Hoe valkuilen te vermijden?

Goeiedag, het is vandaag zondag 24 juni 2012, ik ben Jozef Van Giel en dit is de 128ste aflevering van deze podcast. Deze aflevering kwam tot stand mede dankzij Rik Delaet. De muziek is van Niek Lucassen. Vandaag bespreken we:

Hoe Mogelijke Valkuilen te Vermijden?

De originele tekst was bedoeld voor onderwijzers in Amerika die geconfronteerd worden met creationistische leerlingen. Ik denk echter dat het breder bruikbaar is.
Rik Delaet maakte de vertaling.

Het kan zijn dat dit al gebeurd is en het kan nog gebeuren. Soms kan verwarring een goede zaak zijn als het de studenten aanzet verder naar oplossingen te zoeken of om ideeën zelf door te denken. Maar indien onduidelijkheid leidt tot een blijvende verkeerde indruk of tot een grote misvatting, heb je misschien meer schade dan goed gedaan. We willen hier een paar gebieden aanduiden waar leraren soms de mist ingaan. Deze verwarring kan heel onbedoeld worden doorgegeven, maar toch we zijn nog steeds verantwoordelijk. Daarom is de titel van deze aflevering: Hoe Mogelijke Valkuilen te Vermijden

In alledaagse conversatie kunnen we zeggen: “Ik denk dat Brugge deze belangrijke wedstrijd gaat winnen.” in plaats van: “Ik heb een hypothese over wie dit weekend de voetbalwedstrijd gaat winnen.” De tweede versie lijkt hoogdravend, maar taalkundig is ze volkomen juist. Maar in de klas, in tegenstelling tot in het alledaagse leven, moeten we gebruik maken van juiste termen, zeker wanneer woorden zowel populaire als wetenschappelijke definities hebben die niet noodzakelijkerwijs overeenstemmen.

Het doel van een hamer is het inslaan van nagels. Eén functie van een hand is een hamer vasthouden. Ontworpen instrumenten hebben een bedoeling. Structuren en het gedrag van levende wezens zijn functies. Dit is een belangrijk onderscheid in de wetenschapsklas.

We horen vaak nieuwsberichten waarin de spreker het heeft over het hebben van ‘voldoende bewijs’. Dit is een voorbeeld van de verwarrende termen ‘bewijs’ en ‘bewijsmateriaal’. De term ‘bewijs’ wordt gebruikt in de geometrie en in rechtbanken, maar hoort niet thuis in de wetenschap. Wetenschappers verzamelen bewijsmateriaal om hypothesen te ondersteunen of te ontkrachten. Hypothesen en theorieën kunnen heel goed ondersteund worden door bewijsmateriaal, maar worden nooit bewezen.

Een leek zou kunnen denken dat een buidelrat primitiever is dan een kat. Meer gespecialiseerde vormen van leven worden vaak als meer ontwikkeld gezien. Maar ook al heeft een buidelrat een aantal opvallende voorouderlijke kenmerken behouden, ze zijn aan hun omnivoor gedrag even goed aangepast en net zo succesvol en modern als katten. Sabeltandtijgers waren nog meer dan de huidige katten gespecialiseerd en een verandering in hun omgeving heeft hen snel doen uitsterven.

Een theorie is een verklaring. De geldigheid van een theorie berust op het vermogen om fenomenen te verklaren. Theorieën worden ondersteund, afgewezen of gewijzigd op basis van nieuw bewijsmateriaal. De zwaartekrachttheorie probeert bijvoorbeeld de aard van de zwaartekracht uit te leggen. Celtheorie verklaart de werking van de cellen. Evolutionaire theorie verklaart de geschiedenis van het leven op aarde.

Een hypothese is een toetsbaar idee. Wetenschappers zijn er niet op uit om hypothesen te ‘bewijzen’, maar om ze te testen. Vaak worden meerdere hypothesen voorgesteld om de verschijnselen te verklaren en het doel van het onderzoek is de onjuiste te elimineren. Hypothesen komen en gaan bij duizenden, maar theorieën blijven vaak gedurende decennia of eeuwen getest en aangepast worden. In de wetenschap zijn theorieën nooit ingevingen of gissingen en de evolutie als ‘alleen maar een theorie’ beschrijven, alsof het een wilde gok is, is ongepast.

