisko.
W sektorze transportu na wielkość emisji wpływ
mają przede wszystkim:
• zapotrzebowanie na przewóz pasażerów i elementy zależne od polityk w obszarach: gospodarczym,
rolnym, osadniczym, pracowniczym, edukacyjnym, turystycznym, finansowym itp.,
• sposób organizacji usług przewozowych (np. wykorzystanie logistyki i inteligentnych technologii),
• rozwiązania techniczne zastosowane w pojazdach
(napędy i paliwa) i infrastrukturze,
• przeciętna długość codziennych przejazdów,
• nieekonomiczny, często agresywny styl jazdy
(KPOP, 2015).
W miastach duży wpływ na emisję zanieczyszczeń
do powietrza ma organizacja i zarządzanie ruchem.
Intensywny ruch pojazdów, jego nieodpowiednia organizacja oraz niewłaściwa technika jazdy skutkują tworzeniem się zatorów drogowych, a tym samym stratami
energii przy częstym zatrzymywaniu i przyśpieszaniu
oraz zwiększoną emisją (KPOP, 2015).
Również niekorzystne warunki meteorologiczne, takie jak stany bezwietrzne, niska temperatura oraz mgła,
mają wpływ na stan jakości powietrza. Warunki meteorologiczne mają duże znaczenie w przypadku źródeł
emisji, takich jak paleniska domowe, lokalne kotłownie
oraz transport samochodowy. Dodatkowo, w przypadku niektórych polskich miast, znaczący wpływ na poziom zanieczyszczeń w powietrzu mają warunki topograficzne, tj. źródła emisji umieszczone np. w dolinach
górskich lub nieckach rzek, co utrudnia rozpraszanie
zanieczyszczeń. Dodatkowym problemem jest koncentracja przemysłu w aglomeracjach lub w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Takim przykładem jest Aglomeracja
Krakowska oraz Górnośląska (KPOP, 2015).
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Koksownie
Cokemaking plants
15%
15%
Produkcja
Aluminium
aluminium
production
0,3%
Inne
0,3%
Others
0,1%
0,1%
wersja PL
SZKOŁA
in 2014 (Source: Kobus et al. 2015)
36
KRÓTKO
Przyczyny
aktualnego
jakości powietrza
w Polsce level
| Martyna
Nowak | EDUKACJA
BIOLOGICZNA
I ŚRODOWISKOWA
1/2016
Fig. 5. Reason
forstanu
exceeding
the allowable
of PM2,5
emissions
(average
annual
concentration)
Środowisko, styl życia, geny oraz poziom opieki
medycznej są podstawowymi czynnikami, które wpływają na zdrowie człowieka. Związki pomiędzy czynnikami środowiskowymi a zdrowiem są bardzo złożone.
Na organizm człowieka działa jednocześnie wiele szkodliwych czynników, które w powietrzu, wodzie, glebie
i żywności występują w stosunkowo niskich stężeniach.
Substancja
Cechy substancji
Wpływ na zdrowie
Ozon
Gaz bezbarwny, lekko słodki
zapach
Działa drażniąco na drogi oddechowe, zwiększając symptomy w przypadku osób
cierpiących na choroby płuc, nasila objawy astmy, powoduje szkody w komórkach
układu oddechowego, powoduje kaszel, dyskomfort w klatce piersiowej, podrażnia
oczy
Bardzo drobne cząstki
Drobne cząstki mogą być odkładane w płucach i mogą powodować zapalenie płuc
oraz pogłębia choroby serca i płuc. W grupie największego ryzyka znajdują się
niemowlęta, dzieci i młodzież, osoby starsze powyżej 65 roku życia, ludzie cierpiący
na choroby układu oddechowego oraz choroby serca czy cukrzycę, a także osoby,
które pracują na świeżym powietrzu
Pyły
Tlenek węgla
Gaz bezbarwny, bezwonny
Zmniejsza absorpcję tlenu do krwi, co prowadzi do znacznej redukcji ilości tlenu
dostarczanego do serca. Powoduje zawroty głowy, omdlenia, nudności
Tlenki azotu
NO to gaz bezwonny, NO2
to gaz o kolorze czerwono-brązowym
Może nasilać choroby układu oddechowego (ból gardła, kaszel, przekrwienie błony
śluzowej nosa, gorączka), zwiększa ryzyko zapalenia oskrzeli oraz zapalenia płuc
u dzieci
Dwutlenek siarki
Gaz bezwonny, bezbarwny
Zwiększa ryzyko zapadnięcia na przewlekłe choroby układu oddechowego, powoduje duszności, zwężenie dróg oddechowych u osób z astmą
Ołów
Metal ciężki
Dzieci stanowią grupę największego ryzyka; może powodować uszkodzenie mózgu, zaburzenia nerwowe, występują problemy z trawieniem
Związkiem, który ma negatywny wpływ na zdrowie
ludzi, jest benzo[a]piren. Podobnie jak pyły, benzo[a]piren charakteryzuje się negatywnym wpływem nie tylko
na zdrowie ludzi, ale także na roślinność, gleby i wodę.
Posiada również zdolność kumulacji w organizmie
i wykazuje dużą toksyczność przewlekłą. Podobnie
jak inne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), jest czynnikiem rakotwórczym i wpływa
na zmiany w DNA (KPOP 2015). Narażenie nawet na
bardzo niskie stężenia benzo[a]pirenu przez długi czas
może prowadzić do powstawania nowotworów. Badania epidemiologiczne wykazały silną zależność pomiędzy stężeniem benzo[a]pirenu w powietrzu, a występowaniem nowotworu płuc. W województwie śląskim
stwierdzono zwiększoną zapadalność na nowotwory
płuc, szczególnie w grupie mężczyzn narażonych na
związki WWA (Trojanowska i Świetlik, 2013).
Szkodliwe substancje znajdujące się w powietrzu
mogą być bardzo groźne dla zdrowia ludzi, dlatego
niezbędne jest prowadzenie działań w zakresie ochrony powietrza. Działania mające na celu poprawę stanu
jakości powietrza przedstawiono w kolejnym rozdziale.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Wpływ zanieczyszczeń na zdrowie
Zwykle ich charakter jest przewlekły, trwający często
przez całe lub przez większość życia. Skutki zdrowotne
związane z narażeniem na szkodliwe czynniki środowiskowe są różnorodne i objawiają się w postaci przejściowych lub trwałych zaburzeń funkcjonalnych, a rzadziej
w postaci ewidentnych chorób (Albiniak 2014).
Według danych Światowej Organizacji Zdrowia
(WHO) oszacowano, że zanieczyszczenia powietrza,
zarówno w miastach jak i na terenach wiejskich, były
przyczyną 3,7 miliona przedwczesnych zgonów w 2012
r. Badania epidemiologiczne wykazały powiązania pomiędzy poziomami zanieczyszczeń powietrza a śmiertelnością związaną z chorobami układu oddechowego
oraz chorobami sercowo-naczyniowymi w różnych
częściach świata. (Özkan i wsp., 2016). Tabela 3 przedstawia wpływ wybranych zanieczyszczeń w wysokim
stężeniu, na zdrowie ludzkie.
wersja PL
SZKOŁA
Pomimo redukcji emisji wielu zanieczyszczeń w ciągu ostatnich dekad, jakość powietrza w Europie wciąż
nie spełnia odpowiednich norm. Szacuje się, że około
90% mieszkańców miast europejskich jest narażonych
na zanieczyszczenia powietrza, takie jak pył, dwutlenek
azotu, ozon czy benzo[a]piren. Te związki mają największy wpływ na zdrowie człowieka (KPOP, 2015).
37
Działania mające na celu poprawę stanu jakości
powietrza
W celu ochrony zdrowia ludności oraz ochrony
środowiska naturalnego w Polsce ustanowiono szereg
instrumentów redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza, które mają pomóc w osiągnięciu odpowiedniej
jakości powietrza. Najistotniejsze z nich to:
• pozwolenia na wprowadzanie gazów i pyłów do
powietrza,
• pozwolenia zintegrowane,
• standardy emisyjne z instalacji,
• standardy jakości paliw,
Tabela 3. Wpływ zanieczyszczeń na zdrowie ludzkie
Źródło: Nurul i wsp., 2014.
KRÓTKO
Wnioski końcowe
W krajach UE, w tym w Polsce, istnieje system oceny i kontroli jakości powietrza. Ocena jakości powietrza
pod kątem ochrony zdrowia i ochrony roślin obejmuje:
dwutlenek siarki , dwutlenek azotu, tlenek węgla, benzen, ozon, pył PM10, pył PM2,5, metale ciężkie (ołów,
arsen, nikiel, kadm), benzo[a]piren oraz tlenki azotu.
Na przestrzeni lat 2000-2012 zaobserwowano znaczący spadek emisji dwutlenku siarki – z prawie 1500
tys. ton do ok. 800 tys. ton. Emisje tlenków azotu, niemetanowych lotnych związków organicznych, amoniaku oraz pyłów utrzymują się na podobnym poziomie.
Z analizy danych wynika iż największym źródłem
emisji zanieczyszczeń są procesy spalania poza przemysłem, głównie w gospodarstwach domowych. Drugim
największym źródłem emisji zanieczyszczeń jest transport drogowy – samochody osobowe.
Zwiększone emisje pyłów obserwuje się przede
wszystkim na obszarach dużych miast i aglomeracji.
Analizy prowadzone przez Inspekcję Ochrony
Środowiska wykazały, że na obecny stan jakości
powietrza główny wpływ ma tzw. niska emisja,
związana głównie z sektorem bytowo-komunalnym
(Kobus i wsp., 2015).
Pyły zawieszone oraz zawarty w nich benzo[a]piren negatywnie oddziałują na zdrowie ludzkie i środowisko. Najbardziej narażone grupy to dzieci, kobiety
w ciąży, osoby starsze oraz osoby z chorobami układu
oddechowego i krążenia. Akumulacja pyłów w organizmie może powodować m.in. nasilenie astmy, ostre
reakcje układu oddechowego oraz osłabienie czynności
płuc (Albiniak, 2014). Benzo[a]piren również posiada
zdolność akumulacji w organizmie i wykazuje dużą
toksyczność. Podobnie jak inne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), jest czynnikiem rakotwórczym (KPOP, 2015).
W celu ochrony zdrowia oraz ochrony środowiska
wprowadzono w Polsce wiele instrumentów w zakresie redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza. Są to
m.in. pozwolenia na wprowadzanie gazów i pyłów do
powietrza, pozwolenia zintegrowane, standardy emisyjne oraz programy ochrony powietrza (Albiniak,
2014). Działania polegające na redukcji emisji pyłów
oraz benzo[a]pirenu dotyczą m.in. wymiany obecnego
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Skuteczną ochroną ludzi i środowiska przed negatywnym oddziaływaniem zanieczyszczeń jest
dotrzymywanie poziomów dopuszczalnych zanieczyszczeń w środowisku. Poziomy te określone są
w Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie
poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz. U.
2012, poz. 1031). Ważne jest identyfikowanie obszarów,
w których następują przekroczenia zanieczyszczeń,
a następnie podejmowanie działań powodujących redukcję emisji tych związków do dopuszczalnego poziomu, który nie będzie powodował negatywnego wpływu
na zdrowie ludzi i ekosystemy (Albiniak, 2014).
Jak wspomniano wcześniej, część społeczeństwa
traktuje odpady jako substytut paliwa, nie zdając sobie
sprawy z konsekwencji zdrowotnych związanych z ich
spalaniem w paleniskach domowych. Dlatego też bardzo ważnym elementem, który wpływa na proces poprawy jakości powietrza, jest świadomość społeczna
dotycząca negatywnego oddziaływania zanieczyszczeń
na zdrowie ludzkie oraz środowisko (KPOP, 2015).
Dotychczasowa redukcja emisji zanieczyszczeń powietrza spowodowana była ograniczeniem emisji głównie ze źródeł przemysłowych, w tym energetycznych.
Oznacza to, że regulacje prawne oraz ustanowione na
ich podstawie wymagania są efektywne. Oznacza to
również, że istotny potencjał redukcyjny obejmuje działania i regulacje dotyczące sektora bytowo-komunalnego oraz transportu (KPOP, 2015).
wersja PL
SZKOŁA
• programy ochrony powietrza na obszarach, na
których normy jakości powietrza zostały przekroczone (Albiniak, 2014).
W najbliższych latach poprawę jakości powietrza
powinny przynieść działania określone w programach
ochrony powietrza, realizowane w określonych regionach. Głównym celem Krajowego Programu Ochrony
Powietrza jest ochrona zdrowia ludzi i warunków życia,
z uwzględnieniem ochrony środowiska, z jednoczesnym zachowaniem zasad zrównoważonego rozwoju
(KPOP, 2015).
Krajowy Program Ochrony Powietrza to dokument o charakterze strategicznym, wyznaczający cele
i kierunki działań, jakie powinny zostać uwzględnione
w szczególności na szczeblu lokalnym, w programach
ochrony powietrza (KPOP, 2015).
Ze względu na obecną strukturę zużycia paliw
w Polsce (rys. 5) oraz wysokie zużycie paliw stałych
(w tym odpadów) w ogrzewnictwie, konieczne są działania zmniejszające emisje zanieczyszczeń, zwłaszcza
pyłów oraz zawartego z nim benzo[a]pirenu. Działania te obejmują między innymi (Albiniak 2014; KPOP
2015):
• wymianę indywidualnych systemów ogrzewania
na systemy bardziej wydajne i niskoemisyjne (zamiana na nowoczesne kotły o wysokiej sprawności
lub ogrzewanie elektryczne),
• podłączenie do sieci ciepłowniczych, sieci gazowych,
• kompleksową termomodernizację, mającą na celu
zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło,
• racjonalną modyfikację technologii produkcji
w sektorach, z których emitowane są zanieczyszczenia najbardziej uciążliwe i niebezpieczne dla
zdrowia ludzi i ekosystemów,
• standaryzacja jakości spalanego paliwa, dotycząca jego uziarnienia, wartości opałowej, zawartości
wilgoci, popiołu oraz siarki.
38
KRÓTKO
systemu grzewczego na nowoczesne, bardziej wydajne
i niskoemisyjne układy, termomodernizacji i modyfikacji technologii w określonych sektorach oraz działania zwiększające świadomość społeczną (KPOP, 2015).
Duży potencjał tkwi w zastosowaniu odnawialnych
źródeł energii.
39
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 r.
w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz. U.
2012 poz. 1031)
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r.
w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz. U. z 2014 r., poz. 1546).
Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 Prawo ochrony środowiska (Dz. U.
z 2001 r. Nr 62, poz. 627 z późn. zm.)
Krajowy Program Ochrony Powietrza do roku 2020 (z perspektywą
do roku 2030) (KPOP 2015). Ministerstwo Środowiska – Departament Ochrony Powietrza. Warszawa
Portal Jakości Powietrza (PJP 2016) http://powietrze.gios.gov.pl/, dostęp 29.02.2016
SZKOŁA
KRÓTKO
Albiniak B. p. red. (2014). Stan Środowiska w Polsce Raport 2014. Biblioteka Monitoringu Środowiska. Warszawa
Bochenek D. p. red. (2015). Ochrona Środowiska 2015. Główny
Urząd Statystyczny. Warszawa. Pozyskano z http://www.stat.gov.
pl, dostęp 29.02.2016
Kobus D., Iwanek J., Kostrzewa J., Mitosek G., Parvi R. (2015). Ocena jakości powietrza w strefach w Polsce za rok 2014. Państwowy
Monitoring Środowiska – Inspekcja Ochrony Środowiska. Warszawa
Nurul A. B. M., Oliver L. H. L., Dasimah O. (2014). Human Health
and Wellbeing: Human health effect of air pollution. Procedia –
Social and Behavioral Sciences 153: 221-229
Özkan C., Bahtiyar E., Ali D. (2016). Study on the association between
air pollution and mortality in Istanbul, 2007-2012. Atmospheric
Pollution Research 7: 147-154
Sadlok R., p. red. (2014). Przeciwdziałanie niskiej emisji na terenach
zwartej zabudowy mieszkalnej. Stowarzyszenie na rzecz efektywności energetycznej i rozwoju odnawialnych źródeł energii „HELIOS”. Bochnia.
Schönfelder T. p. red. (2011). Analiza możliwości ograniczania
niskiej emisji ze szczególnym uwzględnieniem sektora bytowo-komunalnego. Opole
Toczko B. p. red. (2011). Zanieczyszczenie powietrza w Polsce w 2009
roku na tle wielolecia. Biblioteka Monitoringu Środowiska. Warszawa
Trojanowska M., Świetlik R. (2013). Ocena ryzyka nowotworowego
związanego z narażeniem inhalacyjnym na benzo(a)piren w wybranych miastach Polski. Medycyna Środowiskowa. vol. 16, No. 2:
14-22
NAUKA
Literatura
Streszczenie:
Many fish diseases do not start with presence of highly
infectious factors, but in small environmental imbalances. They tend to handicap the immunological response,
and, in consequence, sentisize to infections. On the other
hand, severe pH, temperature and water-soluble compound level changes may be lethal itselves. This article
presents some most common cases in fish farming in Poland.
Słowa kluczowe: fish, environment, disease, hygiene, toxicity,
oxygen, ammonia
Urszula Ejlak: DVM-graduated from Warsaw University of
Life Sciences. Intrested in farm fish diseases, was an intern
at University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Inland
Fisheries Institute, Norwegian School of Veterinary Science
and worked with fish veterinarians in Haugesund (Norway).
Presently working as a small animal internist in a veterinary
clinic in Warsaw
There are few organisms such susceptible to their
environment as fish. They literally soak in their surrounding, no matter how nutritious or poisonous it may
be. It is important for fish farmers and veterinarians to
know how to control water parameters, so they can provide their customers healthy fish products. For example,
we all know about dangers of diluted pesticides flowing
around, but we rarely think of hyperoxygenated water
as a toxic factor. This article highlights some most common environmental illnesses in farm fish in Poland,
which we can quite easily avoid by paying attention to
proper farm hygiene.
To properly understand the fish struggle, we need to
focus on their immune system for a moment. In intensive breeding, immunocompetence might be broken by:
• high density,
• poor nutrition,
• low water quality,
• contaminated facilities or
• new fish coming to the stock.
It may be also influenced by genetic predispositions
(both innate and acquired immunity), age and species
of the fish, seasons and photoperiod. For example, cold
water fish do not need to produce immunoglobulins, as
bacterial growth in such temperatures is very slow. It
may prolong the immune response up to 28 days as well.
As in other animals, the vital role in fighting infection is played by leukocytes. They wander around the
body, differentiating cells and molecules between „self”
and „non-self” and trigger immune response to destroy
the „non-self” ones.
The first thing to realize is that fish have no bone
marrow nor lymph nodes, so blood cells (including
leukocytes) are produced in other tissues than in mammals. Some of them may surpise us, for example soft
tissue of orbit and skull (Holocephali fish) or intestinal
spiral fold in young lamprey. In Elasmobranchii (e.g.
sharks), there is a noticeable Leydig’s organ under the
esophageal mucosa. The most important blood-producing organs in bony fish are spleen and anterior kidney,
where immunity and hematopoesis take place.
Those viscera are highly influenced by cortisol,
„the stress hormone”. During manipulation (vaccination, transport etc.) we can detect involution of kidney
and spleen, cortisol also blocks forming leukocytes
and their adhesion to damaged tissue, activity of kidney phagocytes is lowered, in blood smear we can see
leukopenia (especially lymphopenia T). This effects in
decreased immune response, so even weak pathogens
can induce disease.
When we talk about fighting pathogens, we may
not forget about the first barrier-skin covered with mucus. Mucous glands, present in the medium layer of
epidermis, produce substance full of lysozyme (which
damages bacterial cell walls and is also present in our
tears and saliva), complement compounds (essential
for triggering the non-specific and specific immune response) and natural antibodies and immunoglobulins.
It prevents bacteria, fungi and parasites from adhesion
to skin. It also separates the skin from irritating factors
(i.e. ammonia, detergents in water), so we can notice an
overproduction of mucus in such cases.
Temperature
In Poland, freshwater temperature oscilates between
0 °C and 30 °C. In summer, heated water flows to the
surface and the lowest temperature is found in the bottom. On the contrary, during winter there is a cold ice
surface and warmer water below. Water in reservoirs
deeper than 1 m is permanently separated into three
layers. The bottom layer is called hypolimnion and pre-
NAUKA
Urszula Ejlak
Introduction
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
Balance is everything
– how environment changes
affect farm fish
wersja PL
KRÓTKO
40
Balance is everything – how environment changes affect farm fish | Urszula Ejlak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Temperature [°C]
Growth [mm]
1
1.0
2
3.0
4
6.0
6
8.0
Appropiate pH range for rainbow trout is 6.5–8.2;
for carp it is 5.0–9.0. For fisheries, it is the best to keep
neutral (7.0) or weak alkaline (7.0–8.5) water. Daily
pH fluctuations in ponds are normal and fish tolerate
it well. However, the basic rule is not to change it over
0.2–0.5 pH units per day. There are simple, portable pH
meters avaliable and they are easy to use. Colorimetric
tests are more expensive, but more reliable.
Calcium carbonate is a natural water buffer, preventing sudden pH changes. Similar buffers exist widely
in nature, for example in blood, to maintain the stable
environment for chemical reactions. While the calcium
carbonate level is down, more calcium hydroxide is formed, which results in increased water basicity. This may
induce fish alkalosis. At pH over 9.0 we can observe skin
loss, frayed fins, dilated pupils and turbid lenses. Gill
tissue is swollen, reddish and covered with mucus. This
leads to lower oxygen intake and hypoxia.
When partial pressure of CO2 in water is lower than
it is in fish blood, carbon dioxide is removed from tissues into water. This imbalance of gases in blood end
up in suffocation despite the proper amount of oxygen
(hypercarbia).
Carbon dioxide exists in water in molecular (90%)
and conjugated form (as CaCO3). High CO2 levels are
typical for water from underground sources. It may
also occur during transport or cloudy days. In deep
reservoirs (e.g. lakes) we can observe stratification of
8
9.7
10
12.8
12
16.9
14
20.9
16
25.0
carbon dioxide concentration. Maximum level of free
CO2 is 25 mg/dm-3 for carp and 20 mg/dm-3 for trout
(Własow and Guziur, 2008). Transgression causes fish
acidosis, with such symptoms as tremors, hyperactivity, troubled transpiration, excessive mucus production,
pale gills and skin (even skin loss) and death. Chronic
exposure to low pH leads to fertility problems, slower
growth, spinal deformities and accumulation of heavy
metals in tissues.
Most commonly, too acidic pH is present after heavy
rains. Humic acids are flushed from soil, especially in
ponds near coniferous forests, moors, coal mines. Metabolic activity of water flora and fauna are considered
a secondary source of low water pH. Photosynthesis
processed by water flora has a major influence on water
pH. Assimilation of carbon dioxide decreases the level
of CaCO3 in water. One may not forget about increased
toxicity of metals (e.g. aluminium, chrome), ammonia
and other factors in low pH.
NAUKA
pH
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
sents a stable temperature of about 4 °C. Water at this
temperature has the highest density and can dissolve
the most oxygen. Fish, which are familiar with this law
of physics, can survive winter staying in hypolimnion.
While sudden temperature drop usually does not affect fish much, extraordinary rise may be lethal. Obviously it depends on season, age of the fish (there is zero
tolerance for temperature change during fry transportation, for adult fish it is 4°C), their accommodation et
caetera. For example for carpio 37 °C is fatal (28.1 °C
– 40.6 °C according to Wolny, 1976), for brown bullhead it is 36 °C in summer and 29 °C in winter. For adult
rainbow trout, there is singnificantly increased mortality over 21 °C. To minimalize loss, it is necessary to stop
feeding. Optimal water temperature (14–18 °C) during
summer can be maintained by introducing a two-source water collecting system (recruintment from surface
waters as well as from hypolimnion). Temperature rise
causes respiratory stress, faster breathing (shown by excessive movement of operculum) and swimming near
surface with open mouth (called piping). Faster metabolism requires more nourishment, but eventually fish
stop feeding. In such circumstances leukocytosis and
erythropaenia occur.
Dissociation and dissolution happen faster in warmer water (unfortunately, it does not apply to oxygen).
Combined with increased fish metabolism in such
cases, we may observe severe intoxications (especially
with heavy metals and phenols) that would not happen
if water was colder.
wersja PL
SZKOŁA
41
18
20.9
Table 1. Average monthly growth of rainbow trout (fry to 2-year-old fish), depending on average monthly water temperature
Ryc. 1. Water carbonate buffer
Źródło: Goryczko, Grudniewska, 2015.
Źródło: Noga, 2010.
Animal oxygen intake is variable and hard to predict. As far as we know, the most important factors increasing oxygen demand are: young age, metabolic rate
(much higher in warmer water), good nutritional status,
activity and excitability.
Rainbow trout is capable of using 40% of oxygen
dissolved in water. Level of oxygen adaptation, as well
as oxygen solubility, depend on water temperature. 60%
saturation was established as a full oxygen adaptation
level. Amount of avaliable oxygen is described as a subtraction between saturation level at inflow and adaptation threshold value (below this level fish are unable to
uptake oxygen). According to Wieniawski (1969), it is
5 mg O2/l for rainbow trout.
Hypoxia
We can divide sources of hypoxia in two groups: too
low oxygen delivery into water and too high use by fish
and macrophytes, which are main oxygen consumers in
water. First condition often happens in late winter, when
ice cover is a barrier between water and atmosphere, and snow layer ceases underwater photosynthesis.
Temp. [°C]
Max. O2 saturation [mg/l]
Adaptation treshold [mg/l]
1
2
5
10
15
20
25
14.2
13.8
12.8
11.3
10.2
9.2
8.4
8.5
8.3
7.6
6.8
6.1
5.5
5.0
Table 2. Oxygen demand according to water temperature (for fish over 25 g)
Źródło: Goryczko i Grudniewska, 2015.
Oxygen demand for 1 kg of fish
[mg/min]
0.3
0.4
0.7
1.4
2.3
3.6
5.5
while it is quite comfortable for carps (Własow and Guziur, 2008). If oxygen saturation changes slowly, carps
can even survive in 1.8 mgDO/l (Prost, 1989).
To diagnose environmental hypoxia, we need to measure oxygen level in situ, as there is no way to collect
water samples without disturbing gas levels. In most
cases, we must rely on clinical observations and history, however, TDS meters are increasing in popularity.
Fish gathering near the inflow might be the first sign of
hypoxia. They tend to jump out of water, pipe near the
surface, stop feeding, show increased operculum movements and finally die with flared opercula and open
mouth. Smaller specimens are more likely to survive
than bigger ones. Hypoxia must be differentiated from
gill parasitosis and nitrite poisoning.
Average yearly precipitation in Poland is 600 mm.
It is not too much and leads to draughts during summer and significantly lowers the water level in ponds,
lakes and rivers. Combined with high temperatures and
light exposure, it causes oxygen deprivation. The most
common way to deal with the problem (besides aeration and oxygenation) is to stop feeding for a few days to
prevent additional oxygen loss from decayingfodder (as
said before, fish will not eat anyway). Amount of oxygen, used by aerobic bacteria to oxidate organic compounds is described as Biochemical Oxygen Demand
(BOD). This parameter is a widely-used surrogate of the
degree of organic pollution in water. BOD5(measured
for five days) for rainbow trout is <4 mg/l (Goryczko and Grudniewska, 2015) and <15 mg/l for
carp (Własow and Guziur, 2008).
Fasting slows down fish metabolism, lowersoxygen
intake and helps purify the water.In acute cases, paddlewheels and air pumps must be used to prevent sudden fish death. As DO levels vary throughout the day,
it should be measured at dusk and two to three hours
later. Farmers should monitor water turbidity caused by
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Oxygen balance
It can take place in summer as well, because gases are
poorly soluble in warmer water. Cloudy weather may
decrease aquatic flora metabolism. The second group
has a lot to do with water plants. While it is desired to
have a certain amount of algae in a pond to increase
oxygen level, too much algae can cause wide DO (dilluted oxygen) level fluctuations. They produce oxygen
during the day, but use a lot of it at night, so we can
observe very low DO level just before sunrise. This is
a time of day when we see the most hypoxia symptoms.
Overcrowding in ponds and sudden algae crush also
decrease DO, as it is absorbed by both live and decaying
matter. This is one of the main reasons why it is so important to clean water from dead fish, plants and other
pollution.
Aerators are rarely used in Polish aquaculture.
Mixing water with pure oxygen (liquid or from concentrators) is becoming more and more popular. Main
source of water oxygen are photosynthesis, diffusion
and water turbulence. Dissolved oxygen is one of the
most important factors for all aquatic organisms. It is
vital to keep balance between stock density and water
macrophytes. In most fish, diluted oxygen level below
5 mg/l is highly stressful. Salmonids need as much as 8
mg/l of DO to maintain healthy and undisturbed growth (Prost, 1989). 6 mg/l is lethal for most of Salmonids,
wersja PL
SZKOŁA
Gas level imbalances
42
KRÓTKO
Everyone has heard of divers’ decompression
sickness. When they emerge too fast, little gas bubbles
form emboli in their blood vessels. Similar condition
may appear in fish, but is caused by supersaturated water. When partial pressure of oxygen and nitrogen is
higher than in atmosphere, those gases decompress. It
is common in well lightened, shallow ponds with lush
macrophythe growth, or in spring water sources. Sometimes, water is overly saturated during fish transport.
At first, for example when atmospheric pressure
suddenly drops after a storm, microscopic bubbles form
in small veins (in fins, around the eyes, in gills). Later,
we may observe bigger bubbles between the skin and
epidermis or in buccal mucosa. They may grow up to
7 milimeters. If they appear in lateral line, fish cannot
detect signals from surrounding water, which probably
increases mortality during fish migration. In farm fish
pH
7.0
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
8.0
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
10
0.19
0.23
0.29
0.37
0.47
0.59
0.74
0.92
1.16
1.46
1.83
2.29
2.86
3.58
4.46
5.55
12
0.21
0.27
0.34
0.43
0.54
0.68
0.85
1.07
1.35
1.69
2.12
2.65
3.32
4.14
5.15
6.40
Temperature [°C]
14
16
0.25
0.29
0.32
0.37
0.40
0.46
0.51
0.58
0.64
0.73
0.80
0.92
1.00
1.16
1.26
1.45
1.58
1.82
1.98
2.29
2.48
2.86
3.11
3.58
3.88
4.46
4.84
5.55
6.01
6.89
7.45
8.52
Ammonia
It is one of the parameters that should be measured
regularly. We can use simple chemistry kits to check
TAN (total ammonia nitrogen) in water. Ammonia is
18
0.34
0.42
0.53
0.67
0.84
1.06
1.33
1.67
2.09
2.62
3.28
4.09
5.10
6.33
7.84
9.68
20
0.40
0.50
0.63
0.79
0.99
1.24
1.56
1.96
2.45
3.06
3.83
4.77
5.94
7.36
9.09
11.20
Table 3. Percentage
of toxic (non-soluble)
ammonia in water, due
to pH and temperature
changes
Total ammonia level was
not changed.
Źródło: Goryczko and
Grudniewska, 2015.
a product of fish metabolism and increased concentration is observed during intensive feeding, fish growth
and high stock density. Some of ammonia comes from
bacterial reduction of nitrates and nitrites, dead fish
and uneaten food, industrial waste or fertilizers. Due
to temperature and pH changes proportions between
NH3 (unionized ammonia – UIA) and NH4+ (ammonium) vary. Water hardness and salinity also play a vital
role in this balance. The non-soluble form, NH3, shows
high toxicity to fish. Lethal dose (50% of fish die within 48 hours) is 1,0–1,5 mg/dm-3 of NH3 for carp and
0,5–0,8 mg/dm-3 for rainbow trout (Własow and Guziur, 2008).
However, much lower concentration (0,14–0,4 mg/
dm-3) may lead to serious illness (Własow and Guziur,
2008). Ammonia shows a complex effect: haemolytic,
protoplasmic and neural. It can cause branchionecrosis (severe necrotic damage of gill tissue), ammonia poisoning and autointoxication. The last symptom is observed, when ammonia is not excreted outside through
the gills, but remains inside the body due to high temperature and water pH, even if ammonia concentration
in water is low. The pH increase may be caused by overgrowth ofphytoplankton and confervae.
Chronic exposure to ammonia slows fish growth,
lowers immunocompetence against infections and worsens blood oxygen transport and distribution into tissues. Proper feeding and water cleaning can prevent autointoxication. To reduce ammonia buildup, liming and
aeration is required. It rises pH and allows NH3 conversion to non-toxic NH4+ It is important to remember
that formaldehyde pollution may give us false positive
results in some ammonia measuring tests.
Rarely, the same reasons may lead to nitrite poisoning. Nitrite oxidizing bacteria (Nitrospira and Nitrobacter) may not be sufficient enough to deal with high
nitrite level after the ammonia was oxidized to nitrites.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Gas bubble disease
the symptoms are: exophthalmos, corneal opacity (leading to blindness) and frayed fins. Fish staying in supersaturated water during the day may be hyperactive,
disturbed, and later operculum movements are slowed
down. In larvae, gases may accumulate in yolk sac,
causing balance problems. Commonly, fish move fast,
jump up or away from water and die with their mouths
open, which may look like suffocation. In acute cases
the disease may take 4 minutes from the first symptoms
to death.
Treatment requires eliminating excess gas from the
reservoir. Aerating the water allows equilibrating gas levels, but may not be practical in use. Farmers can build
wide „steps” at the inflow to enlarge the surface of contact between water and air.
wersja PL
SZKOŁA
macrophytes. Secchi disc or a stick should be visible at
least 50 cm below the water surface.
43
KRÓTKO
Iron toxicity
This macroelement is present in water as kations:Fe2+
(commonly as a soluble agent) and Fe3+ (mostly non-soluble). In acid and poorly oxygenated water, iron is
mostly diluted. There is no specific data on iron toxicity,
as it highly depends on other factors and water parameters. In general, maximum level of iron compounds
for drinking water is 1.0 mg/l, for salmonids 0.5 mg/l
(Goryczko and Grudniewska, 2015) and for carps 1.5–2
mg/l (Wojda, 2006).
In water polluted with ferrum, we observe severe
breathing problems in fish. The iron cations form non-soluble deposit on gills, which deteriorates the gas exchange. Expansion of ferrum – reducing bacteria makes
it even worse. Gill tissue darkens and turns brownish.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Goryczko K, Grudniewska J (2015). Chów i hodowla pstrąga tęczowego . Olsztyn: Wydawnictwo IRŚ.
Wolny P (1976). Karp. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne.
Kilarski W (2012). Anatomia ryb. Poznań: Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne.
Antychowicz J (1996). Choroby i zatrucia ryb. Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
What goes around, comes around
Providing our fish well-balanced, clean water is essential for successful aquaculture production. However,
we must not forget that outflow water affects the environment too. Low in oxygen, high in ammonia, excrements, food remains and decayed matter should be filtered thoroughly before discharging into natural water
reservoirs. Careless behavior can stimulate algae overgrowth, dying of delicate species as crayfish. We should do our best not to destroy beautiful wild ecosystems
around the farm.
References
Noga EJ (2010). Fish disease- diagnosis and treatment. Second Edition, Wiley-Blackwell.
Własow T, Guziur J (2008). Higiena ryb i środowiska hodowlanego
z profilaktyką chorób raków. Warszawa: Wydawnictwo Hoża.
Prost M (1989). Choroby ryb. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo
Rolnicze i Leśne.
Kolman R (2010). Jesiotry. Chów i hodowla. Olsztyn: Wydawnictwo
IRŚ.
Wojda R (2006). Karp. Chów i hodowla. Poradnik hodowcy. Olsztyn:
Wydawnictwo IRŚ.
Guziur J i wsp. (2003). Rybactwo stawowe. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Hoża.
NAUKA
Fish gather near the fresh water source and die with
operculums wide open and mouths agape.
In hatcheries, we must avoid iron level over 0,35
mg/l. Organinc, non- organic suspensions and ferrum
compounds easily precipitate on eggs, lowering gas exchange and leading to increased mortality. For this reason, all hatcheries must be provided with efficient water
filters. Copper pipes and galvanized components should
be avoided, as fish embryos are highly sensitive to copper and zinc ions.
wersja PL
SZKOŁA
Lower temperatures may lead to nitrite accumulation as
well, and it usually occurs in autumn. After the nitrite
passes through gills into blood, it oxidizes hemoglobin
to methemoglobin (MetHb). The reaction is similar to
NO toxication in humans (suffocation during fires, for
example). Gills may turn chocolate brown, but MetHb
level must be as high as 40% for that symptom. The farmer may observe lethargy, hypoxia, dyspnea. Any additional stress can be lethal.
Kitchen salt (NaCl) is an effective remedy. Cl- ions
compete with nitrite in gill cell transmitters. After measuring the nitrite level, we should achieve at least 3 mg
chloride to 1 mg nitrite ratio by adding salt to water.
This level is usually safe for freshwater fish (up to 50
mg NaCl per liter). It is also a good idea to supplement
ascorbates in fish food (it prevents MetHb forming).
Problem of the straggling water florais very common in shallow, still water reservoirs, especially close
to fertilized fields.
44
KRÓTKO
Streszczenie:
Wiedza o kuli ziemskiej, miejsce Ziemi w kosmosie
i zjawisku dnia i nocy czy fazach Księżyca nie jest zarezerwowana tylko dla dorosłych. Dzieci stykają się z nią
w telewizji, programach multimedialnych, oglądając
filmy przyrodnicze, także w wielu opowiadaniach, bajkach i legendach. Próbują także wyjaśniać proste zjawiska astronomiczne np. przyczynę dnia i nocy. Świadczy to
o tym, że budują w swoim umyśle dziecięcą astronomię.
W artykule przedstawiam dziecięce modele umysłowe,
a więc sposoby wyjaśniania zjawisk astronomicznych,
a także prezentuję wyniki sprawdzianu wiadomości
przeprowadzonego wśród studentów (przyszłych nauczycieli), którzy okazują się przejawiać przetrwałe teorie
wyjaśniające.
Słowa kluczowe: astronomia, teorie wyjaśniające, modele
umysłowe, przetrwałe modele, jakość edukacji
dr Jan Amos Jelinek: Katedra Pedagogiki Małego Dziecka,
Akademia Pedagogiki Specjalnej im. Marii Grzegorzewskiej
[email protected]
Wszyscy, zarówno dorośli, jak i dzieci budują teorie
wyjaśniające. Służą one m.in. do budowania poczucia
bezpieczeństwa – lepiej czujemy się w otoczeniu, które
rozumiemy (Maruszewski, 2011, 347-353). Większość
z tworzonych teorii nie jest uświadamianych, to znaczy,
że na pytanie, czym jest planeta, tworzymy wypowiedź
„tu i teraz”. Teorie wyjaśniające nie są zwykłymi teoriami naukowymi. Są formułowane intuicyjne na podstawie posiadanych doświadczeń. Proces tworzenia się
teorii wyjaśniających otaczające zjawiska wciąż jest nieznany. Próbę wyjaśnienia tego fenomenu opisuje m.in.
Alison Gopnik i Susan Carey.
Zdaniem Alison Gopnik (2010) pod względem sposobów budowania teorii, dzieci są podobne do naukowców. Jej zdaniem stosowanie przez dzieci metody eksperymentu i analizy statystycznej świadczy, że w podobny
do naukowców sposób odkrywają prawa rządzące światem. Na ich podstawie budują teorie wyjaśniające. Inną
cechą upodabniającą dzieci do naukowców jest to, że teorie wyjaśniające pełnią tę samą funkcję. Na podstawie
zbudowanych teorii dzieci starają się wyjaśniać nowe
(nieobserwowane dotychczas) zjawiska, na ich podstawie dokonują też klasyfikacji. Dzięki skonstruowanym
teoriom dzieci (i dorośli) czują się bezpiecznie, ponieważ z ich pomocą w sposób ekonomiczny są w stanie
ogarnąć umysłem poznawane zjawisko.
Teoria naukowa składa się z faktów i służy wyjaśnieniu przyczyn i warunków powstawania zjawisk. To, co
różni teorie dziecięce od naukowych to ilość zdobytych
informacji o zjawiskach – ze względu na wiek ich doświadczenie jest mniejsze. Inną cechą różnicującą jest
precyzja, z jaką dzieci wyjaśniają relację między przyczyną a skutkiem powstawania zjawisk. Dziecięce teorie
cechują również słabe powiązania między teoriami. Nie
tworzą one struktury – ich teorie nie są ze sobą powią-
zane, a często nawet przyjmują one współistnienie teorii sprzecznych ze sobą. Fenomen ten J. Piaget nazywa
dwoistością stanów i przekształceń (Piaget, 1981). Zwraca uwagę, że dzieci w pewnym okresie życia (nazywa go
stadium przedoperacyjnym) nie są w stanie dokonywać
na poziomie umysłu przekształceń. Dla przykładu, obserwując dwa takiej samej długości sznurki, a następnie
widząc, jak dorosły zakręca jeden z nich tworząc pętlę, uważają, że ten, który został zakręcony, jest krótszy
od wyprostowanego. Podobnie jest z masą przedmiotu
(rozgnieciona grudka plasteliny wydaje się mieć więcej
plasteliny), objętością (po przelaniu wody do wąskiej
szklanki wydaje się, że jest jej więcej) itd. Piaget wskazuje, że dominujące w tym okresie są bodźce płynące ze
zmysłu wzroku. Ich znaczący charakter zaburza ocenę
logiczną – dzieci wiedzą, że to wciąż jest ta sama plastelina, to wciąż jest ta sama woda, która została tylko
przelana... a mimo to odpowiadają, że „teraz jest jej
więcej”. Zagadnienie tu omawiane jest bardzo istotne,
bowiem ocena percepcyjna zjawiska może zaburzać formułowaną teorię wyjaśniającą.
Ze względu na niewielkie doświadczenie życiowe
pierwsze teorie wyjaśniające nie są dokładne i przez
różnych badaczy określane są mianem teorii naiwnych,
intuicyjnych (McClosky, 1983) czy modeli wstępnych
(Vosniadou, 1994). Gdy liczba doświadczeń wzrośnie,
np. gdy dzieci zaczną uwzględniać wypowiedzi dorosłych, informacje płynące z mediów, tworzone pierwotne wyjaśnienia zostaną zmodyfikowane. Piaget opisuje
to zjawisko jako modyfikowanie schematu poznawczego. Jego zdaniem dokonują się tu dwa istotne procesy:
akomodacja i asymilacja. Asymilacja to proces włączania nowych informacji do już stworzonego schematu
poznawczego (teorii). Zmiana ta ma charakter ilościowy. Pod wpływem nowych informacji okazuje się, że
zbudowana wcześniej teoria zupełnie nie pasuje do zjawiska. Na tej podstawie dziecko musi zrekonstruować
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Jan Amos Jelinek
Wprowadzenie
wersja PL
SZKOŁA
Teorie wyjaśniające zjawiska
astronomiczne u dzieci
i dorosłych
45
KRÓTKO
Teorie wyjaśniające zjawiska astronomiczne u dzieci i dorosłych | Jan Amos Jelinek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Teorie o tworzeniu się teorii wyjaśniających
W artykule przedstawię teorie wyjaśniające podstawowe zjawiska astronomiczne dzieci i dorosłych. Nim
jednak to zrobię przedstawię jeszcze wyniki badań
z zakresu mechaniki dotyczącej teorii wyjaśniających
sposób poruszania się przedmiotów, chodzi o planowanie ruchu przedmiotów. Przytaczam je, ponieważ
ujawniły one przetrwałe naiwne teorie wyjaśniające1
w zakresie fizyki i mogą mieć odniesienie w astronomii (ruch obiektów niebieskich). Badania te prowadził
Michael McCloskey (1983, 122-130). Przeprowadzone przez niego badania polegały na określaniu ruchu
obiektów w przestrzeni. Badani mieli narysować trajektorię ruchów przedmiotów, np. lotu rzuconej piłki,
piłki puszczonej przez biegnącą osobę, bomby spadającej z lecącego samolotu itp. Badania prowadzone przez
McCloskey’a dotyczyły zjawisk wyjaśnianych przez fizykę Newtona (popularnej od XIV do XVI w.). Jedną
z założeń tego fizyka jest to, że na ciało działa siła grawitacji, która sprawia, że lecący obiekt nie będzie poruszał
się w linii prostej.
1 Pod pojęciem naiwnych teorii wyjaśniających rozumiem nienaukowe przekonania tworzone w umyśle człowieka na bazie doświadczeń dla wyjaśnienia pewnych zjawisk. Ich cechą jest to, że
ulegają powolnym modyfikacjom wynikającym z nowo zdobytych informacji. W literaturze zagranicznej używa się wielu terminów bliskoznacznych (różniących się w pewnych zakresach),
tj. naiwne wierzenia, dziecięca nauka, ludowe teorie, intuicyjne
teorie, przedkoncepcje, przesądy (misconception) czy alternatywne struktury.
McCloskey ustalił, że wiele osób dorosłych ma mylne przekonania dotyczące ruchu obiektów, szczególnie
ruchów po okręgu. Badacz ten ustalił, że nawet ukończenie studiów z fizyki nie gwarantuje przyjęcia właściwej
teorii wyjaśniającej to zjawisko. Stwierdził on, że nawet
80% badanych absolwentów kierunków fizycznych nie
potrafiło udzielić prawidłowej odpowiedzi. Wielu dorosłych osób wyjaśniało zjawiska fizyczne posługując się
teorią impetu (przedmiot porusza się w linii prostej, tak
jakby nie działały na niego żadne siły). Przytoczone tu
badania McCloskey’a znajdują swoje odzwierciedlenie
nie tylko w mechanice, lecz także w zakresie wyjaśniania zjawisk astronomicznych przez dorosłych, o czym
mowa będzie w dalszej części artykułu.
Rozpocząłem od przytoczenia sposobów rozumienia fizycznych doświadczeń (w tym grawitacji), ponieważ to od nich zaczyna się poznawanie otoczenia
(w tym astronomii). Wskazuje na to m.in. teoria systemów ram Marvina Minsky’ego (1977), która tłumaczy
sposoby tworzenia się teorii wyjaśniających zjawiska,
w których obiekty się poruszają (autor jest zdania, że
ludzki umysł dysponuje dwoma poziomami ram – te
znajdujące się wyżej obejmują bardziej abstrakcyjne
elementy zjawisk, tj. nazwy). Mogą one też wymieniać
niższe ramy odpowiedzialne za szczegółowe informacje na temat obiektów. Sednem koncepcji Minsky’ego
jest to, że obserwując obiekty w ruchu, umysł człowieka nie tworzy wciąż nowych ich reprezentacji (ramy na
wyższych poziomach), a jedynie zmienia i modernizując niższe ramy. Dzięki temu wciąż posiada w pamięci
obraz tego samego obiektu.
