Uso de las habilidades de educación científica para abordar temas controvertidos

 

"D¿No nos quieren? ”Escuché a un estudiante de secundaria preguntarle a un pequeño grupo de compañeros, todos inmigrantes recientes a los Estados Unidos, la mañana después de las elecciones presidenciales de 2016. Corrí para llegar al baño de la facultad y regresar a mi salón de clases en el receso de cinco minutos entre clases y fingí que no lo había escuchado, un ex alumno mío. Normalmente, se sentía confiado y divertido, seguro de su popularidad entre otros estudiantes, pero el nudo en su garganta me molestaba. Debería haberme detenido. Debería haber dicho algo, cualquier cosa, para consolarlo, pero no lo hice. Corrí a clase.

Tan pronto como entré al salón, mis estudiantes me golpearon con preguntas.

"¿Por quién votó, señorita?"

Soy un profesor de ciencias blanco de mediana edad que usa aretes de perlas, Top-Siders y anteojos de concha de tortuga de gran tamaño. Mis estudiantes, el 42 por ciento de los cuales estaban inscritos en el programa de almuerzo gratuito o de precio reducido, el 60 por ciento de ellos blancos, el 27 por ciento de ellos hispanos o latinos (y el resto negros, asiáticos, isleños del Pacífico o multirraciales), el 7 por ciento con Dominio limitado del inglés; por mi forma de vestir, no podía decir si había votado por el ganador o el perdedor en esa elección, y exigieron saberlo. Todavía era temprano en el año escolar y no habían tomado una decisión sobre mí. ¿Estaba yo con ellos o contra ellos?

"No te lo voy a decir", le dije.

“Los otros profesores nos dijeron”, dijo uno. "No importa ahora si nos lo dices o no". Una pared de estudiantes varones se sentó en la parte superior de sus escritorios, con los brazos cruzados a la defensiva, los ojos entrecerrados, prácticamente desafiándome a que les diera una respuesta que no querían escuchar.

Hice una pausa, sopesando su argumento. Técnicamente, no importaba ya que las elecciones habían terminado y mi elección de candidato no afectaría su comportamiento de voto ni el de sus familiares. Sin embargo, anunciar mis opiniones políticas podía alienar a algunos estudiantes, y eso era inaceptable.

“Primero”, dije, “mi voto es privado. Es personal y no tengo que decirle a nadie cómo voté ".

Ellos no se movieron. Quizás algunos labios se apretaron con desaprobación.

"En segundo lugar", dije, "en lo que creo más que en cualquier otra cosa es en la igualdad". Miré hacia mi escritorio, lejos de sus ojos. “Está en nuestra Constitución que todos los hombres son creados iguales, y creo en eso más que en cualquier otra cosa”. Volví a mirarlos. “Eso significa que si yo voté por el ganador, y tú o tu familia no lo hicieron, entonces podrías percibirme como un poco superior a ti. O si yo voté por el perdedor y usted votó por el ganador, entonces podría pensar que soy inferior a usted. No les estoy diciendo por quién voté porque ustedes y yo somos iguales, y no voy a decir nada que ponga en peligro eso. Período."

Fue la única vez en mis casi 20 años de enseñanza que recibí una ovación de pie, y al instante tuve el oído de esos estudiantes. Más tarde, si decía algo con lo que no estaban de acuerdo o que no querían creer, me respetaban lo suficiente como para escucharme. Eso es algo realmente importante cuando se trata de enseñar ciencia porque los educadores caminamos de puntillas a través de campos de minas políticos y religiosos mientras enseñamos sobre cambio climático, evolución e ingeniería genética. Algunos de nuestros estudiantes se escudan contra nosotros antes de escuchar una palabra que decimos. ¿Cómo podemos, además de basarnos en las preguntas que los estudiantes traen al aula durante las elecciones políticas y otros eventos importantes, usar técnicas que hemos perfeccionado como educadores de ciencias para evitar que los estudiantes sean susceptibles a la propaganda, la pseudociencia y la desinformación? Y lo que es más importante, ¿cómo podemos sentirnos lo suficientemente seguros en nuestro conocimiento del contenido como para avanzar con valentía hacia esos campos minados?