“Geloof jij in evolutie?” is een vraag die vaak door hun verbaasde leerlingen aan biologiedocenten wordt gesteld. Het antwoord is: “Nee, ik aanvaard het feit dat de aarde heel oud is en het leven gedurende miljarden jaren veranderd is, want dat is wat we uit het bewijsmateriaal kunnen afleiden.” Wetenschap gaat niet over geloof: het gaat over het maken van gevolgtrekkingen op basis van bewijsmateriaal.

Sommige termen hebben in de evolutionaire biologie een speciale betekenis die verschillend zijn van het gebruik in de volkstaal. Dus zijn er verschillende woorden waarvan we ons moeten vergewissen dat onze leerlingen ze begrijpen en correct gebruiken.

Wij passen ons aan koud weer aan door meer kleding aan te trekken. Dit is een voorbeeld van een definitie van de term ‘aanpassen’. Spijtig genoeg kunnen studenten deze definitie gaan toepassen op de evolutie. Dit resulteert in de verkeerde indruk dat de evolutie erin bestaat dat individuen zich aanpassen aan veranderingen in hun omgeving. Evolutie gebeurt door selectie die zich afspeelt binnen een populatie met grote aantallen genetisch verschillende individuen.

Variatie is willekeurig, selectie meestal niet. Selectie van gunstige eigenschappen binnen een populatie gebeurt wanneer levende wezens alle uitdagingen die ze tegenkomen, aankunnen. Deze druk is niet willekeurig, maar wordt bepaald door fysische wetten. Behalve dat er af en toe wel eens een boom toevallig op een organisme valt of een vulkaan een hele populatie uitroeit, is selectie niet willekeurig en gebeurt evolutie niet toevallig.

Wanneer we geen onderscheid maken tussen een gemeenschappelijke voorouder en een verwant brengen we onze studenten in verwarring. Jij en je neef zijn verwant. Jullie delen een gemeenschappelijke voorouder. Je bent niet geëvolueerd van je neef. Ook mensen en chimpansees zijn verwant, maar de mens stamt niet af van chimpansees evenmin als chimpansees afstammen van mensen.

Ontwikkeling is het proces dat zich voordoet als een levend wezen opgroeit (ontogenie). Evolutie is verandering in vorm of gedrag van een populatie in de tijd (fylogenie).

Als we de gehele geschiedenis van het leven op aarde overlopen, is het waar dat het eerste leven bestond uit relatief eenvoudige cellen en dat de samenvoeging van cellen leidde tot grotere organismen. De regel dat levende wezens altijd complexer geworden is echter onjuist. Insecten evolueerden van geleedpotigen met meer dan zes poten. Vogels en slangen hebben onderdelen verloren. Mensen hebben niet langer staarten. De richting van de evolutie is vaak in de richting van het verlies van lichaamsdelen of gedrag – vaak naar eenvoudiger, niet altijd naar ingewikkelder.

Het gebruik van het woord ‘ontwerp’ suggereert dat levende dingen worden ontworpen en er een plan achter zit. Het gebruik van termen als ‘structuur’ en ‘aanpassing’ is beter. Voorbeeld: “Hoe is een aardvarken ontworpen om mieren te eten?” kan worden vervangen door: “Hoe is een aardvarken aangepast aan het eten van mieren?” of door: “Welke structuren en gedrag helpen een aardvarken bij het eten van mieren?”

Net wanneer je denkt dat alles heel goed is gegaan, stelt een student een vraag en je blijft achter met het teleurstellende gevoel dat je helemaal fout begrepen bent. Bepaalde keuzes van woorden, zinnen en zelfs activiteiten kunnen, als ze zorgeloos worden gebruikt, de student achterlaten met een verkeerde indruk.

Verwijzend naar de evolutie als vooruitgang, verbetering of meer geavanceerd worden, houdt in dat het verhaal van het leven een opgaande richting heeft, die er helemaal niet is.

Een betere manier om dit idee uit te drukken, is ‘overleving van de voldoend aangepaste’. Voorstelling van de natuur als ‘rood in tand en klauw’, waarin levende dingen altijd in een strijd op leven en dood verwikkeld zijn tegen hun concurrenten, stelt wat er werkelijk aan de hand is schromelijk over-vereenvoudigd voor. Veel levensvormen overleven eeuwenlang in niches die niet geschikt zijn voor andere organismen. Zo leeft artemia bijvoorbeeld in water dat niet geschikt is voor potentiële, in water levende vijanden en ze hebben blijkbaar geen belangrijke concurrenten voor voedsel.