W moich badaniach wziąłem pod uwagę astronomię, ponieważ jest to ten obszar rzeczywistości, który
nie jest związany z bezpośrednim poznaniem np. kształtu Ziemi czy ruchu obiektów w przestrzeni kosmicznej.
W tym względzie nie można też mówić o bezpośrednim
przełożeniu teorii mechaniki na teorie wyjaśniające zja-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Uważa ona, że mechanizm ten jest wrodzony i dostępny
dla małych dzieci.
Zarówno Gopnik i Carey zwracają uwagę na to, że
konieczne jest prowadzenie dalszych badań dla ustalenia czynników, pod wpływem których dzieci dokonują
modyfikacji teorii wyjaśniających oraz przebiegu zmian
teorii wyjaśniających.
wersja PL
SZKOŁA
swoją teorię (Piaget nazywa to zjawisko akomodacją),
a dopiero później przyjmować nowe informacje. Ta
zmiana ma charakter jakościowy.
W trakcie rozwoju dzieci precyzują swoje teorie i łączą je w większe, powiązane ze sobą struktury. Gopnik
opisuje ten proces jako analogiczny do kształtowania się
teorii naukowych – dochodzenie do teorii odbywa się
poprzez ulepszanie teorii wcześniejszych. Jej zdaniem
dzieci, podobnie jak naukowcy po sformułowaniu teorii posługują się nią do momentu aż przestanie być ona
aktualna, gdy pojawią się sytuacje, w których przestaje
być ona wyjaśniająca. Stanowisko to wydaje się zbieżne
z opisem dochodzenia do odkrycia naukowego przedstawionego przez Karla Poppera (1977).
Innego zdania jest Susan Carey (autorka koncepcji o pochodzeniu teorii; Carey 2011, 113-167), która
uważa, że dzieci posiadają wrodzony mechanizm (tzw.
rdzeń reprezentacji), za pomocą którego nabywają
wiedzę o otaczającym świecie. Zdaniem Carey dzieci tworzą swoje teorie w odmienny sposób niż dorośli
(i naukowcy). Autorka podkreśla, że różnica ta dotyczy
dojrzałości procesów umysłowych. Pod tym względem
Carey wydaje się stać na stanowisku podobnym do koncepcji tworzenia teorii naukowych Thomasa Kuhna
(1968). Wskazuje on, że historia odkryć naukowych nie
zależy tylko od poszukiwania takich zjawisk, które mają
na celu obalać istniejące teorie naukowe, aby następnie
przyjąć kolejną teorię. Kuhn zwraca uwagę, że w rozwoju myśli cywilizacyjnych odnotowano wiele przypadków dokonania odkryć przez zbieg okoliczności.
Podkreśla, że wielu odkrywców i wynalazców poszukując rozwiązania problemu kierowało się wewnętrznym przeczuciem, intuicją czy specyficznym sposobem
postrzegania zjawiska. Carey określa ten sposób jako
obecny w każdym człowieku wewnętrzny mechanizm
(rdzeń) za pomocą, którego budujemy swoje teorie.
46
KRÓTKO
Dziecięca astronomia
W publikacjach metodycznych opisane są doświadczenia, które prezentują naukowy model rzeczywistości.
Problem w tym, że zagadnienia dotyczące astronomii są
dla dzieci zbyt abstrakcyjne, zważywszy na prawidłowości rozwoju operacyjnego rozumowania i wnioskowania o skutkach zmian odwracalnych, nieodwracalnych i częściowo nieodwracalnych. Z badań Piageta
(2006) o możliwościach i ograniczeniach rozwoju dziecięcego myślenia, zwłaszcza przyczynowo-skutkowego,
wiemy, że dziecięce rozumowanie ma cechy magiczne. Dzieci mają tendencję do wyjaśniania zjawisk poprzez branie pod uwagę elementów zewnętrznych. Na
2 Autorka nie podaje liczby przebadanych dzieci i w całej monografii podaje dane procentowe.
3 Badania, które prowadzono nie były skierowane na ustalanie pojęć astronomicznych, tylko podobnie jak przytoczone badania Al-Khamisy niejako przy okazji dotyczyły pojęć z tego zakresu. Tak
więc ustalona wiedza na ten temat nie ma charakteru całościowego tylko fragmentaryczny, cząstkowy.
czasie rozumienie przez dzieci pojęć astronomicznych
badano na całym świecie: w USA (Vosniadou, Brewer,
1994), Indiach (Samarapungavan, Vosniadou i Brewer,
1996), Wielkiej Brytanii (Nobes, Martin i Panagiotaki,
2005), Estonii (Hannust i Kikas, 2012), Turcji (Özsoy,
2012) i Grecji (Vosniadou i Brewer, 1994). Badania te
były zakorzenione w psychologicznej koncepcji teorii
modelów umysłowych, zgodnie z którą każdy człowiek równolegle do konstruowanej przez siebie wiedzy
o świecie tworzy teorie wyjaśniające na temat zjawisk,
które mają miejsce w otoczeniu4. Wstępne teorie wyjaśniające dzieci (modele przednaukowe, przedkoncepcje)5
muszą być brane pod uwagę na każdym etapie edukacji
formalnej dla eliminowania starszych koncepcji, które
mogą utrudniać nabywanie modelu naukowego (Özsoy,
2012, 407-415).
Pionierką badań dotyczących ustalania wyjaśnień
dzieci z zakresu astronomii jest Stella Vosniadou (1994,
123-183), która prowadziła badania w zakresie ustalania modelu umysłowego kształtu Ziemi oraz zjawiska
dnia i nocy. Opisała sześć modeli umysłowych kształtu
Ziemi, które okazały się być uniwersalne – występowały
one w wypowiedziach dzieci z wielu krajów. Zasadnicze
różnice w zakresie modeli umysłowych dzieci dotyczyły
Indii oraz Stanów Zjednoczonych, w których pojawiły
się modele, niewystępujące w innych krajach6. Różnice
4 Koncepcja teorii modelów umysłowych jest zgodna z poglądami
konstruktywistów takich jak: J. Piaget, L. Wygotski czy J. Bruner.
5 W literaturze zagranicznej autorzy posługują się pojęciem modelu
umysłowego. Pod tym pojęciem badacze rozumieją nienaukowe
przekonania tworzone w umyśle człowieka na bazie doświadczeń
dla wyjaśnienia pewnych zjawisk. Cechą modelów umysłowych jest to, że ulegają powolnym modyfikacjom wynikającym
z nowo zdobytych informacji. W literaturze zagranicznej używa
się wielu terminów bliskoznacznych (różniących się w pewnych
zakresach), tj. naiwne wierzenia, dziecięca nauka, ludowe teorie,
intuicyjne teorie, przedkoncepcje, przesądy (misconception) czy
alternatywne struktury.
6 Dla przykładu Ziemia pływa na wielkim ocenie – model ten często pojawiał się w wyjaśnieniach dzieci Indyjskich, lub tzw. model
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
przykład kojarzą ze sobą dwa zjawiska występujące tu
i teraz, chociaż nie mają ze sobą nic wspólnego (synkretyzm). Przypisują ludziom wykonanie wszystkiego
w otoczeniu (artyficjalizm), twierdząc jednocześnie, że
przedmioty są żywe i świadome (animizm). Apogeum
takich przekonań – zdaniem J. Piageta – ma miejsce
w wieku przedszkolnym i może utrzymywać się nawet
do 12. roku życia dzieci. Mając na uwadze specyficzny
charakter myślenia dzieci można dojść do wniosku, że
równie dobrze gwiazdy, planety i inne obiekty niebieskie dzieci traktują jako ciała żywe i stworzone przez
człowieka. Potwierdzają to w swoich badaniach Stefan
Szuman (1939) i współcześnie Danuta Al-Khamisy
(1996).
W badaniach przeprowadzonych przez Al-Khamisy
zostały potwierdzone najważniejsze ustalenia Piageta.
Prosiła ona dzieci 6-letnie2 o wyjaśnienie takich pojęć
astronomicznych, jak: Słońce, Księżyc, gwiazda i noc.
Ponadto pytała: dlaczego Słońce wschodzi rano, a wieczorem zachodzi oraz dlaczego raz Księżyc jest okrągły,
a raz nie. Jej ustalenia potwierdzają cechy myślenia opisane przez Piageta. Al-Khamisy ustaliła, że większość
wypowiedzi dzieci sześcioletnich (65,3%) ma odniesienie do animizmu, artyficjalizmu oraz myślenia magicznego. Autorka potwierdziła ponadto, że dzieci są
żywo zainteresowane zagadnieniami astronomicznymi
i stwierdziła, że dysponują one dużą wiedzą na temat
kosmosu.
Przytoczone wyżej badania były realizowane dwadzieścia lat temu3. Od tamtego okresu dostęp dzieci do
informacji o kosmosie zmienił się radykalnie. W tym
wersja PL
SZKOŁA
wiska astronomiczne, ponieważ te ostatnie wywodzą
się wyłącznie z konstruktów intuicyjnych. Poza tym
dziecko tworzy w swoim umyśle teorie wyjaśniające
na podstawie informacji, które nie rzadko są ze sobą
sprzeczne. Przykładem jest sam kształt Ziemi – na co
dzień dziecko doświadcza płaskiej ziemi, natomiast
z wyjaśnień dorosłych i przekazów telewizyjnych dowiaduje się, że Ziemia ma kształt zbliżony do kuli. Pod
tym względem poznawanie teorii wyjaśniających może
dostarczyć interesujących informacji na temat rozwoju
poznawczego dzieci.
Istnieje jeszcze powód pedagogiczny. Jeśli prześledzimy podstawę programową wychowania przedszkolnego i edukacji wczesnoszkolnej okaże się, że nauczyciele są zobowiązani do wyjaśnienia dzieciom pojęć
(np. planeta, gwiazda) i zjawisk z zakresu astronomii
(np. przemienności dnia i nocy, pór roku, grawitacji).
Z oczywistych względów nie powinni poprzestawać na
wyjaśnieniu Słońce wschodzi tam (na wschodzie), na
niebie wykonuje łuk (pozorny) i zachodzi tam (na zachodzie) – jest to wyjaśnienie niepełne, a więc takie, które
może generować i utrwalać naiwne teorie.
47
KRÓTKO
podwójnej Ziemi – wskazujący, że dzieci nie łączą obrazu Ziemi
widzianej z kosmosu z codziennym obrazem – linią horyzontu –
model ten często pojawiał się u dzieci amerykańskich.
Taki dualistyczny model wskazuje jak trudno jest dzieciom przyjąć sprzeczne ze sobą informacje dotyczące
otaczającego świata.
Model spłaszczonej kuli cechuje dzieci, które obrazują Ziemię jako elipsę (lub jajko) o wyraźnie spłaszczonych biegunach. Dzieci, które wskazywały na okrągły
kształt Ziemi, a podczas wyboru modelu wybierały
kulę, twierdziły również, że idąc przez wiele dni, można
dojść do tego samego punktu, z którego się wyszło. Na
rysunkach ludzie przedstawiani są tylko w górnej części
kuli, gdzie zaznaczone jest spłaszczenie. Tego typu rysunki przedstawiają próbę połączenia informacji o tym,
że (a) Ziemia jest kulą, (b) wszystko, co jest bez podparcia upada (grawitacja) oraz (c) linia horyzontu jest
płaska. Zapytane, jak osadzona jest Ziemia w przestrzeni kosmicznej, odpowiadają, że Ziemia nie może sama
„unosić się” w przestrzeni kosmicznej. Uważają, że musi
być na czymś podparta. Podają przykłady kija lub dużej
igły, na której Ziemia się utrzymuje.
Wśród dzieci przedszkolnych można znaleźć także
wyjaśnienia, które należy scharakteryzować jak naukowe (model kulistej Ziemi). Dzieci, które prezentują
ten model – uznają kształt Ziemi za kulisty – spośród
dostępnych modeli trójwymiarowych wybierają piłkę – uważają ją za najbardziej zbliżony kształt do Ziemi. Różnią się jednak od osób reprezentujących model
spłaszczonej. Uważają bowiem, że można wrócić do
tego samego miejsca, z którego się wyszło – ich wyjaśnienia wskazują, że odkryły działanie grawitacji ziemskiej. Wiedzą, że ludzie w Nowej Zelandii żyją tak samo
jak w Polsce, a planeta Ziemia nie musi być niczym podtrzymywana i że „unosi się” w przestrzeni kosmicznej.
Wyjaśnienia te widoczne są na rysunkach dzieci, na
których przedstawiają ludzi żyjących dookoła koła.
Każdy z wymienionych wyżej modeli był obecny
w każdej grupie wiekowej badanych dzieci. Na podstawie przedstawionych modeli można wywnioskować, że
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
ukowego obrazu otoczenia). W rzeczywistości jednak
dzieci te rysują okrągły dysk widziany z góry, co wskazuje, że ich perspektywa jest szersza względem modelu
horyzontalnego, ale nadal ograniczona codziennymi
doświadczeniami. Na rysunkach zaznaczają Ziemię,
jako okrągłą lub prostokątną płaszczyznę, na której
lokalizują też ludzi. Wśród dostępnych modeli dzieci
wybierają prostokątny lub okrągły dysk. Twierdzą, że,
jeśli będziesz szedł przez wiele dni, dojdziesz do końca
(do krawędzi) i możesz spaść. Nie wyobrażają sobie jeszcze tego, że na półkuli południowej „życie toczy się do
góry nogami”.
Trzecim modelem prezentowanym przez dzieci
przedszkolne i szkolne jest model wydrążonej wewnątrz kuli (z ang. hollow sphere). Dzieci te wiedząc,
że Ziemia jest okrągła, i że ludzie nie mogą z niej spaść,
wciąż widzą, że Ziemia jest też płaska. W swoich wyobrażeniach tworzą kształt Ziemi zbliżony do szklanego,
kulistego akwarium. Taki obraz jest próbą połączenia
otrzymanych informacji. Na takiej Ziemi ludzie żyją
tylko w dolnej części kuli, ale za to nie można z niej
spaść. Opisują Ziemię, jako okrągłą, a spośród modeli
wybierają kulę.
Model podwójnej Ziemi łączy w sobie model horyzontalny (a więc codzienne doświadczenia) i model płaskiej Ziemi (z informacjami otrzymanymi ze świata dorosłych). Dzieci prezentujące ten model opisują kształt
Ziemi, jako okrągły, wśród modeli wybierają piłkę lub
dysk. Twierdzą, że Ziemia ma krawędź, z której można
spaść. Jednak, co jest charakterystyczne dla tego modelu – na rysunkach prezentują dwie Ziemie, jedną widziany, na co dzień – płaską linię horyzontu i znajdujące się na niej obiekty (drzewa, domy i ludzi) oraz Ziemię
kulistą na niebie. Ta „druga” Ziemia przypomina pejzaż
nieba, na którym widoczny jest rozświetlony Księżyc.
Dzieci traktują „tę okrągłą” ziemię, jako planetę, o której mówią dorośli (z niej nie można spaść, jest okrągła).
wersja PL
SZKOŁA
te przypisuje się przekazom medialnym (np. zdjęciom
Ziemi widzianej z kosmosu) i dostępom do nich, a także wpływom kulturowym (szczególnie baśni i legend,
np. o stworzeniu świata).
Przedstawię teraz modele umysłowe kształtu Ziemi,
które mogą wskazywać na teorie wyjaśniające dzieci
dotyczące zjawisk astronomicznych. Zostały one sformułowane na podstawie wyników badań przez Stellę
Vosniadou (1994, 123-183). Przebadała ona 60 dzieci
w wieku 6–11 lat. Prosiła o narysowanie Ziemi oraz
wskazanie jednego z modeli trójwymiarowych Ziemi,
który najlepiej odpowiada ich wyobrażeniu kształtu
planety.
Najmłodsze dzieci prezentują model horyzontalny. Rysują one linię horyzontu, na której zaznaczają
obiekty znajdujące się w najbliższym otoczeniu – stanowią one codzienny obraz. Dzieci te prezentują Ziemię
w ograniczonym zakresie; nic zatem dziwnego, że jest
ona płaska. Dzieci prezentujące model horyzontalny nie
są zastanawiają się nad całym kształtem Ziemi, w swojej teorii odnoszą się tylko do najbliższego otoczenia.
W kontekście tego zjawiska dzieci zapytane o przyczynę
przemienności dnia i nocy wskazują, że dzień zaczyna
się od pojawienia się Słońca na niebie – i tym razem
wyjaśniają zjawisko przez pryzmat codziennie obserwowanych zjawisk (noc dla tych dzieci jest wynikiem
pojawienia się Księżyca, jako „przeciwieństwa” Słońca).
Model płaskiej Ziemi przedstawiany jest przez
dzieci, które odrywają się w swoich wyjaśnieniach od
tego, co najbliższe (codzienne doświadczenia) i zaczynają włączać w swoje wyjaśnienia informacje otrzymane z zewnątrz (od dorosłych, z mediów). Na pierwszy
rzut oka rysunki dzieci preferujące ten model sugerują,
że Ziemia widziana jest jako kula (oddają wrażenie na-
48
KRÓTKO
informacji projektować skuteczne sytuacje edukacyjne. Konieczne jest prowadzenie dalszych badań w tym
względzie7.
Wśród przedstawionych modeli Vosniadou można
wymienić trzy rodzaje. Pierwszy to modele wstępne,
które stanowią sumę zgromadzonych informacji i wytworzone na podstawie teorii wyjaśniających; nie wychodzą one poza codzienne doświadczenia. Drugim
rodzajem są modele pośrednie (lub uproszczone pod
względem naukowym – takiego określenia używa Vosniadou). Ich różne formy świadczą o wielu wyobrażeniach, jakie dzieci tworzą dla pogodzenia codziennych
doświadczeń i informacji naukowych (wyjaśnień dorosłych i informacji płynących z mediów). Trzeci rodzaj
to model naukowy wyjaśnienia. Najwięcej zmian dokonuje się wśród modeli pośrednich. Piaget wyjaśnia ten
proces poprzez reorganizację struktury poznawczej;
Gopnik i Carey mówi o tworzeniu doskonalszych teorii
wyjaśniających.
Teorie wyjaśniające u dorosłych
Przeprowadzone przez Sibel Özsoy’ego (2012, 407415) badania wykazały, że istotne jest kontrolowanie
przednaukowych teorii wyjaśniających zjawiska, ponieważ mogą one utrudniać przyjmowanie naukowych
teorii. Okazuje się też, że z biegiem lat ludzie stają się
odporni na zmiany w zakresie przyjętych teorii wyjaśniających. Natomiast badania McCloskey’a wskazały,
że dorośli mogą przejawiać przetrwałe teorie naiwne.
Za przyczynę tego zjawiska Özsoy wskazuje brak weryfikowania swoich teorii. W efekcie teorie, które nie
7 Staramy się w tej chwili o pozyskanie funduszy na badanie dotyczącego omawianego tu zagadnienia (projekt NCN), a także równolegle prowadzimy badania wraz ze studentami w ramach prac
seminaryjnych, aby lepiej poznać badane zjawisko.
NAUKA
za chmurę. Twierdzi, że chmury są zrobione z waty, porusza je wiatr i zawsze jest ich tyle samo. Wie przy tym,
że nie można ich dotknąć, bo są za wysoko. Zdaniem
dziewczynki Księżyc jest zbudowany z gumy do żucia.
Wskazuje, że Księżyc jest żółty i może zmieniać kształt
(rysuje rogalik i koło). Wyjaśnia, że Księżyc wygląda jak
rogalik gdy idę z przedszkola, a okrągły jak jest już północ. Wybierając rogalik jako kształt Księżyca symuluje
jego ruch na dziennym niebie – porusza się po kształcie znaku nieskończoności (leżącej ósemki) przy czym
– zdaniem Emilii – Księżyc dodatkowo obraca się przy
tym dookoła. Za przyczynę nocy dziewczynka wskazuje potrzebę odpoczynku ludzi. Charakteryzując Księżyc zauważa, że nocą też zmienia swoje miejsce (podaje
tu przykłady własnych obserwacji). Uważa, że Księżyc
świeci nocą dlatego, aby [nocą] było trochę światła.
Chmur w nocy jest mniej i są ciemniejsze. Gwiazdy
można zobaczyć tylko wtedy, gdy jest ciemno. Na nocnym niebie widać gwiazdy (ale nie potrafi wyjaśnić, dlaczego je widać, mimo że jest ciemno).
Wśród przebadanych 15 dzieci 6 zbudowało z plasteliny model płaskiej Ziemi. Z wypowiedzi wynikało,
że dzieci te nie potrafiły wyjść poza obszar codziennych
doświadczeń. Na pytane o to, co jest pod Ziemią, wskazywały na kamienie i piasek. Gdy pytano, czy ludzie
mogą mieszkać z drugiej strony Ziemi, wskazywały, że
nie, bo tam nie ma powietrza, udusiliby się (miały na
myśli mieszkanie wewnątrz ziemi – między piaskiem
a kamieniami).
Wiele wypowiedzi dziewczynki zgadza się z badaniami uzyskanymi przez Piageta (2006). Podaje on
przykłady wypowiedzi dzieci, które również wskazują,
że chmury są rzeczywistym przedmiotem (artyficjalizm), a Słońce świeci po to, aby było jasno (animizm).
Ponieważ przeprowadzone badania nie przedstawiają
dominujących modeli umysłowych, wśród dzieci przedszkolnych i szkolnych trudno jest na bazie dostępnych
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
teorie wyjaśniające tworzone przez dzieci są wynikiem
różnych prób łączenia zdobytych informacji. Wiele
trudności sprawia dzieciom oderwanie się od codziennego doświadczania płaskiej linii horyzontu i przyjęciem kulistego wyobrażenia Ziemi. Związany jest z tym
kolejny problem – lokalizacji ludzi żyjących na Ziemi.
Płaska linia horyzontu (płaska Ziemia) nie sprawiała
dzieciom trudności pod tym względem, dlatego przyjęcie kulistego obrazu nastręcza dzieciom kłopotów. Te
specyficzne dziecięce teorie wyjaśniające odnoszące się
do astronomii nazywam dziecięcą astronomią (Jelinek,
2015).
Ponieważ badania dla ustalenia sposobu wyjaśnień
zjawisk astronomicznych były prowadzone w różnych
kulturach, nie można z pełną stanowczością stwierdzić, że wszystkie sformułowane modele można znaleźć
wśród polskich dzieci. Wstępne badania na ten temat
przeprowadzone w ramach pracy seminaryjnej przez
studentów Akademii Pedagogiki Specjalnej potwierdziły występowanie niektórych modeli. Badania miały
charakter jakościowy i odbywały się w formie rozmowy
(posłużono się przy tym pomocniczo przygotowanym
planem rozmowy, który był stosowany luźno, odpowiednio do wypowiedzi dzieci). Przebadano 15 dzieci
w wieku 5 lat. Plan rozmowy został oparty o trzy prace
plastyczne: (1) zbudowanie obrazu dziennego, (2) zbudowanie obrazu nocnego nieba oraz (3) zbudowanie
z plasteliny modelu kształtu Ziemi, na której mieszkają
ludzie.
Ze względu na ograniczone możliwości publikacyjne przytoczę analizę wypowiedzi jednego dziecka –
5-letniej Emilii. Dziewczynka wie, że Słońce jest żółte,
ale niekiedy też pomarańczowe; wie, że porusza się na
niebie i niekiedy go nie widać (na kartce papieru pokazuje ruch Słońca – z prawej na lewą wskazując przy tym,
że w południe Słońce jest na środku). Na pytanie, gdzie
jest Słońce w nocy, dziewczynka chowa obrazek Słońca
wersja PL
KRÓTKO
49
chu przedmiotów w przestrzeni (mechanika ruchu).
Wykorzystano te same ilustracje, z których korzystał
McCloskey (1983, 122-130).
W pierwszym zadaniu studenci mieli narysować
trajektorię ruchu kulki, która trzymana na sznurku
została wcześniej rozpędzona i poruszała się w ruchu
kołowym (siłą odśrodkową). Zadaniem studentów było
narysowanie strzałki określającej kierunek poruszania
się kuli. Za prawidłową odpowiedź uznaje się poruszanie się po linii prostej (chodzi o prezentację ruchu kulki
widzianej z góry). W efekcie: kula ma przestać poruszać
się po łuku i kontynuować ruch w jednym kierunku. Na
90 uzyskanych odpowiedzi prawidłowo zadanie to wykonało jedynie 11 osób. 72 udzieliły błędnych odpowiedzi, najczęściej wskazując na kontynuowanie ruchu po
okręgu (a nie w linii prostej). Dodam tutaj, że podobnie
jak McCloskey za poprawną odpowiedź uwzględniono
odchylenie nie większe niż 5 stopni.
W kolejnym zadaniu studenci mieli przewidzieć
(i narysować) trajektorię ruchu kulki, która zamocowana na sznurku poruszała się jak wahadło. Za prawdziwe uznaje się odpowiedź, w której ruch kulki zostanie
zaprezentowany jako parabola – niezależnie, w którym
miejsca zostanie ona puszczona. Wśród 90 uzyskanych
odpowiedzi prawidłowo ruch spadającej kulki zaprojektowało 15 osób. 62 osoby wskazały na jej ruch w linii
prostej, a więc odwrotnie względem kulki poruszającej
się ruchem spiralnym.
Sprawdzian wiadomości został przeprowadzony
w ramach przedmiotu edukacja przyrodnicza. Motywem do jego przeprowadzenia było ustalenie zakresu wiedzy studentów na temat otaczających zjawisk.
Wyniki przeprowadzonego sprawdzianu wskazują na
obecność przetrwałych teorii wyjaśniających. Przyporządkowanie błędów zgodnie z klasyfikacją pochodzenia (przedstawioną przez Skelly, na podstawie Markowska i wsp., 2014) wskazuje, że są to w większości błędy
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
(w rzeczywistości jest dokładnie na odwrót). 12 osób nie
udzieliło odpowiedzi, a 4 przyznały się do niewiedzy.
Wśród odpowiedzi, znalazły się też takie, które budziły
duże zaskoczenie: (przykład 1) Pory roku wynikają ze
zmiany położenia Słońca względem Ziemi; (przykład 2)
Pory roku wynikają z okrążenia Słońca wokół Ziemi.
Wyjaśnij, dlaczego Księżyc raz oświetlony jest
w całości, a raz świeci jak „rogalik”, opisz zjawisko.
Ze względu na charakter pytania możliwości sformułowania odpowiedzi było wiele, oto przykładowe zaakceptowane odpowiedzi: oświetlenie różnej płaszczyzny
Księżyca przez Słońce; Księżyc obiega ziemię i z różnych
jej punktów jest inaczej widziany. Mimo, że Księżyc jest
stosunkowo często widziany na niebie, aż 90 osób udzieliło nieprawidłowej lub niewystarczającego wyjaśnienia. 11 osób podało nazwę zjawiska (fazy Księżyca), nie
wyjaśniając go. 52 osoby stwierdziły, że przyczyną zjawiska jest przyćmienie Księżyca przez Ziemię lub inne
planety. Tymczasem zaćmienie Księżyca przez Ziemię
jest wyjątkowe i nie występuje powszechnie. 5 osób podało niepełną odpowiedź. 16 osób nie udzieliło żadnej
odpowiedzi, a 6 osób podało inną błędną odpowiedź.
Trzecie zadanie polegało na narysowaniu w prostokącie pozornego ruchu Słońca na niebie w ciągu dnia
(a) latem i (b) zimą, oznaczeniu narysowanych linii
i zaznaczeniu strzałkami kierunek ruchu. Za prawdziwe uznaje się odpowiedź, w której pozorny ruch Słońca
na letnim niebie będzie wyżej, a zimą niżej i oba ruchy
będą odbywać się z lewej na prawą (ze wschodu na zachód). Wśród uzyskanych odpowiedzi: prawidłowy
ruch Słońca na nieboskłonie narysowało 58 osób. Błędny rysunek przedstawiło 28 osób, myląc m.in. kierunki
(z zachodu na wschód) czy rysując pętlę (tak jakby Słońce wykonywało na nieboskłonie ruch kołowy). 13 osób
nie udzieliło odpowiedzi.
W ramach sprawdzianu zadano także dodatkowe
pytania sprawdzające umiejętność przewidywania ru-
wersja PL
SZKOŁA
są sprawdzane „zastygają” i stają się obowiązującymi
(przypominam, że są one nieuświadomione).
Potwierdzają to wyniki sprawdzianu przeprowadzonego wśród 100 studentów kierunku wychowanie
przedszkolne i edukacja wczesnoszkolna (kandydatów
na nauczycieli) w 2014 i 2015 roku na Akademii Pedagogiki Specjalnej im. Marii Grzegorzewskiej. Celem
sprawdzianu wiadomości było ustalenie jak studenci
ostatniego roku studiów licencjackich wyjaśniają zjawiska astronomiczne. Sprawdzian ten został przeprowadzony w formie papier-ołówek i nie został wcześniej
zapowiedziany. Studentom zadano trzy otwarte pytania
dotyczące astronomii:
• wyjaśnij przyczynę pór roku na Ziemi;
• wyjaśnij dlaczego Księżyc raz oświetlony jest w całości, a raz świeci jak „rogalik”;
• narysuj w prostokącie ruch Słońca na niebie w ciągu dnia (a) latem i (b) zimą.
Formuła pierwszego i drugiego pytania została tak
sformułowana, aby przypominała pytanie dziecka/ucznia. Studenci zostali zobligowani do podpisania swoich
prac dla zwiększenia ich motywacji i podjęcia wysiłku
na rzecz podania wyczerpujących odpowiedzi.
Uzyskane odpowiedzi na pierwsze pytanie: wyjaśnij
przyczynę pór roku na Ziemi. Prawidłową odpowiedzią jest: pory roku na Ziemi są wynikiem kąta padania
promieni słonecznych. Wśród uzyskanych odpowiedzi: prawidłową odpowiedź podało jedynie 6 osób! 20
osób nazwało zjawisko, bez jego wyjaśnienia (używano
określenia: obiegowy ruch Ziemi wokół Słońca). 24 osoby podały niepełne wyjaśnienie (np. „Ziemia się obraca, krąży wokół słońca, różna odległość od słońca”). 26
osób podało błędną odpowiedź. Odwoływano się przy
tym do klimatu (który jest efektem, a nie przyczyną),
do ruchu obrotowego i geocentryzmu!). 8 osób zwróciło
uwagę na odległość Słońca względem Ziemi. Podawano, że zimą Ziemia jest dalej od Słońca, a latem bliżej
50
KRÓTKO
połówkami, a potem zrobią cały Księżyc; Piaget, s. 219).
Zarówno na pierwszym, jak i drugim poziomie rozumowania dzieci nie dostrzegają relacji między poszczególnymi fazami Księżyca. Ich wyjaśnienia wskazują, że
postrzegają Księżyc jako jeden obiekt, który się zmienia,
ale nie znają przyczyny tego zjawiska8.
Uzyskane podczas zajęć ze studentami wyniki ich
sposobów rozumowania faz Księżyca oraz rozważania
na temat przyczyn przetrwałych naiwnych koncepcji
wskazały, że brakowało im doświadczeń, w których
mogliby zobaczyć, doświadczyć i samodzielnie sprawdzić proces powstawania faz księżyca. Z tego względu
po zaprezentowaniu studentom wyników sprawdzianu
przeprowadziłem doświadczenia z zakresu astronomii.
Skonstruowany został m.in. model pozwalający odtworzyć ruch Ziemi względem Słońca i Księżyca względem
Ziemi. Przy użyciu tego modelu przeprowadzono eksperymenty myślowe, w trakcie, których studenci musieli zaprojektować, na podstawie posiadanych informacji
(np. fazy Księżyca nie są najczęściej efektem przysłonięcia Ziemią), taki ruch planet, aby respektował on znane
informacje o Księżycu. Po sprawdzeniu hipotez studenci mogli porównać swoje wnioski z wizualizacją ruchu
planet w komputerowym programie. Po zajęciach studenci wskazywali, że po wykonaniu modelu Układu
Słonecznego rozumieją, dlaczego w mediach pojawia się
informacja o tym, że Ziemia przysłoni Księżyc (wiedzą,
że to zjawisko to niecodzienne zjawisko).
Podsumowanie
Mimo tego, że dorośli ukończyli długoletnią edukację, nadal między modelami umysłowymi dzieci a dorosłych dotyczącymi zjawisk astronomicznych istnieje
8 Podobnie reagują dzieci, którym pokazuje się zdjęcia z ich młodości. Nie chcą one przyjąć do wiadomości, że są to ich zdjęcia, że
tak wyglądali wcześniej (one same mówią, że to zdjęcie ich młodszego brata lub siostry).
NAUKA
dzy tym, co obserwowalne na co dzień (wiedza „jak”),
i tym, o czym mówią dorośli (wiedza „że”). Dzieci widzą poszczególne fazy Księżyca (wiedzą, że to ten sam
obiekt), jednak nie znają przyczyny jego zmiany wyglądu. Na tej podstawie tworzą teorie wyjaśniające przyczyny zjawiska powstawania faz Księżyca, tworząc różne kombinacje interpretacji wiedzy „że” i wiedzy „jak”.
W ten sposób powstają pierwsze teorie.
Jak wynika z przeprowadzonego sprawdzianu, wielu
dorosłych (studentów) kojarzy fazy Księżyca ze zjawiskiem zaćmienia (owal Ziemi kojarzony jest z kształtem
cienia na Księżycu). Podobne proste kojarzenie (wyobrażenie) można dostrzec w kontekście pór roku i pozornego ruchu Słońca na niebie. Proste skojarzenie ciepła
ze Słońcem sugeruje, że letnia pora roku jest efektem
zbliżenia się Ziemi do Słońca (choć w rzeczywistości
jest na odwrót). Pozorny ruch Słońca na niebie (Słońce
wschodzi zawsze na wschodzie) odnosi się do sugestii,
że Słońce wraca na miejsce. Przedstawione wyjaśnienia
dotyczyły znacznej większości osób i dowodziły istnienia przetrwałych błędnych teorii wyjaśniających powstałych zapewne w okresie dzieciństwa.
Potwierdzeniem tego mogą być wyjaśnienia dzieci, które Piaget prezentuje w swoich badaniach (2006,
216-219). Badacz zadawał dzieciom pytania dotyczące
kształtu Księżyca. Młodsze dzieci wyjaśniały, że Księżyc powstaje, rodzi się, pęcznieje, podawały przy tym
analogię do rozwoju dziecka. Starsze dzieci funkcjonujące – w nomenklaturze Piageta – na poziomie artyficjalizmu technicznego wskazywały jako przyczynę
powstawania faz Księżyca to, że jest on zakopywany lub
odkopywany (np. Jaki jest Księżyc? – Całkiem okrągły –
Zawsze? – Nie, czasem jest połowa. – Dlaczego połowa?
– Bo czasem go pocięto. – Wierzysz w to? – Wierzę. –
Dlaczego go pocięto? – Aby był jeszcze ładniejszy. – Kto
go pociął? – Panowie. – Czy Księżyc może znów stać się
okrągły? – Nie. Później pójdą po inne Księżyce, które są
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
wyobrażenia, wynikające z niewłaściwych schematów
rozumowania dotyczących zarówno astronomii jak
i mechaniki. Wynikają one z posiadania fałszywych informacji.
Przyczynę tego, że dorośli posiadają nieprawidłowe (naiwne?) koncepcje wyjaśnia teoria systemu ram
Minsky’ego (1977). Wskazuje ona, że budowana w umyśle wiedza – tutaj dotycząca faz Księżyca, pór roku,
pozornego ruchu Słońca na niebie i ruchu spadających
obiektów (poruszających się w ruchu po łuku) – porządkowana jest na dwóch warstwach – na warstwie
informacji otrzymywanych od dorosłych i przekazywanych przez media (górna rama), którą na potrzeby artykułu porównam do wiedzy „że”. Informacje płynące
z codziennych obserwacji – zdaniem Minsky’ego – gromadzone są w ramach na niższym poziomie (nazywam
je roboczo wiedzą „jak”). Zgodnie z teorią systemu ram
nie ma jednego układu ram. W zależności od potrzeb
wyjaśnienia ludzie odnosząc się do informacji ogólnych
(górnej ramy) korzystają z dolnej ramy (jakby potwierdzali to, co wiedzą zaobserwowanym zdarzeniem). Ze
względu na to, że niektóre wyjaśnienia dorosłych (zakodowane w górnej ramie) nie są w pełni zrozumiałe
przez dzieci, dlatego tworząc wyjaśnienia wybierają te
informacje, które są dla nich dogodne. W praktyce tego
typu zjawisko przejawia się tolerowaniem wieloznaczności – fenomen ten Piaget (1981) nazywa, dwoistością
stanów i przekształceń.
Sięgnijmy zatem jeszcze raz do poznawania świata przez dzieci. Obserwując Księżyc, kategoryzują go
w kategoriach wiedzy „jak” (niższa warstwa). Dostrzegają bowiem jego zmiany – fazy, chociaż ich ze sobą nie
zestawiają. Jednak gdy otrzymują informacje od dorosłych (w tym z mediów), że istnieje zjawisko różnych
faz Księżyca, wówczas ich wiedza „że” jest włączana do
górnej ramy. Od teraz dziecięcy umysł próbuje połączyć
zdobyte informacje w jedną. Pozostaje jednak pomię-
wersja PL
KRÓTKO
51
Literatura
Al-Khamisy D (1996). Rozwijanie pojęć przyrody nieożywionej
u dzieci sześcioletnich. Warszawa: Wydawnictwo „Żak”.
Gopnik A (2010). Dzieci filozofem, Warszawa: Prószyński i S-ka.
Hannust T, Kikas E (2012). Changes in Children’s Answers to Open
Questions about the Earth and Gravity. Hindawi Publishing Corporation, Child Development Research [serial online] http://www.
hindawi.com/journals/cdr/2012/613674/ (10/04/2012).
Jelinek JA (2015). Dziecięca astronomia. In: Bliżej przedszkola. 7-8:
78-82.
Kampeza M, Konstantinos R (2009). Transforming the representations of preschool-age children regarding geophysical entities and
physical geography. In: Review of Science, Mathematics and Ict
Education. 3: 141-158.
Markowska A, Lechowicz M, Grajowski W, Chrzanowski M, Spalik
K, Borgensztajn J, Ostrowska E, Musialik M (2014). Błędne prze-
konania w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych. In: Edukacja
Biologiczna i Środowiskowa. 4: 56-66.
McCloskey M (1983). Naive Theories of Motion. In: Gentner D, Stevens A, ed. Mental Models. New York: Psychology Press; 299-324.
Maruszewski T (2011). Psychologia poznania. Umysł i świat. Gdańsk:
GWP.
Minsky M (1977). Frame-system theory. In: Johnson-Laird PN, Wason PC ed. Thinking: readings in cognitive science, Cambridge MA:
Cambridge University Press; 355-376.
Nobes G, Martin A, Panagiotaki G (2005). The development of
scientific knowledge of the Earth. In: British Journal of Developmental Psychology. 23: 47-64.
Nobes G, Moore DR, Martin A, Clifford B, Butterworth G, Panagiotaki G, Siegel M (2003). Children`s understanding of the earth
in a multicultural community: mental models or fragments of
knowledge? In: Developmental Science. 6(1): 72–85.
Nobes G, Panagiotaki G (2007). Adult`s representation of the Earth:
Implications for children`s acquisition of science concepts. In:
British Journal of Psychology. 98: 645-665.
Özsoy S (2012). Is the Earht Flat or Round? Primary School Children`s
Understanding of Planet Earth: The Case of Turkish Children. In:
International Electronic Journal of Elementary Education. 4(2):
407-415.
Panagiotaki G, Nobes G, Banerjee R (2006). Children’s representations of the earth: A methodological comparison. In: British Journal of Developmental Psychology. 24: 353-372.
Panagiotaki G, Nobes G, Banerjee R (2006). Is the world round or
flat? Children’s understanding of the earth. In: European Journal
of Developmental Psychology. 3(2): 124-141.
Piaget J (2006). Jak sobie dziecko wyobraża świat, Warszawa: PWN.
Piaget J (1981). Równoważenie struktur poznawczych, Warszawa:
PWN.
Samarapungavan A, Vosniadou S, Brewer W (1996). Mental Models
of the Earth, Sun, and Moon: Indian Children’s Cosmologies.
In: Cognitive Development 11: 491-521.
Vosniadou S, Brewer W (1994). Mental Models of the Day/Night
Cycle. In: Cognitive Science 18: 123-183.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
macji. Stąd budowane są naiwne, prymitywne teorie.
Istotne jest, aby doświadczenie, obserwacje codziennych zjawisk, eksperymentowanie były równolegle
ugruntowane w dobrze osadzonym przekazie naukowym płynącym od dorosłego.
Jak wskazałem w artykule, niektóre teorie wyjaśniające są na tyle silnie zakorzenione w umysłach, że
ujawniają się jeszcze w wieku dorosłym (i w przypadku
szczególnych zawodów – m.in. nauczyciela – mogą zagrażać kolejnym pokoleniom). Poruszane tu zagadnienie jest o tyle ważne, że można pokusić się o hipotezę,
że istnieje pewien okres w rozwoju człowieka, w którym jeśli nie zostaną nabyte podstawowe informacje
o zewnętrznym świecie (w tym o zjawiska mechanicznych czy astronomicznych), wówczas w ich miejsce
zbudowane zostaną naiwne, prymitywne koncepcje,
które później będą utrudniały nabywanie naukowych
przekonań. Podkreślam: umysł dziecięcy jest szczególnie wrażliwy na abstrakcyjne zagadnienia, a więc takie,
w których trudno jest zdobyć informacje w sposób bezpośredni, a takich jest wiele w astronomii. Należy zatem
podwyższyć rangę tego zakresu edukacji.
wersja PL
SZKOŁA
duża zbieżność. Większość dorosłych wciąż posiada
przetrwałe nieprawidłowe teorie wyjaśniające, które
wynikają z błędnych wyobrażeń. Pod tym względem
niezwykle aktualne wydaje się twierdzenie, że teorie
wyjaśniające muszą być diagnozowane na każdym etapie rozwoju w celu eliminowania nienaukowych wyjaśnień, aby nie utrudniały nabywania rzeczywistego
obrazu świata (w tym kosmosu). Jest to szczególnie ważne w przypadku zawodu nauczyciela (a taką rolę chcą
pełnić badani studenci), ponieważ od jakości posiadanej przez nich wiedzy będzie zależało to, jak budowana
będzie wiedza i wyobrażenia dzieci przedszkolnych.
Budowanie naukowego obrazu zjawisk astronomicznych jest możliwe wśród dzieci przedszkolnych
i szkolnych (por. Kampeza i Konstantinos, 2009, 141158). Dzieci w tym wieku potrzebują jednak nie tylko
słownego wyjaśnienia, ilustracji w książce, globusa czy
filmu przyrodniczego – ponieważ te środki – jak wskazały badania – są nieefektywne (np. niektóre dzieci
traktują globus, jako rzeczywisty model Ziemi często
jest on dla nich „drugą” Ziemią). Istotne są doświadczenia, w których odtwarzana jest skala i ruch planet
w Układzie Słonecznym. Dzieci potrzebują doświadczeń związanych z obserwacją zjawisk astronomicznych, nie tylko tych, które mają miejsce w nocy. Istotne
są obserwacje plam na Słońcu za pomocą niewielkiego
teleskopu, notowanie codziennych obserwacji wyglądu
Księżyca w kalendarzu pogody czy budowanie niewielkiego modelu planetarium (Jelinek, 2015).
Budowanie teorii wyjaśniających przez dzieci może
się odbywać tylko na podstawie gromadzonych przez
nie informacji. Jeśli zdobywanych z zewnątrz informacji (z mediów, od dorosłych) będzie więcej niż osobistych doświadczeń, wówczas umysł dziecka powinien
układać teorie zbliżone do naukowych. Ponieważ jednak informacje te nie są przystosowane do umiejętności
odbiorczych dzieci, wyłapują one tylko skrawki infor-
52
KRÓTKO
Streszczenie:
Niektóre wymagania części podstawy programowej przewidzianych dla przedmiotów przyrodniczych odnoszą
się do rozumowań. Aby spełnić te wymagania i zapewnić
głębsze zrozumienie metod naukowych, nauczyciele powinni wyposażyć uczniów w podstawową wiedzę o różnych typach rozumowań (w tym o różnicach pomiędzy
dedukcją i redukcją oraz pomiędzy różnymi odmianami indukcji) oraz ich zastosowaniach, a także ćwiczyć
z nimi rozpoznawanie i używanie tych typów rozumowań w konkretnych sytuacjach. W Bazie Dobrych Praktyk Instytutu Badań Edukacyjnych znajduje się około 50
interesujących, dobrze zaprojektowanych i często wystandaryzowanych zadań, które odnoszą się do wymagań podstawy programowej dotyczących rozumowania
i argumentacji. W artykule tym przedstawiono: 1) podstawową wiedzę na temat rozumowań w naukach przyrodniczych, którą w opinii autora należałoby przekazać
uczniom, 2) logiczny potencjał wspomnianych zadań, 3)
pogłębioną analizę trzech z nich. Wykazuje się w nim, że
w różnych możliwych ścieżkach prowadzących do rozwiązań tych zadań obecne są przynajmniej proste rozumowania, aczkolwiek zadania takie powinny być bardziej
wykorzystywane w celu uczenia i ćwiczenia umiejętności
związanych z rozumowaniem oraz poprawnego stosowania ich w naukach przyrodniczych.
Słowa kluczowe: rozumowanie, logika, metodologia nauk
przyrodniczych, zadania szkolne
Na czym polega metoda naukowa przyrodnika?
W uproszeniu: przyrodnik obserwuje lub eksperymentuje i dzięki temu od czasu do czasu zdobywa nową
wiedzę o przyrodzie. Do metody tej należy: stawianie
pytań badawczych i wysuwanie hipotez wyjaśniających obserwowane zjawiska (co pozwala ukierunkować
poszukiwania), a także sprawdzanie tych hipotez oraz
innych istniejących teorii, które mogą się odnosić do
tych zjawisk. To jednak za mało. Łatwo wyobrazić sobie
przyrodnika, który tak właśnie postępuje, a mimo to
popełnia liczne błędy metodologiczne. Aby postępował
prawidłowo, musi wiedzieć, jakich używa rozumowań
i na ile rozumowaniom tym może ufać.
