Odkrivanje skupin živali

Bistvo ure je branje dendrogramov, ki prikazujejo hierarhično razdelitev v skupine. Pred njo je smiselno spoznati postopek gručenja, da vemo, o čem se sploh pogovarjamo.

Delitev živali v skupine

1. Učence razdelimo v smiselne skupine.

2. Razredu povemo tole resnično zgodbo.

   Nevidni marsovec med zbiranjem podatkov o kravah v bližini Ajdovščine.

   Marsovec Čarli (v resnici mu je ime malo drugače, vendar so marsovska imena zapletena, zato mu recimo kar Čarli) je skrivoma pristal na Zemlji, da bi raziskal naš živalski svet. Neviden je hodil okrog (kot je očitno vsakemu razumnemu človeku, so Marsovci nevidni, saj jih še nihče ni videl) in popisal podatke o sto živalih: za vsako je zapisal, ali vali jajca, leti, ime perje, rep, diha s pljuči, se pretežno hrani z drugimi živalmi (takim je rekel “plenilci”) …

   Razdeliti jih je hotel v smiselne skupine. Z računalnikom je dobil takšno živalsko drevo. [Pokažemo list z dendrogramom.] V drevesu je najprej vsaka žival zase, potem pa jih združuje v vedno večje skupine, dokler ne dobi na koncu ene same skupine. To seveda ni smiselno, zato se bo moral odločiti, kdaj ustaviti združevanje, koliko skupin obdržati. Odločil se je za sedem, ker je slišal, da tako počnemo tudi ljudje. [Drži? Tule je smiselno, da jih ponovimo in napišemo na tablo: najbrž je imel v mislih delitev na sesalce, ptice, žuželke, plazilce, dvoživke, ribe, in ostale “nevretenčarje”.]

3. Zdaj pokažemo, kako iz dendrograma dobiti skupine. To storimo tako, da z drugim listom papirja, ravnilom ali čim podobnim prekrijemo levi del list, do prve črtkane navpične črte. Drevo se tako razdeli v dve (na vidnem delu lista) nepovezani poddrevesi.

   Če prekrijemo vse do druge črtkane črte, dobimo delitev v tri skupine.

4. Skupinam razdelimo dendrograme. Vsaka naj ugotovi, koliko lista prekriti, da dobi sedem skupin. Preverimo. (Pravilna delitev je takšna, pri kateri se sesalci na vrhu lista razdelijo na dve skupini - kenguru in delfin sta v različnih skupinah. Prav tako morata biti ločena škorpijon in morska zvezda.)

5. Skupine živali naj ločijo z vodoravnimi črtami. (Glej spodnjo sliko.)

Prepoznavanje skupin

Zanima nas, ali je Čarli v svoji neodvisni raziskavi prišel do enakih skupin, kot so te, o katerih se učimo v šoli. Zato bomo najprej za vsako od njegovih sedmih skupin ugotovili kakšne živali vsebuje.

1. 

   Učenci naj k vsaki od sedmih skupin zapišejo, kakšne živali (sesalci, žuželke, ribe…) so v njej. Opozorimo jih na naslednje.

   • V nekaterih skupinah so živali, ki ne sodijo tja. Če se med samimi pticami pojavi kaka dvoživka in riba, bomo za to skupino vseeno rekli, da vsebuje ptice, izstopajoče živali pa naj označijo in zapišejo, v kateri skupino sodijo.
   • Nekatere skupine so lahko v resnici mešane: morda je Čarlijev postopek pomešal ribe in dvoživke. V tem primeru bodo za skupino napisali, da vsebuje oboje.
   • Določena skupina se lahko pojavi v več Čarlijevih skupinah. Morda je razdelil ptice na dve skupini ptic? V tem primeru bodo pri dveh skupinah napisali “ptice”.

   Ugotovili bodo, da so v prvih dveh skupinah sesalci, v tretji ptice, v četrti ribe, v peti žuželke, v šesti nevretenčarji, sedmo pa si dele dvoživke in plazilci (in še enega gosta nevretenčarja imajo).