De tijdlijnen die je vaak op de muren van een klas ziet, tonen vaak een opeenvolging zoals bacterie-kwal-trilobiet-dinosaurus-mammoet. Deze tijdlijnen kunnen de indruk wekken dat die ongelijksoortige vormen van elkaar afstammen. Het is duidelijk dat deze tijdlijnen bedoeld zijn om de dominante levensvormen tijdens de opeenvolgende geologische tijdperken te tonen, maar ze kunnen misleiden. Een conceptueel meer geschikte tijdlijn zou er een zijn die overgangen bevat en dus evolutie toont in plaats van vervanging.

Wetenschappers zullen erkennen dat hun resultaten altijd voorlopig zijn. Dit betekent niet dat hun ideeën niet goed worden ondersteund, maar dat de wetenschap altijd bereid is ze te wijzigen of te verwerpen als nieuwe informatie wordt verkregen. Voorlopigheid weerspiegelt een houding van eerlijkheid en openheid, geen zwakte van het argument.

De Cambrische ‘explosie’ is een ongelukkig gekozen term, want het is geen voorbeeld van levensvormen die volledig gevormd, vrijwel in een handomdraai ten tonele verschenen. Het fossielenbestand van het vroege Cambrium bevat een groot aantal dieren met harde delen, die redelijk goed bewaard zijn gebleven. Dit is de eerste goede aanwijzing van een fauna die in de loop van miljoenen jaren was geëvolueerd. Het was een zeer langzame explosie.

Voor vroege ontdekkers van het leven op aarde leek de woordenschat uitgeput te geraken. Een vis is iets dat leeft in water, met uitzondering van zilvervisjes, die leven in vochtige keukenkasten. Sommige termen worden steeds opnieuw gebruikt, wat tot verwarring leidt in de hoofden van studenten en andere mensen. Er zijn twee mogelijke oplossingen voor dit probleem: ten eerste, we kunnen telkens de juiste klasse benadrukken bij zo’n twijfelachtige naam en eventueel een beter alternatief gebruiken, als er al een is. Ten tweede, kunnen we gebruik maken van de wetenschappelijke terminologie. Verwijzen naar cnidaria, echinoderma en crustacea. Het is een probleem en je kan er iets aan doen.

Mensen en chimpansees hadden zo’n zes miljoen jaar geleden een gemeenschappelijke voorouder. Dat was nadat de mens/chimpansee-voorouder afgetakt was van de lijn die naar de gorilla’s heeft geleid en lang nadat de mens/chimpansee/gorilla-lijn zich had afgetakt van de lijn die leidde tot de orang-oetangs. Chimpansees, gorilla’s en orang-oetangs op een hoop gooien tot ‘mensapen’ zonder de mens daar in op te nemen, is een kunstmatige groepering.

Wetenschappelijke ideeën veranderen door nieuw bewijsmateriaal en nieuwe technologie. Wat vroeger (en in sommige gevallen helaas nog steeds) in de tekstboeken stond, toen sommigen van ons nog op school zaten, wordt nu als passé beschouwd. Hier hebben we ook enkele bijzondere gevallen waarin het op de hoogte blijven van de wetenschap essentieel is om te voorkomen dat er bij studenten misvattingen ontstaan doordat wij die van ons op hen overbrengen.

De onvolledigheid van het fossielenbestand is een feit. Noch elk individueel levend wezen noch elke soort is als fossiel bewaard gebleven, laat staan ontdekt voor analyse. De evolutietheorie houdt zich bezig met het zien van de patronen en het begrijpen van overgangsvormen, niet met het bepalen van een stamboom voor alles wat leeft. Daarom heeft de term ‘ontbrekende schakel’ geen betekenis als het gaat om het begrijpen van de geschiedenis van het leven.

Reptielen worden vaak gezien als koudbloedige, op het land levende gewervelde dieren met schubben. Maar een blik op de evolutionaire boom van alle dieren die we als reptielen beschouwen, toont een tak van de dinosauruslijn die wij aanduiden als ‘vogels’. De groepering tot reptielen is alleen geldig indien vogels er in opgenomen zijn en dat vereist een aanzienlijke aanpassing van ons gebruikelijke idee van wat een reptiel is.