Znajomość rozumowań potrzebna jest zarówno
uczniom szkół średnich (zwłaszcza ponadgimnazjalnych), jak i studentom kierunków przyrodniczych. Argumentów za tą tezą jest wiele (por. Nayak, 2009). U ich
podstaw leży jednak prosta przyczyna: na pewnym
etapie rozwoju, gdy mamy już pewną podstawową wiedzę, oczekuje się od nas, że będziemy ją samodzielnie
stosować; wówczas potrzebujemy znać „reguły gry”, by
wiedzieć: kiedy otrzymujemy wnioski, które są pewne,
kiedy są one tylko prawdopodobne, ale nie są pewne,
a kiedy się mylimy.
Potrzebę tę dostrzegli twórcy podstaw programowych dla przedmiotów przyrodniczych. Najlepszym
tego przykładem jest Theory of Knowledge (‘teoria wiedzy’) – obowiązkowy program realizowany w Wielkiej
Brytanii i na Malcie w ramach międzynarodowego programu edukacyjnego International Baccalaureate (IB),
kończącego się tzw. maturą międzynarodową. Również
dr Marcin Trepczyński: adiunkt w Instytucie Badań Edukacyjnych w Warszawie, badacz Instytutu Filozofii Uniwersytetu Warszawskiego
twórcy polskiej podstawy programowej uznali to za coś
bardzo ważnego. Już na II etapie edukacyjnym jako jedne z celów edukacyjnych przedmiotu przyroda przyjęli
oni stawianie i weryfikowanie hipotez, a także formułowanie wniosków na podstawie danych empirycznych.
Umiejętności te, uzupełnione m.in. o uogólnianie oraz
identyfikowanie związków przyczynowo-skutkowych
pojawiają się również na dalszych etapach edukacyjnych, przede wszystkim na IV w ramach takich przedmiotów jak biologia, chemia i fizyka, które co do zasady
– poza przedmiotem „przyroda” – nauczane są oddzielnie (choć nauczanie zintegrowane jest formalnie możliwe, stanowi raczej wyjątek – por. Grajkowski, 2013).
Wagę tych umiejętności podkreślają również komentatorzy poszczególnych części podstawy (Kłos i wsp.,
2008; Spalik i wsp., 2008; Szkurłat i wsp., 2008). Wydaje
się, że na potrzebę podbudowy metodologicznej zaczęli zwracać uwagę również twórcy programów studiów
II stopnia na kierunku biologia. Na przykład na Uniwersytecie Warszawskim realizowany jest przedmiot
„Filozofia przyrody”, w ramach którego podejmuje się
takie tematy jak: status praw biologicznych, problem
indukcji, metoda hipotetyczno-dedukcyjna i jej ograniczenia. Natomiast na Uniwersytecie Jagiellońskim studenci biologii uczestniczą w zajęciach pt. „Metodologia
nauk przyrodniczych – Filozofia przyrody”. Należy
również zauważyć, że pewną motywacją do organizowania tego typu kursów są polskie Krajowe Ramy Kwalifikacji dla Szkolnictwa Wyższego przewidziane dla
studiów przyrodniczych, które zawierają takie umiejętności jak poprawne wnioskowanie na podstawie danych
pochodzących z różnych źródeł (dla studiów pierwszego stopnia – P1P_U07) oraz umiejętność formułowania
uzasadnionych sądów na podstawie danych pochodzących z różnych źródeł (dla studiów drugiego stopnia –
P2P_U07). Wspomniane wyżej propozycje dydaktyczne
na wyższych uczelniach nie są jednak regułą.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Marcin Trepczyński
Wprowadzenie
wersja PL
SZKOŁA
Rozumowania w naukach
przyrodniczych na tle zadań
szkolnych
53
KRÓTKO
Rozumowania w naukach przyrodniczych na tle zadań szkolnych | Marcin Trepczyński | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
54
Dedukcyjne i redukcyjne – na takie dwie grupy podzielił wszystkie rozumowania słynny na całym świecie
polski logik Jan Łukasiewicz; za nim podział ten przyjął równie słynny polski logik Józef Maria Bocheński
(1992), który podkreślał, że te dwie grupy pokrywają
cały zakres rozumowań i że żadne rozumowanie nie
może należeć do obu tych grup jednocześnie (Bocheński, 1965, 2012). Nawet jeśli wyróżni się rozumowania
indukcyjne czy abdukcyjne, ich przypadki podpadają
ostatecznie pod dedukcję lub redukcję. Dlaczego są to
dwa najogólniejsze schematy dla rozumowań?
Wszystkie rozumowania, nawet te bardzo skomplikowane, oparte są bowiem na zdaniach złożonych typu:
„Jeśli …, to…”, np.: „Jeśli piorun uderza w ziemię, to
widać błysk”. Zdanie takie nazywa się implikacją. Jeśli
użyjemy symboli i za zdania podstawimy małe litery,
zapisujemy je następująco: p → q. Nawet jeśli w jakimś
rozumowaniu nie widać takiego zdania na poziomie
warstwy słownej, to musi ono być obecne, skoro mówimy o rozumowaniu. Aby skonstruować jakiekolwiek
rozumowanie, trzeba bowiem przyjąć takie zdanie jako
przesłankę, czyli założenie rozumowania. Ujmuje ona
pewną regułę czy prawo, do którego odwołuje się ten,
kto rozumuje. Do tej pierwszej przesłanki konieczne
jest dodanie przynajmniej jeszcze jednej, która stwierdzi jakiś fakt, np. „Piorun uderzył w ziemię”. Dopiero
mając przynajmniej dwie takie przesłanki, można wywnioskować: „A zatem widać było błysk”. Kierunek
implikacyjnej strzałki ma znaczenie. Przykładowe
zdanie nie jest równoważne zdaniu „Jeśli widać błysk,
to znaczy, że piorun uderza w ziemię”. Dlatego też ma
znaczenie, czy założeniem rozumowania będzie zdanie,
od którego strzałka wychodzi (poprzednik implikacji),
p → q
p
-------q
(1)
rozumowanie dedukcyjne
(niezawodne)
p → q
q
-------p
(2)
rozumowanie redukcyjne
(zawodne)
Rozumowania dedukcyjne są niezawodne, ponieważ właściwością schematu implikacji jest to, że gdy jest
ona prawdziwa i jej poprzednik jest prawdziwy, to prawdziwy jest też jej następnik. Rozumowania redukcyjne
są zawodne, bo gdy implikacja jest prawdziwa i jej następnik jest prawdziwy, to następnik może być dowolny – prawdziwy lub fałszywy. Z tego właśnie powodu
znajomość tych dwóch schematów jest dla przyrodnika
kluczowa. Znając je, może bowiem od razu ocenić, czy
przeprowadzone przez niego rozumowanie jest niezawodne, czy też nie można mu do końca zaufać.
Załóżmy, że przyrodnik ten jako prawdziwą przesłankę przyjął prawo, że gdy na ciało skieruje się promienie światła lub zaczynają one na nie padać z większym
natężeniem, to temperatura tego ciała wzrasta. Jeśli zaobserwował, że na kamień zaczęło świecić słońce, i wywnioskował, że w takim razie jego temperatura wzrosła,
NAUKA
Główny podział: dedukcja i redukcja
czy też zdanie, do którego dochodzi (następnik implikacji). Gdy jako przesłankę przyjmuje się poprzednik
– powstaje rozumowanie dedukcyjne; gdy następnik
– redukcyjne. Słowo „dedukcja” znaczy bowiem tyle,
co „wyprowadzanie” (konsekwencji z założonej racji),
zaś słowo „redukcja” – „sprowadzenie” (konsekwencji
do założonej racji) (por. van Riel i Van Gulick, 2016).
Logicy przedstawiają to schematycznie w następujący sposób, zapisując nad kreską uznane za prawdziwe
przesłanki wnioskowania, zaś pod kreską wniosek:
SZKOŁA
Rodzaje rozumowań
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Jeśli zaś chodzi o realizowanie podstawy programowej w szkołach średnich, to należy pamiętać o codziennej szkolnej rzeczywistości, która może uniemożliwiać
spełnianie wszystkich wymogów, a także o tym, że wielu
nauczycieli może się czuć nieprzygotowanymi, by ćwiczyć takie umiejętności u uczniów. Tymczasem pewne
podstawowe reguły logiczne i metodologiczne mogą
być łatwe do przekazania uczniom i przećwiczenia
z nimi na przykładach, dzięki czemu mogą oni nabyć
podstawowe umiejętności dotyczące rozumowań w naukach przyrodniczych. „Plan minimum”, który może
się okazać bardzo owocny, to: zaprezentowanie uczniom
ogólnych typów rozumowań, z odniesieniem do przykładów, przedyskutowanie z nimi tych typów, a następnie zastosowanie ich przez uczniów do rozwiązywania
zadań. W tym celu należałoby zebrać i rozpowszechnić
wśród nauczycieli dobrze przygotowane narzędzia, takie jak prezentacje i zadania, które mogą im w tym pomów. Niestety niełatwo jest znaleźć takie materiały. Na
szczęście polscy nauczyciele mogą korzystać z wielu wystandaryzowanych zadań dostępnych online (w Bazie
Dobrych Praktyk IBE), które przypisane są do poszczególnych wymagań podstawy programowej, również
tych dotyczących rozumowania. Wiele z nich sprawdza
u uczniów rozumowanie i krytyczne myślenie. Niestety,
jak zostanie dalej pokazane, pokrywają one tylko pewną
część tego, co niezbędne w tym zakresie.
W artykule tym zamierzam: 1) zwięźle zaprezentować podstawową wiedzę na temat rozumowań w naukach
przyrodniczych, którą powinno się przekazywać uczniom, 2) pokazać potencjał logiczny wspomnianych wyżej
zadań oraz 3) przeanalizować dokładnie trzy przypadki
takich zadań. Moim celem jest pokazanie, jak silnie rozumowanie może być obecne w rozwiązywaniu prostych
zadań szkolnych z zakresu nauk przyrodniczych oraz czego zadaniom tym nadal brakuje, po to aby naszkicować
kierunki tworzenia nowych narzędzi.
wersja PL
55
1 Zob. ten materiał: http://www.criticalthinking.pl/sherlock-holmes-i-dr-house
p → q
¬q
-------¬p
(3)
rozumowanie dedukcyjne
(niezawodne)
p → q
¬p
-------¬q
(4)
rozumowanie redukcyjne
(zawodne)
Z kolei jeśli przyjmiemy w danym przypadku, że zarazem p → q i q → p, wówczas p i q są równoważne (często zapisuje się to jako p⟺q). W takiej sytuacji z p⟺q
możemy skutecznie wnioskować również jeśli za drugą
przesłankę przyjmiemy q lub ¬p.
Ze schematu dedukcji wyprowadzone są również
reguły bazujące na wyciąganiu wniosków z alternatyw.
Oto najpopularniejsze przykłady (używamy ˅ dla „lub”,
które znaczy, że przynajmniej jedna opcja jest prawdzi-
wa, tzw. OR, a także ⊻ dla „albo…, albo …”, które znaczy, że tylko jedna opcja jest prawdziwa, tzw. XOR):
(5)
Opuszczanie alternatywy
zwykłej
(rozumowanie dedukcyjne)
p ⊻ q
p
-------¬q
(6)
Opuszczanie alternatywy
rozłącznej
(rozumowanie dedukcyjne)
Schematy dedukcyjne dla powyższych rozumowań
zostały dość wcześnie uporządkowane na łacińskim Zachodzie jako:
• modus ponens (lub modus ponendo ponens) – „tryb
twierdząc twierdzący”: (1)
• modus tollens (lub modus tollendo tollens) – “tryb
przecząc przeczący”: (3)
• modus tollendo ponens – „tryb przecząc twierdzący”: (5)
• modus ponendo tollens – „tryb twierdząc przeczący”: (6)
Nazwy tych schematów odnoszą się do twierdzeń
lub przeczeń, które mają miejsce w drugiej przesłance
oraz we wniosku. Na przykład w schemacie (5) druga przesłanka ma charakter przeczący, zaś wniosek –
twierdzący, stąd też mamy tryb „przecząc twierdzący”
(tollendo ponens).
Są to oczywiście jedynie podstawowe informacje na
temat wnioskowania logicznego, potrzebne do dalszych
rozważań.
Czym jest indukcja oraz rodzaje indukcji
Jest rzeczą oczywistą, że co do zasady przyrodnik
opiera swoje wnioski na doświadczeniu, które składa się
z wielu pojedynczych obserwacji („co do zasady”, po-
NAUKA
p ˅ q
¬p
-------q
SZKOŁA
lub praw, które wyjaśniają obserwację; temat ten będzie
kontynuowany w trzeciej części tego artykułu.
Pomimo to wciąż rozumowania dedukcyjne mają
zastosowanie (co zostanie pokazane w analizie zadań)
i wówczas znajomość tych dwóch rodzajów rozumowań jest bardzo pomocna do dokonania szybkiej oceny
wiarygodności rozumowania. Co więcej, przyrodnik
powinien być umieć z łatwością rozpoznać rodzaj rozumowania, aby mieć świadomość jego ewentualnych
ograniczeń.
Na koniec dodajmy jeszcze, że dzięki różnym logicznym operacjom przedstawione wyżej schematy można
rozwinąć. Na przykład zgodnie z regułą transpozycji
implikacji możemy zamienić miejscami p i q, jeśli je
zaprzeczymy (przyjmijmy znak „¬” na oznaczenie „nie
jest prawdą, że”), a zatem: za p → q możemy podstawić
¬q → ¬p, gdyż obie te implikacje są równoważne. Na tej
podstawie otrzymujemy różne warianty obu schematów
rozumowań:
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
to wystarczy, że rozpozna tu schemat rozumowania dedukcyjnego. Wie wówczas, że wniosek jest pewny. Z kolei, jeśli zaobserwuje, że temperatura kamienia wzrosła,
i wywnioskuje, że w takim razie zwiększyło się natężenie padających na kamień promieni, to wystarczy, że
rozpozna tu schemat redukcyjny, by wiedzieć, że wniosek ten nie jest pewny, gdyż rozumowania redukcyjne
są zawodne. Zauważmy, że te logiczne struktury wydają
się paralelne ze związkami przyczynowymi: nie możemy być pewni, że jeśli kamień się nagrzewa, to dzieje się
tak z powodu intensywności promieni, gdyż możemy
pomyśleć o jakiejś innej przyczynie. Ale gdy promienie
te padają bardziej intensywnie na kamień i nie występuje żadna przeszkoda czy inna komplikacja, to jego
temperatura powinna wzrosnąć.
Warto tu podkreślić, że myślenie redukcyjne jest
powszechne w ramach praktyki medycznej, jako często jedyna możliwa droga postępowania. Kluczowe jest
jednak, aby wiedzieć, jak jej użyć. Bardzo dobrym przykładem takiego użycia jest metoda bohatera słynnego
serialu telewizyjnego dr. Gregory’ego House’a. Marcin Będkowski starannie przeanalizował tę metodę na
przykładzie odcinka „Doktora House’a”, pokazując, że
House stosuje wiele reguł heurystycznych i 28 razy konsekwentnie rozumuje redukcyjnie, falsyfikując uprzednio przyjęte teorie tak długo, aż otrzyma ostateczny
wniosek, co do którego nie będzie już wątpliwości1.
Oczywiście, zawodność lub niezawodność odnosi
się wyłącznie do struktury rozumowania. Zakłada się
więc tutaj to, że przyjęte przesłanki są bezwzględnie
prawdziwe i że możliwe jest tu podstawienie zdania wyrażającego obserwację za zdanie będące jednym z członów implikacji. Zazwyczaj jednak okazuje się, że nie
jest to do końca możliwe. Co więcej, w naukach przyrodniczych często poszukujemy nie wniosków, które są
prostą konsekwencją implikacji, lecz raczej owych reguł
wersja PL
ma większych defektów genetycznych i będzie się rozwijać bez większych zaburzeń, wówczas wytworzy się
w nim mózg). Oczywiście należy wziąć pod uwagę możliwość anomaliów (na co wskazał już Arystoteles), jednak co do zasady wiemy, że w większości przypadków
możemy opierać się na analizowaniu tylko niektórych
przypadków. Pomimo to powinniśmy pamiętać, że bez
tych dodatkowych założeń indukcja niezupełna nie jest
poprawnym sposobem rozumowania.
Właśnie z tym metodologicznym problemem ściśle
związany jest drugi rodzaj indukcji. Jego celem jest odkrycie związków przyczynowo-skutkowych (pomiędzy
warunkami i skutkami) w celu wyjaśnienia badanego
zjawiska. Rozumowanie to nazywa się „indukcja eliminacyjna”, ponieważ główną operacją prowadzoną
w jego ramach jest badanie, czy lub jak eliminacja (lub
modyfikacja) warunków czy okoliczności wpływa na
skutek czy zjawisko. Opracowanie tej metody tradycyjnie przypisuje się Francisowi Baconowi (XVII wiek),
jednak przynajmniej jednak przykład takiego rozumowania możemy odnaleźć u Roberta Grosseteste w XIII
wieku. Ostatecznie w XIX wieku John Stuart Mill
przedstawił w postaci pięciu kanonów jasne metody
tego typu indukcji:
• metoda zgodności (jeśli w wielu przypadkach,
w których zmieniamy okoliczności, jest tylko jedna okoliczność zjawiska, to jest ona jego przyczyną
lub skutkiem);
• metoda różnicy (jeśli w jednym przypadku zjawisko zachodzi, a w drugim, w którym brakuje jednej
okoliczności, zjawisko nie zachodzi, to okoliczność
ta jest skutkiem, przyczyną lub konieczną częścią
przyczyny zjawiska);
• metoda łączona zgodności i różnicy (połączenie
dwóch powyższych metod dla określonego zjawiska i określonej okoliczności);
• metoda reszt (jeśli wyłączymy owe powiązane okoliczności i zjawiska, o czym wiemy z poprzednich
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
ma własność P, x 2 ma własność P, …, xn ma własność P,
to każdy element ze zbioru S (który składa się z x1, x 2,
…, x n) ma własność P”, która to implikacja jest odwracalna, więc w rzeczywistości mamy tu równoważność.
Nie mogę natomiast skutecznie wnioskować, że każdy
człowiek ma blond włosy; byłby to przypadek indukcji
niezupełnej, w ramach której formułuję ogólny wniosek odnoszący się do przypadków nienależących do
zbioru, który zbadałem, lub odnoszący się do wszystkich przypadków danego typu. Według Bocheńskiego
taki rodzaj indukcji enumeracyjnej oparty jest na schemacie redukcji; zauważmy bowiem, że użyta tu implicite
implikacja wygląda następująco: “jeśli każdy element S
(który składa się z x1, x 2, …, x n) ma własność P, wówczas
x1 ma własność P, x 2 ma własność P, x3 ma własność P”
– implikacja ta jest samo-oczywista, a zatem koniecznie prawdziwa; następnie potwierdzam poprzednik implikacji i formułuję wniosek, który jest poprzednikiem
implikacji, a zatem faktycznie stosuję schemat redukcji;
taki rodzaj rozumowań jest więc zawodny.
Wskazana tu słabość indukcji enumeracyjnej niezupełnej została odnotowana już przez starożytnych sceptyków, a także przez średniowiecznego filozofia Ibn Sinę
(Avicennę) oraz w czasach nowożytnych przez Davida
Hume’a. Mimo to w naukach przyrodniczych właśnie
ten rodzaj indukcji jest bardziej użyteczny niż indukcja
zupełna; opiera się ona bowiem na skończonej liczbie
obserwacji, a tymczasem w nauce chodzi o zbudowanie
ogólnej wiedzy, która wykracza poza przebadane przypadki. Dlatego też Bocheński nazywa indukcję niezupełną jedynym autentycznym przypadkiem indukcji
enumeracyjnej. Faktycznie więc „wierzymy” w indukcję
niezupełną. Należy zauważyć, że pomaga nam w tym
założenie o analogiczności stworzeń tego samego typu
(np. każdy człowiek powinien być zbudowany w podobny sposób) oraz związane z nim założenie, zgodnie
z którym w przyrodzie wszystko jest wynikiem procesów przyczynowo-skutkowych (np. jeśli ludzki płód nie
wersja PL
SZKOŁA
nieważ jego działalność może się opierać równie dobrze
na prowadzeniu symulacji, na badaniach teoretycznych,
na eksperymentowaniu na organizmach modelowych
lub na stosowaniu jeszcze innych metod; co więcej,
zdarza się, że stosowanie takich metod następuję tuż
po wstępnych obserwacjach). Było to oczywiste również dla Arystotelesa, który regułę tę uznał za podstawę
swojej metodologii nauk (por. Analityki wtóre). Rodzaj
rozumowania, w którym wyciąga się ogólny wniosek
z pojedynczych obserwacji, nazwany przez Arystotelesa
i innych filozofów starożytnych epagoge, na łacińskim
Zachodzie funkcjonował jako inductio. W filozofii łacińskiej przeciwstawiano ten rodzaj rozumowania rozumowaniu o nazwie deductio, które polegało na wyciąganiu mniej ogólnego wniosku z ogólniejszych od
niego przesłanek (a zatem jest to proces późniejszy,
w tym sensie, że opiera się on na ogólnych prawdach,
do których najpierw należy dotrzeć drogą indukcji). Jak
widać, to przeciwstawienie oraz definicja dedukcji różni się od podziału oraz definicji dedukcji zaprezentowanych w poprzednim podrozdziale.
Rodzajem najprostszego postępowania od poszczególnych obserwacji do ogólnego wniosku jest indukcja
enumeracyjna (przez wyliczenie): widzimy, że w każdym przypadku coś zachodzi, więc wnioskujemy, że
zachodzi to zawsze. Na przykład: mówimy, że każdy
człowiek ma mózg, ponieważ przebadaliśmy wielu ludzi
i każdy z nich miał mózg. Ktoś mógłby zaprotestować
i powiedzieć: ale nie sprawdziłeś całej populacji. I z metodologicznego punktu widzenia miałby on rację. To
dlatego wyróżniamy indukcję zupełną i niezupełną. Zupełna ogranicza wniosek do zbioru przypadków, które
zostały sprawdzone: jeśli w całym moim życiu spotkałem tylko ludzi z mojej wioski i wszyscy oni mieli blond
włosy, mogę wnioskować: wszyscy ludzie z mojej wioski
mają blond włosy. Rozumowanie to jest poprawne i, jak
wskazuje Bocheński, jest oparte na schemacie dedukcji;
implicite używamy tu bowiem implikacji typu „jeśli x1
56
KRÓTKO
Rzeczywiste rozumowanie w naukach
przyrodniczych i jego ograniczenia
Rozważmy wreszcie, jak naprawdę stosuje się rozumowanie w naukach przyrodniczych. Czy dedukujemy
nowe twierdzenia, czy też aby je sformułować – stosujemy raczej indukcję enumeracyjną lub eliminacyjną?
Według Arystotelesa to dzięki indukcji uchwytujemy
ogólne prawa lub odkrywamy ogólne pojęcia (tzw. gatunki), dzięki którym tworzymy definicje, oraz pewne regularności, a dopiero następnie na ich podstawie
generujemy bardziej szczegółowe twierdzenia, stosując
rozumowania dedukcyjne w formie tzw. sylogizmów.
A tymczasem, jak powiedziano na początku tego artykułu, przyrodnik formułuje hipotezy. Oznacza to, że
po dokonaniu obserwacji ma on pewne wyjaśnienie dla
obserwowanych zjawisk, które jednak nie jest jeszcze
T → O
O
-------T
(7)
weryfikacja (rozumowanie
redukcyjne)
T → O
¬O
-------¬T
(8)
falsyfikacja (rozumowanie
dedukcyjne)
Oznacza to, że w obszarze pozytywnych twierdzeń
naukowych nigdy nie osiągamy całkowitej pewności.
Oczywiście nie oznacza to, że nie powinniśmy ufać
nauce. Możemy bowiem dysponować dobrze przetestowanymi, a więc prawdopodobnymi, twierdzeniami. Co
więcej, w niektórych przypadkach możemy starać się stosować wynikanie statystyczne, i jeśli przeprowadzimy
je poprawnie, możemy być prawie pewni prawdziwości
konkluzji, z pewnym oszacowanym marginesem błędu.
Jednak wciąż nie gwarantuje to całkowitej pewności.
Dlatego też, aby adekwatnie badać przyrodę, łączymy w procedurach naukowych wszystkie rodzaje rozu-
mowań i stosujemy raz dedukcję, innym razem indukcję
enumeracyjną, następnie testujemy w ramach indukcji
eliminacyjnej, wreszcie formułujemy i testujemy hipotezy itd. Na przykład: znajduję wronę i dedukuję, że jest
ona ptakiem, gdyż ma pióra (stosując być może fałszywą
regułę, otrzymaną dzięki uprzednio przeprowadzonej
indukcji i zastosowaną do mojej obserwacji: jeśli x ma
pióra, to jest ptakiem; to stworzenie ma pióra; a zatem
jest ptakiem), następnie zauważam, że wszystkie takie
napotkane przeze mnie ptaki mają czarne pióra oraz
uzyskuję kilka dodatkowych informacji, które pozwalają mi wyodrębnić gatunek (nadaję mu nazwę „wrona”);
następnie lub jednocześnie sprawdzam, czy niektóre
cechy wron mogą się różnić, jeśli zmienię pewne okoliczności, na przykład gdy znajdę wronę o białych piórach; wtedy formułuję hipotezy wyjaśniające, dlaczego
pewne okoliczności powodują takie zjawisko, i testuję
je. (Nawiasem mówiąc, moment wyróżnienia pewnych
gatunków może prowadzić do pewnego rodzaju naukowego pragmatyzmu; jeśli zauważymy, że twierdzenia
naukowe lub wyróżnianie pewnych grup, takich jak
wrony, w zależy tak naprawdę nie tylko od obserwacji, lecz także od definicji, bytów ontologicznych oraz
reguł logicznych, to możemy argumentować, że jest to
kwestia wyboru: to my wybieramy, co nam się wydaje
najbardziej rozsądną opcją – dlatego też określane jest
to jako pragmatyzm (por. Quine, 1951)).
Kluczowe jest więc, aby wiedzieć, jakiego rodzaju
rozumowania używamy na poszczególnych etapach
i jakie ograniczenia mają poszczególne rodzaje rozumowań – po to, aby uniknąć przesadzonych twierdzeń lub
przypisywania całkowitej pewności wnioskom, które są
jedynie prawdopodobne. A zatem warto uczyć uczniów
umiejętności takich jak rozpoznawanie rodzajów rozumowań oraz stwarzać im szansę ćwiczenia tych umiejętności. Zadania szkolne wydają się do tego dobrym
narzędziem.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
pewne. Z tego powodu powinien przetestować to wyjaśnienie. Jeśli zostanie ono sfalsyfikowane, szuka on
nowego. Jeśli zostanie potwierdzone (czyli zweryfikowane), wydaje się ono prawdziwe. Jak jednak podkreślił
Karl Raimund Popper (1935; 2005), jeśli hipoteza taka
ma charakter empiryczny, a więc nie ma charakteru
apriorycznego, to nigdy nie mamy pewności, czy zawsze
będzie ona ostatecznie potwierdzona, nawet jeśli sprawdzi się w wielu przypadkach. Źródłem tego problemu
jest opieranie się tej procedury na redukcji: znajdujemy regułę, zgodnie z którą z naszej hipotezy lub teorii
T wynika O; następnie na podstawie naszej obserwacji
potwierdza się O i wnioskujemy, że T jest prawdziwa.
Gdy natomiast znajdziemy przypadek, który falsyfikuje O, ze 100-procentową pewnością odrzucamy T jako
fałszywą. Te dwie sytuacje można schematycznie przedstawić w następujący sposób:
wersja PL
SZKOŁA
badań, okoliczności i zjawiska, które pozostaną, są
powiązane przyczynowo-skutkowo);
• metoda zmian towarzyszących (jeśli zmienimy coś
w jednej z okoliczności i zaobserwujemy zmianę
w którymś zjawisku, to być może są one powiązane
przyczynowo-skutkowo).
Metody te (czy też prawa) są logicznie poprawne
i – jak się wydaje – mogą być z powodzeniem stosowane w ramach nauk przyrodniczych, jako że prowadzą
do wiedzy o istotnych relacjach między przyczynami
i skutkami. Jeśli połączymy je z indukcją niezupełną,
mogą one razem przynieść zadowalające efekty: indukcja enumeracyjna niezupełna pokaże, że pewne zjawisko występuje powszechnie, indukcja eliminacyjna
ujawni źródło tego zjawiska, i znowuż pierwsza z nich
potwierdzi wyniki drugiej w kolejnych przypadkach.
Jeśli jednak stosujemy indukcję eliminacyjną, należy to
rozumowanie zaprojektować bardzo starannie i mieć
pewność, że wszystkie okoliczności oraz zjawiska zostały wzięte pod uwagę.
57
KRÓTKO
58
wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe
334, 574, 575, 781,
782, 783, 785, 786,
787, 789, 800, 801,
802, 803, 804, 806
590, 593, 594, 793,
799
597, 799, 937
578, 598, 934, 937,
952, 953
formułuje wnioski, formułuje i przedstawia opinie związane z omawianymi zagadnieniami biologicznymi, dobierając racjonalne argumenty
NAUKA
Zakres rozszerzony
V. Rozumowanie i argumentacja
Uczeń:
odnosi się krytycznie do przedstawionych informacji
oddziela fakty od opinii
ID zadań
dostrzega związki między biologią a innymi dziedzinami nauk przyrodniczych
i spo łecznych
rozumie znaczenie współczesnej biologii w życiu człowieka
Zakres podstawowy
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy
do rozwiązywania problemów.
Uczeń:
zdobywa wiedzę chemiczną w sposób badawczy – obserwuje, sprawdza, weryfi
kuje, wnios kuje i uogólnia
wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości sub stancji z ich
zastosowaniami; posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym
w kontekście dba łości o własne zdrowie i ochro ny środowiska naturalnego
350, 758, 759, 760,
761, 762, 763, 764,
767, 769, 775, 776,
779, 807, 808
rozumie podstawowe pojęcia, prawa i zjawiska chemiczne
Zakres rozszerzony
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy
do rozwiązywania problemów.
Uczeń:
opisuje właściwości najważ niejszych pierwiastków i ich związków chemi cznych
SZKOŁA
ocenia i wyraża opinie na temat omawianych zagadnień współczesnej biologii,
zagadnień ekologicznych i środowiskowych
wersją
referencyjną
jest wersja EN
dostrzega zależność pomiędzy budową sub stancji a jej właściwościami
fizycznymi i chemicznymi
stawia hipotezy dotyczące wyjaśniania problemów chemicznych i planuje eksperymenty dla ich weryfikacji
na ich podstawie samodzielnie formułuje i uzasadnia opinie i sądy
Zakres podstawowy
II. Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników
562, 911
Zakres rozszerzony
V. Planowanie i wykonywanie prostych doświadczeń i analiza ich wyników
916, 918, 919, 928
Tabela 1. Wymagania ogólne dla biologii, chemii i fizyki na IV etapie edukacyjnym w polskiej podstawie programowej
odnoszące się do rozumowania
Źródło: oprac. własne oparte na tekście podstawy programowej.
KRÓTKO
Biologia
Zakres podstawowy
II. Rozumowanie i argumentacja
Uczeń:
interpretuje informacje i wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe między
faktami, formułuje wnioski
objaśnia i komentuje informacje
Chemia
Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych Instytutu
Badań Edukacyjnych w Warszawie zgromadziła w Bazie Dobrych Praktyk (wcześniej: Bazie Narzędzi Dydaktycznych, dostępnej na stronie: bnd.ibe.edu.pl) zadania
dopasowane do wielu ogólnych i szczegółowych wymagań polskiej podstawy programowej dla przedmiotów
przyrodniczych.
Wiele z nich sprawdzono na uczniach, dzięki czemu
znany jest odsetek poprawnych odpowiedzi na każde
pytanie, co pozwala określić poziom trudności każdego
zadania. Niektóre z tych zadań przygotowano do celów
badania Laboratorium Myślenia. W ramach tego badania zmierzono umiejętności uczniów w zakresie przedmiotów przyrodniczych, dodatkowo otrzymując ważną
informację zwrotną na temat samych zadań; badanie
dotyczyło absolwentów gimnazjum tuż po rozpoczęciu
nauki w szkołach ponadgimnazjalnych; przeprowadzono je w kilku cyklach, obejmując nim w każdym roku
(od 2011 do 2014 roku) ponad 7000 uczniów (Ostrowska
i Spalik, 2015).
Jak już wspomniano, polska podstawa programowa
dla biologii, chemii i fizyki zawiera wymagania wprost
odnoszące się do rozumowania lub wyciągania wniosków. Warto pod tym kątem przejrzeć część dotyczącą
edukacji ponadgimnazjalnej (IV etap edukacyjny), jako
że zawiera ona bardziej zaawansowane wymagania niż
w przypadku części dotyczących wcześniejszych etapów
edukacyjnych. Na IV etapie podstawa wyróżnia dwa
zakresy: podstawowy i rozszerzony, a w każdym z nich
dwa rodzaje wymagań: ogólne i szczegółowe. Wszystkie wymagania dotyczące umiejętności związanych
z rozumowaniem są opisane w wymaganiach ogólnych.
Zostały one przedstawione w Tabeli 1; te, które nie od-
Wymagania związane z rozumowaniem
Fizyka
Zadania kompatybilne z polską podstawą
programową
wersja PL
FIZYKA
1. Inżynieria genetyczna (334)
2. Działania w Pienińskim Parku Narodowym (2 items) (574)
3. Bacteroides ovatus (575)
4. Technika FISH (578)
5. Leczenie zatrucia metanolem (590)
6. Wchłanianie żelaza (593)
7. Jaka to synapsa? (594)
8. Skutki immunosupresji (597)
9. Korzeń i pantofelek (598)
10. Rodowód z poradni (781)
11. Przykłady GMO (782)
12. Inwazja GMO (783)
13. Znokautowane myszy (2 items) (785)
14. Europejska Sieć Ekologiczna (786)
15. Krowa GMO (787)
16. Zadrzewienia śródpolne (789)
17. Drapieżnik i jego ofiara (799)
18. Wizyta u lekarza (800)
19. Severe Combined Immunodeficiency
(801)
20. Zielona rewolucja (802)
21. Diploidalne i haploidalne jądro (803)
22. Super rośliny (2 items) (804)
23. Czerniak a geny (806)
24. Family tree (934)
25. Drzewo rodowe (937)
26. Rodowód rodziny Ani (952)
27. Rodowody (953)
28. Tetra Pak® (359)
29. Szkło czy pleksi? (758)
30. Identyfikacja skał (759)
31. Badanie skały wapiennej (760)
32. Pożar hali fabrycznej (761)
33. Pasteryzacja mleka (762)
34. Opłaty za torebki foliowe (763)
35. Zapach kosmosu (764)
36. Bezpieczna dawka leku na
przeziębienie (767)
37. Zastosowanie polietylenu (769)
38. Konserwowanie żywności (775)
39. Ile możesz zjeść sztucznego karmelu?
(776)
40. Witamina C (779)
41. Otrzymywanie polietylenu (807)
42. Grafen – odmiana alotropowa węgla
(808)
43. Zegarek i licznik Geigera-Müllera (562)
44. Doświadczenie z żelazkiem (911)
45. Wyznaczanie gęstości (916)
46. Wyniki pomiarów (918)
47. Koszty gotowania wody (919)
48. Obwód elektryczny (928)
Tabela 2. Lista zadań z biologii, chemii i fizyki z Bazy Dobrych Praktyk przypisanych do wymagań podstawy programowej
odnoszących się do rozumowania
Do każdego zadania można łatwo przejść klikając w jego tytuł lub wpisując w okno przeglądarki poniższy adres uzupełniony o ID danego
zadania, np.: http://bnd.ibe.edu.pl/tool-page/806
noszą się do umiejętności związanych z rozumowaniem
bezpośrednio, zaznaczono kolorem szarym. W polskiej
tradycji edukacyjnej do nauk przyrodniczych zalicza się
również geografię. Nawet jeśli wzięłoby się ten przedmiot pod uwagę, okazuje się, że choć przypisana do
niego część podstawy zawiera wymagania takie jak ko-
rzystanie z informacji czy prezentowanie argumentacji,
niełatwo byłoby jednak wskazać wymagania odnoszące
się wprost do umiejętności związanych z rozumowaniem, może poza dość ogólnym, jakim jest „formułowanie i weryfikowanie hipotez dotyczących problemów
współczesnego świata”.
Do niektórych takich wymagań autorzy Bazy Dobrych Praktyk przypisali około 50 zebranych w tej bazie zadań. Każde z nich ma charakter zamknięty. Bardzo często składają się one z ryciny i krótkiego tekstu
(np. fragmentu z gazety lub strony internetowej czy
też krótkiego opisu jakiejś sytuacji), a także jednego
lub wielu pytań. Czasem zawierają one tylko pytania,
np. w schemacie: oznacz każde zdanie jako prawdziwe
lub fałszywe.
Numery identyfikacyjne wszystkich tych zadań podano w ostatniej kolumnie Tabeli 1 obok wymagań, do
których się odnoszą (czasem do wielu z nich na raz).
Pełna lista tytułów tych zadań, wraz z ich numerami,
znajduje się w Tabeli 2 (ponieważ są one podlinkowane,
klikając w nie można dotrzeć do treści każdego z nich
na stronie BDP).
Jeśli porówna się zestawione w Tabeli 1 wymagania
dla trzech przedmiotów, można dostrzec, że zestawy te
znacznie się od siebie różnią. Wydaje się, że podstawa
dla biologii jest skoncentrowana na krytycznym myśleniu oraz radzeniu sobie z informacjami i opiniami.
Odnosi się jednak również do wyjaśniania związków
przyczynowo-skutkowych (zauważmy jednak, że nie
wspomina się tam o ich poszukiwaniu) oraz formułowania wniosków, a zatem przynajmniej do prostych
rozumowań. Tymczasem podstawa do chemii wydaje
się koncentrować na działalności naukowca oraz nauczaniu właściwej metody naukowej; mówi bowiem
o poszczególnych krokach takiej działalności: o stawianiu hipotez, planowaniu eksperymentów, które mogą
ją zweryfikować, o uzasadnianiu, uogólnianiu i wyciąganiu wniosków. Z kolei podstawa do fizyki wydaje się
wskazywać na te same cele, chociaż jej wymagania sformułowane są bardzo lakonicznie; nie jest więc jasne, jak
zaawansowane i jakiego typu rozumowania są tu oczekiwane. We wszystkich jednak przypadkach uważam,
że realizacja tych wymagań na zadowalającym pozio-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
CHEMIA
wersja PL
SZKOŁA
BIOLOGIA
59
KRÓTKO
60
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Komórki nerwowe w organizmie człowieka komunikują
się między sobą i z innymi komórkami za pomocą synaps.
Poniżej przedstawiono schemat jednego z rodzajów synaps:
Uzupełnij zdanie:
(1) Na rysunku przedstawiono schemat synapsy:
A)elektrycznej,
B)chemicznej,
(2) ponieważ:
A)czynnikiem powodującym przekazanie sygnału
pomiędzy komórkami jest impuls elektryczny.
B) w przekazywaniu informacji biorą udział neuroprzekaźniki.
C) impuls elektryczny w dendrycie jest wzbudzany
przez impuls elektryczny w aksonie.
NAUKA
Zadanie 1: Jaka to synapsa?5
rozwiązaniach; zadanie to powinno więc funkcjonować
raczej jako punkt wyjścia do dyskusji między uczniami
i nauczycielem.
W następnym rozdziale przedstawiam analizę
trzech zadań różnego typu, uwzględniającą komentarze
dodane do każdego z nich w Bazie Dobrych Praktyk.
Będzie to dobra ilustracja przedstawionych wyżej ogólnych wniosków. Co więcej, pomoże to zebrać dodatkowe obserwacje na temat tych zadań.
tej analizy jest sprawdzenie: 1) czy zadanie wymaga
przeprowadzenia rozumowania, 2) czy może ono zostać
rozwiązane bez szczegółowej uprzedniej wiedzy dzięki
bardziej złożonych rozumowaniom, 3) jakiego rodzaju
rozumowanie można przeprowadzić, aby rozwiązać zadanie, 4) czy uczeń powinien dysponować podstawową
informacją o metodzie naukowej lub o rodzajach rozumowań, aby móc rozwiązać zadanie.
Analiza zadań
Wymagania ogólne przypisane do tego zadania są
następujące: „Rozumowanie i argumentacja. Uczeń objaśnia i komentuje informacje”. Druga część tej frazy
może sugerować, że zadanie to ma niewiele wspólnego
z rozumowaniem, a wiąże się raczej z argumentowaniem. Komponent argumentacyjny jest widoczny w samej strukturze zadania: w drugiej jego części uczeń ma
bowiem wybrać właściwe uzasadnienie swojej odpowiedzi z pierwszej części. Co więcej, komentator tego zadania nie umieścił w swoim komentarzu jakiejkolwiek
Wszystkie przeanalizowane niżej zadania odnoszą
się do zakresu biologii, po pierwsze, ponieważ jest ona
głównym przedmiotem zainteresowania kwartalnika,
do którego skierowano ten artykuł, po drugie, ponieważ – jak widać w Tabeli 1 – liczba zadań z biologii
(których jest znacznie więcej niż zadań z chemii i fizyki) umożliwia wyselekcjonowanie zadań, w których
możemy zaobserwować interesujące problemy. Celem
Zadanie 1: Jaka to synapsa?
SZKOŁA
5 URL: http://bnd.ibe.edu.pl/tool-page/594.
KRÓTKO
mie wymaga przekazania uczniom i utrwalenia im poprzez ćwiczenia wiedzy na temat rodzajów rozumowań
oraz ogólnych problemów metodologicznych, o których
wspomniano w poprzednim rozdziale.
Jak widać w Tabeli 1, do większości wymagań dotyczących umiejętności związanych z rozumowaniem
przypisano pewne zadania. Oznacza to, że mogą one
być pomocne w nauczaniu albo sprawdzaniu tych umiejętności. Warto dodać, że większość z nich ma interesujące treści oraz wymaga od uczniów uważnego czytania
i krytycznego myślenia. Ich analiza pokazuje też, że
wymagają też one pewnych prostych rozumowań, choć
nie zawsze jasno to widać. Często jest to bowiem krótkie rozumowanie dedukcyjne powiązane z eliminacją
niewłaściwych odpowiedzi. W większości przypadków
wymagają one nie tyle rozumowania, ile pewnej uprzedniej wiedzy. Można to wyjaśnić w ten sposób, że zaprojektowano je, dopasowując je do wymagań związanych
nie tylko z rozumowaniem, lecz także ze szczegółową
wiedzą. Niemniej jednak szkoda, że nie pozwalają one
na ćwiczenie bardziej zaawansowanych umiejętności
związanych z rozumowaniem. Co więcej, nie odnoszą
się one do rozumowań indukcyjnych i nie uczą, jak postępować, gdy trzeba zastosować rozumowanie redukcyjne. Warto by było wypełnić tę lukę.
Niektóre z tych zadań można rozwiązać na kilka
sposobów – zdarza się, że istnieje wiele ścieżek prowadzących do tego samego rozwiązania. Możemy je otrzymać poprzez proste zastosowanie uprzedniej wiedzy,
jednak możliwe to jest również bez niej, jeśli zastosuje
się bardziej złożone rozumowanie. Z tego względu zadania te mogą być bardzo użyteczne do ćwiczenia tych
umiejętności i mają pewien dodatkowy potencjał logiczny. Są też zadania, które wymagają przeprowadzenia rozumowania opartego na podanych informacjach.
Jednak przynajmniej w jednym przypadku wydaje się,
że uczeń powinien pomyśleć również o alternatywnych
wersja PL
Dla p – „w synapsie jest neuroprzekaźnik”, q – „jest to
synapsa chemiczna”:
p → q
p
-------q
Aby mieć pewność, że odpowiedź B jest poprawna, konieczne jest powiązanie reguły „jeśli w synapsie
jest neuroprzekaźnik, to jest to synapsa chemiczna”
(nazwijmy ją R1), którą uczeń posiada jako uprzednią
wiedzę, z informacją odczytaną z rysunku („w synapsie
jest neuroprzekaźnik”), używając właśnie tego schematu logicznego (mianowicie tzw. modus ponens). Bez tego
powiązania uczeń nie może „przeskoczyć” z p do q.
Co więcej, zauważmy, że nie jest to jedyna droga prowadząca do właściwej odpowiedzi. Komentator o tym
Dla p – „synapsa jest elektryczna”, q – „między komórkami przebiega impuls elektryczny”:
p → q
¬q
-------¬p
(1)
¬q → ¬p(2)
¬q
-------¬p
Na tej podstawie uczeń może w drugim kroku wyeliminować opcję „synapsa elektryczna”, pozostaje więc
„synapsa chemiczna”. W ten sposób, znów, przeprowadza rozumowanie: „jest to synapsa elektryczna lub jest
to synapsa chemiczna. Nie jest to synapsa elektryczna.
A zatem jest to synapsa chemiczna”. Zapisując to formalnie, wyraźnie widać, że oparte jest ono na bardzo
powszechnej regule inferencji:
p˅q
¬p
-------q
Pokazuje to, że uczeń nieposiadający wiedzy na temat neuroprzekaźników, obecnych tylko w synapsach
chemicznych, może – nie zgadując – rozwiązać zadanie, co więcej przeprowadzając złożone rozumowanie,
jakkolwiek powinien on być świadomy, że pewność jego
głównej przesłanki (R2) jest wątpliwa, a ponadto musi
mieć pewność, że przynajmniej jedna z odpowiedzi jest
poprawna (zakładając, że może się zdarzyć, że żadna
z odpowiedzi nie jest poprawna i wówczas wnioskowanie, jakie zaproponowano powyżej, nie jest możliwe).