   Izstopajočih živali je le nekaj in so očitne.

Analiza napak

1. Znajo učenci poiskati razliko med skupinama sesalcev? Pomagajo naj si s seznamom opazovanih lastnosti, ki so naštete na desni.

   Sesalci so ločeni glede na to, ali se pretežno preživljajo z lovom na druge živali. To ni ločitev na mesojede in rastlinojede; ločene so le glede na tipično prehrano.

2. 

   Če želimo, jim lahko pomagamo z računalnikom - ali pa jim iskanje odgovora z računalnikom pokažemo po tem, ko ga najdejo sami. Odpremo pripravljeni delotok za program Orange.

   • Z dvoklikom odpremo Hierarhično gručenje. V njem je Barva nastavljeno na “vrsta”, da lepše vidimo, kako se “prave” skupine živali ujamejo s Čarlijevimi.
   • V njem izberemo obe skupini sesalcev: najprej kliknemo znotraj ene, nato pritisnemo Ctrl (oz. Cmd na Macu) in kliknemo znotraj druge.
   • Z dvoklikom odpremo Škatlo z brki. V Skupine izberemo Gruča. Preverimo, da je vključeno “Uredi glede na različnost po skupinah”. Na vrhu seznama spremenljivk najdemo tisto, po kateri se izbrani gruči (podskupini sesalcev) najbolj razlikujeta: plenilec. Ta podatek pove, ali se žival pretežno prehranjuje z drugimi živalmi.
   • Kliknemo “plenilec” in vidimo, da imamo v drugi gruči same plenilce, v prvi pa jih je le nekaj. (Zakaj so se potem vseeno znašli tam? Ker se od živali v drugi gruči razlikujejo po drugih lastnostih.)
   • Kliknemo na del grafa, ki predstavlja plenilce v prvi gruči.
   • Odpremo gradnik Tabela (tistega, ki se drži škatle z brki), kjer vidimo, za katere živali gre: krt, oposum in maček. (Kaj so oposumi? Učenci jih morda poznajo kot barabici iz risanke Ledena doba.) Krt in oposum imata rade žuželke (kot hrano, ne družbo), mački pa sploh radi pogledajo za kako mišjo, ptico, ribo ali drugim mesom.

3. Kaj pa, prosim lepo, počne želva pri noju in flamingu? To lahko vprašamo učence in gremo skupaj čez kriterije: po koliko kriterijih se loči od njiju? Od obeh ptic le po dveh: želva nima perja in ima štiri noge. Glede letalnih sposobnosti pa je želva na istem kot noj, le razlogi so drugi. (Inteligentni pomočnik Copilot je tule pripomnil: Noj je prevelik, da bi poletel, želva pa prepočasna. Z učenci se pogovorimo o pravih razlogih.)

4. 

   Če želimo do odgovora priti (še) z računalnikom, ponovno odpremo Hierarhično gručenje.

   • Kliknemo znotraj dela drevesa, ki vsebuje želvo, noja in flaminga.
   • Odpremo drugi gradnik Tabela in vidimo podatke za te tri živali.
   • Pomikamo se desno po tabeli in opazujemo razlike med njimi.

5. Na podoben način poiščemo še, kaj imata polž in črv skupnega z bolhami in termiti. Vse, razen števila nog.

   Smiselno bi se bilo vprašati še, kako je škorpijon končal pri morski kači, vendar ne bi dobil zelo smiselnega odgovora. Škorpijon je preprosto preveč različen od drugih nevretenčarjev; od vseh živali oziroma skupin, s katerimi ga je primerjal postopek združevanja, je bil na koncu še najbolj (čeprav niti ne zelo) podoben morski kači.

Zaključek

Za konec se je zanimivo pogovoriti o biološkem vidiku ure, če znamo, pa lahko rečemo še kako besedo o računalniškem.