Veel studieboeken groeperen dieren in naar de temperatuur van hun bloed ten opzichte van hun omgeving. ‘Vogels en zoogdieren’ is een bekend voorbeeld. Dit geeft problemen. Als we echt de groep dieren die fysiologisch hun inwendige temperatuur kunnen controleren zouden groeperen, zouden we tonijnen, haaien, motten, bijen en aardvarkens op een onzinnig hoopje moeten gooien. Hoewel het interessant is om te praten over levende wezens die hun interne temperatuur kunnen regelen, is het erg misleidend om ze op basis hiervan te classificeren.

In veel gevallen weerspiegelt de Linneaanse classificatie de werkelijke fylogenetische lijnen. Linnaeus had echter geen idee van evolutie en hij had weinig informatie om mee te werken behalve wat oppervlakkige anatomische kennis. In de afgelopen eeuw hebben wetenschappers veel geleerd over de relaties van de levende wezens door bewijsmateriaal waar wetenschappers van de 18e eeuw slechts van konden dromen. Zo zijn veel van de oorspronkelijke groeperingen die Linnaeus voorstelde nu onjuist, meer gebaseerd op convergente evolutie dan op gemeenschappelijke voorouders. Wetenschappers blijven echter het Linneaanse systeem gemakshalve gebruiken en er is op dit moment geen reden om het volledig uit het wetenschappelijk curriculum te bannen.

Vijftig jaar geleden waren alle levende dingen ofwel planten of dieren. Dan moet je schimmels bij het plantenrijk persen en trilhaarprotisten als dieren classificeren. Een paar decennia later vonden sommige wetenschappers dat vijf koninkrijken meer aangewezen zouden zijn. Het vijf-koninkrijkensysteem loste enkele problemen op, maar kon er toch niet alle levende dingen in onder brengen. De meest recente poging om een kaart van al het leven te tekenen, laat koninkrijken vallen ten voordele van flexibele domeinen.

De formulering van deze verklaring is misleidend. Ze verwart bewijsmateriaal met oorzaak. Een betere manier om dit te zeggen, is: “Fysische overeenkomsten tussen honden en beren vertellen ons dat ze verwant zijn.” Vergelijkbare kenmerken hebben, is niet de oorzaak van verwantschap. Verwantschap komt door gemeenschappelijke voorouders. Dat is alles.

De 19e eeuwse Duitse bioloog Ernst Haeckel vond opmerkelijke overeenkomsten bij embryo’s van gewervelde dieren tijdens hun ontwikkelingsstadia. Dit is een belangrijke constatering, omdat deze overeenkomsten op gemeenschappelijke voorouders voor gewervelde dieren wijzen.

Helaas heeft Haeckel in zijn enthousiasme om zijn gelijk te halen de tekeningen van deze embryo’s blijkbaar ‘wat bijgewerkt’ om ze meer op elkaar te laten lijken dan eigenlijk het geval was. Deze bewerkte schetsen (of daarvan afgeleide versies) zijn sindsdien in veel biologieboeken verschenen en werden daarmee koren op de molen van anti-evolutionisten. Maar Haeckel’s trucje neemt niets weg van het feit dat de embryonale ontwikkeling veel informatie over de evolutie van de gewervelde dieren biedt.

Veel biologiehandboeken gebruiken industrieel melanisme als een voorbeeld van natuurlijke selectie. Ze tonen een afbeelding van de peper-en-zoutvlinder die evolutie ondergaat. Helaas zijn veel foto’s van motten uit het boek van geconserveerde exemplaren, vastgeprikt op boomschors (Als jouw handboek deze foto’s bevat, let er dan op dat de vleugels van de motten in onnatuurlijke posities gemonteerd kunnen zijn.). Dit ‘faken’ van de motdistributie werd gebruikt om de kans op predatie op basis van zichtbaarheid van de prooi te testen. Dit werd echter door de anti-evolutionisten als bewijsmateriaal gebruikt dat de evolutie nooit gebeurde. Industrieel melanisme is echter een echt fenomeen en de zaak van de peper-en-zoutvlinder houdt goed stand bij wetenschappelijk onderzoek. De bevolking van donkere motten steeg en daalde in reactie op industriële vervuiling en dit was het meest opvallend in de regio’s van het platteland met een hoge graad van vervuiling.