W drugiej części zadania od ucznia oczekuje się
wskazania właściwego uzasadnienia dla odpowiedzi
wybranej w części pierwszej. Jak podkreśla komentator,
wszystkie podane uzasadnienia to zdania prawdziwe,
ale tylko jedno z nich (B) stanowi właściwe uzasadnienie poprawnej odpowiedzi z części pierwszej. Odpowiedź B zawiera informację wyprowadzoną z diagramu przez ucznia, który rozwiązał zadanie w sposób
wskazany przez komentatora jako właściwy. W tym
przypadku uczeń nie przeprowadza żadnego nowego
rozumowania, a jedynie wskazuje informację, którą
wykorzystał w swoim rozumowaniu, chyba że ma do
czynienia z zadaniem wielokrotnego wyboru, i wówczas powinien przeanalizować każdą odpowiedź jako
niezależne uzasadnienie. Z kolei dla ucznia, który od-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
nie wspomniał, a tymczasem jest to szansa dla uczniów,
którzy nie znają R1. Mianowicie uczeń na podstawie
rysunku może wypracować inną regułę. Jeśli widzi on
strzałki przedstawiające impuls elektryczny i jego kierunek, może on również zauważyć, że nie ma takich
strzałek pomiędzy aksonem i dendrytem. Może więc
sformułować taką regułę, jak: (1) „jeśli synapsa jest elektryczna, wówczas między komórkami przebiega impuls
elektryczny” lub (2) „jeśli między komórkami nie przebiega impuls elektryczny, wówczas nie jest to synapsa
elektryczna”, przy czym oczywiście (2) jest równoważne
z (1), jako że może być wyprowadzone z (1) dzięki prawu
transpozycji; nazwijmy tę regułę R2. Reguła ta nie opiera się na zdobytej wcześniej wiedzy i uczeń powinien
mieć świadomość, że jej status może być wątpliwy, skoro sformułowana została tylko na podstawie informacji
zaznaczonych na obrazku. A jednak, upewniwszy się,
że między komórkami nie zaznaczono impulsu elektrycznego, może on zastosować ją w celu przeprowadzenia następującego rozumowania: (1) „Jeśli synapsa jest
elektryczna, to między komórkami przebiega impuls
elektryczny. Między komórkami nie przebiega impuls
elektryczny. A zatem nie jest to synapsa elektryczna”
lub (2) „Jeśli między komórkami nie przebiega impuls
elektryczny, to nie jest to synapsa elektryczna. Między
komórkami nie przebiega impuls elektryczny. A zatem
nie jest to synapsa elektryczna”. Jest to przykład formalnie poprawnego (a jeśli założymy, że R2 jest prawdziwe
– zupełnie poprawnego) rozumowania dedukcyjnego;
formalnie można je przedstawić w następujący sposób:
wersja PL
SZKOŁA
wzmianki na temat rozumowania. Pomimo to pokażę,
że zadanie to wymaga pewnego prostego rozumowania.
Jeśli chodzi o pierwszą część zadania, komentator
uznał, że: „Aby udzielić prawidłowej odpowiedzi, uczeń
musi jedynie zauważyć na schemacie neuroprzekaźniki
oraz wiedzieć, że występują one wyłącznie w synapsach
chemicznych. Nie powinien mieć wówczas wątpliwości,
że w części 1 należy wybrać odpowiedź B. Jeśli uczeń zaznaczy odpowiedź A, oznacza to, że nie posiada wystarczającej wiedzy i «strzela», najprawdopodobniej bez zapoznania się ze schematem”. Opinia ta może sugerować,
że od ucznia oczekuje się w tym przypadku spełnienia
dwóch warunków: „zauważyć” i „wiedzieć”.
Należy jednak zwrócić uwagę, że w takim razie trzeba się też zgodzić, że uczeń musi przeprowadzić następujące proste rozumowanie: „Jeśli w synapsie jest neuroprzekaźnik, to jest to synapsa chemiczna. W synapsie
jest neuroprzekaźnik. A zatem jest to synapsa chemiczna”. To przykład poprawnego rozumowania dedukcyjnego, który można przedstawić formalnie w następujący sposób:
61
KRÓTKO
• Dla B: jeśli synapsa jest elektryczna, czy konieczne
jest, że w przekazywaniu informacji biorą udział
neuroprzekaźniki? Nie wydaje się to konieczne.
Obrazek pokazuje, że pomiędzy dendrytem i aksonem, gdzie w tym przypadku uczeń oczekiwał
impulsu elektrycznego, znajdują się neuroprzekaźniki, a więc być może nie przekazują one impulsu
elektrycznego.
• Dla C: jeśli synapsa jest elektryczna, czy konieczne
jest, że impuls elektryczny w dendrycie jest wzbudzany przez impuls elektryczny w aksonie? Tak,
jest to konieczne. Widać to na obrazku i wydaje się,
że dokładnie po to są te synapsy.
Tylko opcja B przechodzi test pozytywnie.
Krok drugi przebiega następująco: jeśli synapsa jest
chemiczna, czy możliwe jest, że w przekazanie informacji zaangażowany jest neuroprzekaźnik? Czymkolwiek są neuroprzekaźniki, obrazek pokazuje, że są one
czymś, co pobudzone przez impuls elektryczny z aksonu wywołuje taki impuls w dendrycie odbiorcy. Możliwe, że zaangażowane są w ten proces jakieś zjawiska
chemiczne, więc być może w taki właśnie sposób działa
synapsa chemiczna. A zatem: tak, jest to możliwe. Co
więcej, trudno wyobrazić sobie jakąś inną możliwość.
Opcja B przechodzi test pozytywnie i jest dobrym (i zarazem jedynym) kandydatem na poprawną odpowiedź.
Na podstawie tej analizy można sformułować kilka
ważnych wniosków:
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Poniższe schematy przedstawiają (I) budowę skórki korzeniowej rośliny okrytonasiennej z włośnikiem oraz
(II) komórkę słodkowodnego orzęska – oba organizmy
znajdują się w swoim środowisku naturalnym. Funkcjonowanie zarówno włośnika jak i orzęska jest zależne od
zjawiska osmozy.
I. Schemat budowy skórki korzeniowej z włośnikiem
w glebie: A – cytoplazma, B – roztwór glebowy.
II. Orzęsek: A – cytoplazma, B – woda rzeczna.
Uzupełnij poniższe zdania.
(1) Na schemacie I obszar hipertoniczny oznaczono literą:
A),
B).
(2) Na schemacie II napędzany osmozą przepływ wody
jest skierowany
A) z obszaru A do obszaru B.
B) z obszaru B do obszaru A.
(3) Osmoza zachodząca w układzie przedstawionym
na schemacie:
A)I,
B)II.
(4) musi być aktywnie równoważona, ponieważ
w przeciwnym wypadku może doprowadzić do
A) odwodnienia.
B) rozerwania komórki.
C) zbytniego zasolenia cytoplazmy.
6 URL: http://bnd.ibe.edu.pl/tool-page/598
SZKOŁA
Zadanie 2: Korzeń i pantofelek6
KRÓTKO
powiedź części pierwszej oparł na R2, część druga jest
dużo trudniejsza. Musi on bowiem przeprowadzić bardzo złożoną analizę każdego z podanych uzasadnień
w świetle R2 oraz dodatkowych informacji, które można wyczytać z rysunku. Najprostszą drogą, którą może
on wybrać, jest zbadanie ich w formie dwustopniowego
testu: w pierwszym kroku sprawdza, czy niektóre podane odpowiedzi są niespójne z niewłaściwą odpowiedzią części pierwszej, a w drugim kroku – czy reszta jest
spójna z poprawną odpowiedzią części pierwszej. Test
taki można skonstruować następująco:
1)nie jest koniecznie prawdziwe, że „jeśli synapsa jest
elektryczna, to p”, gdzie pod p podstawia się każdą
z odpowiedzi;
2)dla tych odpowiedzi, które spełniają (1): jest możliwe, że „jeśli synapsa jest chemiczna, wówczas p”.
Test ten opiera się na dwóch modus ponens: dla (1):
„jeśli implikacja nie jest koniecznie prawdziwa, wówczas testowana opinia może być poprawnym uzasadnieniem. Implikacja nie jest koniecznie prawdziwa.
A zatem testowana opinia może być popranym uzasadnieniem”, dla (2): „jeśli implikacja jest możliwa, wówczas testowana opinia może być poprawnym uzasadnieniem. Implikacja jest prawdziwa. A zatem testowana
opinia może być poprawnym uzasadnieniem”. Test ten
nie daje pewności, ale eliminuje niektóre opcje i może
prowadzić do ograniczenia „kandydatów” na poprawne
uzasadnienie do jednej opcji.
Test ten wymaga też oczywiście pewnej dodatkowej
wiedzy oraz informacji wyprowadzonych z obrazka.
Krok pierwszy przebiega następująco:
• Dla A: jeśli synapsa jest elektryczna, czy konieczne jest, że czynnikiem powodującym przekazanie
sygnału pomiędzy komórkami jest impuls elektryczny? Tak, jest to konieczne, bez impulsu elektrycznego nie będzie żadnego sygnału elektrycznego.
62
NAUKA
W tym przypadku wymagania ogólne podstawy
programowej przypisane do tego zadania związane są
zarówno z wiedzą („Poznanie świata organizmów na
różnych poziomach organizacji życia. Uczeń przedstawia i wyjaśnia procesy i zjawiska biologiczne. Uczeń
przedstawia i wyjaśnia zależności między organizmem
a środowiskiem”), jak i z umiejętnościami związanymi z rozumowaniem („Rozumowanie i argumentacja.
Uczeń wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe,
formułuje wnioski”).
Jak słusznie wskazał autor komentarza do tego zadania, sprawdza ono nie tylko wiedzę ucznia na temat
osmozy, lecz także to, czy potrafi ją wykorzystać do
opisu zjawisk, oczywiście pod warunkiem, że wcześniej
nie uczył się o szczególnych przypadkach i problemach
przedstawionych w tym zadaniu. Zadanie to umożliwia
(i jest to wręcz rekomendowane) oparcie się na pewnej
ograniczonej wiedzy i wydedukowanie reszty informacji. Uczeń powinien wiedzieć: 1) czy jest osmoza, 2) co
to znaczy „hipertoniczny”, 3) to, że zarówno korzeń, jak
i pantofelek gromadzą wodę poprzez osmozę. Pozostałe informacje potrzebne do rozwiązania tego zadania
można uzyskać w drodze rozumowania. Jeśli student
to prowadzić do rozerwania komórki”. Dla pytania
4 uczeń wybiera więc odpowiedź B.
• „Albo organizm przedstawiony na schemacie I jest
zagrożony rozerwaniem komórki z powodu zbyt
dużej ilości wody, albo organizm przedstawiony
na schemacie II jest zagrożony rozerwaniem komórki z powodu zbyt dużej ilości wody. Organizm
na schemacie I nie jest zagrożony rozerwaniem
komórki z powodu zbyt dużej ilości wody (przekazuje ją do innych komórek). A zatem organizm na
schemacie II jest zagrożony rozerwaniem komórki
z powodu zbyt dużej ilości wody”. Dla pytania 3
uczeń wybiera więc odpowiedź B.
Jak widać, w ostatnim przypadku użyto schematu
dedukcji opartego na alternatywie, zaprezentowanego
w pierwszym rozdziale: p ˅ q, ¬p, a zatem: q. Wszystkie
pozostałe przypadki oparte są na czystym modus ponens: p → q, p, a zatem: q. Z formalnego punktu widzenia wszystkie te przypadki rozumowania są doskonale
poprawne.
Zauważmy też, że dla pytania 4 sformułowano rozumowanie zarazem dwustopniowe i analizujące wiele
opcji. Pierwszy krok dostarczył przesłankę dla drugiego
kroku, w ramach którego przetestowano trzy opcje.
Należy również zastrzec, że zaprezentowane powyżej formuły są jedynie skutkiem rozważań i ostateczną drogą prowadzącą do poprawnych rozwiązań. Aby
ich użyć, uczeń musi wcześniej zadać sobie pytania
badawcze, takie jak: Jaka jest relacja pomiędzy zasoleniem środowiska i rosnącą ilością wody? Co może się
stać z komórką korzenia, gdy przyjmować będzie coraz
więcej wody, a co w takiej samej sytuacji w przypadku
pantofelka? Następnie może on zebrać odpowiedzi na te
pytania i sformułować „prawa” (które w wymaganiach
podstaw programowej przypisanych do tego zadania
określono jako wyjaśnianie zależności przyczynowo-skutkowych).
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Zadanie 2: Korzeń i pantofelek
wie (1), (2) i (3), to zna kierunek przepływu wody na
przedstawionych obrazkach i wie, że przepływa ona
do środowiska hipertonicznego. Komentator krok po
kroku pokazuje, jak uczeń może na tej podstawie wydedukować nowe informacje, jedna po drugiej, aby
ostatecznie podać poprawne odpowiedzi. Nie warto tu
tego powtarzać. Wystarczy może sformułować kolejne
kroki rozumowania, aby wykazać, że są one logicznie
poprawne:
• „Jeśli woda na schemacie I płynie z B do A, to
A jest obszarem hipertonicznym. Prawdą jest, że
woda na diagramie I płynie z B do A. A zatem:
A jest obszarem hipertonicznym”. Dla pytania 1
uczeń wybiera więc odpowiedź A.
• „Jeśli na schemacie II przepływ wody spowodowany jest przez osmozę, to jest on skierowany od
B do A. Zakłada się, że na schemacie II przepływ
wody jest spowodowany przez osmozę. A zatem:
skierowany on jest od B do A”. Dla pytania 2 uczeń
wybiera odpowiedź B.
• „Jeśli odnotujemy zachodzenie osmozy bez żadnego dodatkowego systemu równoważącego osmozę,
to w obszarze, do którego napływa woda, jest coraz więcej wody. Zakładamy, że odnotowujemy zachodzenie osmozy bez takiego systemu. A zatem:
w obszarze tym jest coraz więcej wody.
• „Jeśli w komórce jest coraz więcej wody, należy
wykluczyć odwodnienie (które jest zjawiskiem
wprost przeciwnym, co wynika z sensu pojęć).
A zatem: odwodnienie jest wykluczone”.
• „Jeśli w komórce jest coraz więcej wody, należy
wykluczyć zbytnie zasolenie cytoplazmy. A zatem:
zbytnie zasolenie cytoplazmy należy wykluczyć
(napływ czystej wody spowoduje raczej, że cytoplazma stanie się rzadsza)”.
• „Jeśli w komórce jest coraz więcej wody, to może to
prowadzić do rozerwania komórki. A zatem: może
wersja PL
SZKOŁA
1.Zadanie to zakłada nie tylko argumentowanie
(w części drugiej), lecz także pewne rozumowanie
(w części pierwszej), chociaż komentator nie zwrócił na to uwagi.
2. W świetle komentarza do zadania wydaje się, że ma
ono na celu sprawdzać raczej pewną wiedzę o synapsach niż umiejętności związane z rozumowaniem.
3.Zadanie to może sprawdzać zaawansowane umiejętności związane z rozumowaniem w niesprzyjających warunkach u uczniów, którzy nie mają
wiedzy na temat różnic między dwoma rodzajami
synaps.
63
KRÓTKO
64
znają budowy orzęska oraz sposobów jego funkcjonowania, może zainteresować np. to, w jaki sposób równoważy on ilość wody, aby uniknąć rozerwania. W ten sposób może to być dobra inspiracja
do dalszych biologicznych „poszukiwań”.
Do zadania tego przypisano dwa wymagania ogólne,
oba dotyczące umiejętności związanych z rozumowaniem i argumentacją: „Rozumowanie i argumentacja.
Uczeń objaśnia i komentuje informacje”, „Rozumowanie i argumentacja. Uczeń odnosi się krytycznie do
przedstawionych informacji”.
Zadanie 3: Drapieżnik i jego ofiara7
Na pewnej tropikalnej wyspie żyją cztery gatunki drapieżników, z których każdy żeruje wyłącznie na jednym gatunku
ofiary (każdy na innym). Poniższe wykresy przedstawiają współzmienności liczebności populacji tych czterech drapieżników i ich ofiar. Jeden z wykresów ilustruje błędne dane. Wskaż błędny wykres i uzasadnij swój wybór.
Wykresy współzmienności liczebności populacji
4 różnych drapieżników
i ich ofiar (jeden błędny).
Źródło: opracowanie
własne na podstawie wykresu z wikimedia.org
(1) Błędny jest wykres: A), B), C), D)
(2) ponieważ:
A) wynika z niego, że wymierają obie populacje.
B) zmiany liczebności obu populacji nie
zależą od siebie liniowo.
C) liczebność drapieżnika jest zbyt mała,
by zachwiać liczebnością ofiary.
D)najwięcej ofiar występuje dokładnie
wtedy, gdy jest najwięcej drapieżników.
E) przy przedstawionej liczebności ofiar
powinno być znacznie więcej drapieżników.
7 URL: http://bnd.ibe.edu.pl/tool-page/799
NAUKA
Zadanie 3: Drapieżnik i jego ofiara
SZKOŁA
go na podstawowej wiedzy i wyciągnięcie właściwego wniosku. Z wyjątkiem ostatniego, wszystkie
kolejne rozumowania oparte są na schemacie modus ponens.
3.Zadanie to nie tylko sprawdza umiejętności związane z rozumowaniem, lecz także może być użyteczne do rozwijania u uczniów procesu stawiania
pytań badawczych, formułowania „praw” oraz poprawnego wyciągania wniosków.
4.Zadanie to pokazuje też, jak wiele można w biologii wydedukować na podstawie podstawowej
wiedzy. Ponadto, dzięki temu uczniów, którzy nie
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Na tej podstawie można wyciągnąć następujące
wnioski:
1.Tym razem komentator słusznie zauważył i docenił możliwości tego zadania w zakresie rozumowania w naukach przyrodniczych i właściwie przypisał do niego wymaganie z podstawy programowej
„Rozumowanie i argumentacja. Uczeń wyjaśnia
zależności przyczynowo-skutkowe, formułuje
wnioski”. Zadanie to faktycznie zachęca do myślenia i przeprowadzania rozumowań.
2.Dla każdego z pytań możliwe jest przeprowadzenie
poprawnego rozumowania dedukcyjnego oparte-
wersja PL
(3) Wreszcie, może on pomyśleć o rozsądnym modelu, który pasuje do wykresu B lub przynajmniej pokazuje, że sytuacja sugerowana w odpowiedzi D (która
zgodnie z zamiarem autora zadania jest prawdziwa)
w drugiej części zadania – jest możliwa. Na przykład:
zarówno ofiary, jak i drapieżnicy mogą żyć bardzo długo, ale rozmnażają się bardzo szybko, jeśli chcą, to nawet w ciągu jednego dnia mogą spłodzić i urodzić nowego potomka; jeśli drapieżnik nic nie zje jednego dnia,
to umiera; jeśli zje za mało, nie jest w stanie polować;
powinien zjeść 3-4 ofiar dziennie; jeśli drapieżników
jest więcej, ofiary nie mogą się rozmnażać tak, jak by to
mogły robić w innych warunkach, ponieważ muszą się
bronić lub uciekać; drapieżnicy przestają się rozmnażać,
jeśli widzą, że jest za mało ofiar; gdy ofiary się rozmnażają, drapieżnicy polują, ale nie każdemu się udaje coś
upolować. Sytuację obrazującą zmiany w liczebności
danego dnia w stosunku do dnia poprzedniego można
uogólnić poprzez następujące równania:
• Liczba ofiar:x n+1 = x n + an+1 – cn+1
• Liczba drapieżników:y n+1 = y n + bn+1 – dn+1
gdzie:
x n – liczba ofiar w dniu n,
y n – liczba drapieżników w dniu n,
an – liczba ofiar urodzonych w dniu n,
bn – liczba drapieżników urodzonych w dniu n,
cn – liczba ofiar zjedzonych w dniu n,
dn – liczba drapieżników zmarłych w dniu n.
A zatem, danego dnia do liczby jednostek z dnia poprzedniego dodajemy liczbę właśnie urodzonych jednostek i odejmujemy liczbę właśnie zmarłych (lub zjedzonych). Możemy sobie wyobrazić następujący przykład
zmian w liczbie ofiar i drapieżników:
Dzień
1
2
3
4
5
Ofiary
x1 = 100
x2 = x1 + 60 – 40 = 120
x3 = x2 + 40 -100 = 60
x4 = x3 – 20 = 40
x5 = x4 + 60 = 100
Drapieżniki
y1 = 10
y2 = y1 + 30 = 40
y3 = y2 – 10 = 30
y4 = y3 – 25 = 5
y5 = y4 + 5 = 10
NAUKA
Na tej podstawieni uczeń powinien zaznaczyć odpowiedź B w pierwszej części, a w drugiej części wybrać
odpowiedź D, która wprost odnosi się do postulatu co
do przesunięcia między tendencjami.
A jednak, odpowiedzi te mogą nie wydawać się aż tak
oczywiste, jak by tego chciał komentator. Uczeń, który
nie zna prawa przedstawionego powyżej będzie po prostu
analizował wykresy i wyobrażał sobie możliwe relacje.
Aby wykluczyć B, powinien być pewny, że sytuacja taka
jest niemożliwa dla każdego przypadku, który może sobie wyobrazić. A zatem, jeśli znajdzie przypadek, który
falsyfikuje twierdzenie, że taka sytuacja jest niemożliwa,
może on twierdzić, że teoretycznie wykres ten może być
poprawny. Można rozważyć następujące sytuacje.
(1) Kreatywny uczeń może pomyśleć np. o populacji inteligentnych drapieżników, które stosują naturalne
sposoby kontroli urodzin i charakteryzują się krótszym
okresem ciąży niż ich ofiary. Drapieżnicy tacy będą obserwować potomstwo ofiar (a nawet liczbę aktualnych
ciąż lub ich aktywność seksualną) i regulować swoje zapłodnienia na podstawie zbioru takich informacji. Hipotetycznie możliwe jest więc, że nie będzie przesunięcia pomiędzy tendencjami, ponieważ tendencja u ofiar
będzie przewidywana przez mądrych drapieżników,
które będą odpowiednio reagowały i: 1) nie będą się
gwałtownie rozmnażały, gdy przewidywać będą spadek
liczby ofiar, 2) będę rozmnażały się gwałtowniej, gdy
będą przewidywały wzrost tej liczby.
(2) Uczeń taki może też wymyślić jeszcze prostszy
przypadek, w którym sprytne ofiary reagują na wzrastającą liczbę drapieżników i rozmnażają się gwałtowniej;
ale gdy zaobserwują, że wzrost drapieżników staje się
wolniejszy lub się zatrzymuje, zaprzestają tak gwałtownej reprodukcji.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
Zadanie to wydaje się bardzo ciekawe i jasno widać,
że wymaga ono wiele myślenia i głębokiej analizy. Autor
komentarza do tego zadania precyzyjnie wskazuje „prawo”, które odpowiada za relacje występujące pomiędzy
liczebnością populacji drapieżników i liczebnością populacji ofiar oraz wyjaśnia, dlaczego trzy wykresy są
akceptowalne, a jeden – nie. Podkreśla nawet, że dodatkową zaletą zadania jest „niekonwencjonalność” ostatniego wykresu, który odnosi się do rzadkiej sytuacji,
w której obie populacje wymierają. Pomimo to, samą
ideę zadania można jednak uznać za konwencjonalną.
Komentator przedstawia następujące prawo natury, które rządzi relacją między liczebnością populacji
drapieżnika i liczebnością populacji jego ofiary, w przypadku gdy drapieżnik żywi się tylko przedstawicielami
jednego gatunku: wzrost liczebności populacji ofiary
po jakimś czasie powoduje wzrost liczebności populacji drapieżnika, co następnie, po jakimś czasie, powoduje spadek liczebności populacji ofiary, co – znów po
jakimś czasie – powoduje spadek liczebności populacji
drapieżnika. Co więcej, dla komentatora prawo to ma
pewną ważną cechę: musi upłynąć pewien czas pomiędzy przyczyną i skutkiem, więc pomiędzy występującymi tu tendencjami musi istnieć pewne przesunięcie.
Jeśli podąży się za tą ideą, właściwe rozumowanie powinno przedstawiać się następująco:
„Jeśli wykres przedstawia takie przesunięcie, wówczas prawo działa dla sytuacji przedstawionej na wykresie. Jeśli prawo działa dla sytuacji przedstawionej na
wykresie, to wykres jest poprawny”.
Jednocześnie może on sformułować bliźniacze (ale
nie wydedukowane z poprzedniego) rozumowanie, które może wyłączyć pewne ewentualności:
„Jeśli wykres nie przedstawia takiego przesunięcia,
wówczas prawo nie działa w sytuacji przedstawionej na
wykresie. Jeśli prawo nie działa dla sytuacji przedstawionej na wykresie, wówczas wykres jest niepoprawny”.
wersja PL
KRÓTKO
65
a nawet metody naukowej. Zamyka ono to zadanie
na zadawanie pytań oraz wymyślanie specjalnych,
niekonwencjonalnych modeli, a także skłania do
apriorycznego sposobu odkrywania praw natury.
3.Zadania tego nie należy podawać na sprawdzianach. Komentator lub osoby, które opublikowały
zadanie, słusznie opatrzyli to zadanie informacją „Sugerowane przeznaczenie Praca na lekcji”.
Umożliwia to uniknięcie niesłusznego oceniania
uczniów oraz otwarcie tego zamkniętego zadania
na dyskusję oraz wolną interpretację.
4.Zadanie to może być bardzo inspirującym punktem wyjścia do dyskusji o zależnościach między
liczebnością ofiar i liczebnością drapieżników oraz
do dalszych badań empirycznych (choć w ramach
nauczania szkolnego wydawać się to może niemożliwe). Jednym z wyników takiej dyskusji może być
wniosek, że istnieje tendencja związana z przesunięciem pomiędzy „falami” (co jest jasno widoczne
na wykresach A i C), która w wielu przypadkach
może zostać uogólniona jako prawo, jednak tendencja ta nie powinna być traktowana jako prawo
absolutne.
NAUKA
tycznie do przedstawionych informacji”. W tym świetle
uczeń nie powinien być w żaden sposób ograniczany,
jeśli chodzi o możliwość stawiania pytań, jako że jest
to podstawa krytycznego myślenia. Tymczasem autor
i komentator zadania zdają się forsować tylko jedną
standardową interpretację i tym samym są oni właśnie „konwencjonalni”. Oczywiście warto inspirować
uczniów do przemyśleń nad zależnościami między liczebnością ofiar i drapieżników oraz odkrywać pewne ogólne reguły zaprezentowane przez komentatora.
Jednak nie powinny być one prezentowane jako reguły
absolutne, zwłaszcza gdy zdają się one wyprowadzone
a priori. Byłoby to akceptowalne jedynie w przypadku
modelu matematycznego, w którym założyłoby się stały
wskaźnik urodzeń. Co więcej, analiza tych wykresów
powinna być raczej punktem wyjścia do badań empirycznych. Uczeń powinien wiedzieć, że prawo podane
przez komentatora to tylko hipoteza, którą należałoby sprawdzić w praktyce. Do tego, powinien on mieć
świadomość, że – zgodnie z teorią Poppera – kolejne
przypadki potwierdzające takie prawo nie gwarantują
jego zupełnej pewności, lecz tylko uprawdopodabniają,
„korroborują” tę hipotezę.
Na podstawie powyższych rozważań dotyczących
tego zadania można przedstawić następujące wnioski:
1.Bez wątpienia zadanie to wymaga rozumowania.
Jeśli podążymy za intencją autora i komentatora
zadania, powinniśmy zgodzić się, że uczeń powinien odkryć pewne prawo i na jego podstawie wykluczyć jedną z opcji, a następnie uzasadnić swoją
decyzję, wybierając wyjaśnienie, które ma sens
i odnosi się do odkrytego prawa.
2.Chociaż do tego zadania przypisano wymaganie
ogólne z podstawy programowej „Uczeń odnosi
się krytycznie do przedstawionych informacji”,
w rzeczywistości podejście autora i komentatora
wydaje się sprzeciwiać idei krytycznego myślenia,
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Podsumowanie
Należy docenić, że polska podstawa programowa
dla przedmiotów przyrodniczych na IV etapie edukacyjnym zawiera wymagania odnoszące się do rozumowania. Aby spełnić te oczekiwania, nauczyciele powinni zapewnić uczniom podstawową wiedzę o rodzajach
rozumowań oraz ich stosowaniu w ramach procedur
naukowych, a także ćwiczyć z nimi umiejętności rozpoznawania poszczególnych typów rozumowań i ich
stosowania (np. w zakresie planowania eksperymentu).
Dobrze zaprojektowane zadania mogą być bardzo pomocne w osiąganiu tego celu.
KRÓTKO
Wszystkie trzy omówione wyżej przypadki dostarczają możliwego wyjaśnienia dla pominięcia wspomnianego przesunięcia, które jest obecne w standardowej relacji między liczebnością ofiary i liczebnością
drapieżnika.
Ponadto, dla kreatywnego ucznia wykres D może
być podejrzany. Uczeń taki może pytać, czy jest możliwe, że przez długi czas liczebność drapieżnika i ofiary jest w miarę stała, lecz nagle liczba ofiar gwałtownie
spada? Może on zakładać, że wystąpiły jakieś czynniki
zewnętrzne (niezwiązane z populacją drapieżnika), które spowodowały ten spadek. Jeśli tak, to ma on prawo
założyć, że w każdej sytuacji przedstawionej na wykresach może wystąpić taki czynnik. Wówczas może on
wymyślić wiele dodatkowych czynników, które wyjaśnią brak przesunięcia na wykresie B.
Co więcej, może on zauważyć, że nie jest sprzeczne
z założeniami zadania przyjęcie możliwości, że ofiara
występująca na wyspie jest zarazem drapieżnikiem,
który żywi się jakąś inną ofiarą. Liczebność takiej ofiary-drapieżcy będzie zależała zarazem od liczebności jej
ofiary oraz od liczebności żywiącego się nią drapieżnika. Uczeń może się więc zastanawiać, czy istnieją funkcje, które mogłyby opisać taką zależność i ostatecznie
podać jako wynik to, co przedstawiono na wykresie B.
Przedstawione powyżej możliwości ujawniają, że
kreatywny uczeń może mieć wiele pytań do tego zadania. Jeśli je ma, może wybrać jedną z dwóch opcji.
Może się poddać i dopasować do intencji autora zadania (może odgadnąć tę intencję lub po prostu wiedzieć,
że wykres B uznaje się za niepoprawny) lub „walczyć”:
wówczas np. nie zaznacza żadnej odpowiedzi i pisze
obok, że wszystkie wykresy mogą być poprawne, pomimo że formalnie nie ma miejsca na taką dodatkową
odpowiedź czy dodatkowe uzasadnienie.
Przypomnijmy, że jedno z wymagań ogólnych przypisanych do tego zadania brzmi: „Uczeń odnosi się kry-
wersja PL
SZKOŁA
66
ce stwierdzenia: „Żaba jest płazem z jednym płucem”,
„Każda z tych pięciu żab ma tylko jedno płuco” i inne.
Można by też wymyślić inne pytania, np. dotyczące
kolejnych kroków (obserwacja, eksperyment), które
można podjąć, by ustalić, jak daleko idąca generalizacja
dotycząca żab jest możliwa z metodologicznego punktu
widzenia. Sądzę, że praca taka byłaby bardzo wartościowa.
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
W: Podstawa programowa z komentarzami. Tom 5. Edukacja przyrodnicza w szkole podstawowej, gimnazjum i liceum przyroda, geografia, biologia, chemia, fizyka. Warszawa: Ministerstwo Edukacji
Narodowej.
SZKOŁA
Bocheński JM (1965, 2012), The Methods of Contemporary Thought.
Springer.
Kłos E, Bukowska D, Polańska E, Kowalczyk P (2008). Komentarz do
podstawy programowej przedmiotu przyroda w szkole podstawowej. W: Podstawa programowa z komentarzami. Tom 5. Edukacja
przyrodnicza w szkole podstawowej, gimnazjum i liceum przyroda,
geografia, biologia, chemia, fizyka. Warszawa: Ministerstwo Edukacji Narodowej.
Grajkowski W (2013). Opinie nauczycieli, dyrektorów szkół i uczniów na temat nauczania blokowego przedmiotów przyrodniczych w gimnazjum. Edukacja, 1(121): 89–98.
John Stuart Mill (1843). A System of Logic. Vol. 1.
Nayak BL (2009). Why learn research methodology? Indian J Ophthalmol. May-Jun; 57(3): 173–174.
Ostrowska EB, Spalik K (2015). Laboratorium myślenia. Diagnoza nauczania przedmiotów przyrodniczych w Polsce 2011–2014.
Warszawa: Instytut Badań Edukacyjnych.
Popper, K (1935; 2005). The Logic of Scientific Discovery. London:
Routledge.
Quine WVO (1951). Main Trends in Recent Philosophy: Two Dogmas of Empiricism. The Philosophical Review, 1(60):20-43
van Riel R, Van Gulick R (2016). Scientific Reduction. W: Zalta EN
(red.). The Stanford Encyclopedia of Philosophy. URL: http://plato.
stanford.edu/archives/spr2016/entries/scientific-reduction
Spalik K, Jagiełło M, Skirmuntt G, Kofta W (2008). Komentarz do
podstawy programowej przedmiotu biologia, 1. Gimnazjum –
III etap edukacyjny. W: Podstawa programowa z komentarzami.
Tom 5. Edukacja przyrodnicza w szkole podstawowej, gimnazjum
i liceum przyroda, geografia, biologia, chemia, fizyka. Warszawa:
Ministerstwo Edukacji Narodowej.
Szkurłat E (2008). Geografia w gimnazjum. W: Czerny M, Szkurłat
E. Komentarz do podstawy programowej przedmiotu geografia.
NAUKA
Literatura
KRÓTKO
W Bazie Dobrych Praktyk IBE istnieje około 50
ciekawych, dobrze zaprojektowanych i często standaryzowanych zadań, które odnoszą się do rozumowania i argumentacji. Mogą być one bardzo przydatne
w ćwiczeniu rozumowania, jak to wynika przynajmniej
z powyższej analizy, choć zdarza się, że ich autorzy i komentatorzy zdają się nie dostrzegać całego ich logicznego potencjału. Niektóre z tych zadań mogą być też inspiracją do krytycznego myślenia na zaawansowanym
poziomie.
Ścieżki, które prowadzą do właściwych rozwiązań
tych zadań zakładają przeprowadzenie przynajmniej
prostych rozumowań. Zarazem jednak zadania te często mają na celu sprawdzenie określonej wiedzy i z tego
powodu nie koncentrują się bardzo na samym rozumowaniu, w tym na mocy i poprawności poszczególnych
rodzajów rozumowań. Żadne z nich nie odwołuje się do
różnicy pomiędzy rozumowaniami dedukcyjnymi a rozumowaniami redukcyjnymi ani pomiędzy zawodnymi
a niezawodnymi rodzajami indukcji.
Aby z powodzeniem nauczyć i wyćwiczyć uczniów
w zakresie poprawnego rozumowania w naukach przyrodniczych, powinno się stworzyć więcej zadań, a następnie wdrożyć je do nauczania szkolnego. W takich
nowych zadaniach do właściwej odpowiedzi powinno
prowadzić świadomie wybrane przez ucznia rozumowanie. Zadania te powinny też uzupełnić lukę w zakresie używania różnych rodzajów indukcji, rozpoznawania rozumowań redukcyjnych oraz wskazywania
konsekwencji stosowania takich narzędzi myślenia
w określonych sytuacjach. Uczeń mógłby być na przykład poproszony o wskazanie stwierdzeń na temat żaby,
które można niezawodnie wywnioskować z pięciu obrazów przedstawiających przekroje pięciu żab. Wszystkie
te żaby miałyby niestandardową cechę w postaci posiadania tylko jednego płuca. Mogłyby to być następują-
67
Natalia Bartoszek, Eliza Rybska
Streszczenie:
Celem badań było wykazanie związku między środowiskiem
życia dziecka a kształtowaniem się jego wiedzy osobistej na
temat zwierząt gospodarskich i domowych. Grupę 93 uczniów
klas 1–3 szkoły podstawowej poproszono o wykonanie jednego z dwóch rysunków: „Zwierzęta domowe” lub „Zwierzęta
gospodarskie”. 69 uczniów klas 4–6 wypełniło ankietę sprawdzającą ich wiedzę i skojarzenia na temat tychże zwierząt.
Ankietowani pochodzili z terenu miejskiego (miasto Poznań)
lub wiejskiego (gmina Gołańcz w województwie wielkopolskim). Ankiety i rysunki poddano analizie ilościowej i jakościowej. Otrzymane wyniki wskazują na istnienie pewnych
różnic w wiedzy osobistej i sposobach jej komunikowania
przez dzieci z różnych środowisk: odpowiedzi ankietowanych
Natalia Bartoszek: Wydziałowa Pracownia Dydaktyki
Biologii i Przyrody, Wydział Biologii, Uniwersytet
im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
dr Eliza Rybska: Wydziałowa Pracownia Dydaktyki
z terenów wiejskich były bardziej konkretne, charakteryzujące się praktycznym podejściem do tematu zwierząt gospodarskich i domowych, natomiast dzieci z miast zwracały większą
uwagę na względy estetyczne i emocjonalne. Badania wskazują również na możliwość istnienia związku między tym,
jak często uczniowie widują dane zwierzę na żywo, a liczbą
poprawnych informacji, jakie potrafią o nim podać. Dodatkowym walorem pracy jest ukazanie możliwości zastosowania
rysunku jako narzędzia diagnozowania wiedzy przyrodniczej
uczniów.
Słowa kluczowe: wiedza, wiedza osobista, środowisko życia,
zwierzęta domowe, zwierzęta gospodarskie
Wstęp
Zagadnienia wiedzy i poznania są tematem rozważań już od starożytności. Można przytoczyć tu choćby
rozważania Platona na temat wiedzy. Miał on ją ujmować jako prawdziwe, uzasadnione przekonanie (za:
Witwicki, 2002). Dominującym obecnie paradygmatem w pedagogice, a zatem i w edukacji, jest konstruktywizm. Mimo, że jest on głównie odczytywany jako
teoria wiedzy i poznania, a zatem teoria uczenia się,
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Wpływ środowiska życia ucznia na kształtowanie się jego wiedzy na temat zwierząt
gospodarskich i domowych. Analiza rysunków i ankiet uczniów szkół podstawowych
często jest wplatany do teorii nauczania i stanowi ich
„rusztowanie” (Michalak, 2011). Za twórców, którzy –
choć nie pracowali razem – istotnie przyczynili się do
rozwoju tej teorii (w odwołaniu do koncepcji rozwoju
poznawczego) uważa się J. Piageta, L.S. Wygotskiego i J.
Brunera. W myśl konstruktywizmu, wiedza zdobyta
w wyniku własnej aktywności staje się osobista, znacząca i trwała (Rosalska i Zamorska 2002, s. 85). Ponadto
zakłada się w odniesieniu do pojęć potocznych Wygotskiego, że każdy uczeń ma bogatą wiedzę wstępną
zdobytą w kontakcie z najbliższymi, społeczeństwem,
przyrodą i środkami masowego przekazu. Każdy uczeń
tworzy swoją wiedzę indywidualnie, zaś sam proces
uczenia się i nauczania zależy od posiadanej wiedzy
i wyobrażeń dziecka (Śniadek 1997, s. 43-46). Według
Klus-Stańskiej (2000) wiedza to zarówno konstrukt
społeczny utożsamiany z nauką, jak i indywidualny konstrukt myślowy. Stąd też „wiedzieć” znaczyć będzie,
zdaniem Klus-Stańskiej, zarówno „doświadczać”,
„być nauczonym”, „posiadać informacje”, jak
również „rozumieć”. Wielu autorów dokonywało już
podziałów typów wiedzy, niemniej jednak z punktu
widzenia procesów dydaktycznych istotne jest zagadnienie wiedzy potocznej czy wiedzy osobistej. Najprostsza definicja wiedzy potocznej określa ją jako tę wiedzę,
którą posługujemy się w życiu codziennym (Szydłowski, 1991). Bywa ona czasem utożsamiana z osobistym
doświadczeniem dziecka, nazwanego w tym kontekście
„badaczem z ulicy” (Majcher i Suska-Wróbel, 2005).
Wiedza potoczna uważana jest za fundamentalną życiowo, trwałą i najpowszechniejszą, a mimo to, przez
swoje słabe usystematyzowane i nienaukowy charakter,
bywa obarczona błędami, co może alarmująco zmniejszyć skuteczność nauczania (Szydłowski, 1991). Choć
błędy w wiedzy potocznej są zjawiskiem powszechnym,
w ich powtarzalności i typowości można doszukać się
szansy ich skutecznej eliminacji. Skoro istnieją błędy
wersja PL
SZKOŁA
Dlaczego na wsi żyrafa skubie trawę, a koty w mieście nie piją
wody?
68
KRÓTKO
Dlaczego na wsi żyrafa skubie trawę, a koty w mieście nie piją wody? | Natalia Bartoszek, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Oloumi ze współpracownikami (2011) odnotowali, że
zajęcia prowadzone w środowisku naturalnym pomagają rozwijać zdolność komunikacji, pracy w zespole
i samodyscypliny. W przeprowadzonych na szeroką
skalę badaniach wpływu lokalizacji szkoły na nauczanie Randhawa i Michayluk (1975) stwierdzili wyraźne
różnice w wyposażeniu i atmosferze panującej w klasach zlokalizowanych w środowiskach miejskich i wiejskich, z wyraźną przewagą na korzyść tych pierwszych.
Wpływ środowiska na konstruowanie wiedzy osobistej,
a także osobowości dziecka, może więc być różny, jednak z całą pewnością odgrywa on istotną rolę podczas
rozwoju człowieka.
Sama nauka, odpowiadająca angielskiej science, oraz
edukacja przyrodnicza (science education) są wytworem
kulturowym i elementem kulturowego dziedzictwa (Osborne i Dillon, 2008). Już w 1981 roku Maddock zwracał uwagę na to, że science i science education tworzą
przynajmniej część szerszej kultury społeczeństw i że
względy dydaktyczne edukacji przyrodniczej powinny być rozpatrywane z szerokiej perspektywy, w tym
z perspektywy społecznej (Maddock, 1981). Nauka
i edukacja przyrodnicza są o tyle ważne i fascynujące,
że pozwalają nam wyjaśniać otaczający świat i go interpretować. Ponadto rozwój nauki i jej osiągnięcia sprawiają, że jest ona użyteczna dla rozwiązywania wielu
problemów, przed którymi stają liczne społeczeństwa
(Osborne i Dillon, 2008). Nauka ma oczywiście swoje
ograniczenia. Einstein miał powiedzieć, że „Cała nasza
nauka, w porównaniu z rzeczywistością, jest prymitywna i dziecinna, ale nadal jest to najcenniejsza rzecz, jaką
posiadamy”.
Celem niniejszej pracy była wstępna diagnoza wiedzy dzieci na temat zwierząt gospodarskich i domowych
oraz zbadanie, czy środowisko życia ucznia (wiejskie
lub miejskie) ma wpływ na zasób jego wiedzy osobistej
na temat tychże organizmów. Ze względu na ogranicze-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
dydaktycznej, oprócz testów osiągnięć szkolnych, najczęściej używanymi narzędziami są wywiady indywidualne, ankiety, kwestionariusze czy obserwacje (m.in.
Treagust, 2012; Mintzes i wsp., 2005). W ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem cieszą się także
metody oparte na wykorzystaniu rysunku jako narzędzia diagnozy koncepcji, jak i wiedzy osobistej uczniów
(Barraza, 1999; Reiss i Tunniciffe, 2001; Ehrlén, 2009).
Bogactwo otoczenia jest szczególnie istotne, jeśli
mowa o zdobywaniu wiedzy przyrodniczej, czyli dotyczącej praktycznie wszystkiego, co znajduje się wokół
nas. Choć niektórzy utrzymują, że dzieci mogą posiąść
wiedzę przyrodniczą, nigdy bezpośrednio nie obcując
z obiektem zainteresowania (Godley, 2008), to jednak
istnieje niekwestionowana różnica pomiędzy taką wiedzą a wiedzą płynącą z osobistego doświadczenia natury. Obcowanie z naturą może zaowocować wzrostem
świadomości uczniów, kształtowaniem postaw pozytywnych względem środowiska przyrodniczego (Ürey
i wsp., 2009). Dzieci ze środowisk wiejskich zatem powinny być bardziej świadome zależności panujących
w otaczającym je świecie organizmów żywych niż ich
rówieśnicy z miasta. Aby sprawdzić powyższe przypuszczenie, przeprowadzono badania, których wyniki
zostały omówione w dalszej części tego artykułu.
O ile samo pochodzenie nie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na kształtowanie wiedzy w umysłach młodych ludzi, to jeśli weźmiemy pod uwagę
środowisko życia jako całość, możemy już dopatrzeć
się istotnego związku. Wielu badaczy potwierdziło
wpływ środowiska życia lub środowiska zajęć na uczenie się, a nawet zachowanie ucznia (Abbas i Othman,
2011; Ürey i wsp., 2009; Oloumi i wsp., 2011; Mirrahimi, 2011). Według Abbas i Othman (2011) dzieci
uczęszczające do przedszkoli położonych poza obszarem miejskim częściej brały udział w kłótniach, były
mniej towarzyskie i niechętnie współpracowały. Z kolei
wersja PL
SZKOŁA
popełniane przez większość uczniów, „można szukać
dróg naprawy sytuacji, dróg wspólnych dla dużych
grup uczniów, a może dla całej szkoły. (…) Można tak
pokierować procesem nauczania, by usunąć przyczyny
tworzenia się lub utrwalania błędów lub skutecznie eliminować już istniejące” (Szydłowski, 1991). W tym kontekście wiedza osobista byłaby złożona z konstruktów
myślowych jednostki, powstałych w wyniku doświadczeń jednostki, co nie oznacza dokładnego odzwierciedlenia rzeczywistości, a jedynie jej interpretację,
swoiste przekształcenie przez posiadane już osobiste
zasoby informacji. Jak podają Klus-Stańska i Nowicka,
do owego osobistego konstruktu myślowego (czyli szeroko rozumianej wiedzy) dochodzi się indywidualnie,
poprzez własne doświadczenia, poprzez negocjowanie
znaczeń z innymi osobami lub mentalnie oswojoną wiedzę publiczną (Klus-Stańska i Nowicka, 2005, s. 127).