Cómo la ciencia informa a la política: la diversidad es necesaria para la supervivencia

¿Cuántas veces los educadores escuchamos los mantras “desarrollar relaciones con los estudiantes” o “agregar un toque personal”? Sabemos que seremos mejores maestros si nos conectamos con nuestros estudiantes, pero ¿cómo podemos hacerlo si provienen de orígenes muy diferentes a los nuestros? ¿Cómo encontramos un terreno común?

Nuestro terreno común es la tierra bajo nuestros pies.

Hora de la confesión: Mi pasión por la igualdad trasciende la Constitución de los Estados Unidos. De hecho, es más una celebración masiva de la supervivencia que una construcción política, e informa la forma en que interactúo con todos, esté o no de acuerdo con sus puntos de vista políticos. Compartir mi forma de pensar ha ayudado a los estudiantes que estaban lidiando con la depresión, atrajo la atención de los estudiantes reacios y proporcionó un punto de partida para discusiones políticas con amigos adultos fuera del aula.

¿Así que, qué es?

Es que todos los seres humanos del planeta de hoy han sobrevivido a una maratón llena de obstáculos de proporciones épicas. Deberíamos darnos una palmada en la espalda por superar la carrera en lugar de intentar derribar a nuestros compañeros competidores, cuya ayuda podríamos necesitar para superar obstáculos desconocidos en el futuro.

Al principio del año escolar, les pido a mis alumnos que piensen en sus padres y abuelos y en las guerras, la pobreza o las dificultades en tierras lejanas que pueden haber experimentado. Luego les pido que piensen más en los últimos 200 años y en las guerras mundiales, los genocidios, las pandemias, las hambrunas y las sequías. Sus familias sufrieron, pero en cada generación alguien tuvo un hijo que sobrevivió lo suficiente como para tener un hijo propio y transmitir fragmentos del ADN familiar al futuro.

Una vez más, no importa lo mal que se pusieron las cosas, alguien tuvo un hijo y ese niño vivió y tuvo un hijo hasta que el hijo de ese niño terminó en mi salón de clases. Guau.

Pero no te detengas ahí. Esa cadena ininterrumpida de niños sigue retrocediendo en el tiempo y luego se sumerge en Deep Time.* Durante millones y tal vez incluso miles de millones de años, se pasó un pequeño bastón de ADN de una generación a la siguiente. Sí, cambió y mutó a medida que cambiaba el medio ambiente, pero siguió atravesando eras de hielo, cambios tectónicos, inundaciones y Digital XNUMXk eventos de extinción masiva. Cuando un meteoro acabó con casi todos los dinosaurios,¹ cuando una cadena montañosa de volcanes arrojó gases tóxicos al aire y mató a casi todo en el planeta, y cuando los niveles de oxígeno se dispararon o cayeron, alguien (o algo) tuvo un bebé (o el equivalente) que vivió, transmitiendo pequeños trozos de ADN a otra generación como pequeñas velas de la vida, hasta que se dejaron caer en las sillas de escritorio demasiado pequeñas frente a mí.  

Los estudiantes, sin importar cuán fáciles o difíciles sean sus vidas ahora, deben comprender a un nivel profundo y visceral que tienen lo que se necesita para superar la adversidad. El gen que le dijo a sus cuerpos en desarrollo que hicieran un lado derecho y un lado izquierdo se remonta a 500 millones de años.² Dentro de sus cuerpos hay pedazos y pedazos que sobrevivieron tiranosaurio rex y megalodones. El ADN es la molécula más asombrosa del universo, y está en cada célula de sus cuerpos como un pequeño recordatorio de las miles de generaciones que continuaron el tiempo suficiente para pasarles la antorcha.

Como educadores, ganamos paciencia, compasión y respeto cuando apreciamos a nuestros estudiantes como compañeros sobrevivientes en la lucha por la existencia. Algunos de ellos experimentaron traumas que nadie, nunca, debería soportar. Otros sufren problemas de salud mental que ponen en peligro sus posibilidades de llevar una vida satisfactoria. Enseñarles la historia del viaje de su cuerpo a través del tiempo puede reforzar su capacidad de afrontamiento, y la nuestra.