Kako uspešen je bil Čarli? Je odkril prave skupine živali?

Vse je odvisno od tega, čemu rečemo prave skupine. Čarli je dobil skupine, skladne z lastnostmi, ki jih je opazoval. So te lastnosti smiselne? Lahko bi dodal še druge, kot recimo, ali mu je žival všeč, se oglaša z lepim glasom, ima neprijeten vonj… Vendar bi biologi rekli, da te lastnosti niso smiselne. Pripomnili bi tudi, da za pravo razvrstitev živali nista pomembna njena velikost in ali je žival udomačena.

Skupine, ki jih je dobil, vseeno kar lepo sovpadajo s pravimi. Imel pa je nekaj težav.

• Sesalcev je veliko, zato ni čudno, da se med seboj tako razlikujejo, da so se razdelili v dve skupini. Vsak računalniški postopek razvrščanja v skupine ima svoje žuželke (to je, muhe) in mnogi težijo k enako velikim skupinam.
• Čarli je hotel narediti sedem skupin, ker je slišal, da tudi mi govorimo o sedmih. Ker pa so sesalci zasedli dve, je moral združiti dve drugi. Zato so dvoživke in plazilci končali v isti skupini.
• Želvo, ki je plazilec, je dal med ptice. Plazilcev je malo, želva najbrž ni bila dovolj podobna nobenemu, sploh pa ne po tem, ko so se ti spajdašili z dvoživkami.
• Potem pa so še “ostali nevretenčarji”. Ta slabo določena skupina je preveč raznolika. Gručo v Čarlijevem razporedu so zasedle morske živali, ki imajo več skupnih lastnosti, polž, črv in škorpijon pa so bili na koncu bolj podobni drugim živalim kot (morskim) nevretenčarjem.

Računalnik ne ve, kaj je želva in kaj noj, prav tako ne kaj je polž in kaj bolha. Pozna le lastnosti, za katere smo mu povedali in če je polž po teh lastnostih najbolj podoben muhi, potem po njegovem pač sodita skupaj. Da se eden sluzasto plazi po solati, drugi pa skakaje grize pse, mu ni nihče povedal.

Iskanje skupin je pomemben del raziskovanja, iskanja vzorcev v podatkih. Uporabimo ga, kadar slutimo, da se stvari (v tem primer živali), ki jih opazujemo, delijo v neke skupine, vendar nimamo podatka o tem, kakšne. Čarliju bi bilo seveda lažje, če bi mu prišli pod prste (če imajo Marsovci prste - a kako naj vemo, ko so vendar nevidni) podatki o naši razvrstitvi živali v skupine. V tem primeru mu ne bi bilo potrebno uporabiti gručenja, temveč bi lahko poskusil sestaviti model, ki bi mu povedal, kako za posamično žival določiti gručo, v katero sodi. (To pa počnemo v drugi uri, drevo živali.)

Na koncu lahko povemo še, da je marsovec Čarli resnična oseba. In - ha! - ni Charles Darwin. Tudi ni marsovec, temveč Šved. Je pa skoraj Čarli. Njegovo pravo ime je Carl Linnaeus, kasneje je dobil plemiški naziv Carl von Linné, večinoma pa je pisal v latinščini kot Carolus Linnæus oziroma Carolus a Linné. Pri vseh teh imenih mu je bilo preprosteje reči kar Čarli. Linnee je oče modernega imenovanja in razvrščanja vsega živega - v njegovem času so bile to živali in rastline. Živel je pred 250 leti in reševal podobne problem kot naš Čarli, saj je moral opazovati živali, se odločati, katere lastnosti so pomembne za njihovo razvrščanje in jih na podlagi teh lastnosti razvrstiti v skupine. Seveda pa pri tem ni uporabljal računalnikov in tudi skupin ni sestavljal tako na slepo, kot računalnik: če bi se želva znašla ob noju, bi že razmislil, kje ga lomi.