Szczególnie istotne powinno być zatem nabycie umiejętności diagnozowania wiedzy osobistej uczniów przez
nauczycieli. Diagnozowanie cech uczniów, efektów ich
pracy czy diagnozowanie cech środowiska rodzinnego
uczniów jest jednym z głównych celów w procesie aktywności poznawczej nauczyciela. Kolejnym celem jest
wyjaśnianie przyczyn i uwarunkowań nie tylko zachowań uczniów, lecz także efektów procesu dydaktyczno-wychowawczego (Palka, 2011). Analiza odpowiedzi
uczniowskich, w tym popełnianych przez nich błędów,
jest nie tylko ważnym narzędziem dydaktyk szczegółowych, ale przede wszystkim dostarcza wielu cennych
informacji o samym uczniu, o jego wiedzy i niespodziewanych efektach procesu kształcenia, czyli konstruowania wiedzy osobistej ucznia (Dąbrowski, 2011). Wśród
narzędzi diagnostycznych w pedagogice wymieniane
są: metoda sondażu diagnostycznego, metoda indywidualnych przypadków oraz techniki takie jak obserwacja, wywiad, ankieta, kwestionariusze czy techniki
projekcyjne (Skałbania, 2011). Na potrzeby diagnozy
69
KRÓTKO
Materiał
Badania przeprowadzone zostały w pierwszej połowie 2013 roku na grupie 162 uczniów szkół podstawowych. Badaniu poddane zostały zarówno dziewczynki,
jak i chłopcy. Część dzieci (86) pochodziła ze środowisk
wiejskich, natomiast pozostałe (76) ze środowisk miejskich. Spośród dzieci wiejskich 11 zadeklarowało, że
wychowało się w gospodarstwie rolnym. Szkoły, w których przeprowadzono badania, znajdują się na terenie
miasta Poznań oraz gminy Gołańcz w województwie
Wielkopolskim.
Na potrzeby badania uczestników podzielono na
dwie grupy: w pierwszym etapie udział wzięli tylko
uczniowie klas 1–3 szkoły podstawowej (93, w tym 51
z gminy Gołańcz i 42 z miasta Poznania), w drugim
natomiast uczniowie klas 4–6 (69, w tym 35 z gminy
Gołańcz i 34 z miasta Poznania). Wszyscy uczestnicy,
zarówno ci wykonujący rysunek, jak i wypełniający ankietę, pracowali samodzielnie w klasie szkolnej w obecności nauczyciela.
Wybór uczniów ze skrajnych środowisk (duże miasto
i małe wioski) był zamierzony i niezbędny do osiągnięcia odpowiedniego kontrastu, w celu zbadania rzeczywistego wpływu środowiska na zasób wiedzy osobistej
dziecka. Niemniej niniejszą pracę należy traktować ra-
Metody
Zgromadzone w czasie badań wyniki (w postaci rysunków i wypełnionych ankiet) zostały poddane
analizie ilościowej i jakościowej opisanej przez Babbie
(2009). Analiza ilościowa jest stosowana do danych liczbowych. Zakłada przyjęcie większej próby badawczej
oraz wyciąganie wniosków w oparciu o statystyczną
analizę danych. Stosuje się w tym wypadku głównie
pytania zamknięte, a wpływ osoby przeprowadzającej
badania na uzyskiwane odpowiedzi jest niewielki. Analiza jakościowa, w odróżnieniu od ilościowej, opiera
się przede wszystkim na interpretacji i porównywaniu
odpowiedzi ankietowanych. Są to głównie odpowiedzi
na pytania otwarte, udzielone na piśmie, w innej formie
graficznej lub wypowiedziane i nagrane. Ze względu na
czasochłonny charakter tej metody grupa badawcza jest
przeważnie niewielka, za to wpływ ankietera na uzyskiwane dane znacznie większy niż w przypadku analizy
ilościowej.
W niniejszych badaniach wykorzystano dwie metody: analizę rysunków (jakościową i ilościową) oraz
analizę ankiet (ilościową i jakościową). Metodę rysunku wykorzystano w młodszych klasach, które zaznajomione są z rysowaniem i znacznie częściej wykorzystują
rysunek w praktyce szkolnej niż starsi uczniowie. Analiza rysunku jest często wykorzystywana do badania
wiedzy potocznej i zawartych w niej błędów, zarówno
wśród uczniów (Sözen i Bolat, 2011), jak i osób dorosłych (Broadbent i wsp., 2004). W niniejszych badaniach analiza rysunku posłużyła do zbadania wiedzy
potocznej/osobistej uczniów klas 1–3 szkoły podstawowej. Aby zbadać wiedzę uczniów, zarówno na temat
zwierząt gospodarskich, jak i domowych, dzieci podzielono na dwie grupy. Część z nich (21 uczniów ze środowisk miejskich i 33 ze środowisk wiejskich) otrzymało
polecenie „Narysuj zwierzęta domowe i wszystko, co
ci się z nimi kojarzy”, a polecenie dla drugiej grupy
(21 uczniów ze środowisk miejskich i 18 ze środowisk
wiejskich) brzmiało „Narysuj zwierzęta gospodarskie
i wszystko, co ci się z nimi kojarzy”. Zebrany materiał
poddano analizie jakościowej i ilościowej, dzięki czemu
możliwe było określenie nie tylko tego, jakie zwierzęta pojawiały się na rysunkach i z jaką częstością, lecz
także na jakie inne obiekty poza samymi organizmami
zwracali uwagę badani uczniowie. Do oceny istotności
statystycznej różnic pomiędzy analizowanymi rysunkami zastosowano dokładny test Fishera (http://www.
langsrud.com/stat/fisher.htm).
Do przeprowadzenia dodatkowych badań na poziomie klas 4–6 wykorzystano narzędzie w postaci ankiety. Ankieta ta, pod względem formy, jest zbliżona do testów szkolnych często przeprowadzanych na tym etapie
edukacji w celu diagnozowania wiedzy uczniów. Autorzy niniejszej pracy pragną zaznaczyć, że prezentowane
badania są jedynie wstępnymi danymi. W przypadku
prezentowanych badań w komponencie ilościowym
próba nie jest wystarczająco duża, by wyniki uznać za
reprezentatywne i aby wnioskować statystycznie o szerszej grupie. Niemniej jednak wyniki badań zarówno przeprowadzonych techniką rysunku, jak i badań
kwestionariuszowych wyglądają dość interesująco i są
dodatkowym, ciekawym źródłem informacji o wiedzy
osobistej uczniów i o zdiagnozowanych błędnych przekonaniach.
Sprawdzono w ankiecie m.in. wiedzę ogólną na
temat zwierząt gospodarskich (pytanie 2), po czym
za pomocą testu χ2 (nieparametryczny test U Manna-Whitneya, przeprowadzony przy pomocy programu
komputerowego Statistica) sprawdzono, czy różnice
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Materiał i metody
czej jako przyczynek do badań niż zakrojone na szeroką
skalę charakterystykę różnic międzyśrodowiskowych.
Wydaje się, że problem jest wart zaangażowania większej liczby badaczy i głębszego potraktowania.
wersja PL
SZKOŁA
nia wynikające z niereprezentatywności próby i sposobu jej doboru, wniosków płynących z poniższyh analiz
nie można uogólnić na całość populacji; niniejsza praca
służyć może jednak jako źródło poznanych błędnych
mniemań związanych z analizowanym zagadnieniem
oraz jako przykład możliwości wykorzystania zaproponowanych przez autorów metod badania wiedzy osobistej uczniów.
70
KRÓTKO
71
Rysunki stworzone na polecenie „Narysuj zwierzęta domowe i wszystko, co ci się z nimi kojarzy”
Zwierzę
Dzieci z obszarów wiejskich
Dzieci z obszarów miejskich
Łącznie
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Kot
21
64
18
86
39
72
Ryby
19
58
14
67
33
61
Pies
17
52
14
67
31
57
Ptak
10
30
14
67
24
44
Chomik
7
21
5
24
12
22
Królik *
0
0
9
43
9
Świnka morska *
3
9
0
0
Jeż *
2
6
0
Mysz *
0
0
2
Pająk *
0
0
2
Wąż *
0
0
Żółw *
2
Jaszczurka
0
Kangur
Tabela 1. Porównanie
częstości pojawiania
się poszczególnych
zwierząt domowych
na rysunkach uczniów
wiejskich i miejskich
klas 1–3 szkoły
podstawowej
Symbol * przy nazwie
zwierzęcia oznacza, że
wynik był istotny statystycznie (p<0,05). Przy
pojedynczych wskazaniach obliczenia nie były
wykonywane.
Rysunki stworzone na polecenie „Narysuj zwierzęta gospodarskie i wszystko, co ci się z nimi kojarzy”
Zwierzę
Łącznie
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Liczba
zwierząt na
rysunkach
%
Świnia
14
78
17
81
31
79
Owca/baran
13
72
12
57
25
64
Koń
12
67
10
48
22
56
Kura/kogut *
8
44
13
62
21
54
Krowa/byk *
6
33
12
57
18
46
17
Pies
8
44
9
43
17
44
3
6
Kot *
4
22
10
48
14
36
0
2
4
Kaczka *
9
50
3
14
12
31
10
2
4
8
44
0
0
8
21
10
2
4
Osioł *
2
11
0
0
2
5
2
10
2
4
Bażant
1
6
0
0
1
3
6
0
0
2
4
Indyk
1
6
0
0
1
3
0
1
5
1
2
Bocian
0
0
1
5
1
3
1
3
0
0
1
2
Tabela 2. Porównanie
częstości pojawiania
się poszczególnych
zwierząt gospodarskich
na rysunkach uczniów
wiejskich i miejskich klas
1–3 szkoły podstawowej
Królik *
Gęś
0
0
1
5
1
3
Motyl
1
3
0
0
1
2
Jaszczurka
0
0
1
5
1
3
Patyczak
0
0
1
5
1
2
Koza
0
0
1
5
1
3
Wiewiórka
1
3
0
0
1
2
Symbol * przy nazwie zwierzęcia oznacza, że wynik
był istotny statystycznie
(p<0,05).
18
100
21
100
39
100
Łączna liczba
rysunków
Łączna liczba
rysunków
33
100
21
100
54
100
NAUKA
W tabeli 1 przedstawiono porównanie częstości
pojawiania się poszczególnych rodzajów zwierząt domowych na rysunkach dzieci klas 1–3 obu badanych
środowisk. Zauważyć można, że najczęściej rysowanym
zwierzęciem domowym, zarówno przez uczniów z te-
renów wiejskich, jak i miejskich, był kot (łącznie 72%
rysunków). Dość często pojawiały się na rysunkach
obu grup również ryby (61%), pies (57%) i ptaki (44%).
Niektóre zwierzęta były rysowane tylko przez uczniów
z jednego z badanych środowisk. Dzieci miejskie jako
zwierzę domowe wskazały królika, mysz, pająka, węża,
jaszczurkę i patyczaka, czego nie zrobiło żadne z dzieci
wiejskich. Odwrotnie sytuacja wygląda z jeżem, świnką morską, żółwiem, motylem, kangurem i wiewiórką.
SZKOŁA
Analiza rysunków uczniów klas 1–3 szkoły podstawowej
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Wyniki
w odpowiedziach pomiędzy dziećmi ze środowisk wiejskich a dziećmi ze środowisk miejskich są istotne statystycznie. Pozostałe odpowiedzi były analizowane przy
zastosowaniu dokładnego testu Fishera.
Do analizy jakościowej pytań otwartych niezbędne było utworzenie kategorii (Babbie, 2009), a dzięki
umieszczonej w ankiecie metryczce możliwe było określenie, ilu badanych wychowuje się w gospodarstwach
rolnych.
wersja PL
72
Dzieci ze środowisk wiejskich
Dzieci ze środowisk miejskich
Liczba
rysunków
%
Liczba
rysunków
Akwarium/terrarium/klatka
19
58
Przedstawienie zwierząt we
wnętrzu domu *
5
Pokarm dla zwierząt *
Łącznie
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Łącznie
%
%
Liczba
wskazań
%
Liczba
wskazań
%
Liczba
wskazań
%
17
81
36
67
Budynki gospodarcze *
0
0
11
52
11
28
15
13
62
18
33
Świnia kąpiąca się w błocie *
0
0
6
29
6
15
12
36
5
24
17
31
Pokarm dla zwierząt *
0
0
5
24
5
13
Potomstwo *
5
28
1
5
6
Człowiek w otoczeniu zwierząt *
15
0
0
4
19
4
7
Kaczki pływające po wodzie *
0
0
3
14
3
8
Potomstwo
1
3
2
10
3
6
Pies na łańcuchu *
0
0
2
10
2
5
0
0
1
5
1
3
Zabawki dla zwierząt/sprzęt
do pielęgnacji
2
6
0
0
2
4
Odgłosy wydawane przez
zwierzęta
Pies na łańcuchu *
2
6
0
0
2
4
Kolczykowanie zwierząt
0
0
1
5
1
3
Weterynarz
1
3
0
0
1
2
Człowiek jadący konno
0
0
1
5
1
3
Odchody
0
0
1
5
1
2
Tabela 3a. Pojawiające się na rysunkach skojarzenia uczniów klas 1-3 szkoły
podstawowej związane ze zwierzętami domowymi
Symbol * przy nazwie skojarzenia (elementu pojawiającego się na rysunku) oznacza, że wynik był
istotny statystycznie (p<0,05).
KRÓTKO
Symbol * przy nazwie skojarzenia (elementu pojawiającego się na rysunku) oznacza, że
wynik był istotny statystycznie (p<0,05).
Tabela 3b. Pojawiające się na rysunkach skojarzenia uczniów klas 1-3 szkoły podstawowej
związane ze zwierzętami gospodarskimi
NAUKA
Skojarzenie
Liczba
rysunków
SZKOŁA
Skojarzenie
Dzieci ze środowisk
miejskich
wersja PL
Ryc. 2. Przykładowa odpowiedź ucznia ze środowiska
wiejskiego na polecenie „Narysuj zwierzęta domowe
i wszystko, co ci się z nimi kojarzy”
miejskiego na polecenie „Narysuj zwierzęta domowe
miejskiego na polecenie „Narysuj zwierzęta gospodarskie
Zwierzę
Zdzieci
z obszarów
wiejskich
Razem liczba
odpowiedzi
w obu
grupach
Świnia
34
32
66
Krowa
35
28
63
Kura
31
32
63
Koń
18
23
41
Pies
14
17
31
Kot
11
15
26
Kaczka
13
11
24
Owca *
21
13
34
Koza
13
11
24
Gęś *
6
11
17
Zwierzę
Królik
5
5
10
O koniu
6
8
O kocie *
26
15
O żyrafie *
1
5
O żadnym *
2
7
Tabela 4. Częstość odpowiedzi uczniów na pytanie „Jakie
znasz zwierzęta gospodarskie?“
Symbol * przy nazwie zwierzęcia oznacza, że wynik był istotny
statystycznie (p<0,05).
(liczba wskazań)
Zwierzę
(liczba wskazań)
widuję
nigdy
często
raz
kilka razy
widuję
często
0
0
21
13
34
0
0
0
34
0
4
9
20
0
nigdy
raz
kilka razy
Koń
0
2
20
13
Kot
0
0
1
Żyrafa
14
18
3
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
Oprócz samych zwierząt w pracach pojawiały się
również inne obiekty odzwierciedlające skojarzenia
dzieci związane z tematem rysunku. Częstość ich występowania w obu grupach ilustrują tabele 3a i 3b.
W przypadku rysunków dotyczących zwierząt domowych dzieci ze środowisk wiejskich częściej przedstawiały je we wnętrzu domu, zaś dzieci ze środowisk wiejskich częściej rysowały w tym wypadku pokarm dla
zwierząt. Różnice te są istotne statystycznie. Natomiast
na rysunkach przedstawiających zwierzęta gospodarskie różnic istotnych statystycznie było więcej. Dzieci
ze środowisk wiejskich przedstawiały w tym wypadku
jedynie potomstwo, zaś dzieci ze środowisk miejskich
umieszczały na swoich wytworach budynki gospodarcze, pokarm dla zwierząt, czy ich zachowania, jak świnie kąpiące się w błocie czy kaczki pływające w stawie.
Przykładowe rysunki poddawane analizie zamieszczone są na rycinach 1–4.
wersja PL
Tabela 5a. Rozkład odpowiedzi na pytanie:
Jak często widujesz na żywo wymienione
w tabeli zwierzęta?
KRÓTKO
wiejskiego na polecenie „Narysuj zwierzęta gospodarskie
Tych zwierząt nie wskazał żaden z uczniów miejskich,
podczas gdy pojawiały się one na rysunkach uczniów
wiejskich. Różnice istotne statystycznie dotyczyły kategorii mniej licznych i największa zauważalna jest
w przypadku królika, który dla dzieci ze środowisk
miejskich był zwierzęciem domowym.
W przypadku pytania o zwierzęta gospodarskie
(Tabela 2) najczęściej wymienianym zwierzęciem była
świnia (łącznie aż 79% rysunków) następnie owca lub
baran (64%) i koń (56%). W tabeli 2 przedstawiono
porównanie częstości pojawiania się poszczególnych
rodzajów zwierząt gospodarskich na rysunkach dzieci
klas 1–3 obu badanych środowisk. Różnice istotne statystycznie zauważyć można w przypadku kury/koguta,
krowy/byka i kota, które to zwierzęta były znacznie
częściej rysowane przez dzieci z obszarów miejskich.
Zwierzęta takie jak kaczka i królik częściej pojawiały się
na rysunkach dzieci z obszarów wiejskich i jest to również różnica istotna statystycznie.
73
NAUKA
Tabela 5b. Rozkład odpowiedzi na pytanie
„O którym z tych zwierząt możesz napisać
najwięcej informacji?”
Oznacza on również liczbę poprawnych informacji
przekazanych przez uczniów na temat danego
zwierzęcia. Symbol * przy nazwie zwierzęcia oznacza, że wynik był istotny statystycznie (p<0,05).
74
(liczba wskazań)
Są trzymane w domu
6
5
Są oswojone, nie boją się ludzi
5
6
Są przyjaciółmi człowieka
4
5
Pies
21
19
40
Kot
22
17
39
Można się z nimi bawić *
2
6
Chomik
9
8
17
Są przywiązane do opiekuna
4
4
Rybki *
7
4
11
Trzeba się nimi opiekować, karmić je
4
4
Mają małe rozmiary
4
3
Mają bardziej zadbany wygląd
4
3
Zachowują się specyficznie
4
1
Są trzymane w klatce
2
2
Są spokojne, niegroźne
3
1
Świnka
morska
5
4
9
Królik *
2
4
6
Tabela 6a. Przykłady najczęściej wymienianych
zwierząt domowych według uczniów klas 4–6
był istotny statystycznie (p<0,05).
(liczba odpowiedzi)
(liczba odpowiedzi)
Pies
18
13
Kot
9
6
Rybki
7
8
Królik *
5
3
Chomik *
1
Żółw
Nic
Zwierzę
NAUKA
Zwierzę
(liczba wskazań)
Cecha
Tabela 6b. Charakterystyka zwierząt domowych według uczniów klas 4–6
Symbol * przy cesze zwierzęcia oznacza, że wynik był istotny statystycznie (p<0,05).
Powód
Dzieci z obsza- Dzieci z obszarów wiejskich rów miejskich
(liczba odpo- (liczna odpowiedzi)
wiedzi)
Własne zamiłowanie (bo lubię/kocham te zwierzęta) (pies, kot, królik, chomik, rybki)
11
9
Przywiązuje się do właściciela (pies, kot) *
2
6
Łatwe w opiece (rybki, kot) *
2
5
3
Względy estetyczne (bo jest ładne/słodkie)
(kot, rybki, królik, kanarek, papuga)
4
4
1
2
Można się z nim bawić (pies, kot, królik, chomik)
3
3
10
8
Ze względu na jego charakter (pies, kot) *
0
5
3
2
1
1
Mogą się rozmnażać (królik)
2
0
Do obrony (pies)
0
2
Tabela 7a. Najczęściej podawane odpowiedzi
uczniów na pytanie „Jakie zwierzęta hodujesz?”
był istotny statystycznie (p<0,05).
Dostałem/am w prezencie (pies, rybki, chomik,
świnka morska, żółw)
Znalazłem/am i przygarnąłem/am (pies, chomik)
Tabela 7b. Najczęściej podawane odpowiedzi uczniów na pytanie
„Dlaczego hodujesz akurat to zwierzę?”
Wraz z podaniem zwierzęcia, które jest w danej kategorii hodowane przez uczniów.
Symbol * przy argumencie podawanym przez ucznia oznacza, że wynik był istotny
statystycznie (p<0,05).
SZKOŁA
W tabeli 4. przedstawiono rozkład częstości najczęstszych odpowiedzi na pytanie pierwsze kwestionariusza „Jakie znasz zwierzęta gospodarskie? Wypisz
ich nazwy” (nie uwzględniano tych zwierząt, których
liczba była równa lub mniejsza niż 3). Najczęściej wymienianym zwierzęciem gospodarskim była świnia
(34 wskazania wśród dzieci z obszarów wiejskich i 32
wśród dzieci z obszarów miejskich). Jednak różnica ta
nie jest istotna statystycznie. Istotne statystycznie różnice dotyczyły jedynie owcy, która była częściej wymieniana przez dzieci ze środowisk wiejskich i gęsi, które
były częściej wymieniane przez uczniów ze środowisk
miejskich. Pojawiły się również odpowiedzi niespodziewane, jak perkoz (1 wskazanie; uczeń z obszarów wiejskich) czy papużka (1 wskazanie; uczeń miejski). Uczniowie wymieniali różną liczbę gatunków (od 3 do 13),
jednak wartość modalnej w obu przypadkach wynosi 5.
W zadaniu drugim uczniowie zostali poproszeni
o wybranie najbardziej według nich odpowiedniego
zakończenia dla pięciu zdań. Pytanie to sprawdzało
wiedzę potoczną na temat zwierząt gospodarczych. Dla
każdego z pięciu podpunktów porównano rozkład odpowiedzi dzieci ze środowisk wiejskich i miejskich, wykonując w tym celu test χ2. Wyniki testu przedstawiają
się następująco:
• dla podpunktu pierwszego („Zaznacz poprawne
dokończenie zdania: Jeśli w stadzie kur nie ma koguta…) i czwartego („Zaznacz poprawne dokończenie zdania: Na młode świnie mówimy prosięta,
a na ich rodziców…) różnica w rozkładzie odpowiedzi dzieci z obszarów miejskich i wiejskich okazała się istotna statystycznie (kolejno: p1= 0,004;
p4=0,032). Częściej poprawnej odpowiedzi udzieliły dzieci ze środowisk wiejskich.
• dla podpunktów: drugiego („Zaznacz poprawne
dokończenie zdania: Aby krowa zaczęła dawać
mleko musi…), trzeciego („Zaznacz poprawne
Dzieci
Dzieci
Razem
z obszarów z obszarów liczba odwiejskich miejskich powiedzi
(liczba
(liczba
w obu
wskazań) wskazań)
grupach
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Analiza ankiet uczniów klas 4-6 szkoły podstawowej
wersja PL
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
d
NAUKA
a
b
KRÓTKO
dokończenie zdania: Małe kaczątka niedługo po
wykluciu…) i piątego („Zaznacz poprawne dokończenie zdania: Kocica czasami przynosi kociętom
żywe myszy. Robi to…) różnica w rozkładzie odpowiedzi dzieci z obszarów miejskich i wiejskich okazała się nieistotna statystycznie (p2=0,70; p3=0,70;
p5=0,75).
Zestawienie odpowiedzi na pytanie 3. kwestionariusza (Zaznacz (X) jak często widujesz na żywo wymienione w tabeli zwierzęta. O którym z tych zwierząt możesz napisać najwięcej informacji?) ilustrują tabele 5a
i 5b. Uczniowie z obu środowisk zadeklarowali, że najczęściej widują kota. Również w drugiej części pytania
najczęściej wskazywano kota, jako zwierzę, o którym
ankietowani są w stanie podać najwięcej informacji.
Tabela 6a. przedstawia podane przez ankietowanych
uczniów przykłady zwierząt domowych. Najczęściej
wymieniany był pies, kot i chomik. Różnice te nie są
jednak istotne statystycznie. Natomiast istotne statystycznie różnice pojawiają się w przypadku rybek, które częściej były wymieniane przez dzieci ze środowisk
wiejskich i królików wymienianych częściej przez dzieci ze środowisk wiejskich.
Z wypowiedzi uczniów wyłania się również charakterystyka zwierząt domowych. Odpowiedzi zostały
skategoryzowane, a ich rozkład przedstawiono poniżej
(tabela 6b). Jak widać zarówno dzieci z obszarów wiejskich, jak i miejskich wskazywały przede wszystkim na
dwie cechy; zwierzęta domowe to takie, które są trzymane w domu oraz nie boją się ludzi. Jedyną odnotowaną różnicą w odpowiedziach udzielanych przez dzieci
z obu środowisk była możliwość zabawy ze zwierzęciem
domowym wskazywana częściej przez dzieci miejskie.
Ostatnie pytanie dotyczyło tego, jakie zwierzęta hodują ankietowani i z jakich powodów. Najwięcej osób
zadeklarowało posiadanie psa, kota i rybek. 18 uczniów
odpowiedziało, że nie hoduje żadnego zwierzęcia (tabela 7a).
75
e
Ryc. 5. Błędy w przedstawianiu zwierząt (a–e)
c
Uczniowie przedstawiają ptaka z dziobem i dodatkową „buzią”
oprócz niego, lub z samą „buzią”, bez dzioba; (e) królik został
ukazany w pozycji stojącej, którą często można zobaczyć w kreskówkach.
Dyskusja
Choć niniejsze badania nie były przeprowadzone
na dostatecznie licznej grupie i nie mogą być uznane za
reprezentatywne, to jako diagnoza różnic w postrzeganiu zwierząt domowych i gospodarskich pomiędzy uczniami z dwóch środowisk dostarczają ciekawych informacji. Dostępne w słowniku języka polskiego definicje
zwierząt domowych i gospodarskich podają, że:
• zwierzęta gospodarskie to zwierzęta chowane
w gospodarstwie rolnym w celu uzyskania produkcji towarowej lub siły pociągowej;
• zwierzęta domowe to zwierzęta tradycyjnie przebywające wraz z człowiekiem w jego domu lub innym odpowiednim pomieszczeniu, utrzymywane
przez człowieka w charakterze jego towarzysza.
Analiza uzyskanych wyników nie wykazała drastycznych różnic w wiedzy uczniów na temat zwierząt
domowych. Zarówno na rysunkach, jak i w kwestionariuszach w obu środowiskach zamieszkania, najczęściej
wymienianym zwierzęciem domowym był kot i pies
(tabele 1, 6a). Dzieci ze środowisk miejskich znacznie
częściej wskazywały królika jako zwierzę domowe niż
dzieci ze środowisk wiejskich. W grupach zamieszkujących dwa analizowane środowiska najczęściej wymienianą cechą zwierząt domowych był fakt trzymania ich
w domu. Ponadto dzieci ze środowisk miejskich częściej
przedstawiały na rycinach wnętrze domu (tabela 3a)
lub wskazywały fakt możliwości bawienia się z takim
zwierzęciem (tabela 6b). W świetle przeprowadzonych
badań królik zwraca uwagę, ponieważ w zależności od
środowiska życia i formuły pytania dzieci ze środowisk
wiejskich zaliczają go albo do zwierząt gospodarskich
albo do zwierząt domowych. Podobna sytuacja jest
z kotem i jego postrzeganiem przez dzieci ze środowisk
miejskich, które przedstawiają kota jako zwierzę domowe (tabele 1, 6a) lub gospodarskie (tabele 2, 4). Wskazywanie kota jako zwierzęcia gospodarskiego odbiega od
ogólnie przyjętej definicji takowego organizmu.
Analizując informacje przedstawione przez badaną grupę dotyczące zwierząt gospodarskich zauważyć
można większe różnice przedstawiane przez dzieci
pochodzące z różnych środowisk. Rysunki dzieci ze
środowisk wiejskich były bardziej surowe, uboższe
w liczbę skojarzeń, przedstawiały najczęściej dane zwierzę. Do tego zwierzęta często były podpisane. Ciekawy
jest również fakt, że żadne z dzieci wiejskich nie zwróciło uwagi na budynki gospodarcze (tabela 3b), a jedynym skojarzeniem, jakie pojawiało się na pracach tych
uczniów, była zdolność zwierząt do wydawania na świat
potomstwa. Dzieci ze środowisk miejskich chętniej
przedstawiały zwierzęta wraz z całą „infrastrukturą”,
czyli zagrodami, paśnikami, budynkami. Jednak to na
ich rysunkach częściej pojawiły się przykłady błędnych
przekonań dotyczących zwierząt. Różnice w postrzeganiu zwierząt przez dzieci ze środowisk wiejskich i miejskich przejawiają się nie tylko w ich wiedzy osobistej
i istniejących w niej błędnych przekonaniach. Najczęściej wymienianym zwierzęciem gospodarskim we
wszystkich grupach była świnia (tabele 2, 4). Dzieci ze
środowisk wiejskich wymieniały większą liczbę zwierząt gospodarskich (tabela 4) i generalnie przedstawiane przez nich informacje na temat zwierząt były częściej
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
• Są różne rasy koni np. kasztan. (uczeń z miasta)
Analiza rysunków ukazała jedynie dwa oczywiste
błędy, z których jeden powtórzył się aż 4 razy na różnych rysunkach. Uczniowie przedstawiali ptaka z dziobem i dodatkową „buzią” oprócz niego, lub z samą „buzią”, bez dzioba. Drugim zaobserwowanym przykładem
błędnego mniemania był rysunek królika, który został
ukazany w pozycji stojącej, a takową pozycję często
można zobaczyć w kreskówkach. Autorami wszystkich
tych prac były dzieci z miasta.
wersja PL
SZKOŁA
Wśród powodów, dla których uczniowie hodują
zwierzęta, najczęściej był podawany w obu grupach ten,
że cieszą się one sympatią danego ucznia. Różnice nie
były istotne statystycznie.
Uczniowie ze środowisk miejskich częściej wymieniali takie argumenty jak przywiązywanie się do
właściciela, łatwość w opiece czy charakter zwierzęcia
i w wypadku tych argumentów różnice między środowiskami były istotne statystycznie.
Podczas analizy rysunków i ankiet udało się również znaleźć przykłady alternatywnych koncepcji egzystujących w wiedzy osobistej badanych uczniów. Przykładowe odpowiedzi uczniów zawierające swoiste luki
i niedopowiedzenia przytoczono poniżej:
• Czy hodujesz jakieś zwierzęta? Nie, ale mam psa
i rybki, a nie wiem czy je hoduję. (uczeń ze wsi)
• Żyrafa: ma długą szyję, jest pod ochroną, mieszka
w ZOO. (uczeń ze wsi)
• Żyrafa żywi się trawą i liśćmi z drzew. (uczeń ze wsi)
• Kot ma cztery kończyny, ma wąsy po to, aby czuć
zapach. (uczeń ze wsi)
• Koty: małe i słodkie zwierzęta. Po urodzeniu matka
i ojciec opiekują się nimi. (uczeń ze wsi)
• Kot gdy jest mały ma duże oczy i pyszczek i gdy rośnie, tej wielkości zostają. (uczeń ze wsi)
• Kot pije najczęściej mleko, ponieważ nie lubi wody.
(uczeń z miasta)
• Koń żeby dawał mleko musi jeść dużo trawy i siana.
(uczeń z miasta)
• Konie były hodowane głównie dlatego, że nie było
traktorów. (uczeń z miasta)
• Koty nie lubią za bardzo łapać myszy ale czasami
muszą. Lubią nie robić nic tylko chodzić. (uczeń
z miasta)
• Kot chodzi po całym podwórku, śpi i nie wie co ma
ze sobą zrobić. Ciągle miauczy, bo nigdy nie jest najedzony. (uczeń z miasta)
76
KRÓTKO
„Kot (…), ma wąsy po to, aby czuć zapach”1. Czasem
błędne mniemania mogą wynikać z potocznego postrzegania kota (stereotypu czy symbolu). Kopaliński
(2007) wśród symboli przypisywanych kotu wymienia:
upodobanie w wygodzie i luksusie, lenistwo, swobodę
czy niezależność. Trudno nie zauważyć związku między
takim stereotypowym, społecznym postrzeganiem kota
a takimi odpowiedziami uczniów jak: „Koty nie lubią za
bardzo łapać myszy ale czasami muszą. Lubią nie robić
nic tylko chodzić” czy też „Kot chodzi po całym podwórku, śpi i nie wie co ma ze sobą zrobić. Ciągle miałczy, bo
nigdy nie jest najedzony”. Błędne przekonania i alternatywne koncepcje występują niezależnie od płci, w każdych grupach wiekowych, klasach społecznych czy kręgach kulturowych (Prokop i wsp., 2008). Na co dzień
pełnią użyteczną rolę pozwalając się orientować w świecie, poukładać go niejako „na swój sposób”. Z drugiej
strony są one bardzo odporne na zmiany. Źródłem
takich koncepcji może być osoba, która je przekazała (rodzic albo nauczyciel) lub błędne rozumienie zagadnienia. Mogą one powstawać w umysłach ludzkich
w drodze doświadczenia i niejako „naiwnego” wyjaśniania złożonych nieraz zagadnień lub przedstawiania
abstrakcyjnych zjawisk osobie, która nie ma osobistego
doświadczenia z nimi (Yip, 1998). Na przykład, jak wytłumaczyć komuś, kto nigdy nie widział zimy, czym jest
śnieg? Maj (2011) opisując włoskie doświadczenia w zakresie elastycznego planowania procesu edukacyjnego
i wdrażania strategii progettazione zwraca uwagę m.in.
na to, że wszelkie wątpliwości, niepewności i błędy, jakie pojawiają się w trakcie zajęć szkolnych, są tam traktowane jako zasoby. Autorka ta podkreśla również rolę
diagnozy wiedzy wyjściowej uczniów przeprowadzonej
przez nauczycieli w planowaniu zajęć edukacyjnych.
1 Wibrysy, potocznie nazywane wąsami, pełnią funkcje narządów
czuciowych
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
(2008) utrzymuje, że dzieci mogą posiąść wiedzę przyrodniczą, nigdy bezpośrednio nie obcując z obiektem
zainteresowania, to jednak istnieje pewna różnica pomiędzy taką wiedzą a wiedzą płynącą z osobistego doświadczenia natury. Ürey (2009) twierdzi, że obcowanie
z naturą może zaowocować wzrostem świadomości uczniów względem środowiska przyrodniczego.
Wśród analizowanej grupy najczęściej hodowanym
zwierzęciem jest pies, kot i rybki. Ponadto dzieci ze środowisk wiejskich częściej wskazują tu królika, a dzieci ze środowisk miejskich chomika (tabela 7a). Pewne
różnice w zależności od środowiska zamieszkania uczniów można zaobserwować analizując motywy hodowli
zwierząt domowych (tabela 7b). Choć niektóre kategorie odpowiedzi były reprezentowane z równą częstością
(np. przywiązanie do właściciela czy po prostu względy
estetyczne), były też pewne istotne różnice. Ankietowani ze wsi zwracali uwagę na takie aspekty jak hodowanie zwierząt dla pieniędzy lub w celach spożywczych,
możliwość ich kojarzenia i powiększania hodowli oraz
długość życia zwierzęcia. Mniej istotne było dla nich
przywiązanie, łatwość hodowli, charakter zwierzęcia,
czy też możliwość zabawy z pupilem, na co z kolei nacisk kładli ankietowani z miasta.
Błędne przekonania, jakie zdiagnozowano pośród
uczestników badania, częściej ujawniły się w grupie
starszych dzieci, która też miała trudniejsze zadanie
i udzielała bardziej złożonych odpowiedzi. Dzieci wiejskie częściej podawały błędne informacje na temat żyrafy. To wysokie zwierzę miałoby najczęściej żywić się
trawą lub mieć szyję „mocno narażoną na złamanie
i gibką” (co, jak wspomniano wcześniej, może mieć
związek z ograniczoną możliwością kontaktu z tym
zwierzęciem). Pojawiały się też błędy, które dotyczą
zwierząt często spotykanych w otoczeniu dzieci; wypowiedź ucznia miejskiego „Koń żeby dawał mleko, musi
jeść dużo trawy i siana” lub jednego z uczniów wiejskich
wersja PL
SZKOŁA
poprawne niż informacje przekazywane przez dzieci ze
środowisk miejskich (analiza pyt. 2. kwestionariusza).
Wyraźnie można zauważyć różnice w postrzeganiu,
wynikające z tego, jaką rolę w otoczeniu dziecka pełni
dane zwierzę. Kot, który na wsi jest przeznaczony głównie do łapania myszy, w mieście zostaje niejako „zdegradowany” do roli zwierzęcia domowego. Strommen
(1995) badając uczniów szkół podstawowych mieszkających w środowiskach leśnych i miejskich zauważył
wyraźną korelację pomiędzy wiedzą o leśnych zwierzętach a miejscem zamieszkania. Przedstawione przez
niego wyniki wskazują, że dzieci zamieszkałe w lasach
i mające możliwość bezpośrednich kontaktów ze zwierzętami nie tylko mają większy zasób wiedzy na temat
tych zwierząt, ale i cechują się lepszym rozumieniem
zjawisk i procesów przyrodniczych. Podobnie przedstawiają to zagadnienie Tunnicliffe i Reiss (1999), wykazując, że podstawowa wiedza uczniów o zwierzętach
pochodzi głównie z domu rodzinnego i bezpośrednich
obserwacji. Tarłowski (2006) wykazał również wpływ
bezpośrednich kontaktów z przyrodą (głównie w różnych środowiskach, wiejskim i miejskim) oraz wiedzy
biologicznej rodziców na ogólne pojmowanie i koncepcje dzieci czteroletnich na temat człowieka, innych ssaków oraz owadów.
W prezentowanych badaniach udało się wykazać
wzajemną relację pomiędzy tym, jak często uczniowie
widują dane zwierzę, a liczbą informacji, jakie mogą
o nim podać. Obie grupy zadeklarowały, że najczęściej
widują kota (pytanie 2. oraz tabele 5a i 5b). To właśnie
o kocie podawano najwięcej informacji, choć w tym
wypadku dzieci ze środowisk wiejskich udzielały tych
odpowiedzi częściej niż dzieci ze środowisk miejskich.
Dzieci z miasta widywały żyrafę znacznie częściej niż ich
koledzy z wiosek i udzielały większej liczby informacji
na temat tego zwierzęcia. W tym wypadku również była
to różnica istotna statystycznie (tabela 5b). Choć Godley
77
KRÓTKO
Uzyskane wyniki zachęcają do kontynuowania badań dotyczących wpływu środowiska życia na wiedzę
osobistą uczniów (lepsza znajomość zwierząt gospodarskich przez uczniów pochodzących ze szkół wiejskich).
Nie do przecenienia jest rola bezpośredniego kontaktu
z naturą (również poprzez hodowlę zwierząt w domu
i opiekę nad zwierzęciem domowym, lub hodowlę
i opiekę na zwierzętami w pracowni biologicznej) celem
kształtowania wiedzy i postaw uczniów.
Wiedza osobista uczniów zawiera często błędne
przekonania, które nie zawszę są weryfikowane nawet
przez bezpośrednie doświadczenia z przyrodą lub naturą. Stąd pojawiające się zalecenie zwłaszcza dla nauczycieli edukacji wczesnoszkolnej i przyrody dotyczące
diagnozowania wiedzy wstępnej i częstszego planowania zajęć umożliwiających zastąpienie błędnych przekonań wiedzą naukową.
Rysunki stanowią ciekawe narzędzie poznania koncepcji uczniów na temat zwierząt. Mogą stanowić one
dla nauczycieli źródło cennych informacji o sposobie
postrzegania przyrody przez ich podopiecznych.
Bibliografia:
Abbas MY, Othman M (2011). Social behaviours between urban and
non-urban pre-school children. Procedia-Social and Behavioral
Sciences, 30, 2001-2009.
Babbie E (2009). Podstawy badań społecznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
Barraza L (1999). Children’s drawings about the environment. Environmental Education Research, 5 (1), 49-66.
Broadbent E, Petrie KJ, Ellis C J, Ying J, Gamble G (2004). A picture of health—myocardial infarction patients’ drawings of their
hearts and subsequent disability: a longitudinal study. Journal of
psychosomatic research,57 (6), 583-587.
Dąbrowski M (2011) Dziecko potrafi, czyli o rozwijaniu zdolności
matematycznych uczniów, str. 129 – 152 [w] red. Buła A., and
Bonar J. Poznać–Zrozumieć–Doświadczyć Teoretyczne podstawy
praktycznego kształcenia nauczycieli wczesnej edukacji. Oficyna
Wydawnicza „Impuls”, 2011.
Ehrlén, K (2009). Drawings as representations of children’s conceptions. International Journal of Science Education, 31 (1), 41-57.
Godley B (2008). Children’s Perceptions of Rainforest Biodiversity:
Which Animals Have the Lion’s Share of Environmental Awareness? PLoS ONE 3(7): e2579. doi:10.1371/journal.pone.0002579,
United Kingdom
Klus-Stańska D (2000). Konstruowanie wiedzy w szkole, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn
Klus-Stańska D, Nowicka M (2005). Sensy i bezsensy edukacji wczesnoszkolnej. Warszawa.
Kopaliński W. (2007) Słownik symboli. Oficyna Wydawnicza
RYTM. Warszawa.
Maddock MN (1981). Science education: An anthropological viewpoint. Studies in Science Education, 8, 1-26
Maj A (2011) Emergent curriculum i progettazione – elastyczne planowanie w edukacji elementarnej str. 115 – 128 [w] red. Buła A.,
and Bonar J. Poznać–Zrozumieć–Doświadczyć Teoretyczne podstawy praktycznego kształcenia nauczycieli wczesnej edukacji.
Oficyna Wydawnicza „Impuls”, 2011.
Majcher I, Suska-Wróbel R (2005). Zasób osobistej wiedzy przyrodniczej dzieci dziewięcioletnich, Wydawnictwo Uniwersytetu
Gdańskiego, Gdańsk
Michalak R (2011) Konstruktywizm i neurobiologia w edukacji
dziecka. Od teorii do praktyki. Str. 95-114. [w] red. Buła A., and
Bonar J. Poznać–Zrozumieć–Doświadczyć Teoretyczne podstawy
praktycznego kształcenia nauczycieli wczesnej edukacji. Oficyna
Wydawnicza „Impuls”, 2011.
Mintzes JJ., Wandersee, JH, & Novak, J. D. (Eds.). (2005). Assessing
science understanding: A human constructivist view. Academic
Press.
Mirrahmi S (2011). Comparison how outdoor learning enhances EQ
skills between Australia and Singapore education. In PROCEEDINGS OF 1 ST INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CONDUCIVE LEARNING ENVIRONMENT FOR SMART SCHOOL
(CLES) 2011 (p. 82 – 88).
Oloumi S, Mahdavinejad M, Namvarrad A (2011). Evaluation of outdoor environment from the viewpoint of children. Procedia – Social and Behavioral Sciences, 35, 431-439
Osborne J, Dillon J (2008). Science education in Europe: Critical reflections (Vol. 13). London: The Nuffield Foundation.
Palka K. (2011) Rozpoznawanie, wyjaśnianie i rozumienie w pracy dydaktyczno-wychowawczej nauczycieli klas początkowych,
str. 31-38 [w] red. Buła A., and Bonar J. Poznać–Zrozumieć–
Doświadczyć Teoretyczne podstawy praktycznego kształcenia
nauczycieli wczesnej edukacji. Oficyna Wydawnicza „Impuls”,
2011.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Wnioski
wersja PL
SZKOŁA
Wśród zwierząt wymienianych w kwestionariuszach zaliczanych do grupy domowych nikt z badanych
uczniów nie wskazał zwierząt bezkręgowych, najliczniej
reprezentowane były ssaki, potem ptaki i pojedynczo
gady (żółw i wąż), oraz ryby (traktowane są w kategoriach ogólnych jako grupa zwierząt). Nieliczne wskazania zwierząt bezkręgowych pojawiały się jedynie na
rysunkach uczniów w klasach 1–3. Ogólna tendencja do
pomijania zwierząt innych niż kręgowce w typowym
myśleniu o zwierzętach pozostaje w zgodzie z badaniami Prokopa i wsp. (2008), którzy piszą wręcz o pomijaniu bezkręgowców przez dzieci biorących udział w badanich.
Dzieci z różnych środowisk zwracają uwagę na różne aspekty otaczającego je świata. To z kolei może mieć
istotny wpływ na kształtowanie się w ich umysłach wiedzy i na popełniane w przyszłości błędy. Majcher i Suska-Wróbel (2005) zasygnalizowały, że „na bogactwo
dziecięcych doświadczeń przyrodniczych wpływ wywiera środowisko lokalne i rodzinne”. Jednak według
ich badań, dzieci ze środowisk miejskich miały tych doświadczeń znacznie więcej. W przypadku niniejszych
badań można raczej mówić o różnicach jakościowych
w zgromadzonym doświadczeniu. Przeprowadzona na
potrzeby niniejszej pracy analiza wypowiedzi uczniów
pozwoliła na wsparcie założonej hipotezy – środowisko
życia ucznia ma wpływ na jego wiedzę osobistą o zwierzętach gospodarskich i domowych. Ponadto wiedza
potoczna na temat zwierząt gospodarskich jest bogatsza
w przypadku uczniów ze środowisk wiejskich. Niemniej
zaznaczyć trzeba, że ze względu m.in. na wielkość grupy badanej są to wstępne wyniki wymagające dalszej
analizy, która mogłaby ostatecznie potwierdzić wpływ
środowiska na kształtowanie się wiedzy potocznej.
78
KRÓTKO
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Prokop P, Prokop M, Tunnicliffe S D (2008). Effects of keeping animals as pets on children’s concepts of vertebrates and invertebrates. International Journal of Science Education, 30(4), 431-449.
Randhawa B S, Michayluk J O (1975). Learning environment in rural
and urban classrooms. American Educational Research Journal,
12(3), 265-279.
Reiss, MJ., & Tunnicliffe, S. D. (2001). Students’ understandings of
human organs and organ systems. Research in Science Education,
31 (3), 383-399
Rosalska M., Zamorska B. (2002). Konstruktywistyczna koncepcja uczenia się. [W:] Uczenie metoda projektów. Pod red. B.D.
Gołębniak. Warszawa: WSiP, s.82-85.
Skałbania B. (2011). Diagnostyka pedagogiczna. Oficyna Wydawnicza Impuls.
Sözen M, Bolat M (2011). Determining the misconceptions of primary school students related to sound transmission through drawing, [in:] Procedia Social and Behavioral Sciences 15.
Strommen E (1995). Lions and tigers and bears, oh my! Children’s
conceptions on forests and their inhabitants. Journal of Research
in Science Teaching, 32(7), 683–689.
Szydłowski H (1991). Nauczanie fizyki a wiedza potoczna uczniów,
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Poznań
Śniadek B. (1997). Konstruktywistyczne podejście do nauczania
o świetle i jego właściwościach. [W:] Przyroda, badania, język,
pod red. S. Dylaka. Warszawa: CODN, s. 43-57.