¿Cómo podemos enseñar esto? Durante mi primer año de enseñanza, un administrador me aconsejó sabiamente que encontrara mi voz. Cada maestro es diferente y ningún método funciona para todos. Resulta que soy un apasionado de Deep Time, así que escucho podcasts como El podcast de Common Descent y Nerds Paleo por diversión. Después de darles tiempo a los estudiantes para que reflexionen sobre los obstáculos que enfrentaron sus antepasados ​​inmediatos, les asigno que creen cómics, que escriban cuentos o que agreguen paneles a una escala de tiempo geológica a lo largo del pasillo que cuenta autobiografías ficticias de su ADN. Mi objetivo no es ser quisquilloso acerca de los diferentes genes que mutan a diferentes frecuencias y van y vienen del genoma humano; en cambio, mi punto es recalcar que la vida en la Tierra es muy, muy antigua, y que sus raíces son profundas.

Los alumnos también deben comprender la importancia de valorar los rasgos que nos diferencian unos de otros. Cuando estudiamos ecología, discutimos el comportamiento afiliativo y cómo la cooperación ayuda a las especies a sobrevivir. También discutimos la importancia de la diversidad genética y de tener el mayor acervo genético posible en caso de que los cambios ambientales exijan un nuevo conjunto de herramientas. Al igual que la deforestación que puede acabar con una cura oculta para el cáncer, "acabar con" las personas que son diferentes a nosotros podría costarnos la capacidad de adaptarnos a un entorno cambiante. Aceptar nuestras diferencias y reconocernos como compañeros de viaje en el viaje hacia el futuro no es una declaración política arrolladora; es un mandato de supervivencia.

 

Cómo la ciencia deja espacio a la religión: una búsqueda de causas naturales

La ciencia es el estudio de la natural mundo.

Durante años, pensé que era una definición incómoda de ciencia que quedaba de los días antes de que Thomas Beddoes inventara el término "biología" en 1799, cuando muchos científicos eran llamados "naturalistas". Entonces finalmente entendí el chiste: la ciencia es el estudio de cosas que se pueden medir, natural cosas, a diferencia del estudio de la súper mundo natural.

Debido a que uno de los objetivos de la ciencia es descubrir las causas (variables independientes) y sus efectos (variables dependientes), no hay lugar para la causalidad sobrenatural en un aula de ciencias. Dejo muy claro que los seres sobrenaturales pueden estar "ahí fuera", pero la ciencia, por definición, se limita al mundo natural.

Para mi total sorpresa y deleite, descubrí que los estudiantes captaron rápidamente el concepto de los mundos naturales versus los sobrenaturales. Antes de tener esta idea de la causalidad natural versus sobrenatural, no sabía cómo responder a los estudiantes que afirmaban que algo era "la voluntad de Dios". Ahora, sin ofender sus creencias religiosas, participar en debates sobre creacionismo / diseño inteligente, o tratar de explicar la Cláusula de Establecimiento de la Primera Enmienda (sobre la separación de la iglesia y el estado), simplemente digo, "eso puede ser cierto, pero asume algo sobrenatural causalidad, y no podemos probar eso. Por desgracia, en ciencia estamos limitados a estudiar el mundo natural ".

Estudiar el mundo natural requiere recopilar datos medibles. Esos datos se insertan en fórmulas estadísticas que determinan la probabilidad de x causando y. La medición del mundo natural a menudo comienza con nuestros órganos de los sentidos, pero hemos descubierto que nuestros sentidos son limitados. Por ejemplo, no podemos escuchar las llamadas de baja frecuencia que utilizan los elefantes para comunicarse a largas distancias. No podemos ver los patrones en las alas de las mariposas y los pétalos de las flores que solo son visibles bajo la luz ultravioleta. No podemos oler la feromona afrodisíaca (llamada seducción) liberada por algunas cucarachas macho. A diferencia del ornitorrinco pico de pato o el gran tiburón blanco, no podemos sentir la electricidad que emiten los animales submarinos distantes y, a diferencia de algunas aves, no podemos sentir el campo magnético de la Tierra. Debido a que no podemos sentir estos eventos por nosotros mismos, ¿podemos clasificarlos como parte del mundo natural?