Evolutie is moeilijker waar te nemen dan bijvoorbeeld newtoniaanse fysica. Daarom voeren we in de klas vaak activiteiten uit die bedoeld zijn om analoog te zijn aan evolutie en hoe wetenschap te werk gaat. Dit kan echter leiden tot misverstanden.

Een veel voorkomende activiteit voor jonge kinderen is om ze ‘fossielen’ te laten maken door schelpen in klei of gips te drukken. Hoewel dit duidelijk laat zien hoe een rots mallen en afgietsels kan bevatten, kan het kinderen misleiden over het proces waarbij fossielen in de natuur worden gevormd. In de meeste gevallen, worden schelpfossielen gevormd wanneer schelpen door sediment worden bedekt en het sediment na verloop van tijd verhardt. Dit is heel iets anders dan het pletten van schelpen tussen twee kleiplaten. Het is aangewezen om deze activiteit alleen te doen met oudere studenten die het contrast met de werkelijke processen in de natuur kunnen herkennen.

Wanneer we leerlingen vragen om op papier of uit pijpenragers een dier te ontwerpen dat in een ecosysteem past, kunnen we de idee overbrengen dat levende wezens zijn ontworpen of dat een individueel dier door het zelf te willen zich kan ‘aanpassen’ aan de omgeving. Dit is verre van de wetenschappelijke opvatting dat levende wezens in de loop van de tijd zijn aangepast aan hun milieusituatie door middel van genetische variatie en natuurlijke selectie.

Studenten vragen om te stemmen over een wetenschappelijk vraagstuk misleidt hen over de aard van de wetenschap. Wetenschappers stemmen niet over vraagstukken — ze debatteren, discussiëren, argumenteren en wedijveren. Maar uiteindelijk worden de antwoorden op wetenschappelijke vragen bepaald door overeenstemming op basis van gevolgtrekkingen afgeleid van bewijsmateriaal. Wetenschap is niet democratisch.
Studenten een hypothese laten maken (raden), voordat ze iets weten
Hypothesen zijn gebaseerd op voorkennis. Het is een zinloze oefening leerlingen naar de uitkomst van een onderzoek of het antwoord op een vraag te laten raden zonder dat ze in het bezit zijn van aangepaste informatie.

Er zijn een aantal thema’s waar jongeren moeten worden aangemoedigd om over na te denken, maar niet om er op school over te debatteren. Opvallende voorbeelden zijn evolutie en abortus. Jonge mensen hebben een zeer beperkte ervaring in dergelijke onderwerpen en hebben de neiging om de positie van de meest invloedrijke volwassenen in hun leven over te nemen. De rol van de leraren is om informatie en mogelijkheden te verstrekken om conceptueel begrip op te bouwen. Het onthechte standpunt om informatie te beoordelen wordt niet bevorderd door een klimaat van strijd. Opvoeden, niet debatteren.

Bron: http://evolution.berkeley.edu/evosite/footshooting/index.shtml

Het citaat van vandaag komt van Steven Pinker.
Steven Pinker is een Experimenteel psycholoog van formaat. Eén van zijn opmerkelijke beweringen is dat de wereld alsmaar minder gewelddadig wordt. Hij beweert dat niet alleen, maar staaft dat ook met bewijsmateriaal.
Vorige week stond een heel interessant artikel van zijn hand in Edge. Daarin geeft hij de definitie van evolutie. Het komt neer op hetzelfde als wat je overal vindt en wat ik elders in deze podcast ook al gaf, maar ik vond zijn verwoording zeer helder en interessant. Vandaar dat ik die hier als citaat breng:

De kern van natuurlijke selectie is dat als replicatoren verschijnen en kopieën van zichzelf maken, (1) hun aantal, onder ideale omstandigheden, de neiging hebben om exponentieel te stijgen, (2) ze noodzakelijkerwijs zullen moeten strijden voor de eindige bronnen, (3) sommige willekeurige kopieerfouten zullen ondergaan (“willekeurig in de zin dat ze hun effect in de huidige omgeving niet anticiperen) en (4) welke kopieerfout er ook gebeurt die er voor zorgt dat de replicatiesnelheid verhoogt, zal gecumuleerd worden in de afstamming en overheersen in de populatie.

Tot de volgende keer.