Tarłowski A (2006). If it’s an animal it has axons: Experience and culture in preschool children’s reasoning about animates. Cognitive
Development 21(3), 249–265
Treagust DF (2012, October). Diagnostic assessment in science as
a means to improving teaching, learning and retention. In Proceedings of The Australian Conference on Science and Mathematics Education (formerly UniServe Science Conference).
Tunnicliffe SD, Reiss M J (1999). Building a model of the new environment: How do children see animals? Journal of Biological
Education, 33(3), 142–148.
Ürey M, Çolak K, Okur M (2009). Regional differences in environment education of primary education in terms of teacher conceptions. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 1(1), 795-799.
Witwicki W. (2002) (przekład), Platon – Parmenides Teajtet, Wydawnictwo ANTYK, Kęty
Yip DY (1998). Identification of misconceptions in novice biology
teachers and remedial strategies for improving biology learning.
International Journal of Science Education, 20(4), 461–477.
wersja PL
SZKOŁA
79
KRÓTKO
Eliza Rybska
Streszczenie:
Jednym z celów prezentowanej pracy jest zaproponowanie
podziału wytworów graficznych ucznia (choć podział
ten nie jest ograniczony do sytuacji tylko szkolnych),
w zależności od stopnia zaangażowania umysłowego autora. Zaproponowany trójpodział obejmuje: 1) schematy
– które oznaczają przedstawianie tego, co uczeń widzi, 2) rysunki – w których uczeń przedstawia wytwór graficzny ze
zrozumieniem istoty zagadnienia oraz 3) szkice – w których
uczeń na podstawie swojej wiedzy, umiejętności i zrozumienia zagadnienia rozwiązuje problemy biologiczne, tworzy
nowe, nieistniejące lub jeszcze nieodkryte reprezentacje,
jako wyraz własnej kreatywności. Podział taki odnosi się zatem przede wszystkim do trzech wymiarów rysowania jako
aktywności podmiotu, w efekcie której powstają 3 typy wytworów graficznych. Wydaje się, że w praktyce dydaktycznej
najczęściej wykorzystywany jest typ pierwszy – co może
ograniczać rozwój kreatywności wśród uczniów polskiej
szkoły. Dodatkowym celem jest zatem zachęcenie wszystkich osób zajmujących się szeroko rozumianym nauczaniem do wdrażania rysowania i szkicowania do praktyki
edukacyjnej. Zwłaszcza, że zastosowanie metody rysowania
może wspierać rozumienie zjawisk przyrodniczych.
Słowa kluczowe: schemat, rysunek, szkic, kreatywność,
twórczość, nauczanie problemowe
dr Eliza Rybska: Wydziałowa Pracownia Dydaktyki
Wytwory graficzne powstające przy użyciu kredek
czy ołówków często określane są wspólnym mianem rysunków1 bez względu na to, jakie było zaangażowanie
w jego wykonanie samego autora. W słownikach rysunek opisywany bywa najczęściej jako kombinacja linii
na płaszczyźnie. Co zatem sprawia, że niektóre z tych
kombinacji wywołują emocje tłumu, inne zaś co najwyżej uśmiech na twarzy rodzica?
Zainteresowanie rysunkami dzieci jako narzędziami mogącymi posłużyć do zrozumienia ich koncepcji otaczającego świata miał już wykazywać Darwin
(Łobocki, 2000). Najczęściej ów wytwór działalności
ludzkiej omawiany był w literaturze przedmiotu jako
narzędzie wykorzystywane w badaniach psychologicznych lub ogólnie pedagogicznych, zwłaszcza w pedagogice twórczości. W Polsce zagadnieniem twórczości,
w ramach którego mieści się rysowanie, badało szerokie
grono osób, m.in. Zbigniew Pietrasiński, Krzysztof
Szmidt, Wiesława Limont, Katarzyna Krasoń, Janina
Uszyńska‑Jarmoc, Hanna Krause‑Sikorska, Urszula
Szuścik, Jolanta Bonar, Dorota Czelakowska i Edward
Nęcka. Jako typowe narzędzie w badaniach dydaktycznych czy narzędzie umożliwiające poznanie koncepcji
dzieci o otaczającym je świecie i o nich samych na szerszą skalę zaczęto wykorzystywać rysunki w latach 80.
ubiegłego wieku, zaś ich popularność do dziś nie słabnie, o czym świadczą liczne publikacje (Driver i wsp.,
1985; Tunnicliffe i Reiss, 2001; Prokop i Fančovičova,
2006; Ehrlén, 2009). W środowisku polskim jego wykorzystanie jako narzędzia diagnostycznego na polu dydaktycznym jest minimalne.
1 W pierwszej części artykułu termin „rysunek” będzie używany
w szerszym znaczeniu. W dalszej części autor tekstu zaproponuje
podział wytworów graficznych, w którym znaczenie terminu „rysunek” zostanie w pewien sposób ograniczone.
Wykorzystanie rysunku jako narzędzia, dzięki któremu dziecko reprezentuje naukowe obserwacje, było
wykazane m.in. przez Hayes i Symington już w roku
1984 (Rennie i Jarvis, 1995). W roku 1983 Chambers
opracował „Draw-a-Scientist-Test”, który z powodzeniem jest wykorzystywany do dziś jako narzędzie do
zbierania informacji o tym, jaki stereotypowy obraz naukowca posiadają dzieci (Finson, 2002). Rysowanie jest
dla małych dzieci narzędziem pozwalającym im na odzwierciedlenie tego, co zaobserwowały, doświadczyły,
do czego dociekały lub o czym myślą (Katz, 1998; Chang,
2005). Nauczycielom analizującym takie wytwory graficzne swoich podopiecznych dają one cenne informacje o stopniu rozumienia danego zagadnienia (Chang,
2005). Wówczas rysunki są źródłem informacji m.in.
o błędnych przekonaniach (ang. misconceptions), które
włączone są w osobiste struktury wiedzy uczniowskiej.
Badanie owych błędnych przekonań, również przy użyciu rysunku jako narzędzia, ma już dość rozbudowane
tradycje w badaniach z zakresu edukacji przyrodniczej
(Köse, 2008; Prokop i Fančovičova, 2006; Ehrlén, 2009).
Rysunek bywa postrzegany jako swoiste „okno” do
świata dziecięcych reprezentacji umysłowych (Cherney
i wsp., 2006). Dewey (1897) zwracał uwagę na rolę kształtowania wyobrażeń w procesach uczenia się i z takiej
perspektywy rysunek jako osobista i metaforyczna reprezentacja świata odgrywa znaczącą rolę (Kąkolewicz,
2011). Jako graficzne przedstawienie świata w edukacji
stanowi on coś więcej niż zadośćuczynienie głoszonej
przez Komeńskiego zasadzie poglądowości – jest narzędziem tworzenia wiedzy osobistej. Choć trzeba oddać
Komeńskiemu, że w swojej księdze Wielka dydaktyka
zalecał on posługiwanie się obrazami, rysunkami czy
modelami głównie w przypadku braku możliwości bezpośredniego obcowania z przyrodą, hołdując przy tym
staremu hasłu empirystów, że nie ma w umyśle niczego,
czego by wpierw nie było w zmysłach. Odnosząc się do
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Czym jest „rysunek” w edukacji?
wersja PL
SZKOŁA
Rysowanie w edukacji
biologicznej – model
konceptualizacji
80
KRÓTKO
Rysowanie w edukacji biologicznej – model konceptualizacji | Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
81
Rysunki mogą być skuteczne w zapewnianiu studentom możliwości rozwijania własnych umiejętności
obserwacyjnych, pozwalając im jednocześnie zrozumieć świat przyrody. Obserwacja i interpretowanie zjawisk przyrodniczych należą do kluczowych elementów
w procesach naukowych i obie te umiejętności mogą
zostać utracone, jeśli nie poświęcimy więcej czasu na
rozwijanie zdolności rysowania na lekcjach z szeroko
rozumianej przyrody (Dempsey i Betz, 2001). Ponadto
rysunki pomagają w ujawnianiu wiedzy i przekonań
uczniowskich, które pozostają ukryte dla innych operacji lub metod przy jednoczesnym braku werbalnych
ograniczeń (Ören, 2012). Podawane i opisywane są w literaturze również przypadki zastosowania rysunków
w strategii problemowej (Góra, 1974).
Rysunki były i są wykorzystywane jako narzędzie
służące poznawaniu dziecięcych koncepcji i rozumienia zagadnień typowo biologicznych. Przykładowo
Reiss i Tunnicliffe (2001) czy Prokop i Fančovičova
(2006) używali rysunków jako narzędzia do zbierania
informacji na temat rozumienia przez uczniów budowy
anatomicznej człowieka. Podobnie badane były koncepcje dzieci na temat budowy anatomicznej zwierząt bezkręgowych. W takich badaniach Prokop i wsp. (2008)
opisali na podstawie analizy rysunków dziecięcych, że
najczęściej uczniowie mają problem z rozumiem budowy układu służącego do wymiany gazowej, kiedy zarówno u raka, jak i u chrząszcza wszyscy rysowali płuca
typowe dla ssaków. Dikmenli (2009) analizując rysunki
uczniowskie opisał niemałą liczbę błędnych przekonań,
które istnieją w umysłach uczniów, a dotyczą podziałów komórkowych. Barraza (1999) porównywała ry-
NAUKA
Dotychczas opisane zalety wykorzystania
wytworów graficznych (określanych mianem
rysunków) w edukacji
SZKOŁA
graficznych dzieci może być użytecznym narzędziem
zbierania informacji o koncepcjach dziecięcych, ale tylko pod warunkiem, że badacz pozna znaczenie, jakie
poszczególnym elementom rysunku nadają ich autorzy.
Pisząc o znaczeniu nauczania rysunku, Mrożkiewicz (1961) zwracał uwagę na to, że umożliwia on: 1)
zdobywanie przez uczniów wiedzy o formie otaczającej
rzeczywistości poprzez jej obserwację, 2) praktyczne
ćwiczenia grafomotoryczne, 3) wyrabianie kultury estetycznej i 4) wpływanie na rozwój psychiczny, głównie
emocjonalny.
Kąkolewicz (2011) zwraca uwagę na możliwość wykorzystania rysowania jako formy „osobistych notatek
obrazujących i stymulujących myślenie, procesy uwagowe i własną ekspresję oddającą m.in. emocje” rysującego w stosunku do obiektu rysowanego.
W ostatnich latach na rolę rysowania w edukacji
i zaniedbanie jego obecności w rzeczywistości szkolnej
zwraca uwagę Mirosław Orzechowski (2015). Autor ten
pisze o metodzie nauczania rysunku dla architektów,
która traktuje rysunek jako „narzędzie poznawcze i służące do zapisu twórczej myśli projektowej”. Zwraca on
uwagę na to, że rysunek pozwala dziecku na samodzielne odkrywanie świata. Nie jest często spotykanym podejściem traktowanie rysowania jako metody nauczania. Z tego punktu widzenia podejście Orzechowskiego
nie znajduje odzwierciedlenia w wielu podręcznikach
klasycznej dydaktyki. Być może jest to z jednej strony
spowodowane rozwojem technologii informatycznych
i zawężeniem postrzegania rysowania metody pracy
do edukacji wczesnoszkolnej. Niemniej jednak warto
zastanowić się, czy odchodząc od rysowania w tradycyjnym nauczaniu, przypadkiem nie kształcimy społeczeństwa, które rysować nie będzie potrafiło i wszystkie
wytwory graficzne będzie tworzyć przed ekranem komputera.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
zasady poglądowości, Rykow (1956) stwierdził, że „poglądowość” wywodzi się od „oglądania”, co miałoby
m.in. oznaczać oddziaływanie wrażeń wzrokowych na
świadomość. Wyróżnił on trzy postaci poglądowości: 1)
bezpośrednią (naturalną) – w której środkiem oddziaływania na fotoreceptory mają być naturalne obiekty
lub zjawiska; 2) pośrednią (warunkującą) – w której
pojęcie biologiczne jest kształtowane w sposób pośredni – za pomocą jakiegoś zamiennika (jak tablica, obraz,
rysunek) i 3) teoretyczną (słowną) – przy której uczniowie odtwarzają obrazy z wyobraźni.
Rozumienie rysunku jako komunikatu rozważa
m.in. M. Karczmarzyk (2010). Poruszając zagadnienie
nadawania znaczeń rysunkowi dziecięcemu zauważa
ona trzy schematy, których zastosowanie zależy od tego,
kto znaczenie nadaje. W pierwszym rysunek jest formą
dialogu – porozumiewania się dziecka (autora rysunku) z innymi (odbiorcami) za pomocą tegoż wytworu.
Według drugiego schematu odczytywanie rysunku jest
monologiem z samym sobą, poprzez rysunek odbiorca poznaje istotę swojego jestestwa. Poprzez rysunek
oglądający go „inny” odnajduje siebie. W trzecim zaproponowanym schemacie rysunek jest komunikatem
symbolicznym, zastępującym język, który jest niezbędny, aby zdać sobie sprawę z własnego istnienia i wejść
w kontakt ze społeczeństwem.
Rysunki mają też tę zaletę, że umożliwiają dokonywanie porównań wyników międzynarodowych badań
przeprowadzonych przy zastosowaniu rysowania jako
metody badawczej, omijając wówczas pojawiający się
często problem lingwistyczny (Prokop i Fančovičova,
2006). Pomimo niewątpliwych zalet rysunków dzieci jako źródła informacji o wiedzy osobistej autorów,
w ostatnich latach pojawiły się prace stosujące mieszane metody graficzno-słowne. Zwłaszcza Ehrlén (2009)
zwróciła szczególną uwagę na to, że analiza wytworów
wersja PL
rysowanie jest bardzo przydatnym narzędziem podczas
lekcji z mikroskopowania, zajęć laboratoryjnych, lekcji
anatomii czy nawet zajęć terenowych. Ci sami autorzy
przyznają jednak, że chociaż nauczyciele dostrzegają
rolę rysowania, nie przykładają do samej aktywności
większej uwagi, nie dokonują również oceny wytworów
graficznych swoich podopiecznych. Taka postawa doprowadza do sytuacji, w której uczniowie nie doceniają
rysowania i najczęściej kopiują gotowe schematy z opisów ćwiczeń czy z podręczników.
Kazimierz Sośnicki w swojej książce pt. Zarys dydaktyki z 1925 r. wśród zalet rysunku wymienia swoistą właściwość do pewnej modyfikacji jego w celach
dydaktycznych, która miałaby polegać na uwydatnianiu najbardziej charakterystycznych cech przedmiotu.
Wśród innych zalet rysowania na tablicy wymienione są
m.in. możliwość przedstawiania stadiów rozwojowych
za pomocą sekwencji pojawiających się rysunków oraz
umożliwienie „schematyzowania”, czyli upraszczania
treści. Ponadto autor ten zaleca, by metodę rysunku
stosować nie tylko do przedmiotów dla dedykowanych,
jak rachunki czy geometria, lecz także dla takich, dla
których „zdawałoby się pozornie, że słowo nauczyciela wystarczy bez posługiwania się grafiką, a więc przy
nauce języków, historii, przyrody, geografii, fizyki”.
McLean, Henson i Hiles (2003) zastosowali metodę rysowania do jakościowej ewaluacji wprowadzonej
strategii nauczania problemowego na studiach medycznych. Założyli oni przy tym, że rysunek jest swoistą
metaforą, zaś tę definiowali jako „bazujący na zasobach
wyobraźni sposób opisywania czegoś odwołując się do
czegoś innego, posiadającego cechy, które chcemy wyrazić” (definicja zaczerpnięta ze słownika Sinclair J, ed.
Collins Cobuild English Language Dictionary. London:
Harper Collins Publishers 1993). Sfard (1998) zwraca
uwagę na to, że sam akt tworzenia metafory musi być
poprzedzony refleksją, zatem przedstawiając graficzną
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
• zwiększenie zaangażowania – gdyż rysowanie
zmienia pozycję ucznia od pasywnego odbiorcy do
twórcy, jednocześnie wskazując na indywidualne
różnice między poszczególnymi uczniami;
• nauczanie uczniów jak przedstawiać idee naukowe
– tworzenie własnych reprezentacji może pogłębić
uczniowskie rozumienie specyficznych dla nauk
przyrodniczych konwencji reprezentacji (np. wykresów), ich zastosowań, lub nawet całościowego
rozumienia omawianych zagadnień;
• pomoc w rozwijaniu rozumowania naukowego
– aby wykazać się konceptualnym rozumieniem
uczniowie powinni nauczyć się wnioskować i analizować dane przedstawiane w różnych formach –
często w postaci wizualnych modeli;
• rysunek jako strategię uczenia się – jeśli strategia
efektywnego uczenia się obejmuje takie elementy jak niesienie pomocy uczącym się, aby mogli pokonać własne ograniczenia w omawianych
zagadnieniach, przeorganizować swoją wiedzę
bardziej efektywnie oraz zintegrować nowo
napływające informacje z istniejącym już
w umysłach rozumieniem tych zagadnień, to
rysowanie spełnia kryteria takiej strategii;
• rysunek jako formę komunikacji – podobnie jak naukowcy rysują schematy i wykresy,
by umożliwić zrozumienie wyników własnych
badań i zaprezentować je kolegom czy szerokiej
społeczności, tak samo rysunek jest formą
komunikacji nadawcy z odbiorcą.
O rysunkach w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych w Polsce pisało kilku autorów, m.in. Barbara
Góra (1974) czy Jan Winklewski (1969). W praktyce dydaktycznej również wspomniany już wcześniej Rykow
(1956) zachęcał do wykorzystywania rysunków podczas
nauczania zoologii. Prawie każdy nauczyciel biologii
może potwierdzić to, co opisują Dempsey i Betz (2001), że
wersja PL
SZKOŁA
sunki dzieci z Meksyku i Wielkiej Brytanii dotyczące
ich postrzegania środowiska oraz wyobrażeń jak będzie
to środowisko wyglądać w przyszłości. Dove, Everett
i Preece (1999) badali dziecięce wyobrażenia dotyczące
basenów rzecznych i obiegu wody w przyrodzie.
Na rolę rysunków w tekstach zwrócili uwagę również Levie i Lentz (1982), przeglądając 55 różnych eksperymentów dokonanych przez innych naukowców.
Wskazali oni, że zwykła ilustracja może zainteresować
czytelnika, wpływać na jego postawy względem tematu
(przedmiotu), o którym jest mowa, lub wzbudzać emocjonalne reakcje. Szczególne jednak znaczenie przypisali oni rysunkowi jako możliwości przestrzennej wizualizacji treści, które trudno przekazać za pomocą słów.
Korzyści wynikające z wykorzystania rysunku podczas edukacji związanej z przedmiotami przyrodniczymi wymienili m.in. autorzy pracy „Drawing to learn in
science” – Ainsworth, Prain i Tytler (2011), która ukazała się na łamach Science. Zwracając uwagę na to, że wizualizacja jest integralną częścią myślenia naukowego,
wymienili dodatkowe korzyści, jakie wynikają z zastosowania rysowania na przedmiotach przyrodniczych.
Niepokojącym zjawiskiem, zdaniem tych autorów, jest
fakt, że w szkole uczniowie podczas zajęć przyrodniczych najczęściej interpretują obrazy przedstawiane im
przez prowadzącego, ale sami nie dokonują wizualizacji procesu czy omawianego zjawiska. Wymienili oni
również pięć powodów, dla których nauka rysowania
powinna być traktowana w edukacji na równi z nauką
pisania, czytania czy prowadzenia rozmów jako kluczowy element edukacji przyrodniczej. Uważam, że w tego
rodzaju edukacji niezbędna jest również nauka liczenia,
gdyż zastosowanie metod statystycznych, jak i modeli
matematycznych w naukach przyrodniczych jest w dzisiejszych badaniach ważnym elementem. Wśród powodów wprowadzania nauki rysowania wspierającej edukację przyrodniczą Ainsworth i wsp. (2011) wymieniają:
82
KRÓTKO
83
Ryc. 1. Przykłady schematów wykorzystywanych
podczas zajęć przyrodniczych
a) schemat wykonany podczas obserwacji mikroskopowej
preparatu z łuski liścia spichrzowego cebuli;
NAUKA
W tej części artykułu zaprezentowana zostanie autorska propozycja trójpodziału wytworów graficznych
oparta na zróżnicowanym zaangażowaniu umysłowym
autorów rysunków. Orzechowski (2015) prezentuje stanowisko, w świetle którego rysowanie, jako aktywność
ucznia, powinno stać się jedną z metod nauczania, a nie
tylko środkiem dydaktycznym. Podobnego zdania jest
również autor niniejszej pracy. Od tego miejsca termin „rysunek” jest używany w konkretnym znaczeniu, które zostało poniżej opisane. Zaproponowany
podział oparty jest nie na ogólnie przyjętych taksonomiach wytworów graficznych, lecz na stopniu zaangażowania umysłowego autora wytworu. W tym ujęciu
proces rysowania można traktować z perspektywy
trzech wytworów. Trójpodział ten obejmuje:
• schemat – który oznacza wizualizację, odwzorowanie, kopiowanie, imitację (tu też mieści się
przerysowywanie obiektu spod mikroskopu);
uczeń rysuje to, co widzi;
• rysunek – który oznacza przedstawienie graficzne
ze zrozumieniem treści, taki rysunek wpisuje się
w zasadę uczenia się przez działanie (ang. learning
by doing) – tu wpisane mogą być mapy mentalne,
tworzenie wykresów, modeli, czy graficznych notatek; uczeń rysuje to, co rozumie;
nież na lekcjach przyrody i biologii. Obejmuje on kopiowanie gotowego schematu jak przerysowanie grafiki
przedstawianej przez nauczyciela kiedyś na tablicy –
obecnie częściej na ekranie rzutnika multimedialnego,
rysowanie obserwowanego obiektu spod mikroskopu
itp. Często nawet tworzenie wykresów czy diagramów,
jeśli nie angażuje ucznia w sposób rzeczywisty, a jedynie
pozorny, jest tylko tworzeniem schematu. W tej sferze
publikuje i komunikuje się z innymi większość naukowców z zakresu Science education. Przedstawiając czytel-
b) schemat obserwacji makroskopowej szarotki alpejskiej.
a
Źródła rycin: zeszyty uczniów, którzy chcą pozostać anonimowi, a uczęszczali na lekcje biologii prowadzone przez
autora pracy.
b
Fosforylacja niecykliczna
Ferredoksyna
X1
NADP +
H2O
NADPH2
H+ + OH- fotodysocjacja wody
e-
e-
światło
O2 – do atmosfery
-
e
Chlorofil A
cyt. F
cyt.b
SZKOŁA
Trzy wymiary rysowania
• szkic – który oznacza graficzne rozwiązywanie
problemów, zewnętrznie może mieć różne postaci,
ale wyróżnia go fakt innowacji, szkic umożliwia
przechodzenie z obrazu na tekst, dochodzenie do
innowacji tekstowych przez szkic; uczeń rysując,
tworzy.
Schemat jest ujmowany jako prosta wizualizacja.
Zakłada on kopiowanie, imitację gotowych, obecnych
w podręcznikach lub innych źródłach schematów.
W szkole ten typ rysunku występuje najczęściej, rów-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
X2
Chlorofil A (680 nm)
Ryc. 2. Schemat fosforylacji
cyklicznej zachodzącej
w fotosyntezie
Podobny schemat jest często przedstawiany uczniom do przerysowania,
bez konieczności umysłowego przetwarzania danych, czy dostarczanych
informacji.
Źródło: opracowanie własne.
PS I (700 nm)
ATP ADP + Pi
Światło
KRÓTKO
reprezentację zmiany, jaka dokonała się w postrzeganiu siebie samych przez studentów 1. roku medycyny,
jest swoistą metaforą. Wśród nieanalizowanej dogłębnie, a zauważonej przez McLean, Henson i Hiles (2003)
właściwości zastosowania takiego typu ewaluacji warto
podkreślić fakt „żywego, emocjonalnego zaangażowania” studentów w jego wykonanie. Zauważyli oni, że
rysunki dostarczają informacji o odczuciach, emocjach
i refleksjach ich autorów.
wersja PL
Ryc. 3. Przykład rysunku
Zadaniem uczniów było zobrazowanie prawa tolerancji Shelforda,
którego do tej pory uczniowie nie znali.
Ryc. 4. Przykład rysunku wykonanego przez uczennicę
obrazującego funkcje wybranych witamin w organizmie
człowieka
Źródła rycin: zeszyt ucznia, który chce pozostać anonimowy,
a uczęszczał na lekcje biologii prowadzone przez autora pracy.
Źródła rycin: praca uczennicy, która chce pozostać anonimowa,
a uczęszczała na lekcje biologii prowadzone przez autora pracy.
się nad możliwościami przedstawienia tekstu w sposób
graficzny, wymaga odrzucenia zbędnych informacji podanych w tekście i przedstawienie istoty rzeczy. Takie
umiejętności pobudzają myślenie syntetyczne i analityczne. Problemy (pytania) są znane, a uczeń szuka odpowiedzi na te problemy przetwarzając słowa na obrazy,
np. jak graficznie przedstawić prawo tolerancji Shelforda? (przykład takiego rysunku wykonanego podczas
lekcji biologii jest zamieszczony na ryc. 3). Takie rysowanie zaproponował również zespół Ainsworth i wsp.
(2011). Autorzy wielu artykułów i publikacji naukowych
chcąc przybliżyć wyniki swoich badań odbiorcom stosują ten typ rysowania dla samych siebie, jako ich autorzy – przechodzą od słów do obrazów – dokonują transformacji idei do symbolu graficznego. Rysunek w takim
znaczeniu jest kształtowany przez istniejące lub powstające w trakcie rysowania pomysły i idee, które uczeń posiada. Tworzony jest on również zgodnie z jego wiedzą
o wizualnych konwencjach (Ainsworth i wsp., 2011).
Warto zwrócić uwagę, że o konieczności wiązania obrazów ze słowami w procesie edukacyjnym, o czerpaniu
przez dzieci większej przyjemności z nauki, pisał już
Erazm z Rotterdamu (za: Góra, 1974). Rysowanie zatem
byłoby klasyfikowane również jako metoda oparta na
obserwacji (Zborowski, 1974), ale jako metoda samodzielnego dochodzenia do wiedzy (Okoń, 1987).
Szkic – Szkicowanie umożliwia przechodzenie od
obrazu do słów. Uczniowie szkicując formułują prawa,
stawiają pytania i graficznie na nie odpowiadają. Szkic
w takim ujęciu jest hipotezą, próbą odpowiedzi na pytanie zadane w głowie jego twórcy. Regularne szkicowanie
umożliwia wprowadzenie systematycznej kreatywności
na lekcjach szkolnych. Wprowadzając do procesu dydaktycznego jakiś prototyp, nawet kategorię z poziomu
podstawowego pojęć, i zezwalając na modyfikację prototypu, ale według określonej listy praw modyfikacji,
umożliwiamy nie tylko dochodzenie do „rozwiązań”
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
przedstawianie tego, co uczeń już rozumie, może wpisywać się w ideę uczenia się przez działanie (ang. learning
by doing). Rysunek daje możliwość przejścia z obszaru
językowego na obszar graficzny, z tekstu na obraz.
Uczniowie rysując udzielają odpowiedzi na postawione
przez nauczyciela gotowe pytanie. Rysowanie pobudza
wyobraźnię, ale jeszcze nie promuje kreatywności, gdyż
uczeń działa w obrębie znanych algorytmów. Zaś kreatywność czy twórczość rozumiana jest tu w sposób
zaproponowany przez Pietrasińskiego (1969) jako „aktywność przynosząca wytwory dotąd nieznane, a zarazem społecznie wartościowe”. Konieczność poddania
wytworu twórczego ocenie uwypuklał też Stein (1963).
Rysowanie, jak wspomniano powyżej, umożliwia szukanie odpowiedzi i aby wykonać taki rysunek uczeń
musi przejść przez stan kontemplacji, zastanowienia
wersja PL
SZKOŁA
nikom gotowy schemat jako wizualizację zebranych danych. Schemat w przedstawianym ujęciu jest swoistym
przechodzeniem z obrazu do obrazu, bez konieczności
obróbki myślowej podejmowanych czynności, umożliwia odbiorcom skupienie się na detalach, a nie na holistycznym ujęciu. Zachęca do wiernego kopiowania,
ale nie do poszukiwania pytań czy odpowiedzi. Daje
możliwość aktywizacji odtwórczej, w której – jak pisze
Cieszyńska (2010) – nowe informacje są zaledwie rejestrowane. Przykład typowego schematu zamieszczono
na rycinie 1. i 2. Rysowanie schematyczne zatem byłoby
klasyfikowane jako metoda oparta na obserwacji (Zborowski, 1974) lub metoda asymilacji wiedzy oparta na
aktywnoś
Rysunek – powinien być narzędziem aktywizacji
twórczej, a nie odtwórczej. Rysowanie, które umożliwia
84
KRÓTKO
Ryc. 5. Przykład szkicu wykonanego podczas zajęć z zakresu ekologii obrazujący pomysł ucznia na zaklasyfikowanie
mechanizmów obrony czynnej zwierząt przed drapieżnikami
Źródła rycin: praca ucznia, który chce pozostać anonimowy, a uczęszczał na lekcje biologii prowadzone przez autora pracy.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
kacji Okonia (1974) szkicowanie byłoby jedną z metod
samodzielnego dochodzenia do wiedzy polegającą na
rozwiązywaniu problemów lub nawet metodą praktyczną, w której uczeń podejmuje aktywność o charakterze
praktyczno-technicznym i zmierza do zmiany otoczenia lub stwarza nowe jego formy (Okoń, 1987).
Przesłanki świadczące za przyjęciem
zastosowanego podziału wytworów graficznych
na zajęciach z biologii
W zaproponowanym w przedstawionej pracy podziale wytworów graficznych jako kryterium przyjęte
zostało zaangażowanie umysłowe ich autorów. Zatem
podział taki odnosi się bardziej do czynności i wskazuje
na trzy wymiary rysowania jako aktywności podmiotu.
Schematy są generalnie najczęściej wykorzystywanym
wytworem graficznym w szkołach. Coraz częściej obserwować można sytuacje, w których uczniowie nawet
nie przerysowują ich do zeszytu, otrzymując gotowe
notatki z lekcji od nauczyciela w postaci pliku PDF. Pomijanie lub nawet nieobecność dwóch kolejnych form
wytworów graficznych budzi niepokój. Rysunki są reprezentacjami idei, a więc graficzną formą uściślenia
odpowiedzi na wcześniej postawione pytanie. Szkice
natomiast są generatorami idei, za pomocą których graficznie zadajemy pytania i na nie odpowiadamy. W swej
naturze szkice stanowią odzwierciedlenie pierwszych
etapów metody naukowej, w których stawia się problemy badawcze – pytania i na podstawie naukowo uzasadnionych przypuszczeń formułuje na nie odpowiedzi
w postaci hipotez. Wydaje się, że zaproponowany
podział wytworów graficznych może również służyć
jako model dochodzenia do twórczego rozwiązywania problemów poprzez rysowanie. Rozpoczynając
od schematów prezentujących szczegóły i oddających
to, co uczeń widzi przez rysunki, które powstają jako
NAUKA
transformację modelu tworzą nowe byty, zadają pytania
i szukają na nie odpowiedzi. Propozycja szkicowania
oznacza weryfikację tezy o możliwości zaprogramowanego procesu kreatywnego rozwiązywania problemów
przez rysunek. De facto nie jest ona całkowicie nowym
ujęciem, gdyż pomysł ten jest swoistym zaadoptowaniem rozwiązań zaproponowanych przez Altshuller
i Shulyak (1996) dla przemysłu. Przykład szkicu jest
zaprezentowany na ryc. 5. Szkicowanie byłoby klasyfikowane jako metoda oparta na działaniu (Zborowski,
1974) lub jako metoda poszukująca (Zborowski wyróżnił taki typ metod w 1966 roku). Według klasyfi-
wersja PL
SZKOŁA
przez szkicowanie, lecz także zadawanie kolejnych pytań wywodzących się z rozwiązanego problemu. Nawet
jeśli te prawa, które uczniowie odkrywają, są już dawno
poznane i opisane w naukowym świecie, to dla dziecka
są wciąż nowe. Mamy wówczas do czynienia z twórczością wtórną. Twórczością taką może parać się już małe
dziecko, uzupełniając luki w informacjach przekazywanych mu przez dorosłych i rozwijając własną sprawność
intelektualną (Pietrasiński, 1969). Ten typ aktywności
graficznej promuje kreatywność, uczniowie tworzą
wyjściowy model (prototyp, jako pojęcie podstawowe)
i przez dodawanie lub odejmowanie elementów, przez
85
KRÓTKO
Konkluzja
Zagadnienie twórczości jest przedmiotem zainteresowania psychologów, pedagogów, dydaktyków, kognitywistów i wielu przedstawicieli innych dziedzin nauki
i sztuki, ale rzadko twórczość łączona jest z nauczaniem
przedmiotów przyrodniczych. Świadome i systematyczne wprowadzanie do procesu edukacyjnego zaproponowanego modelu (od schematów przez rysunki
do szkiców) na przedmiotach przyrodniczych otwiera
ścieżkę systematycznego dochodzenia do kreatywności.
Aktywizacja może być twórcza i odtwórcza, wytwory
graficzne powstające na lekcjach przyrodniczych powinny być narzędziem aktywizacji twórczej – w duchu
konstruktywizmu i wbrew tradycyjnemu nauczaniu
biologii lub przedmiotów przyrodniczych. W czasach,
w których kreatywność w kulturze zachodniej wydaje
się cenioną wartością, kształcenie umożliwiające czy
nawet wspierające jej doskonalenie powinno być promowane. Edukacja „przez twórczość” może być i powinna
być realizowana również podczas zajęć przyrodniczych.
Bibliografia:
Ainsworth S, Prain V, Tytler R (2011). Drawing to learn in science.
Science, 333(6046):, 1096-1079.
Altshuller G, Shulyak L (1996). And suddenly the inventor appeared:
TRIZ, the theory of inventive problem solving. Technical Innovation Center, Inc.
Barraza, L. (1999) Children’s Drawings About the Environment. Environmental Education Research, 5: 49-66.
Chambers DW (1983). Stereotypic Images of the Scientist: The Draw
a Scientist Test. Science Education, 67(2): 255–265. doi:10.1002/
sce.3730670213
Chang N (2005). Children’s drawings: Science inquiry and beyond.
Contemporary Issues in Early Childhood, 6(1): 104-106.
Cherney ID, Seiwert CS, Dickey TM, Flichtbeil JD (2006). Children’s
drawings: A mirror to their minds. Educational Psychology, 26(1):
127-142.
Cieszyńska A (2010). Aktywizacja twórcza i odtwórcza w edukacji
przyrodniczej – czyli pomiędzy konstruktywizmem a behawioryzmem. W: Rola i zadania dydaktyk szczegółowych w kształceniu
nauczycieli, red. Kwatera A, Cieśla P. Kraków Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie.
Dempsey BC, Betz BJ (2001). Biological drawing: A scientific tool for
learning. The American Biology Teacher, 63(4): 271-279.
Dewey J (1897, wyd. 2005), Moje pedagogiczne credo (tłum. J. Pieter),
Warszawa: Wydawnictwo Akademickie „Żak”.
Dikmenli M (2010). Misconceptions of cell division held by student
teachers in biology: A drawing analysis. Scientific Research and
Essay, 5(2): 235-247
Dove JE, Everett LA, Preece PFW (1999). Exploring a hydrological
concept through children’s drawings, International Journal of
Science Education, 21:5, 485-497
Driver R, Guesne E, Tiberghein A (1985). Children’s ideas and the
learning of science. W: Children’s ideas in science. McGraw-Hill
Education (UK), 1-9.
Edens KM, Potter E (2003). Using descriptive drawings as a conceptual change strategy in elementary science. School science and
mathematics, 103(3): 135-144.
Ehrlén K (2009). Drawings as representations of children’s conceptions. International Journal of Science Education, 31(1): 41-57. doi:
10.1080/09500690701630455
Finson KD (2002). Drawing a scientist: What we do and do not
know after fifty years of drawings. School science and mathematics, 102.7: 335-345.
Góra B (1974). Graficzne pomoce dydaktyczne a zasady nauczania
biologii. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne.
Kąkolewicz M (2011). Uczenie się jako konstruowanie wiedzy. Świadomość, qualia i technologie informacyjne. Poznań: Wydawnictwo
Naukowe Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza.
Karczmarzyk M (2010). Znaczenia nadawane rysunkowi dziecka
przez „innych”. Rozważania na temat komunikacji dziecko-dorośli. Forum Oświatowe, 2(43): 79-83.
Katz GL (1998). What Can We Learn from Reggio Emilia? W: Edwards C, Gandini L, Forman G (red.). The Hundred Languages of
Children: the Reggio Emilia approach to early childhood education.
Greenwich: Ablex, 19-40.
Komeński JA (1956). Wielka dydaktyka (tłum. K. Remerowa), Wrocław: Wydawnictwo PAN.
Köse S (2008). Diagnosing student misconceptions: Using drawings
as a research method. World Applied Sciences Journal, 3(2): 283293.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
ści szkolnej (zwłaszcza wczesnoszkolnej) jest polecenie
„pokoloruj”, które szkoli grafomotorykę ręki dziecka,
ale z twórczością ma niewiele wspólnego.
wersja PL
SZKOŁA
swoisty dowód zrozumienia przez nich omawianego zagadnienia do szkiców, które służyć będą jako narzędzie
do twórczego rozwiązywania problemów biologicznych. Przebywanie całej zaprezentowanej drogi, która
angażuje wszystkie trzy wymiary rysowania pozwala
nauczycielom nie tylko wspierać jego podopiecznych
w lepszym zrozumieniu omawianych zagadnień, ale
także daje narzędzie twórczego rozwiązywania problemów.
Eddens i Potter (2003) postanowili sprawdzić, czy
zastosowanie rysunku tworzonego przez ucznia ułatwia mu zmianę koncepcyjną i zrozumienie prawa zachowania energii. Wyodrębnili oni losowo wybrane
trzy grupy badane: pierwszą, w której uczniowie mieli
tworzyć rysunki opisowe (ang. descriptive drawings),
drugą w której uczniowie kopiowali gotowe schematy
i trzecią, która robiła notatki. Otrzymane przez badaczy
wyniki wykazały istotne statystycznie różnice pomiędzy pierwszą grupą a pozostałymi dwoma (na korzyść
tej pierwszej). Różnice pomiędzy grupą, która przekopiowywała schematy, a tą, która robiła notatki, były na
korzyść wykorzystujących kopiowanie, choć w tym wypadku nie była to różnica istotna statystycznie.
Na problemy z wykorzystaniem twórczości w edukacji zwraca uwagę m.in. Uszyńska-Jarmoz (2011), pisząc o twórczości reaktywnej dominującej w naszych
szkołach nad twórczością proaktywną, czyli taką, która
z założenia jest podejmowana przez twórcę spontanicznie, np. w wyniku potrzeb poznawczych, biologicznych
czy społecznych. W następstwie tego, jeśli w szkołach
pojawia się taka edukacja twórczości, to jest zazwyczaj
motywowana zewnętrznie, a nie wewnętrznie. Na podstawie obserwacji rzeczywistości edukacyjnej można
wysunąć kolejną hipotezę, którą warto zweryfikować
w badaniach, a mianowicie: poza opisywaną przez
wspomnianą autorkę „infantylizacją treści” wytworów
graficznych, to najczęstsze w dzisiejszej rzeczywisto-
86
KRÓTKO
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Levie WH, Lentz R (1982). Effects of text illustrations: A review of
research. ECTJ, 30(4): 195-232.
Łobocki M. (2000). Metody i techniki badań pedagogicznych. Impuls.
McLean M, Henson Q, Hiles L (2003). The possible contribution of
student drawings to evaluation in a new problem‐based learning
medical programme: a pilot study. Medical education, 37(10):
895-906.
Mrożkiewicz J (1961). Nauczanie rysunku w klasach I-IV. Warszawa:
„Wspólna sprawa” Wydawnictwa Oświatowe.
Okoń W (1998). Wprowadzenie do dydaktyki ogólnej. Warszawa: Wydawnictwo Akademickie Żak.
Ören FŞ (2012). An analysis of pre-service teachers’ drawings about the digestive system in terms of their gender, grade levels, and
opinions about the method and subject. International Journal of
Biology Education, 1(1).
Pietrasiński Z (1969). Myślenie twórcze. Warszawa: PZWS.
Prokop P, Fančovičova J (2006), Students’ Ideas About Human Body:
Do They Really Draw What They Know? Journal of Baltic Science
Education, 2(10): 86–95.
Prokop P, Prokop M, Tunnicliffe SD (2008). Effects of keeping animals as pets on children’s conceptions of vertebrates and invertebrates. International Journal of Science Education, 30(4): 431-449.
Reiss MJ, Tunnicliffe SD (2001). Students’ understandings of human
organs and organ systems. Research in Science Education, 31(3):
383-399.
Rennie LJ, Jarvis T (1995). Children’s choice of drawings to communicate their ideas about technology. Research in Science Education, 25.3: 239-252.
Rykow N (1956). Metodyka nauczania zoologii (tłum. Michajłow W),
Warszawa: PZWS.
Sfard A (1998). On two metaphors for learning and the dangers of
choosing just one. Educ Res, 27:4–13.
Sośnicki K (1925). Zarys dydaktyki. Podręcznik dla użytku seminarjów nauczycielskich i nauczycieli. Lwów: Wydawnictwo
Książek Szkolnych.
Stein MI (1963). A Transactional Approach to Creativity. W: Scientific Creativity:Its Recognition and Development, red. Taylor CW,
Barron F, 217-227.
Uszyńska-Jarmoc J (2011). Czego nie wiemy o twórczości w szkole?
Obszary zdeformowane, ignorowane i/lub zaniedbane. Chowanna, 1(36): 13-24.
Winklewski J (1969). Rysunek w nauczani geografii. Warszawa:
PZWS.
Zborowski J (1966). Unowocześnienie metod nauczania. Warszawa:
Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych.
wersja PL
SZKOŁA
87
KRÓTKO
Nauczyciele powinni zwiększać zainteresowanie
uczniów ochroną środowiska i przyrody, pokazując im
wartości i korzyści płynące z utrzymywania wysokiej
różnorodności biologicznej. Ponieważ stale doświadczamy konfliktów między urbanizacją a ochroną naturalnych stanowisk w obrębie granic miejskich, kluczowe
stało się, aby wychowywać dzieci i młodzież w poszanowaniu przyrody i zrównoważonego rozwoju. Dlatego też
proponujemy prowadzenie długoterminowego projektu
przez gimnazja i szkoły średnie, rozpoczynającego się
w klasie pierwszej. Podsumowanie koncepcji projektu
przedstawia ryc. 1.
Czas realizacji: 3 lata.
Rozpoczęcie we wrześniu lub październiku*; jeden miesiąc obserwacji, powtarzany corocznie.
Otrzymany obszar powinien zostać opracowany
pod względem występujących na nim form i aktywności służących ochronie środowiska i przyrody. Oznacza to odnotowanie np. parków, lasów, łąk, zbiorników
wodnych, a także liczby i rodzajów kontenerów służących do segregacji odpadów i skrzynek lęgowych. Będziemy je nazywać odtąd „formami ochrony”.
Projekt służy realizacji kilku celów:
• Porównanie odnotowanych form ochrony między
latami. Edukacja w gimnazjum lub szkole średniej
trwa co najmniej trzy lata, co pozwala na tworzenie baz danych dla takiego okresu czasu.
• Porównanie poszczególnych części miasta lub
osiedli.
• Po latach, zgromadzona baza danych może posłużyć do porównań między okresami badań. Wartość edukacyjna takiej pracy jest nie do przecenienia.
• Uczniowie proszeni są o:
• współpracę,
• kontakt z biologicznymi aspektami miasta
wyrażonymi jako m.in. fauna i flora miasta,
• analizę skuteczności i różnorodności form
ochrony,
• zaproponowanie nowych rozwiązań,
• użycie narzędzi dostępnych w Internecie w nieco
inny sposób niż dotychczas,
• analizę danych, wyszukanie mocnych i słabych
stron, analizę dynamiki zmian pod względem
stosowanych form ochrony w czasie,
• wysuwanie wniosków.
Projekt angażuje uczniów do pracy jako amatorskich ochroniarzy przyrody i dziennikarzy. Praca tych
drugich opiera się na:
• wyszukiwaniu informacji w mediach, szczególnie
Internecie, lokalnej prasie i stacjach radiowych,
dotyczących działalności sprzyjających i niesprzyjających środowisku, dokumentowaniu bioróżno-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Sebastian Pilichowski, Agnieszka Tokarska-Osyczka
I. Opis projektu
wersja PL
Ryc. 1. Graficzne
podsumowanie projektu
* Zaleca się rozpoczęcie realizacji projektu z początkiem roku
szkolnego, gdyż wówczas kończy się lato i wiele gatunków roślin
oraz zwierząt jest nadal aktywnych (choć część ptaków opuściło już kraj). Zbiór danych w dalszych miesiącach będzie cenny
i użyteczny, niemniej obserwacje prowadzone późnym latem
w klasach trzecich mogą okazać się bardzo trudne lub niemożliwe
z uwagi na egzaminy końcowe.
mgr Sebastian Pilichowski: Wydział Nauk Biologicznych,
Uniwersytet Zielonogórski;
Żywa Edukacja – Sebastian Pilichowski, an edukator
mgr inż. Agnieszka Tokarska-Osyczka: Wydział Nauk
Biologicznych, Uniwersytet Zielonogórski;
Zielony Adres Agnieszka Tokarska-Osyczka; architekt
krajobrazu
KRÓTKO
Długoterminowy projekt
środowiskowy dla klas
88
SZKOŁA
Długoterminowy projekt środowiskowy dla klas | Sebastian Pilichowski, Agnieszka Tokarska-Osyczka | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
1)Nauczyciel dzieli wieś, miasteczko lub miasto na
obszary o porównywalnej powierzchni.
2)Nauczyciel daje uczniowi lub grupie jedną część miejscowości do opracowania (w zależności od liczby
uczniów w klasie, powierzchni miejscowości itd.).
3)Nauczyciel proponuje formę zbierania danych.
4)Nauczyciel zakłada bloga lub konto na wybranej
platformie społecznościowej (ewentualnie prosi
szkolnego administratora lub informatyka o pomoc).
5)Po miesiącu obserwacji oraz zbierania danych,
uczniowie publikują swoje analizy na stronie internetowej.