Sí, porque hemos desarrollado herramientas para expandir las deficiencias de nuestros órganos de los sentidos y podemos medir estos eventos de manera confiable. Así es como también podemos contar la historia de la Tierra: analizando productos químicos en muestras de sedimentos y núcleos de hielo, registrando tipos y números de fósiles e incluso rompiendo cristales microscópicos abiertos para medir los componentes de la atmósfera que quedaron atrapados en su interior. ellos hace miles de millones de años. Si los datos proporcionados por estas herramientas son confiables, dando resultados similares en condiciones consistentes, entonces podemos aceptar los resultados como científicos.

¿Qué pasa si algo es tan pequeño o tan lejano que no podemos medirlo? Los físicos han discutido si la teoría de cuerdas, por ejemplo, es una teoría científica o una filosofía especulativa porque no existen herramientas que puedan medir algo tan pequeño como una "cuerda" subatómica.³ Sin mediciones, no se pueden recopilar datos para respaldar o falsificar una teoría. En otras palabras, si no hay forma de demostrar que está equivocado, entonces no puede ser una teoría científica. Pero se podría demostrar que la teoría de cuerdas está equivocada, o bien,si las herramientas estuvieran disponibles para detectar las pequeñas cuerdas. Hoy en día, la mayoría de los científicos están de acuerdo en que debido a que la teoría podría probarse con herramientas aún no disponibles, debería aceptarse como una teoría científica que ofrece una opción viable para reconciliar las discrepancias entre la física cuántica y gravitacional.

La teoría de cuerdas nos muestra los límites de la ciencia. Si no podemos o no podemos medir o “cuantificar” algo, entonces debería discutirse en las clases de filosofía o religión. Sin resentimientos, sin juicios, pero la ciencia se limita al mundo natural, no al sobrenatural.

 

Cómo la ciencia aclara las controversias: mi enfoque de tres desafíos perennes

Cambio climático inducido por humanos

No creo que haya un solo tema en la educación científica que me haga arrojar mi cabeza sobre mi escritorio y golpear mis ojos como lo hace el cambio climático. Los gráficos, tablas y fotografías de osos polares hambrientos y números y proyecciones me abruman. De hecho, me importa, pero ... ¡ya es suficiente!

Ese adagio "no se puede ver el bosque por los árboles" parece estar funcionando aquí, así que da un paso atrás y mira el bosque, en el panorama general. Enseñar el cambio climático requiere comprender dos cosas: el ciclo del carbono y el período Carbonífero de la Era Paleozoica.

Los estudiantes disfrutan aprendiendo sobre el ciclo del carbono al aire libre en los terrenos de la escuela, donde pueden buscar ejemplos específicos de plantas para la fotosíntesis; insectos, pájaros u otros animales para respirar; y algún tipo de actividad humana para el uso de combustibles fósiles, como automóviles, cortadoras de malezas o sopladores de hojas en patios vecinos, equipos HVAC, etc. Una forma divertida de presentarles el ciclo del carbono y los organismos comunes que viven cerca de su escuela.

De vuelta en el aula, repaso o enseño la reacción de combustión: hidrocarburo + oxígeno → energía térmica + dióxido de carbono + agua. Luego pregunto: "¿De dónde obtuvimos esos hidrocarburos, también conocidos como combustibles fósiles?"

Los estudiantes tienden a tener la idea errónea de que provienen de dinosaurios aplastados, pero al menos saben que los hidrocarburos son antiguos y no renovables. Volviendo en espiral al Tiempo Profundo, viajamos 300 millones de años hasta el Período Carbonífero (“portador” de carbono) cuando se formaron la mayoría de los combustibles fósiles a base de carbón (incluidos algunos hidrocarburos, como los aceites y el gas natural).⁴ Era la Era de los Anfibios, y enormes criaturas parecidas a salamandras vivían en pantanos cálidos y húmedos. Las condiciones para la vida de las plantas eran ideales, pero finalmente las plantas mueren. Cuando las plantas muertas cayeron en los pantanos, la falta de oxígeno en el lodo impidió que los descomponedores separaran sus átomos y devolvieran el carbono al aire.^† El carbono que formaba sus cuerpos quedó atrapado bajo tierra. Durante millones de años, el carbono se eliminó de la atmósfera de manera muy similar a como se pierden los calcetines en una secadora y se “quitan” de la canasta de la ropa sucia. Con menos carbono en el aire para formar gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono), las temperaturas se enfriaron, el aire se volvió menos húmedo y los pantanos se secaron. Las nuevas condiciones marcaron el final del dominio de los anfibios y marcaron el comienzo de la Era de los Reptiles. (Los dinosaurios llegaron más tarde en la Era de los Reptiles).