6)Nauczyciel planuje spotkanie podsumowujące. Zadaniem nauczyciela jest prezentacja całości zebranych danych oraz zachęcenie uczniów do dyskusji na temat różnic między badanymi obszarami.
Wynik dyskusji powinien zostać opublikowany na
stronie internetowej.
Jesteśmy świadomi, że wielu nauczycieli jest skłonnych powiedzieć, że z punktu widzenia obciążenia czasowego niniejszy projekt jest absurdalny, niemożliwy
do zrealizowania. Przy naszym współczesnym systemie
edukacji problemem staje się zorganizowanie pojedynczego wyjścia w teren z powodu braku czasu. Jednak
z łatwością znajdziemy wielu nauczycieli, którzy w sobie
znany sposób są zdolni przeprowadzić doskonałą lekcję w terenie, ogrodzie zoologicznym czy botanicznym.
Oczywiście, często poświęcają tym samym swój wolny
czas. Mimo tego właśnie to poświęcenie nierozerwalnie
związane jest z byciem nauczycielem lub edukatorem.
Niniejszy projekt angażuje uczniów do pracy indywidualnej, przez co bardzo ważne staje się opracowanie właściwego systemu nagradzania. Uczniowie powinni mieć
powód i cel. Dobre oceny mogą stanowić powód podjęcia się realizacji założeń projektu, zaś kontakt z zagadnieniami związanymi z ochroną środowiska i przyrody
może służyć za cel.
Zachęcanie uczniów do takiej pracy jest bardzo
trudne, ponieważ znajdują oni wiele innych rozrywek,
m.in. w Internecie. Dlatego nauczyciel powinien to wykorzystać i zachęcić ich do korzystania z Internetu jako
źródła użytecznych informacji, tym samym zapewniając im dodatkową edukację.
Jak ustalić powierzchnię badanego obszaru miasta?
Można na przykład użyć: Google Earth, Google Maps
lub Geoportalu. Do oszacowania powierzchni można
użyć również darmowego oprogramowania: ImageJ.
Można ustalić tam skalę, narysować wielokąt na obra-
zie i zmierzyć jego powierzchnię. To samo dotyczy powierzchni parków, stawów, łąk itp. Można również użyć
narzędzi wbudowanych w Geoportal, umożliwiających
łatwy pomiar powierzchni lub długości na ortofotomapie.
IV. Wzorcowa organizacja notatek podczas
pierwszego roku
1)Opis części miasta.
• Lokalizacja (można użyć współrzędnych lub
stron świata).
• Rodzaj zabudowy (wieżowce, kamienice, domy
jednorodzinne, zabudowa szeregowa itp.).
• Wykaz miejskich terenów zieleni i ich powierzchnia.
• Wykaz oczek i cieków wodnych.
• Wykaz i usytuowanie sklepów ogrodniczych
i plantacji z otwartymi przestrzeniami (które
mogą być odwiedzane przez owady i inne małe
zwierzęta) i pasiek.
• Wykaz instytucji takich jak: ogrody botaniczne
i zoologiczne, prywatne ogródki (o szczególnych walorach) itp.
• Lasy, łąki itp.
2)Obiekty indywidualne.
• Wykaz starych drzew, alei (ich długość), pomników przyrody [patrz Załącznik I].
• Zazielenione balkony, roślinność w pojemnikach w mieście itp.
• Wykaz budek lęgowych dla ptaków i nietoperzy
na drzewach i budynkach (zaleca się je wskazać
na mapie).
• Wykaz hoteli dla owadów i ich usytuowanie.
• Wykaz i usytuowanie karmników i innych
obiektów, które mogą zapewnić wodę dla
ptaków i owadów.
NAUKA
III. Trudności związane z projektem
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
II. Prowadzenie projektu
7)Po trzech latach uczniowie analizują różnice z perspektywy czasu.
8)Nauczyciel podsumowuje trzy lata badań.
9)Nauczyciel nagradza uczniów.
wersja PL
KRÓTKO
rodności (kwitnące łąki, owady, ptaki, porosty,
mchy na drzewach i skałach itd.) przy użyciu aparatu lub innego urządzenia (np. smartphone lub
tablet),
• przedstawieniu zebranych wiadomości w formie
foto- lub wideobloga na stronie internetowej szkoły lub przy użyciu mediów społecznościowych
(Twitter, Facebook, YouTube, WordPress i inne).
Może to pomóc rozpowszechnić:
• lokalną potrzebę ochrony środowiska i przyrody,
• informacje o dobrych praktykach w powyższych
aspektach,
• dobry wizerunek szkoły (jako dodatkowa
korzyść).
89
Obserwacje powinny być wykonane na bazie dokumentacji w pierwszym roku. Powinny one podkreślać
nowe rozwiązania, rozwój i zanik istniejących form
ochrony. Jeśli pojemniki na surowce wtórne zostały gdzieś usunięte należy o tym wspomnieć. To samo
dotyczy zdewastowanych budek lęgowych dla ptaków
i nietoperzy, zieleni miejskiej itp.
VI. Przykładowe zadania związane z projektem
4) Nazwy gatunków ptaków występujących w twojej
części miasta. Co sprawia, że mogą one tam bytować?
5) Opracuj wykres (w MS Excel, OpenOffice Calc
itp.) pokazujący:
• odsetek rodzimych gatunków drzew względem gatunków obcego pochodzenia rosnących
w twojej części miasta,
• odsetek rodzimych i obcego pochodzenia drzew
rosnących w twojej części miasta (liczba pojedynczych drzew) (ryc. 2.).
1) Narysuj sieć pokarmową i sieć ekologiczną istniejącą w twojej części miasta.
2)Napisz naukowe nazwy drzew występujące
w twojej części miasta. Które z nich są: a) rodzime, b) obce, c) inwazyjne?
3) Znajdź informacje w literaturze i Internecie dlaczego należy unikać wprowadzania gatunków inwazyjnych?
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
V. Dokumentacja podczas drugiego roku
i trzeciego roku
wersja PL
KRÓTKO
• Niezabudowane otwory wentylacyjne w budynkach, umożliwiające gniazdowanie ptaków.
• Liczba kontenerów na odpady podlegające segregacji.
3)Złe praktyki:
• Brak zróżnicowanych pojemników na surowce
wtórne.
• Nowoczesna termoizolacja budynków (brak lub
zamknięte otwory wentylacyjne).
• Śmieci na ulicach, nieopróżnione kosze.
• Ścieki odprowadzane do oczek i cieków wodnych.
• Wycinanie drzew, które nie zagrażają zdrowiu
i życiu ludzi.
• Palenie śmieci w piecach centralnego ogrzewania i przez ogrodników.
• Wypalanie łąk.
• Korzystanie z niewłaściwych pułapek na owady
oraz środków owadobójczych szkodliwych dla
pszczół.
4)Dobre praktyki: przeciwieństwa punktu 3. oraz
przykłady wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych, w szczególności energii słonecznej,
pozostawianie próchniejącego drewna w parkach
wspomagającego rozwój różnych organizmów.
5)Dokumentacja – lista zdjęć oraz filmów z datami
i informacjami o autorach. Na przykład wykaz ptaków, wiewiórek, bezkręgowców, roślin kwitnących
i owocujących, porostów na drzewach (ważnych
jako bioindykatory jakości powietrza), wystaw
i imprez związanych z zachowaniem i ochroną środowiska.
90
SZKOŁA
Ryc. 2. Porównanie liczby gatunków drzew i osobników reprezentujących te gatunki w świetle ich pochodzenia (przykład)
VII. Przydatna literatura
Eisenreich W, Handel A, Zimmer UE (2000). Przewodnik do rozpoznawania roślin i zwierząt na wycieczce. MULTICO Oficyna
Wydawnicza, Warszawa.
Johnson O (2009). Przewodnik Collinsa. Drzewa. Wyd. Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa.
Linford J (2009). Drzewa. Kieszonkowy przewodnik. Wyd. Parragon,
UK.
McGavin GC (2005). Kieszonkowy atlas owadów i pajęczaków. Dorling Kindersley, Warszawa.
Pirc H (2006). Drzewa od A do Z. Wyd. KDC, Warszawa.
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
NAUKA
VIII. Rysunki i przykładowa dokumentacja
fotograficzna
Ryc. 3. Pomnik przyrody w mieście: cypryśnik błotny
(Taxodium distichum) [Zielona Góra]. (S. Pilichowski)
Ryc. 4. Zielony balkon. (A. Tokarska-Osyczka)
Pulin AS (2013). Biologiczne podstawy ochrony przyrody. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Reichholf J (1999). Żyją wśród nas. Leksykon przyrodniczy. Bertelsmann Publishing, Warszawa.
Reichholf-Riehm H (1997). Owady. Leksykon przyrodniczy. Bertelsmann Publishing, Warszawa.
Rutkowski L (2007). Klucz do oznaczania roślin naczyniowych Polski niżowej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Sauer F (1996). Ptaki lądowe. Leksykon przyrodniczy. Geocenter International, Warszawa.
Sauer F (1996). Ptaki wodne. Leksykon przyrodniczy. Geocenter International, Warszawa.
Seneta W, Dolatowski J (2015). Dendrologia. Wyd. czwarte. PWN,
Warszawa.
Solomon EP, Berg LR, Martin DW (2013). Biologia. MULTICO.
Vermeulen N (2006). Encyklopedia drzew i krzewów. Wyd. Dom
Wydawniczy Bellona, Warszawa.
KRÓTKO
6)
Opisz podstawową morfologię porostów
występujących na różnych gatunkach drzew
i skał.
7)Jakie warunki muszą być tworzone w danym obszarze miasta w celu zwiększania
bioróżnorodności zwierząt, np. owadów lub
ptaków?
8) Wybierz jedną z form ochrony ze swojej części
miasta i opisz ją ukazując jej wszystkie zalety, aby przekonać innych, że jest ona bardzo
ważna z punktu widzenia zachowania i ochrony
środowiska. Dodaj zdjęcie wybranego przez siebie obszaru.
9) W przypadku, gdy w twojej części miasta obecne
są cieki wodne, stawy itp., zbierz obfity materiał
fotograficzny przedstawiający organizmy tam
żyjące. Przygotuj prezentację multimedialną,
która zostanie przesłana na stroną internetową
projektu. Pokaż, że woda jest niezbędna dla
różnych form życia, nawet w strefie miejskiej.
10)Zorganizuj imprezę w szkole, gdzie ty i twoi
koledzy zaprezentujecie wyniki swojej pracy.
11)Wybierz i sklasyfikuj pięć gatunków roślin
i zwierząt, zaczynając od królestwa i kończąc na
gatunku. Zaprezentuj ich relacje filogenetyczne
(4. poziom, wariant rozszerzony).
91
92
Ryc. 7. Skrzynki lęgowe pomagają ptakom w rozrodzie.
(S. Pilichowski)
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
SZKOŁA
Ryc. 5. Aleja lip w Łagowie Lubuskim. (A. Tokarska-Osyczka)
wersja PL
NAUKA
Ryc. 8. Różnorodność porostów mocno zależy od jakości
powietrza... (S. Pilichowski)
Ryc. 6. Przykład złej pielęgnacji drzewa. (A. TokarskaOsyczka)
Ryc. 9. ...i różnorodności gatunkowej drzew. (S. Pilichowski)
93
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Załącznik I. Przykładowa dokumentacja
Tabela 1. Przykładowa metoda, jak inwentaryzować pojedyncze drzewa.
1.
Nazwa polska
[gatunek]
Olsza
Walor
[np. wiek, rozmiar, pomnik przyrody]
-
2.
Dąb
size/age
Lp.
Lokalizacja
ul. Reja
N 50°2’27”
E 21°59’56”
Lp.
Dominujący gatunek drzewa
1.
Klon
Przebieg
[skąd - dokąd]
ul. Poznańska – ul. Reja
Długość
[m]
1250
Ryc. 10. Cieki wodne w miastach zwiększają
bioróżnorodność. (S. Pilichowski)
NAUKA
Tabela 2. Przykładowa metoda inwentaryzacji alei.
KRÓTKO
• Google Earth, pobierz: http://www.google.pl/intl/pl/earth/download/ge/agree.html [8.02.2016]
• Geoportal – http://www.geoportal.gov.pl/
• ImageJ, pobierz: http://imagej.nih.gov/ij/download.html [8.02.2016]
SZKOŁA
Załącznik II. Przydatne narzędzia i oprogramowanie
Ryc. 11. Lepy często są nieefektywne względem wybranych
szkodników. Zamiast tego powodują śmierć wielu
nieszkodliwych i pożytecznych owadów. (S. Pilichowski)
94
Nowe zadanie PPP | Specialists from Science Section ERI and their experts | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Chemia – Metan z bagna
Materiał przygotowują pracownicy Pracowni Przedmiotów
Przyrodniczych IBE oraz eksperci zewnętrzni
Zadanie
Zadania przyrodnicze przygotowane przez przyrodników z Zespołu Dydaktyki Przedmiotów Szkolnych
IBE. Niektóre z nich skonstruowano na potrzeby badania LM realizowanego w ramach projektu Entuzjaści
Edukacji i odtajniono po II jego cyklu. Nigdy wcześniej
nie były publikowane. Prezentowane zadania mają silny
kontekst praktyczny i poruszają realne problemy, z którymi uczniowie mogą się zetknąć w życiu codziennym.
Więcej o badaniu Laboratorium Myślenia na stronie: eduentuzjasci.pl/pl/badania.html?id=409
Czy na podstawie tego doświadczenia można
wyciągnąć następujące wnioski?
Czy można
wywnioskować
z doświadczenia?
Stwierdzenia
Adam przeczytał, że metan mogą wytwarzać bakterie w procesie rozkładu materii organicznej. Proces
ten można zaobserwować np. na bagnach – pęcherzyki
gazu, które wydobywają się na powierzchnię, zawierają
metan.
W celu potwierdzenia tej informacji Adam
przygotował układ przedstawiony na rysunku. Umieścił
w kolbie stożkowej glebę bagienną. Kolba połączona
była rurką szklaną z cylindrem wypełnionym wodą.
Po kilkunastu godzinach cylinder wypełnił się bezbarwnym gazem, wypierając z niego wodę
Autorzy:
wersją
referencyjną
jest wersja EN
1.
2.
3.
Gaz w cylindrze ma mniejszą gęstość
niż woda.
Gaz w cylindrze słabo rozpuszcza się
w wodzie.
Gaz w cylindrze jest palny.
 Tak / o Nie
 Tak / o Nie
o Tak /  Nie
Komentarz
Umiejętnością mierzoną w tym zadaniu jest wnioskowanie na podstawie wyników doświadczenia. Jest
to jedna z najważniejszych, a zarazem najtrudniejszych
KRÓTKO
SZKOŁA
autor zadania: Magdalena Czugała;
autor komentarza: Małgorzata Musialik
NAUKA
Nowe zadanie PPP
wersja PL
na początku eksperymentu
Specialists from Science Section ERI and their experts
po kilkunastu godzinach
Nowe zadanie PPP | Specialists from Science Section ERI and their experts | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Stwierdzenia
1.
2.
3.
Gaz w cylindrze ma mniejszą gęstość niż
woda.
w wodzie.
Procent
odpowiedzi
[%]
Tak (71,2%)
/ Nie (28,0%)
Tak (72,0%)
/ Nie (27,1%)
Tak (43,2%) /
Nie (55,9%)
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Wymagania szczegółowe:
1. Substancje i ich właściwości. Uczeń:
1)opisuje właściwości substancji będących
głównymi składnikami stosowanych na co
dzień produktów np. soli kamiennej, cukru, mąki, wody, miedzi, żelaza; wykonuje
doświadczenia, w których bada właściwości
wybranych substancji;
8.Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń:
4)obserwuje i opisuje właściwości fizyczne
i chemiczne (reakcje spalania) alkanów na
przykładzie metanu i etanu;
Całe zadanie zostało poprawnie rozwiązane przez
39% uczniów biorących udział w badaniu. Trzy czwarte
uczniów nie miało większych problemów z oceną 1 i 2
stwierdzenia, natomiast tylko 56% uczniów wskazało
prawidłową odpowiedź w przypadku stwierdzenia 3, co
oznacza, że nie potrafili zinterpretować wyników do-
SZKOŁA
Wymagania ogólne:
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do
rozwiązywania problemów.
2.1. Uczeń opisuje właściwości substancji i wyjaśnia
przebieg prostych procesów chemicznych;
III. Opanowanie czynności praktycznych.
3.2.Uczeń projektuje i przeprowadza proste doświadczenia chemiczne.
NAUKA
świadczenia lub nie zauważyli, że dowody na to stwierdzenie mają znaleźć w opisie doświadczenia. Zadanie
było dla uczniów trudne i raczej słabo różnicowało ich
pod względem poziomu umiejętności, tj. ogólnego wyniku uzyskanego przez ucznia w całym teście.
Zadanie jest zgodne z następującymi wymaganiami
zawartymi w podstawie programowej dla chemii dla III
etapu edukacyjnego:
KRÓTKO
umiejętności, jakie powinien nabyć uczeń w toku nauczania chemii. Aby poprawnie rozwiązać zadanie, należy zauważyć, że na początku doświadczenia odwrócony do góry dnem cylinder był całkowicie wypełniony
wodą, a po kilkunastu godzinach wypełnił się u góry
gazem, który wyparł z niego częściowo wodę. Następnie wywnioskować, że gaz ten – metan – musi się słabo rozpuszczać w wodzie, skoro zgromadził się nad jej
powierzchnią (stwierdzenie 2) oraz że ma on od wody
mniejszą gęstość, dlatego wypłynął na jej powierzchnię (stwierdzenie 1). Po zebraniu gazu do cylindra nie
przeprowadzono doświadczenia weryfikującego jego
palność, np. poprzez włożenie zapalonego łuczywka do
cylindra, a więc chociaż metan jest gazem palnym, to
nie dowiedziono go w tym konkretnym doświadczeniu.
Zadanie zostało zbadane na grupie 118 absolwentów
gimnazjum. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład
procentowy ich odpowiedzi (pogrubioną czcionką zaznaczono odpowiedź poprawną, odsetki nie sumują się
do 100%, ponieważ część uczniów nie zaznaczyła żadnej odpowiedzi).
95
Recenzja książki z dyskusją
Książka składa się ze Wstępu oraz rozdziałów: 1. Teoria ewolucji – spór o dowody, 2. Informacja w biologii – życie to nie tylko chemia, 3. Sprzeciw wobec teorii
ewolucji, 4. Teoria ewolucji a etyka, 5. Teoria ewolucji
a religie świata, 6. Dewolucja.
Na końcu znajdują się dwie pozytywne recenzje autorstwa prof. Władysława Chałupki (Instytut Dendrologii PAN) oraz prof. Marka Jerzego (profesor emerytowany).
Niniejsza recenzja zawiera także dyskusję z zagadnieniami poruszonymi w książce z właściwymi cytatami, które dobrano wybiórczo, m.in. dlatego, że nie sposób dyskutować z wiarą, religią i przekonaniami na polu
próby naukowego podważenia teorii ewolucji.
Ewolucja, dewolucja, nauka
Sebastian Pilichowski
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Maciej Giertych
Ewolucja, dewolucja, nauka
Wydawca: Fronda, Wydawnictwo Giertych
Warszawa 2016
ISBN: 978-83-80790-27-8
jest ze swoich poglądów już od lat. Jego list do prestiżowego czasopisma Nature (Giertych 2006) pt. „Creationism, evolution: nothing has been proved” wywołał
falę krytyki, również wobec redakcji czasopisma, która
postanowiła opublikować ten list. Maciej Giertych postrzegany jest często jako ikona ruchu antyewolucjonistycznego w Polsce i Europie.
Stosując nazwy gatunkowe, czy rodzajowe należy
unikać odmieniania nazw łacińskich. Autor recenzowanej pracy używa nazw rodzajowych pisząc je z wielkiej litery i czcionką prostą, ponadto deklinując, np.:
„Archeopteryxa” – strona 40. (prawidłowa pisownia rodzajowa Archaeopteryx, po polsku archeopteryks), czy
„Latimerii” – strona 40 (wielka litera). Z drugiej strony
używa prawidłowych spolszczeń, mimo istnienia polskiego odpowiednika: „skamieniałości nautilusa” (Nautilus = łodzik, nazwa rodzajowa reliktowych głowonogów, kilka współczesnych gatunków).
Na stronie 38. znajdujemy często prezentowaną rycinę ukazującą w zamyśle przejścia od wczesnych form
hominidów do człowieka współczesnego, wyposażonego we włócznię. Rycina podsumowana została w te słowa: „To propaganda ewolucyjna, a nie nauka”. Niemożliwym jest nie oddać racji temu stwierdzeniu (choćby
z powodu wieku ryciny), niemniej utwierdzanie czytelnika w przekonaniu, że druga postać za formą nazwaną
SZKOŁA
Błędy merytoryczne i uchybienia.
KRÓTKO
Książka powstała na podstawie seminarium, które
odbyło się 11 listopada 2006 r. w Parlamencie Europejskim w sprawie nauczania teorii ewolucji w europejskich szkołach („Teaching evolutionary theory in
Europe. Is your child being indoctrinated in the classroom?”). Autor recenzowanej książki był organizatorem
i moderatorem seminarium tłumaczonego na cztery
języki (angielski, francuski, niemiecki i polski). Wśród
prelegentów znaleźli się:
1)Dr Hans Zillmier, niemiecki paleontolog, który
utwierdzał słuchaczy w przekonaniu o współistnieniu ludzi i dinozaurów.
2)Guy Berthault, francuski sedymentolog kwestionujący datowanie stratygraficzne (oparte na warstwach geologicznych).
3)Prof. Joseph Mastropaolo, specjalista w fizjologii
człowieka, który wypiera nauczanie ewolucji na
rzecz dewolucji.
Maciej Giertych jako naukowiec zajmujący się biologią populacyjną postanowił zakwestionować nauczanie teorii ewolucji w szkołach z, jak twierdzi, punktu
widzenia swojej specjalności, powołując się również
w książce na ubożenie cech i alleli w obrębie ras (podsumowanie konferencji: Giertych 2007). Autor znany
wersja PL
NAUKA
96
Recenzja książki z dyskusją | Sebastian Pilichowski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Dzieje się tak, ponieważ teoria ewolucji o tym nie mówi.
Mówi o specjacji, powstawaniu gatunków i przemianach różnorodności życia. Wśród przytoczonych wypowiedzi dwudziestu noblistów (rozdział „Nobliści przeciw ewolucji”) większość odnosi się do inteligentnego
projektu, wiary i stwórcy oraz genezy życia (w kontekście falsyfikacji, wspomnianej w książce, jednak bliżej
ewolucjonizmowi do nauki). Jedynie kilka cytatów
zaznacza trudności związane z wyjaśnieniem ewolucji
na drodze mutacji oraz samoistnej organizacji aparatu
translacyjnego. Zauważmy też, że większość wypowiedzi pochodzi z XX wieku, zaś ewolucjonizm stale się
rozwija, uściśla założenia, znajduje nowe pola działań
i oczywiście nowe trudności. Słowa Dennisa Gabora
„Po prostu nie potrafię uwierzyć, że wszystko rozwinęło się poprzez przypadkowe mutacje” nie są naukowym argumentem i niczego nie wnoszą do dyskusji nad
tym czy ewolucja jest faktem czy nie. Wiara jest kwestią
osobistą. Nauka to nie wiara, nauka to stawianie pytań,
odpowiadanie na nie i ustalanie faktów przy użyciu całego arsenału metod. Z kolei ze sławnym cytatem o tym,
że przypadkowe powstanie życia to tak, jakby tornado
przeszło przez złomowisko i złożyło Boeinga 747 (Fred
Hoyle, 1983) rozprawił się zdemonizowany w omawianej książce Richard Dawkins (1998, rozdział 3.). W swej
książce Dawkins napisał: „[...] darwinizm nie jest teorią
losowego przypadku. Jest teorią losowych zmian i nielosowego kumulatywnego doboru naturalnego” (strona
93.) oraz „[...] nazywam ją makromutacją typu Boeing
747. Mutacja taka nie istnieje w rzeczywistości i nie ma
nic wspólnego z teorią Darwina” (strona 122.).
Recenzja i dyskusja.
„[...] czaszka Neandertalczyka chroni mózg średnio
większy od mózgu człowieka współczesnego o 100%.
Mimo tej informacji [...] portretuje się Neandertalczy-
NAUKA
(Cichocki i in. 2015). Ponadto wykształcenie fałszywego
kciuka u pandy i pandki to jeden z najznamienitszych
przykładów konwergencji wśród ssaków (Salesa i wsp.
2006). W omawianym rozdziale autor niekonsekwentnie podaje nazwy organizmów z ich odpowiednikiem
angielskim, naprzemiennie stawiając nazwę obcą przed
rodzimą i odwrotnie (poniżej pisownia oryginalna), np.:
• „MANTIS SHRIMP (Krewetka modliszkowa)”,
• „MITSUKURINA (Goblin Shark)”,
• „AARDVARK, Prosię ZIEMNE, (Orycteropus
AFER)” (AFER zostało napisane wielkimi literami).
Nieco konfundujące może być przytaczanie, mimo
wszystko prawidłowego, synonimu mrównika (prosię
ziemne), gdy raptem trzy strony wcześniej przy opisie
ryjkonosa autor pisze „Ryjkonosy spokrewnione mogą
być z [...] mrówniki [...]”. Czemu służy zatem stosowanie
nazwy prosię ziemne? Z pewnością nie spójności tekstu.
Na stronie 92. czytamy „Każda gameta (ziarno pyłku, plemnik, komórka jajowa) […]”. Pamiętajmy, że
ziarno pyłku to nie gameta. Ziarno pyłku to pierwotnie
mikrospora, w obrębie której wykształca się gametofit
produkujący dwa jądra plemnikowe. Cztery strony dalej pada stwierdzenie: „To samo dotyczy haploidalnych
organizmów, które z gamety wyrastają, czyli gametofitów [...]”, podczas gdy to gametofity produkują gamety.
Ciężko również zgodzić się z wypowiedzią: „[w wyniku
mutacji] w odczycie alfabetem łacińskim, czy białkowym będzie błąd. Czytelność tekstu zmaleje. To będzie
defekt tekstu. Tak działają mutacje – psują to, co dobre”
(strona 86.). Rozważmy zdanie: „Dosyp mi proszę.”
i wyobraźmy sobie mutację powodującą podstawienie
litery ‘d’ literą ‘p’. Otrzymamy zdanie „Posyp mi proszę.”. Czytelność nie zmalała, zmienił się sens. Na gorsze, czy na lepsze?
Typowym błędem w literaturze antyewolucyjnej
jest zarzut, że nie tłumaczy powstania życia na Ziemi.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
SZKOŁA
„szympansem” to „goryl” jest równie dobrze propagandą. Wspomniana sylwetka nijak nie przypomina goryla.
Wymienianie po kolei: szympans, goryl, Australopitek
(dlaczego z wielkiej litery?), Neandertalczyk i Skandynaw świadczy o ciągłym niezrozumieniu istoty procesu
ewolucji. Klasyczny błąd to powtarzanie, że człowiek
pochodzi od małpy, podczas gdy człowiek i małpy człekokształtne mają jedynie wspólnego, hipotetycznego
przodka. Ponadto goryl nie wywodzi się od szympansa
(ani szympans od goryla) – linie rodowe Homo (człowiek) i Pan (szympans) są liniami siostrzanymi. Z kolei
rodzaj Gorilla (goryl) jest siostrzany do grupy obejmującej Homo i Pan (Israfil i in. 2011). Ryszkiewicz (1995,
strona 43): „Neandertalczyk zaliczony został z czasem
wprost do gatunku Homo sapiens (nie może być więc
brakującym ogniwem między czymkolwiek a człowiekiem)”.
W rozdziale poświęconym przykładowym organizmom uważanym za żywe skamieliny autor wymienia
krewetkę modliszkową. Wśród złych praktyk polskiej
literatury przyrodniczej należy wymienić bezpośrednie
tłumaczenie nazw z języka obcego na rodzimy. Dotyczy
to „mantis shrimp”. Autor podaje obok siebie obie nazwy, angielską jako pierwszą i polską. Polski odpowiednik mantis shrimp to ustonogie (Stomatopoda) (rząd
skorupiaków), wśród nich znajdziemy m.in. gatunki
rawek reprezentujących różne rodzaje. W tym samym
rozdziale umieszczono pandę mniejszą pod rzadziej
używaną nazwą pandy czerwonej oraz krótki opis o jej
pokrewieństwie do szopów, a nie pandy wielkiej. Nie do
końca zrozumiałe jest poruszanie tego, dawno rozwiązanego, problemu. Czytamy: „to tylko dalecy krewniacy rodziny pandowatych”. Obecnie wyróżniamy rodzinę niedźwiedziowatych, do której należy panda wielka
(Ailuropoda melanoleuca) oraz rodzinę szopowatych,
do której należy panda mniejsza (czerwona) (Ailurus
fulgens) o nowo wprowadzonej nazwie pandka ruda
wersja PL
KRÓTKO
97
sowania się do zmian w zbiorowiskach roślinnych,
które zamieszkiwały, czyli w odpowiedzi na stepowienie krajobrazu leśnego towarzyszącemu zmianom klimatu i powstawaniu formacji trawiastych.
Nie bez znaczenia są analizy uzębienia u ssaków
roślinożernych i komplikacje w ich morfologii
u grup wymarłych przy porównaniu do współczesnych (Bowling i Ruvinsky 2000, Ryszkiewicz
2000). Wystarczy wspomnieć raz jeszcze koniowate, które osiągnęły wysokie korony (hypsodontia)
o typie lofodontycznym, zaczynając w swej historii
rodowej od koron niskich (brachiodontia) (Bowling i Ruvinksy 2000, Poplewski 1948). Doskonalenie aparatu ruchu i żucia zostało osiągnięte w odniesieniu do otwartego typu terenu i twardych traw
jako pokarmu (zamiast miękkich liści).
2)Strategie rozrodcze roślin. Kwiaty, owoce, nasiona,
pyłek – możemy je obserwować i porównywać zarówno u współcześnie żyjących, jak i wymarłych
grup roślin. Dostrzeżemy zastąpienie homosporii
(jednakozarodnikowość) [mszaki, większość paprotników] heterosporią (różnozarodnikowość)
[część paprotników, nasienne]. Podobnie dominacja gametofitu (mszaki) wyparta na korzyść sporofitu (naczyniowe) okazała się kluczem do sukcesu
na lądzie. Nie należy przy tym zapomnieć o arcy-zdobyczy ewolucyjnej, jaką jest zarodek ukryty
w łupinie nasiennej (nasienne), a dalej chroniony
przez owoc (okrytozalążkowe / okrytonasienne)
(Barett 2008, Karpowicz 1972, Langdale i Harrison 2008).
Powyższe dwa przykłady mogą okazać się niewystarczające wobec zarzutu autora. Wszystko z uwagi
na czas towarzyszący przemianom, toteż podam
przykłady, które mogą być obserwowane dziś:
3)Żołądek ssaka o zaczątkach wielokomorowości.
Pekari obrożne (Pecari tajacu; Tayassuidae) (wg
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
powinien się znaleźć, jednakże jest kilka powodów,
dla których mógł zostać zidentyfikowany w trakcie
badań. Najbardziej oczywistym jest kontaminacja próbek w laboratorium, jednak zakładamy, że badania te
(i) zostały przeprowadzone prawidłowo, (ii) wyniki
nie zostały sfałszowane (bo nie tylko ewolucjoniści są
zdolni do fałszerstw). Materia organiczna podlegająca
fosylizacji ulega mineralizacji, a oznacza to, że dochodzi do wymiany pierwiastków, zmian we wzajemnych
proporcjach ilościowych i jakościowych. Nie wyklucza
to migracji węgla obcego pochodzenia po utracie przez
próbkę autochtonicznego węgla. Po wtóre nie bez znaczenia może być aktywność mikroorganizmów, w tym
bakterii i grzybów, które mogą zasiedlać wolne przestrzenie, a po obumarciu deponować w próbce węgiel.
Ponadto datowanie próbek nigdy nie może odbywać
się na podstawie jednej metody. Należy używać kilku
metod, dotyczy to również badań składu różnych izotopów. O tym, niestety, często się zapomina. Za współistnieniem ludzi i dinozaurów przemawiają dzieła sztuki
znajdowane w różnych częściach świata z wizerunkami
zwierząt interpretowanych jako dinozaury (strona 43.).
Szczególne wrażenie na zwolennikach tego poglądu robią znaleziska z Ameryki Południowej i Azji. Upatrują
w nich bowiem wizerunki m.in. triceratopsa i stegozaura. Akceptując taką metodę interpretacji należy uznać
za realne pierzaste węże, cyklopy, jednorożce, gryfy
i pegazy. Rozmaite egzotyczne kultury inspirowały się
przyrodą tworząc swe wierzenia i nie do przeceniania
jest otaczające je bogactwo gatunkowe m.in. gadów.
Strona 80. „Nigdzie nie znajdujemy organów czy
funkcji w procesie doskonalenia. Ewolucjoniści wolą
nie pamiętać o tej trudności”. Oto kilka przeczących
przykładów:
1)Szereg wymarłych przedstawicieli drzewa rodowego koniowatych, u których wspaniale widać redukcję palców i wykształcenie kopyt na rzecz przysto-
wersja PL
SZKOŁA
ków jako owłosione, prymitywne małpoludy” (strona
38.). Podążając tym tokiem rozumowania ssaki o większych czaszkach od człowieka powinny odznaczać się
niesamowitą inteligencją. Nie jest tak, ponieważ nie
wielkość mózgu stanowi o inteligencji, a jego skomplikowana architektura.
Na stronie 69. autor podaje tzw. skamieliny wielostrefowe (w geologii zwane pionowymi) jako przykład
przeczący stosowaniu stratygrafii we współczesnym
ujęciu, podczas gdy na koniec pada konkluzja „W sposób oczywisty były zasypane w ramach jakiejś pojedynczej katastrofy”. W rzeczywistości jedno drugiemu
nie przeczy, zaś prac poświęconych takim skamieniałościom, szczególnie drzew, szacowanych na setki milionów lat nie brakuje: Brzyski i in. 1976, Falcon-Lang
2003, 2005, 2006, czy Rygel 2004. Autorzy tych prac tłumaczą podłoże gwałtownych sedymentacji, dyskutują
nad wielokrotnym odkładaniu się osadów, jak również
częstokroć zwracają uwagę na znaczny wpływ wody
w procesie sedymentacji. Tu w zgodzie z przytoczoną
historią o erupcji wulkanu w USA w 1980 roku i powstaniem w przeciągu kilkudziesięciu godzin warstw osadów przypominających te o wiele starsze geologicznie.
Wszystko przy pomocy wody. Podsumowując, zarzuty
wobec tablic stratygraficznych przedstawione w książce są klasycznymi prezentowanymi w licznych pracach
kreacjonistów i przypuszczalnie wszystkie, a na pewno
większość z nich, zostało już odpartych. O nawiązaniu
do dzieł kreacjonistycznych świadczy używanie terminu polystrate fossils (skamieniałości wielowarstwowe).
Kolejnym, dość świeżym, „dowodem” na zaniżenie wieku Ziemi jest kontrowersyjne doniesienie o badaniach nad zawartością węgla 14C w kościach dinozaurów. Wyniki zostały zaprezentowane w 2012 roku
w Singapurze po uprzednim odrzuceniu ich przez
organizatorów konferencji w San Francisco. Prawdą
jest, że w kościach dinozaurów izotop węgla 14C nie
98
KRÓTKO
fotosyntezy. Rośliny te są zwyczajnie żywotniejsze i odnoszą większy sukces reprodukcyjny. Wyobraźmy sobie
sytuację, w której na łące rosną rośliny X i Y. Załóżmy,
że:
• roślina X wydziela do gleby związki chemiczne
toksyczne dla rośliny Y (allelopatia),
• roślina Y nabyła, w podobny sposób jak szarłat,
oporność na te związki, kosztem efektywności fotosyntezy.
Naturalnym oczekiwaniem jest, że w sytuacji zniknięcia rośliny X (np. w wyniku gradacji jakiegoś owada
roślinożernego) na łące pojawi się z czasem więcej roślin Y o wyższej efektywności fotosyntezy, ale o braku
oporności na toksyczne związki pochodzące z rośliny X.
W książce padają liczne zdania o darwinizmie socjalnym, walce klas i eugenice. Rzeczywiście nadinterpretacja założeń darwinizmu i tzw. walki o byt
doprowadziła do powstania rozmaitych systemów postępowania i myślenia, które śmiało można określić
okrucieństwem. Niemniej należy pamiętać, że są to
nadinterpretacje, pomijające pewne założenia na rzecz
innych. W rozdziale „Etyka czy brak etyki?” autor porusza problem powiązań eugeniki (darwinowskiej, faszystowskiej i komunistycznej) i ewolucjonizmu (strona
112. „Marksizm, freudyzm i ewolucjonizm to ideologie, które aspirują do rangi naukowości”; strona 120.
„Eugenika jako nauka pojawiła się jako konsekwencja
przyjęcia teorii ewolucji Darwina”). Jednoznacznie
daje do zrozumienia, że akceptowanie ewolucji daje
przyzwolenie na odrzucenie zasad etyki, wręcz do tego
zachęca. Zaznaczmy, że zasady etyki to pojęcie bardzo
plastyczne, które można idealnie modelować na gruncie wyznaniowym, naukowym, kulturowym i społecznym. Mówiąc o ewolucji jako źródle ogólnie pojętego
zła w postaci m.in. eugeniki, a zapominając o chrześcijańskich stosach, islamskiej agresji wobec chrześcijan,
eksterminacji kultur „pogańskich” (mających również
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
noi), które korzystają z pęcherza pławnego niczym
my z naszych płuc. Zaznacza się również komplikacja wymiany gazowej. Ryby dwudyszne należą
do ryb mięśniopłetwych (Sarcopterygii), podobnie
jak omawiana dalej latimeria.
Z doskonaleniem jest jeszcze jeden problem. Ewolucja to nie proces doskonalenia, a proces zmian. Zmiana
nie zawsze jest doskonalsza. Cecha pierwotniejsza nie
oznacza, że jest prymitywniejsza, niekiedy prostota
rozwiązań jest promowana ponad wysokie skomplikowanie budowy i funkcji. Dobrym podsumowaniem
tego zagadnienia są słowa Ryszkiewicza (2000): „Choć
dla wielu ludzi ewolucja jest synonimem postępu, dziś
uważa się, że jedynym kryterium, wedle którego dokonuje się selekcja w przyrodzie, jest zdolność do pozostawiania po sobie potomstwa, a nie [...] «wyższość» czy
«doskonałość»”; „dobór faworyzuje tylko skuteczność,
a nie złożoność budowy, większą inteligencję lub wielkość ciała zwierzęcia” (strona 62.).
W rozdziale „Mutacje” autor podkreśla szkodliwy
wpływ mutacji na przeżywalność organizmów oraz to,
że mutacja zmienia jedynie funkcję. Podaje on przykład
mutacji polegającej na zamianie adeniny na guaninę
w kodonie pierwotnie kodującym serynę (AGT), w wyniku której kodowana jest glicyna (GGT). Na skutek
mutacji, kodowane przez ten gen białko nadaje organizmowi oporność na herbicyd – atrazynę. Towarzyszy
temu jednak spadek efektywność fotosyntezy. Autor
podsumowuje: „Jak tylko wycofuje się używanie atrazyny, dzika forma szarłatu powraca. Tak więc naturalna
selekcja preferuje formę dziką, a nie zmutowaną” (strona 27.). Zdanie to wskazuje, jak wiele nieporozumień
wynika z interpretacji mechanizmu naturalnej selekcji.
Otóż, po pierwsze dobór nie preferuje, a promuje i przede wszystkim eliminuje. Po drugie, co istotniejsze, nie
ma nic dziwnego, że w wyniku zniknięcia presji (herbicyd) dominuje forma dzika o wyższej efektywności
wersja PL
SZKOŁA
nowego nazewnictwa pekariowiec obrożny), południowoamerykański gatunek ssaka jest zwierzęciem wszystkożernym. Niemniej badania anatomiczne i histologiczne żołądka wykazały, że
narząd ten składa się z: worków przedniego i tylnego oraz komory trawiennej (Pilichowski i Zawada
2011, Schwarm i wsp. 2010). Niniejsze przystosowania, obok innych, świadczą o podobieństwach
do blisko spokrewnionych z pekari świniowatych
(Suidae) oraz dalszych krewnych, jakimi są przeżuwacze (Ruminantia). Można śmiało oczekiwać,
że w sytuacji wysokiej presji środowiskowej na
zdominowanie diety pokarmem roślinnym, pekari przybliży się przystosowaniami cech układu
trawiennego do tych wykazywanych przez przeżuwacze. Póki co efektywność trawienia względem wyspecjalizowanych roślinożerców, jakimi
są przeżuwacze pozostawia wiele do życzenia, ale
właśnie między innymi to odróżnia pekari od
swych świniowatych krewnych. Nie dotyczy to
babirussy srebrnej (Babyrousa babyrussa) (świniowate) przejawiającej skomplikowanie budowy
żołądka, dając obraz konwergencji z przeżuwaczami w kierunku żołądkowej fermentacji pokarmu
roślinnego (Leus i wsp. 1999).
4)Narządy oddechowe ryb. W książce czytamy:
„gdyby etap «skrzeli» był pośrednim etapem
w rozwoju embrionalnym człowieka, to bruzdy
„podobne do skrzeli” przekształcałyby się w płuca,
co w przyrodzie nie zachodzi” (strona 60.). Otóż
nie ma potrzeby, by zalążki skrzeli przekształcały
się w płuca, bowiem narządy oddechowe kręgowców lądowych – płuca – są homologiczne z pęcherzem pławnym ryb. Do dziś istnieją gatunki ryb
korzystające z pęcherza pławnego jako narządu
pomocniczego w wymianie gazowej. Znamy również żyjące współcześnie ryby – dwudyszne (Dip-
99
KRÓTKO
o trybie życia. Nie wspomina zaś słowem, że stanowi
ogniwo pośrednie ryb i płazów, również w części poświęconej pochodzeniu płazów. Badania molekularne,
paleontologiczne i z zakresu anatomii porównawczej
pokazują, że niczym dziwnym byłoby, gdyby rzeczywiście od ryby do żaby i od żaby do człowieka było równie daleko, skoro Lissamphibia, grupa obejmująca m.in.
żaby (Ranidae) znajduje się na zupełnie innym oraz
dalekim odgałęzieniu na drzewie filogenetycznym kręgowców. Zwyczajnie droga rozwojowa prowadząca do
człowieka dawno zeszła z kursu prowadzącego do żab
(Hinchliff i wsp. 2015).
„Na przykład, jak miałaby wyglądać istota pośrednia między myszą a nietoperzem, by móc ją uznać za
poszukiwane «brakujące ogniwo»?” (strona 38). Niestety, kolejne nieporozumienie, klasyczne wśród argumentów antyewolucyjnych. Nietoperze mają znacznie bliżej
ewolucyjnie do drapieżnych (Carnivora) i kopytnych
(Ungulata), niż do gryzoni (Rodentia) (Murphy i wsp.
2007, Hinchliff i wsp. 2015). Stąd nie ma mowy o ogniwie pośrednim, podobnie jak z żabą i rybą w kontekście
człowieka. Z zagadnieniem ogniw pośrednich jest ten
problem, że antyewolucjoniści upatrują w nich pojedyncze organizmy, które najlepiej by były wyposażone
w cechy pierwotne i te nowe lub zmienione. Otóż, ogniwem pośrednim może być cała sekwencja organizmów,
w których upatruje się stopniowych przekształceń cech.
Polecam zapoznać się z anatomią czaszki ssaków i gadów, również tych wymarłych i przeanalizować podręcznikowy przykład pochodzenia kosteczek słuchowych – kowadełka i młoteczka. W tym miejscu należy
również wspomnieć dwa nurty dzielące wielu ewolucjonistów – saltacjonizm i gradualizm. Według pierwszego
z nich zmiany dokonują się skokowo, zaś drugi zakłada
stopniowe przemiany. Nie jest wykluczone, że w przyrodzie oba mają miejsce, zatem spór może okazać się
zbędny.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
nowania nie-niemieckich i nie-rosyjskich ludów”. Z łatwością można odnaleźć alternatywne oznaki terroru
studiując feudalizm kościelny średniowiecznej i późniejszej Europy. Wszystko jest kwestią tego jak daleko
można wypaczyć interpretację.
Autor przytacza w swej książce kilka istotnych
aspektów dotyczących ryb:
1)„Latimeria, którą uważano za wymarły gatunek,
stanowiący ogniwo pomiędzy rybami a zwierzętami lądowymi [...] badanie tkanek miękkich Latimerii wykluczyło, by mogła być prapłazem” (strona 40.),
2)„od ryby do żaby jest tak samo daleko jak od ryby
do człowieka” (strona 60.),
3) „organy wewnętrzne latimerii nie wykazują oznak
przystosowania do środowiska lądowego i nie dają
wskazówek, jak ryba mogła stać się płazem” (strona 61.).
Latimeria jest rybą – to fakt. Płazem nigdy nie była.
Dwa współcześnie żyjące gatunki reprezentują ryby celakantokształtne (trzonopłetwokształtne; Coelacanthiformes) i wyżej należą do ryb mięśniopłetwych. Wśród
nich, nie w latimerii, należy upatrywać hipotetycznego
przodka czworonogów (Tetrapoda). Tym bardziej, że
latimeria nie była brana przez wielu ewolucjonistów
i paleontologów za ogniwo pośrednie między rybami
i płazami. Ryziewicz i wsp. (1953) pisali: „Przy rozpatrywaniu pochodzenia płazów bierze się pod uwagę
tylko Choanichthyes [...] Choanichthyes obejmują dwie
grupy: ryby dwudyszne – Dipnoi i ryby trzonopłetwe
Crossopterygii”. Ani słowa o latimerii w kwestii pochodzenia płazów. Jedyna wzmianka o latimerii: „w okolicach Afryki Wschodniej złowiono w ostatnich czasach
w morzu dwa osobniki należące do tej archaicznej grupy. Jest to Latimeria i Malania”. Szarski (1982) w swej
popularnej książce „Historia zwierząt kręgowych” podaje opis latimerii, jej adaptacji i snuje przypuszczenia
wersja PL
SZKOŁA
miejsce dziś za pomocą misji, gdzie niesienie pomocy
jest równoznaczne z nauczaniem nowej, słusznej wiary), wzajemnych wojnach na tle religijnym, trwających
od tysiącleci, jest dalece idącym wypaczeniem. Wypaczeniem niestety stale pojawiającym się w literaturze
antyewolucyjonistycznej. Co ciekawe, w podsumowaniu seminarium z 2006 roku czytamy (Giertych 2007):
„Mastropaolo trochę osłabił siłę swojej prezentacji obwiniając przyjęcie teorii ewolucji odpowiedzialnością
za „rzeki krwi” zorganizowane w 20 wieku przez ideologie komunistyczne i nazistowskie. Ta ekstrapolacja
ma pewne uzasadnienie […], ale stanowiła oczywistą
przesadę”.
Na stronie 12. autor pisze: „Rośnie obciążenie genetyczne, czyli liczba defektów genetycznych w populacjach organizmów żywych. Przedstawił [Joseph Mastropaolo] zastraszające dane o geometrycznym wzroście
chorób genetycznych u człowieka, zagrażających istnieniu naszego gatunku.”, po czym w omawianym rozdziale krytykuje głosy przemawiające za świadomym dobieraniem gamet u człowieka, mających na celu unikanie
niniejszych obciążeń genetycznych. Oczywiście, każde
narzędzie daje możliwość nadużycia. Nożyczkami też
można zabić. Absolutnie niezrozumiałe, z punktu widzenia próby naukowego podważenia ewolucji, jest
przytaczanie informacji o tym, że celebryci handlują
komórkami rozrodczymi. „Naturalna selekcja to wybieranie zdrowych i pięknych genów” wg cytowanego
Rona Harrisa (strona 135) to żaden dowód naukowy na
ewolucję ani przeciw ewolucji. To jedynie zdanie, które
ktoś gdzieś wypowiedział. Nie jako pierwszy, nie jako
ostatni. To, jak łatwo można manipulować założeniami ewolucji pokazuje m.in. książka Fryderyka Engelsa
„Dialektyka przyrody”. Na stronie 136. recenzowanej
książki czytamy: „pozostaje faktem, że używano darwinizmu do usprawiedliwiania barbarzyństwa, które
towarzyszyło niemieckim i rosyjskim próbom zdomi-
100
KRÓTKO
ko dewolucja. [...] Wszyscy wiemy, że mutacje niszczą
informację genetyczną. Mogą też zniszczyć skrzydła.
W pewnych warunkach takie bezskrzydłe owady mogą
okazać się bardziej zdolne do życia niż uskrzydlone,
ale nie są to przykłady pojawiania się nowej informacji genetycznej, tylko [...] utraty. Nie wspiera to teorii
ewolucji” (strona 167.). Paradoksem jest dualizm tej
wypowiedzi. Utrata skrzydeł nie musi oznaczać utraty
genu związanego z wykształcaniem skrzydeł, a zmiany w jego zapisie i np. zablokowanie jego ekspresji. Po
drugie utrata skrzydeł może mieć daleko idące konsekwencje odzwierciedlone zmianą zasiedlanej niszy ekologicznej, przy dalszej działalności doboru naturalnego.
Skutkiem może być postępująca komplikacja lub redukcja istniejących rozwiązań na rzecz uzyskania nowych
funkcji. Innymi słowy wspomniana dewolucja przyczyni się ewolucji. Dodajmy, że śledząc historię ewolucyjną
wybranych grup owadów dostrzega się utratę skrzydeł,
następnie przywrócenie skrzydeł w liniach potomnych.
Jak widać, nie zawsze informacja jest utracona na zawsze. W kontekście uskrzydlenia w rzędzie straszyków
pisali Whiting i wsp. (2003). Omawiając dewolucję autor
uwypukla wymierania gatunków zachodzące współcześnie słusznie wskazując na duży wpływ człowieka
w tym procesie. Z drugiej strony wzbrania się przed
jednoznacznym osądem człowieka i jego głównej roli
w eksterminacji bioróżnorodności. Czynnik ludzki to
przypuszczalnie niespotykany dotychczas czynnik biologiczny odpowiedzialny za tak znaczne i szybkie wymierania w skali globu. Z kolei samej dewolucji przeczą
szacunki bioróżnorodności w geologicznej przeszłości
Ziemi przeprowadzone przez Johna Phillipsa (opublikowane w 1860) i Johna Sepkoskiego (opublikowane
w 1984) (Ward 1995).
Na zakończenie podsumujmy specjację, czyli tworzenie się gatunków. Największym zarzutem przeciwników teorii ewolucji, nawet jeżeli akceptują istnienie
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
pomagać przetrwać. Stale pojawiające się w książce tłumaczenie, że nie świadczy to o pojawieniu się nowej informacji czy funkcji, a jedynie o modyfikacji istniejącej
jest nadużyciem. Badania genetyczne i embriologiczne
wskazują na powiązania piór ptasich i gadzich łusek
(Chuong i wsp. 2000, Greenwold i wsp. 2014). Z punktu
widzenia pokrywy ciała funkcja może być rzeczywiście
jedynie częściowo zmodyfikowana. Natomiast z punktu widzenia uzyskania powierzchni nośnej, jaką zapewniają pióra, należy mówić o nowej funkcji względem
pierwotnej.
„W każdym z trzech przypadków (koniugacja,
transformacja, transdukcja) mamy do czynienia nie
z ewolucją nowej funkcji, a tylko z pozapłciowym przenoszeniem już istniejącej [...]” (strona 95.). Na dzień
dzisiejszy wiadomo, że genom różnych gatunków błonkówek posiada materiał genetyczny wirusowego pochodzenia. Używają go m.in. parazytoidy do osłabiania
układu odpornościowego ofiar (Rizki i Rizki 1990). Niewykluczone, że błonkówki zdolne do indukcji rozwoju
galasów również korzystają z wirusowego materiału
genetycznego celem podporządkowania fizjologii i aparatu genetycznego gospodarza roślinnego. Na tę chwilę
to jedynie hipoteza (Cornell 1983, Stone i wsp. 2010).
Gdyby okazała się prawdziwa, wówczas wirus nie tylko
wykorzystałby istniejącą już cechę, ale owad korzystając
z niej osiągnąłby nową jakość – galas służący rozwojowi
owadziego potomstwa w pierwszym rzędzie. Korzyść
płynąca dla elementu pochodzenia wirusowego jest jednoznaczna – przetrwanie informacji genetycznej w obrębie genomu błonkówki. Weryfikacja wspomnianej
hipotezy w najbliższej przyszłości to jeden z kierunków
badań cecidologicznych (nauka o galasach).
W rozdziale poświęconym dewolucji autor przytacza przykład chrząszczy zamieszkujących wyspy, u których dobór naturalny promował osobniki bezskrzydłe.
Pisze: „Utrata czy redukcja skrzydeł to nie ewolucja tyl-
wersja PL
SZKOŁA
Wśród zarzutów wobec nieprzejrzystości ewolucji
wymienione zostały żebropławy (Ctenophora) z unikalnym układem nerwowym. „Skąd więc miałyby wyewoluować? Zmienność w przyrodzie nie ma granic” – pyta
autor. Jékely i wsp. (2015) dyskutują nad pozycją filogenetyczną żebropławów. Najnowsze analizy sugerują, że
żebropławy stanowią grupę siostrzaną do całej reszty
Metazoa (zwierzęta). Rodzi to dwa scenariusze ewolucji układu nerwowego. W pierwszym z nich układ nerwowy wyodrębnił się u wspólnego przodka wszystkich
zwierząt i uległ redukcji m.in. u gąbek. Drugi scenariusz
sugeruje niezależne powstanie układu nerwowego u żebropławów i w obrębie kladu wspólnego dla zwierząt
o symetrii dwubocznej (Bilateralia) i parzydełkowców
(Cnidaria). Czy jest to tak wysoce nieprawdopodobne,
skoro znamy tyle przykładów konwergencji w świecie
organizmów żywych? Układ nerwowy jest pochodzenia
ektodermalnego, gdyby był mezodermalnego czyniłoby
to rzeczywiście trudnym do wyobrażenia, że nagle powstaje z innych listków zarodkowych.
Na stronie 89. autor prezentuje czytelną tabelę
o trzech kolumnach: informacja zredukowana, wymieszana, zwiększona. W pierwszej kolumnie znajdziemy
m.in. izolację, dryf genetyczny, selekcję, zaś w drugiej
m.in. panmiksję, hybrydyzację, czy troskę o bioróżnorodność. W trzeciej kolumnie nie znajdziemy niczego,
zatem nie istnieje proces zwiększający zasób informacji.
Leży to u podłoża próby obalenia ewolucji, a promocji
dewolucji. Po czym czytamy: „Nowi przybysze [...] stają
się źródłem zwiększenia genetycznej różnorodności”.
Dostrzegam tu niespójność, gdyż autor postrzega informacje pod postacią genów jako stałe w czasie lub wymierające. Pojawienie się każdego nowego allelu, niezależnie, czy w wyniku losowej mutacji, czy w obrębie
populacji na skutek imigracji powoduje zwiększenie informacji - co najmniej na szczeblu lokalnym. Niniejszy
allel w zestawieniu z innym może okazać się letalny lub
101
KRÓTKO
Podsumowanie
Książka „Ewolucja, dewolucja, nauka” przysparza
problemów w ocenie. Po przeczytaniu wstępu czytelnik może odnieść wrażenie, że na rynku polskim pojawiła się pozycja literatury mogąca stać się powodem
poważnej dyskusji na temat teorii ewolucji. Z każdym
rozdziałem niestety pozytywne wrażenie niknie, ponieważ czytelnik nie wie, czy czyta o rzekomych wadach ewolucjonizmu, etyce, elementach współczesnego
kreacjonizmu, opinii kościoła, tytułowej dewolucji, czy
o ochronie bioróżnorodności. Liczne błędy, odmłodzone zarzuty rodem z XIX i XX wieku czynią książkę niemerytoryczną we współczesnej dyskusji na temat
teorii ewolucji. Książka nie wzbogaca puli klasycznych
zarzutów wobec typowych „dowodów” na rzekomą niemoc ewolucjonistów do tłumaczenia np. powstania oka
(Dawkins 1998, rozdział „Czterdzieści dróg do oświecenia” doskonale podejmuje ten problem). Recenzowana
praca nie posiada spisu literatury, który byłby wskaźnikiem jakości dobieranych argumentów. W tekście,
w poszczególnych rozdziałach, przytaczane są wybrane
pozycje z literatury, głównie kreacjonistycznej i antyewolucjonistycznej. Stanowi to kolejny dowód na niską
jakość dyskusji autora z założeniami teorii ewolucji.
Omawiana książka to kolejny element ruchu antyewolucjonistycznego w Polsce w ostatnich latach, co dobrze
omówił Borczyk (2010).
Wśród pozytywnych cech książki znajduję:
a)Od strony technicznej przejrzystość i wzorową
oprawę graficzną, liczne zdjęcia i grafiki, ponadto
dużą czcionkę. Treść jest prosta w odbiorze. Książkę czyta się szybko, co jest też ukrytą wadą, ponie-
waż w rzeczywistości na ok. 160 stronach znajduje
się mało tekstu. A mało tekstu oznacza mało zarzutów, szczególnie przy rozbudowanych wyjaśnieniach procesów i zjawisk oraz definicjach.
b)Uwrażliwia na ochronę przyrody i zasobów biosfery w czasach ich wymierania.
Niniejsza książka dostarcza przykładów, gdzie wciąż
edukacja z zakresu ewolucjonizmu i dziedzin przyrodniczych i biologicznych jest niedostateczna. Jest to
również książka, którą powinno omawiać się korygując błędy merytoryczne oraz nieaktualne poglądy na
temat teorii ewolucji. Przykłady wskazane w dyskusji
mogą śmiało być użyte na lekcjach przyrody i biologii
jako ćwiczenie zrozumienia trudnego działu, jakim jest
ewolucjonizm.
Literatura
Amorim MCP, Simoes JM, Fonseca PJ, Turner GF (2008). Species
differences in courtship acoustic signals among five Lake Malawi
cichlid species (Pseudotropheus spp.). Journal of Fish Biology 72:
1355-1368.
Barret SCH (2008). Major evolutionary transitions in flowering
plants reproduction: an overview. Int. J. Plant Sci. 169(1): 1-5.
Borczyk B (2010). Creationism and the Teaching of Evolution in Poland. Evo Edu Outreach 3: 614-620.
Bowling AT, Ruvinsky A (2000). The Genetics of the Horse. CAB International. Wallingford.
Brzyski B, Gradziński R, Krzanowska R (1976). Stojące pnie kalamitów w odsłonięciu cegielni Brynów i warunki ich pogrzebania.
Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego 46: 159-182.
Cichocki W, Ważna A, Cichocki J, Rajska E, Jasiński A, Bogdanowicz
W (2015). Polskie nazewnictwo ssaków świata. Warszawa: Muzeum i Instytut Zoologii PAN.
Cornell VH (1983). The secondary chemistry and complex morphology of galls formed by the Cynipinae (Hymenoptera): Why and
how? American Midland Naturalist 110: 225-234.
Chuong C-M, Chodankar R, Widelitz RB, Jiang T-X (2000). Evo-Devo of feathers and scales: building complex epithelial appendages. Current Opinion in Genetics & Development 10: 449-456.
Dawkins R (1998). Wspinaczka na szczyt nieprawdopodobieństwa.
Prószyński i S-ka. Warszawa.
SZKOŁA
cierników zamieszkujących strumienie i jezioro. Badania te wspomagają nasze rozumienie mechanizmów
odpowiadających za proces specjacji.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
doboru naturalnego i mechanizmy jego działania, jest
to, że specjacja to proces niemożliwy do obserwacji
w trakcie życia badacza. Za Mayrem (1974) wyróżniamy
specjację allopatryczną i sympatryczną. Pierwsza z nich
zdaje się prostsza do wyjaśnienia, ponieważ zakłada, że
gatunki potomne powstają na skutek rozdzielenia zasięgu populacji macierzystej poprzez barierę, np. pasmo
górskie. A zatem gatunki potomne mają różną ojczyznę
(allos – różny, patris – ojczyzna). Przez długi czas specjacja sympatryczna była kwestionowana, wielu zwolenników teorii ewolucji odrzucało założenie, jakoby
specjacja zachodziła w obrębie populacji zlokalizowanej w jednej „ojczyźnie” (syn – razem). A jednak, wśród
różnych grup organizmów znajdujemy dziś dowody na
to, że specjacja sympatryczna jest realna. Najlepszego
dowodu dostarczają ryby, szczególnie pielęgnicowate
(Cichlidae). Swoistym laboratorium ewolucyjnym stało się jezioro Malawi (Niasa) w Afryce, gdzie naukowcy badający pielęgnice traktują je za przykład dynamicznej radiacji. Najprawdopodobniej doszło do niej
dzięki samicom, które ulegały samcom wykazujących
różne cechy (barwy, sygnały chemiczne i dźwiękowe)
(Amorim i wsp. 2008). O ile pielęgnice to od lat powtarzany przykład, to stale pojawiają się nowe doniesienia
w temacie specjacji. Spektakularnym doniesieniem jest
praca opublikowana 29 lutego 2016 r. w PLoS Genetics
przez Marques i wsp. (2016). Badania dotyczyły populacji ciernika (Gasterosteus aculeatus), małej ryby, zamieszkującej Jezioro Bodeńskie (Niemcy, Szwajcaria)
i udających się na tarło do strumieni oraz populacji zamieszkujących te strumienie. Wobec powyższego obie
populacje mają możliwość wymiany genów podczas
tarła. Okazuje się jednak, że na przestrzeni ok. 150 lat
doszło do wyraźnego wykształcenia się odmiennych
morfologicznie ekotypów, wykazujących również różnice w okresie rozrodu czy diecie. Marques i wsp. (2016)
przedstawili dowody na lokalne różnice w genomach
wersja PL
NAUKA
102
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Sympatric Threespine Stickleback. PLOS Genetics, 34 strony.
Mayr E (1974). Populacje, gatunki i ewolucja. PW „Wiedza Powszechna”. Warszawa.
Murphy WJ, Pringle TH, Crider TA, Springer MS, Miller W (2007).
Using genomic data to unravel the root of the placental mammal
phylogeny. Genome Research 17(4): 413-421.
Pilichowski S, Zawada Z (2011). Możliwości adaptacyjne pekari
obrożnego (Pecari tajacu). XII Toruńskie Seminarium Ekologiczne – Ewolucja strategii reprodukcyjnych i życiowych. Toruń.
Poplewski R (1948). Anatomia ssaków. Tom IV. SW „Czytelnik”.
Sztokholm. Strony: 15-30.
Rizki RM, Rizki TM (1990). Parasitoid virus-like particles destroy
Drosophila cellular immunity. Proceedings of the National Academy of Science 87: 8388-8392.
Rygel MC, Gibling MR, Calder JH (2004). Vegetation-induced sedimentary structures from fossil forests in the Pennsylvanian Joggins Formation, Nova Scotia. Sedimentology 51(3): 531-552.
Ryszkiewicz M (1995). Ziemia i życie. Rozważania o ewolucji i ekologii. Prószyński i S-ka. Warszawa.
Ryszkiewicz M (2000). Ewolucja. Od Wielkiego Wybuchu do Homo
sapiens. Prószyński i S-ka. Warszawa.
Ryziewicz Z, Czyżewska T, Wolańska H (1953). Paleozoologia. Część
II. Kręgowce. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Poznań,
Wrocław.
Salesa MJ, Antón M, Peigné S, Morales J (2006). Evidence of a false thumb in a fossil carnivore clarifies the evolution of pandas.
PNAS 103(2): 379-382.
Schwarm A, Ortmann S, Rietschel W, Kuhne R, Wibbelt G, Clauss
M (2010). Function, size and form of gastrointestinal tract of the
collared Pecari tajacu (Linnaeus 1758) and white- lipped peccary
Tajassu pecari (Link 1795). European Journal of Wildlife Research 56(4): 569-576.
Stone G, Schönrogge K, Csóka G (2010). Three person views of the
future of gall research. Cecidology 25(2): 58-67.
Szarski H (1982). Historia zwierząt kręgowych. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa.
Ward P (1995). Kres ewolucji. Dinozaury, wielkie wymierania i bioróżnorodność. Prószyński i S-ka. Warszawa.
Whiting MF, Bradler S, Maxwell T (2003). Loss and recovery of
wings in stick insects. Nature 421: 264-267.
wersja PL
SZKOŁA
Engels F (1952). Dialektyka przyrody. Książka i Wiedza. Warszawa.
Falcon-Lang HJ (2003). Early Mississippian lycopsid forests in a delta-plain setting at Norton, near Sussex, New Brunswick, Canada.
Journal of the Geological Society 161(6): 969-981.
Falcon-Lang HJ (2005). Small cordaitalean trees in a marine-influenced coastal habitat in the Pennsylvanian Joggins Formation, Nova
Scotia. Journal of the Geological Society 162: 485-500.
Falcon-Lang HJ (2006). Latest Mid-Pennsylvanian tree-fern forests
in retrograding coastal plain deposits, Sydney Mines Formation,
Nova Scotia, Canada. Journal of the Geological Society 163(1): 8193.
Giertych M (2006). Creationism, evolution: nothing has been proved.
Nature 444, 265.
Giertych M (2007). O ewolucji w szkołach europejskich. Tłumaczenie „On evolution in the European Parliament”. Plik pdf, polski:
http://opoka.giertych.pl/evolution.pdf , angielski: http://opoka.
giertych.pl/evolution_en.pdf (dostęp 14 III 2016).
Greenwold MJ, Bao W, Jarvis ED, Hu H, Li C, Gilbert MTP, Zhang
G, Sawyer RH (2014). Dynamic evolution of the alpha (α) and beta
(β) keratins has accompanied integument diversification and the
adaptation of birds into novel lifestyles. BMC Evolutionary Biology 14: 249.
Hinchliff CE, Smith SA, Allman JF, Burleigh JG, Chaudhary R, Coghill LM, Crandal KA, Deng J, Drew BT, Gazis R, Gude K, Hibbett
DS, Katz LA, Laughinghouse IV HD, McTavish EJ, Midford PE,
Owen CL, Ree RH, Rees JA, Soltis DE, Williams T, Cranston KA
(2015). Synthesis of phylogeny and taxonomy into a comprehensive tree of life. Proceedings of the National Academy of Sciences
112(41): 12764-12769.
Israfil H, Zehr SM, Mootnick AR, Ruvolo M, Steiper ME (2011). Unresolved molecular phylogenies of gibbons and siamangs (Family:
Hylobatidae) based on mitochondrial, Y-linked, and X-linked loci
indicate a rapid Miocene radiation or sudden vicariance event.
Mol Phylogenet Evol 58(3): 447-455.
Jékely G, Paps J, Nielsen C (2015). The phylogenetic position of ctenophores and the origin(s) of nervous systems. EvoDevo 6:1.
Karpowicz W (1972). Z ewolucji roślin. Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych. Warszawa.
Langdale JA, Harrison CJ (2008). Chapter 16. Developmental transitions during the evolution of plant form. W: Evolving pathways:
key themes in evolutionary developmental biology, strony 299316.
Leus K, Goodall GP, Macdonald AA (1999). Anatomy and histology
of the babirusa(Babyrousa babyrussa) stomach. Comptes Rendus
de l’Académie des Sciences - Series III - Sciences de la Vie 322(12):
1081-1092.
Marques DA, Lucek K, Meier JI, Mwaiko S, Wagner CE, Excoffer L,
Seehausen O (2016). Genomics of Rapid Incipient Speciation in
103
KRÓTKO
Recenzja książki Wiesława Stawińskiego
W nurcie życia
Ilona Żeber-Dzikowska
Opublikowana niedawno książka Wiesława Stawińskiego, dotycząca opracowania aspektów dotyczących
edukacji dla dydaktyki w kontekście teorii, praktyki
oraz badań, stanowi bardzo cenny i wartościowy merytorycznie materiał rzeczowy.
Pozycja ta jest pomocą naukową oraz metodyczną;
odpowiada na oczekiwania szkół wyższych, związane z możliwością rozwijania wszechstronnego zakresu dydaktyki. Jest również znaczącą publikacją, która
pozwala na uzmysłowienie czytelnikowi roli i rangi
rozwoju dydaktyki biologii i ochrony środowiska. Refleksje biograficzne Pana Profesora, jego wspomnienia,
opisane podróże naukowe i krajoznawcze popularyzują
wyniki badań w obszarach edukacji dla rozwoju dydaktyki. Autor także dzieli się z odbiorcą doświadczeniami
polskiej szkoły wyższej na arenie międzynarodowej.
Książka adresowana jest do szerokiego grona osób
zainteresowanych problematyką, działających w obszarze edukacji dotyczącej dydaktyki z zakresu biologii
i ochrony środowiska. Ponadto umożliwia zapoznanie
się z obserwacjami, wnioskami oraz proponowanymi
postulatami Autora, inspiruje środowisko naukowe do
zaangażowania w realizację zapisów Dekady Edukacji
dla Zrównoważonego Rozwoju, celem zapobiegania
Wiesław Stawiński
W nurcie życia
In the Stream of Life
Published by: Airo Studio, Mariola Bylicka
Bielsko-Biała 2014
ISBN: 978-83-936577-3-5
dalszej dewastacji przyrody naszej planety, jak i na dalszą przyszłość realizacji powyższej problematyki poprzez działalność IUCN i innych międzynarodowych
instytucji.
Społeczeństwo w procesie globalizacji powinno charakteryzować się wysoką aktywnością proekologiczną,
samorządnością i zdolnością do współpracy dla dobra
wspólnoty. W Polsce zjawisko budowania takiego spo-
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
Warto przeczytać... godne polecenia....
chwila refleksji...
łeczeństwa wymaga stymulacji. Istnieje potrzeba podejmowania inicjatyw i odpowiedzialności, przekładającej
się na współdecydowanie o funkcjonowaniu rzeczywistej edukacji, a także w sferze relacji człowiek – środowisko.
Prowadzone od lat działania na rzecz podwyższenia świadomości ekologicznej społeczeństwa przynoszą efekt, jednak poziom tej świadomości trudno uznać
dzisiaj za wystarczający. Szkoły wszystkich stopni
i placówki oświatowe realizują edukację środowiskową
w sposób formalny. Jej niezbędnym uzupełnieniem jest
edukacja nieformalna, niosąca wiedzę, której przenikanie do świadomości społecznej skutkuje zmianą niewłaściwych postaw i wartości, na rzecz nawyków i postaw proekologicznych.
Zapoznając się z bardzo wartościowymi refleksjami
i przemyśleniami Autora, warto też podkreślić udokumentowanie poprzez zdjęcia bliskich osób, znajomych,
przyjaciół, pracowników naukowych, dydaktycznych
uczestniczących w twórczych konferencjach, wyjazdach, sympozjach, seminariach oraz niezapomniane
fotografie z wypraw. Książka napisana przez Profesora
W. Stawińskiego wzbudza pewien sentyment i zapoznaje z historią wydarzeń wojennych, które przeżyła
Jego rodzina oraz udziałem ojca Autora w walkach toczonych na wschodzie z armią radziecką, jego niewolą
w obozie w Starobielsku, uzmysławia osobie czytającej
zdystansować się do przeżyć psychicznych całej rodziny. Czytając dogłębnie refleksje biograficzne Autora,
można skonfrontować z przemyślanym i dedykowanym
przeze mnie Szanownemu Panu Profesorowi mottem
– „Przedmioty nie są istotne ani drogocenne. Za to
szczęście, umiłowanie piękna, poszanowanie wartości,
przyjaźń między ludźmi, dialog, komunikacja interpersonalna, chęć pomocy drugiemu człowiekowi – to jest
istota prawdziwego, radosnego i optymistycznego życia,
które wpływa na własną osobowość”. Profesor dedyku-
wersja PL
SZKOŁA
Recenzja książki
104
KRÓTKO
Recenzja książki | Ilona Żeber-Dzikowska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Zachęcam i gorąco polecam, aby pochylić się nad
refleksyjną lekturą autorstwa Profesora Wiesława Stawińskiego pt. „W nurcie życia”.
Kontakt bezpośrednio z Autorem lub Wydawcą –
Airo Studio, Mariola Bylicka pl. M. Lutra 3/2 w Bielsku
Białej; strona internetowa Wydawcy: www.airostudio.pl
lub kontakt z Ośrodkiem Wydawniczym „Augustana”,
adres: pl. ks. M. Lutra 3, 43-300 Bielsko-Biała; strona
internetowa Ośrodka Wydawniczego „Augustana” :
www.augustana.com.pl.
Ponadto warto podkreślić, że przygotowana publikacja, zasługuje na niewymierzalną ocenę, ze względu
na cenne wartości merytoryczne, a także uwypuklenie
aspektów praktycznych, niezbędnych w przygotowaniu
człowieka do odpowiedzialnego, świadomego i refleksyjnego funkcjonowania w zmieniającym się świecie
z poczuciem czynienia Dobra.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
NAUKA
z osobami w wielu przemierzonych krajach, stolicach,
miastach, miasteczkach i wioskach.
W programach międzynarodowych konferencji były
organizowane zajęcia terenowe związane z problemami
ochrony przyrody i ochrony środowiska oraz poznaniem kultury danego kraju poprzez poznanie miejscowych obyczajów, tradycyjnych potraw i przysmaków.
Profesor Wiesław Stawiński przedstawia poszczególne wyjazdy, ukazując Hiszpanię, Indie, Izrael, Kostarykę, Hawanę, Australię, miasto Singapur, Rosję, Kenię,
USA, Portugalię, Argentynę, Kanadę, Republikę Południowej Afryki, Finlandię, Norwegię, Szwecję, Danię,
Słowenię, Estonię. Ponadto ukazuje kontakty naukowo-dydaktyczne z ośrodkami naukowymi w Niemczech
z podziałem na Niemcy Wschodnie – NRD, Niemcy
Zachodnie – Republikę Federalną Niemiec, wskazując
współpracę z Uniwersytetem w Halle, Wyższą Szkołą
Pedagogiczną w Güstrow, Uniwersytetem w Greifswaldzie, Uniwersytetem w Kilonii oraz pobyt w Austrii
na stażu naukowym w Uniwersytecie w Salzburgu.
W książce zostały pominięte wędrówki po Holandii,
Francji, Szwajcarii, Włoszech i innych krajach europejskich. Zostały tylko zasygnalizowane problemy ówczesnych warunków życia w Polsce i w innych krajach
europejskich i na całym świecie. Warto zachęcić Autora
do napisania następnej książki – kolejnej części wspomnień, w której opowiedziałby o innych, niescharakteryzowanych wyżej wymienionych krajach oraz omówił
zagadnienia związane z dziejami dydaktyki biologii,
dydaktyki przyrody oraz edukacji przyrodniczej w Polsce na przestrzeni XX i XXI wieku.
Ponadto można życzyć Profesorowi, aby Jego marzenie spełniło się i zostało w pełni zrealizowane, by
mógł wyruszyć w wymarzony zakątek świata i opisać
wędrówki po Chinach, w tym Tybecie.
wersja PL
SZKOŁA
je książkę swoim Rodzicom, Rodzeństwu, Krewnym,
Przyjaciołom, Współpracownikom, Znajomym, Nauczycielom, Profesorom i Studentom oraz innym Osobom w kraju i zagranicą, jako wyraz swojej wdzięczności za wszelkie wyświadczone dla Autora dobro...
Publikacja autorstwa Wiesława Stawińskiego pt.:
„W nurcie życia” składa się z wprowadzenia, wstępu,
zakończenia i dwóch głównych części. W pierwszej
z nich, zatytułowanej „Moja biografia. Moje wspomnienia”, Autor zamieścił rozważania na temat swojej rodziny, życia w przedwojennej Polsce, czas wojny, pierwsze powojenne lata, wspomina siebie jako człowieka
klasowo obcego, który wybiera się na studia, początki
pracy nauczycielskiej, przedstawia własną Osobę jako
nauczyciela i wychowawcę, swoją rolę w doskonaleniu
nauczycieli oraz prace naukowo – dydaktyczną. W drugiej części, pt. „Podróże naukowe i krajoznawcze”, Autor przedstawia różne historie, zdarzenia, spotkania
z interesującymi osobowościami, z którymi spotkał się
podczas licznych zagranicznych podróży i uczestniczenia w międzynarodowych konferencjach. Podróże
naukowe oraz konferencje dały Profesorowi możliwość
zaznajomienia się i zbliżenie merytoryczne ze światowymi tendencjami w rozwoju edukacji biologicznej
i środowiskowej oraz naukowych badań biologiczno-dydaktycznych, podjęcie naukowych badań z zagranicznymi ośrodkami. Ponadto porównanie działalności
naukowej prowadzonej w kraju z osiągnięciami w placówkach poza Polską. Obecnie kontakty naukowe, które pozostały, są nadal utrzymywane i poszerzane, zdobyte doświadczenia rekompensują wzmacniając rozwój
naukowy pracowników Pana Profesora Wiesława Stawińskiego i ich kompetencje biologiczno-dydaktyczne.
W rozdziale tym Autor dokładnie charakteryzuje wieloletnią swoją pracę nauczycielską i naukową poprzez
ukazanie wspomnień przeżytych w różnych sytuacjach
105
KRÓTKO
Recenzja książki | Ilona Żeber-Dzikowska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
106
Nowe wydanie słynnego podręcznika: Biologia Campbella | Redakcja | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Nowe wydanie słynnego
podręcznika: Biologia
Campbella
Drugie polskie wydanie „Biologii” jest tłumaczeniem 10. wydania oryginału opublikowanego w 2014 r.
Warto podkreślić, że 10. wydanie angielskie jest wciąż
najbardziej aktualną wersją podręcznika. Kupując wydanie polskie mamy więc pewność, że dostajemy aktualny podręcznik zawierający treści odpowiadające
aktualnemu stanowi wiedzy z prężnie rozwijającej się
gałęzi nauki, jaką jest biologia. Przetłumaczenie książki liczącej ponad tysiąc stron w tak krótkim czasie (od
wydania oryginału) to naprawdę duże wyzwanie. Tym
bardziej biorąc ten podręcznik do rąk powinniśmy docenić zawarty w niej ciężar wiedzy. Podręcznik rzeczywiście nie jest lekki, ale to dotyczy jedynie jego masy;
treść jest podana w sposób przejrzysty, a tekst czyta się
z dużą przyjemnością. Dla osób zainteresowanych bio-
SZKOŁA
Najbardziej aktualny podręcznik do biologii
Jane B. Reece, Lisa A. Urry,
Michael L. Cain, Steven A. Wasserman,
Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson
Biologia Campbella
wydawca: Dom Wydawniczy REBIS
Warsaw 2015
ISBN 978-83-7818-716-5
logią to będzie naprawdę przyjemna lektura. Zresztą,
być może najbardziej wiarygodną rekomendacją książki
będą słowa nauczyciela akademickiego pracującego na
jednym z wydziałów humanistycznych na Uniwersytecie Warszawskim. Wyznał on redaktorowi naczelnemu
EBiŚ, że „przeczytał książkę jednym tchem (choć ze
względu na objętość podręcznika niewątpliwie musiał
mieć przerwy w lekturze – red.), wie o biologii zdecydowanie więcej, a lektura była czystą przyjemnością”.
Biologia Campbella bez Campbella?
Być może to jest największa różnica między pierwszym a drugim wydaniem polskim podręcznika. Neil
A. Campbell zmarł w 2004 r. O ile miał on wpływ,
jak autorzy piszą w części „O autorach”, na koncepcję
i treść poprzedniego wydania podręcznika (8. wydania
w języku angielskim), to wydaje się, że aktualne wydanie powstało głównie za sprawą pozostałych autorów:
KRÓTKO
Nie tak dawno temu, bo od tego czasu minęły zaledwie 3 lata, na łamach kwartalnika EBiŚ umieściliśmy
recenzję pierwszego polskiego wydania podręcznika „Biologia” (EBiŚ 2013/2, s. 76). Wysoce pozytywna
ocena to nie jedyna rzecz, która towarzyszy nowemu
wydaniu, choć pewne zmiany między aktualnym a poprzednim wydaniem można oczywiście zauważyć. Nie
ma sensu powielać tego, co o podręczniku „Biologia”
powiedziano na łamach EBiŚ już 3 lata temu; skupimy
się więc głównie na różnicach, które można zauważyć,
gdy porówna się oba wydania „Biologii”.
NAUKA
Redakcja
107
Nowe wydanie słynnego podręcznika: Biologia Campbella | Redakcja | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
Genomika
W podręczniku można znaleźć wiele części, w których autorzy starają się przekazać czytelnikom wpływ
genomiki na pozostałe dziedziny biologii. Takie podejście wydaje się w pełni uzasadnione, ponieważ koszty
sekwencjonowania genomów maleją z roku na rok i zapewne technologia ta w niedalekiej przyszłości stanie
się naprawdę powszechnie dostępna, podobnie jak dzisiaj sekwencjonowanie DNA metodą Sangera. Zresztą
wiele ćwiczeń umiejętności naukowych, w tym wcześniej wspomniane opracowanie logo sekwencyjnego,
dotyczy badań z dziedziny genomiki. Czytając podręcznik daje się odczuć, że autorzy wybrali genomikę i jej
owoce jako pewien drogowskaz przy opracowywaniu
aktualnego wydania „Biologii Campbella”. Wydaje się,
że to dobry pomysł – przecież dzięki temu każde kolejne wydanie podręcznika ma szansę się nieco różnić
od poprzedniego, a czytelnik zawsze będzie miał poczucie, że obcuje z dziełem zawsze aktualnym. Aż chciałoby się teraz wiedzieć, która dziedzina biologii zostanie
wybrana na Leitmotiv następnego wydania „Biologii
Campbella”.
Mając w ręku „Biologię Campbella” niektórzy na
pewno krzyknęliby – jaka ciężka! Rzeczywiście, książka
nie jest przeznaczona do codziennego noszenia w torbie
czy plecaku. Ale posiadanie tej książki to czysta przyjemność! To książka przeznaczona raczej do użytku
domowego, gdzie możemy ją położyć na solidnym blacie i oddać się poznawaniu kolejnych dziedzin biologii.
Jednym z ważnych atutów podręcznika jest jego, można
by powiedzieć, uniwersalność. Dotyczy to zarówno języka, jak i informacji przedstawionych w książce. Jest
ona napisana w taki sposób, że zadowoli zarówno osobę
rozpoczynającą przygodę z biologią, jak i studenta czy
pracownika naukowego, który chciałby poznać obcy
sobie dział biologii. Podobnie, książka jest znakomitym
wyborem dla osób, które chciałby się „zorientować” co
ciekawego dzieje się we współczesnej (i nie tylko) biologii, ale także dla tych, którzy chcieliby głębiej poznać
wybraną dziedzinę nauki o ożywionej części przyrody.
Gorąco polecamy „Biologię Campbella”!
NAUKA
Tak nazywają się części podręcznika znajdujące
się w każdym rozdziale. To nowość, która pojawiła się
w aktualnym wydaniu podręcznika. W ćwiczeniach
umiejętności naukowych czytelnik otrzymuje informacje na temat aktualnych problemów naukowych, opis
przebiegu rzeczywistego doświadczenia wraz z danymi, które zostały opublikowane w czasopismach naukowych. Wśród cytowanych prac można znaleźć naprawdę nowe, jak na uwzględnione w tak obszernym
podręczniku, jakim jest „Biologia Campbella”, opracowanie z 2011 r. dotyczące drzewa filogenetycznego
szczepów wirusa grypy H1N1 (rozdział 19., str. 404).
Pytania podane w części „Zinterpretuj dane” mogą
być wyzwaniem dla ucznia szkoły ponadgimnazjalnej,
a nawet niektórych studentów, ale z pewnością stanowią
wartościowy punkt wyjścia np. do dyskusji w grupie
wraz z nauczycielem. Nie ulega wątpliwości, że poruszenie tak aktualnego problemu badawczego w oparciu
o rzeczywiste publikacje jest atutem podręcznika, ponieważ dzięki takiemu podejściu czytelnik ma poczucie, że biologia jest nauką, która zajmuje się aktualnymi
i ważnymi problemami. Innym przykładem ćwiczenia
umiejętności naukowych jest publikacja dotycząca
opracowania logo sekwencyjnego, czyli sposobu zapisu wielu sekwencji nukleotydowych w czytelny sposób
z wykorzystaniem elementów graficznych (rozdział 17.,
str. 349). Wprawdzie publikacja źródłowa pochodzi
z 1990 r., ale ta metoda zapisu obecnie znajduje bardzo
Podsumowanie
SZKOŁA
Ćwiczenia umiejętności naukowych
szerokie zastosowanie i to bardzo dobrze, że czytelnicy „Biologii Campbella” mają szansę zapoznać się z samym sposobem zapisu logo sekwencyjnego, ale także
dowiedzieć się w jaki sposób naukowcy opracowali tę
metodę zapisu. Wydaje się jednak, że autorzy mogli dostosować numerację pozycji w sekwencji nukleotydowej
do najczęściej obecnie stosowanego zapisu, w którym
pierwszy ulegający translacji nukleotyd oznacza się jako
+1, a nie jako pozycję 0.
Niezależnie od drobnych uwag, które wymieniliśmy
wyżej, wprowadzenie ćwiczenia umiejętności naukowych do każdego rozdziału podręcznika to znakomity
pomysł, który podnosi atrakcyjność i tak atrakcyjnego
podręcznika do biologii.
wersją
referencyjną
jest wersja EN
KRÓTKO
Jane B. Reece, Lisy A. Urry, Michaela L. Caina, Stevena
A. Wassermana, Petera V. Minorsky’ego i Roberta B.
Jacksona. Od tego momentu książka nosi tytuł „Biologia Campbella”. Pięknym gestem autorów obecnego wydania jest wzmianka o dokonaniach Campbella w części
„O autorach”. W końcu bez Campbella, nie mielibyśmy
podręcznika „Biologia Campbella”!
wersja PL
108
Recenzja książki | Redakcja | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Recenzja książki
Guzik w tarapatach
Guzik w tarapatach
(Guzik in trouble)
SZKOŁA
Małgorzata Kaczorowska
Published by: Quercus
Chrzanów 2015
ISBN: 978-83-64084-11-9
Available at: http://www.bajkowy-las.pl
Może się wydawać, że opowieść przedstawiona
w pierwszej części była bardziej interesująca i złożona.
Należy jednak podkreślić, że również ta druga napisana
jest bardzo dobrze i jest atrakcyjna zarazem dla rodziców i przedszkolaków. Z pewnością wiele dzieci odkryje, że ma wiele wspólnego z Guzikiem, który wciąż chce
doświadczyć czegoś nowego, który zadaje podstawowe
pytania na temat życia i który lubi się przechwalać, mówiąc np. „Ale ze mnie sprytny koziołek”.
Guzik w tarapatach uczy, że śmieci zostawione w lesie lub jego otoczeniu mogą być poważnym zagrożeniem dla żyjących tam zwierząt. Książka ta pokazuje też
w bardzo prosty sposób poszczególne stadia życia saren
i tłumaczy ich zachowania. Należy też dodać, że druga
część, podobnie jak pierwsza, zawiera przepiękne ilustracje, zapewniające podczas lektury dodatkową przyjemność. Ze wszystkich tych powodów warto polecać tę
książkę, zwłaszcza wszystkim rodzicom, którzy czytają
książki dzieciom w wieku przedszkolnym.
KRÓTKO
Guzik, koziołek sarny, to bohater edukacyjnej serii
książkowej wydawanej przez wydawnicwo Quercus,
które zachęca Czytelników do poznania dzikiego świata
zwierząt z ich własnej perspektywy.
W pierwszej części opowieści o Guziku, opublikowanej w 2014 roku, mogliśmy go poznać jako młodziutkiego koziołka, który zgubił się podczas polowania
i starał się odnaleźć swoj mamę. Jednak poza nią szukał
on czegoś jeszcze: informacji, kim właściwie jest. Jego
przygody pozwoliły mu poznać wiele gatunków zwierząt, w tym jelenie, do których – jak się okazało – nie
zaliczał się, i wreszcie odnaleźć swą własną tożsamość.
Głównym celem edukacyjnym tej książki było pokazanie różnic między jeleniami i sarnami, nauczenie
właściwych nazw samców i samic w obrębie obu tych
gatunków oraz jasne podkreślenie, że sarna to nie samica jelenia.
Tym razem Guzik jest znacznie starszy. Jest już prawie niezależny i ma na głowie parostki, pokryte na razie
skórą, co powoduje straszne swędzenie. Z tego powodu musi on szukać właściwych drzew, o które może się
drapać, kojąc swędzenie. Niestety podczas jednej z jego
wypraw do jego parostków przyczepia się coś dziwnego i powoduje nieznośny hałas. Guzik jest przerażony.
To, co nam może się wydawać zabawne, dla niego jest
ogromnym kłopotem. Historia kończy się jednak dobrze. Guzik wraca do swojej mamy i jej nowych dzieci, które przyszły na świat, gdy odkrywał nowe zakątki
lasu. Jednak nie wraca na długo. Czuje, że musi wyruszyć znowu, po kolene przygody.
NAUKA
Redakcja
XX Krajowa Konferencja Dydaktyków Przedmiotów Przyrodniczych – ogłoszenie | Alicja Walosik | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016
109
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
„Edukacja przyrodnicza drogą
do kształcenia zrównoważonego
społeczeństwa”
Alicja Walosik
XX Krajową Konferencję
Dydaktyków Przedmiotów Przyrodniczych
30 czerwca 2016 roku – czwartek
• 11.00 – 12.00 – Rejestracja uczestników
• 12.00 – Otwarcie konferencji – powitanie przez Władze
Uczelni
• 12.30 – 14.45 – Obrady plenarne, wystąpienia uczestników konferencji
• 14.45 – 15.30 – Sesja posterowa + kawa
• 15.30 – 17.30 – Gra terenowa
• 18.30 – Obiadokolacja
1 lipca 2016 roku – piątek
•
•
•
•
8.30 – 12.00 – Wystąpienia uczestników, przerwa kawowa
12.00 – 12.45 – Obiad
12.45 – 14.45 – Panel dyskusyjny – kształcenie nauczycieli
15.00 – 19.00 – Zajęcia terenowe, ognisko
2 lipca 2016 roku – sobota
• 8.30 – 11.45 – Wystąpienia uczestników konferencji
• 12.00 – 12.45 – Obiad
• 13.00 – 15.00 – Obrady plenarne, zakończenie konferencji
SZKOŁA
organizują
WSTĘPNY PROGRAM KONFERENCJI
KRÓTKO
Grupa Dydaktyków Nauk Przyrodniczych
Instytutu Biologii,
Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie,
oraz Sekcja Dydaktyków Biologii
Polskiego Towarzystwa Przyrodniczego Kopernika
Konferencja odbędzie się w dniach
30.06. – 2.07.2016
na Uniwersytecie Pedagogicznym w Krakowie
Celem konferencji będzie prezentacja wyników badań z zakresu różnych dziedzin nauk
przyrodniczych dotyczących aktualnego stanu
i perspektyw kształcenia przyrodniczego.
Problematyka konferencji koncentrować się
będzie wokół następujących problemów:
• Strategie w edukacji przyrodniczej,
• Nauczanie przedmiotów przyrodniczych,
• Przygotowanie nauczycieli przedmiotów
przyrodniczych do kształcenia dla zrównoważonego rozwoju
• Ewaluacja efektów kształcenia przyrodniczego,
• Kształcenie przyrodnicze w edukacji formalnej i pozaformalnej,
• Technologia informacyjno – komunikacyjna w edukacji przyrodniczej.
Szczegółowe informacje dotyczące konferencji
znajdują się na stronie:
http://dydaktyka20.up.krakow.pl
NAUKA
XX Krajowa Konferencja
Dydaktyków Przedmiotów
Przyrodniczych – ogłoszenie
załącznik
wersja PL
wersją
referencyjną
jest wersja EN
Chemia – Metan z bagna
Zadanie
metan.
Stwierdzenia
1.
2.
3.
Zadanie
metan.
o Tak / o Nie
o Tak / o Nie
o Tak / o Nie
Stwierdzenia
1.
2.
3.
niż woda.
w wodzie.
Czy można
wywnioskować
z doświadczenia?
niż woda.
w wodzie.
Czy można
wywnioskować
z doświadczenia?
o Tak / o Nie
o Tak / o Nie
o Tak / o Nie
Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji
oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego.
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 1/2016, załącznik

Dlaczego koala jest cool? Komórki macierzyste w medycynie regeneracyjnej PL

Transkrypt

Podobne dokumenty

Molekularny Dr Jekyll i Mr Hyde - Biblioteka Pedagogiczna w Toruniu

postępowania i źródeł w części praktycznej finału Olimpiady