Pasaron cientos de millones de años y los reptiles dieron paso a las aves y los mamíferos; todos evolucionamos para vivir en las condiciones frías y secas causadas por tener menos gases de efecto invernadero a base de carbono para actuar como una capa atmosférica para mantenernos calientes.

Luego, los humanos inventaron el motor de combustión, perforaron los viejos pantanos profundamente enterrados para absorber el carbono atrapado, y en menos de 300 años volvieron a bombear toneladas al ciclo del carbono, como si de repente encontraran todos los calcetines perdidos y los volvieran a poner en su interior. la cesta de la ropa a la vez.

Los datos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica muestran que desde 1750, el inicio de la revolución industrial, los niveles de dióxido de carbono en el aire han aumentado un 46 por ciento.⁵ Los gases de efecto invernadero atrapan el calor y el dióxido de carbono representa el 80 por ciento del calor atrapado. La Tierra se calentó muy rápido. ¿Demasiado, demasiado pronto?

¿El uso repentino de hidrocarburos fósiles por parte de los humanos provocó el cambio climático? ¿De repente mi canasta de ropa es demasiado pesada para llevarla?

Los estudiantes, como el resto de nosotros, estamos inundados de información sobre los efectos del cambio climático en nuestro medio ambiente. Las imágenes aterradoras y las charlas sobre los horrores del cambio climático pueden ser tan abrumadoras que los estudiantes, y los adultos, a menudo se callan e ignoran o niegan que sea verdad. Al ofrecer una historia simple, lógica y comprobable, los educadores podemos proporcionar un punto de partida para debates y proyectos de investigación sobre lo que podemos hacer para ayudar.

Teorías evolutivas

Mi padre fue un predicador fundamentalista. Mi madre de 97 años todavía se ofende de que alguien sugiera que los humanos "descienden de los monos". Creciendo en una familia que encontraba la palabra "E" más ofensiva que la palabra "F" y que recompensaba a mi hermana por negarse a escuchar las ideas "sacrílegas" expuestas por su maestra de biología de la escuela secundaria, lo entiendo. Sé exactamente lo difícil que es enseñar a los estudiantes que se niegan activamente a participar en lecciones en las que se usa la palabra "E".

Ser práctico sobre humana La evolución a través de la selección natural como una teoría no controvertida y bien documentada que ha resistido más de 150 años de desafíos constantes no debería ser difícil. Sin embargo, a menudo lo es. Utilizo varias estrategias para evitar amenazar los sistemas de creencias fundamentales de mis alumnos y, por lo tanto, interrumpir su proceso de aprendizaje.

“Nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución” es el título de un ensayo ampliamente leído por el biólogo evolutivo Theodosius Dobzhansky.⁶ Me tomo esto muy en serio, usando el término "evolución" a menudo. En mi clase, evolución se infunde en cada unidad o estándar científico. Hay mucho que decir sobre la evolución de las células, los genes y cómo los organismos interactúan entre sí y con sus entornos, y el uso del término con frecuencia ayuda a los estudiantes a habituarse a él. No he tenido ningún rechazo, por ejemplo, sobre la enseñanza de la teoría endosimbiótica que explica cómo las mitocondrias se convirtieron en parte de las células eucariotas.

Sabiendo que los anti-evolucionistas enfrentan nuevos desafíos cada año, y que los maestros a menudo se sienten incómodos o carecen del conocimiento del contenido necesario para responder de manera efectiva, recomiendo ver en privado el documental Nova. El día del juicio final: Diseño inteligente a prueba. Aunque tiene más de 10 años, el documental sigue siendo mi recurso de referencia como una clase magistral de dos horas sobre la comprensión de la naturaleza de la ciencia y las ramificaciones legales de permitir la causalidad sobrenatural en las clases de ciencias, y para refutar afirmaciones falsas de “irreductible complejidad ”o“ es solo una teoría ”. He vuelto a ver ese documental decenas de veces.

Al comienzo del año escolar, hago una encuesta anónima a los estudiantes sobre varios temas, incluida la evolución. Algunos estudiantes mencionan que va en contra de sus creencias religiosas, así que más adelante en el año haré dos comentarios casuales. La primera es que muchas religiones reconocen que el cuerpo humano evolucionó a través de procesos naturales. Por ejemplo, hace 25 años, el Papa Juan Pablo II reconoció que "la teoría de la evolución es más que una simple hipótesis".⁷ Estas religiones afirman que el "alma" del hombre (una construcción sobrenatural, por lo que está más allá de nosotros, los científicos) no evolucionó. Mi segundo comentario es que la evolución no explica cómo comenzó la vida. En cambio, explica cómo los organismos cambiaron y se diversificaron en millones de especies a lo largo del tiempo. Hasta ahora, los científicos no han podido crear vida a partir de la no vida.

Recuerdo vívidamente mis propios días como alguien que no “creía” en la evolución y lo difícil que fue para los maestros y amigos derribar el muro defensivo que había construido contra ella. Al admitir que no sabemos cómo comenzó la vida, los educadores les dan a los estudiantes resistentes la oportunidad de dar un paso atrás, tomar un respiro y sentir que tienen permiso para aprender sobre ancestros comunes porque sus creencias religiosas no están amenazadas.

Mientras que algunos no científicos todavía discuten si la evolución es real, los científicos no lo son. Los científicos ahora se están moviendo hacia la tercera fase del pensamiento evolutivo, mientras que muchos no científicos aún tienen que aceptar la primera.

Fase I.Evolución darwiniana: la teoría de la evolución a través de la selección natural (finales del siglo XIX)

In Sobre el Origen de las EspeciesCharles Darwin afirmó que los organismos evolucionan o cambian con el tiempo, principalmente a través de la selección natural (es decir, la lucha por sobrevivir).⁸ Antes de su trabajo, se creía comúnmente que las especies no cambiaban. Mostró que sí cambiaron, que las especies modernas descendían de ancestros comunes y que todavía estaban cambiando. Gregor Mendel vivió al mismo tiempo que Darwin y estaba muy familiarizado con el trabajo de Darwin, pero Darwin no estaba al tanto de los experimentos clásicos de Mendel que mostraban cómo los rasgos se transmitían a diferentes generaciones en las plantas.⁹

Al presentar la unidad o estándar de evolución, utilizo esta simple explicación de la evolución como la consecuencia no intencionada de tres hechos:

1. Los organismos se reproducen (replicación).
2. La descendencia no es idéntica (variación).
3. Algunas crías transmiten más de sus genes a la siguiente generación que otras (selección).¹⁰

Mantengo el tema lo más simple posible al ceñirme a los ejemplos de Darwin de selección artificial, natural y sexual.

Hay ejemplos estándar de evidencia de la evolución, y tiendo a cubrirlos rápidamente porque prefiero dedicar más tiempo a los descubrimientos recientes. Aunque cambio los ejemplos a medida que encuentro otros nuevos, generalmente enseño evidencia fósil (tiktaalik, Archaeopteryx, peces planos), estructuras homólogas y vestigiales, y evidencia directa de evolución (bacterias, mosquito London Tube, salamandras de cueva de Tennessee).

Fase II. Síntesis moderna: fusión de la teoría de la evolución con la genética mendeliana (mediados del siglo XX)

En esta fase, se cambió la definición de evolución para reflejar el papel de los genes recién descubiertos en el proceso de evolución: la evolución es el cambio en la frecuencia de los alelos dentro de una población (es decir, un acervo genético). Gran parte de esta fase se trata bajo el tema de la genética o la herencia, e incluye cómo se transmiten los rasgos a la descendencia a través del proceso de meiosis. Algunas variaciones en los rasgos se deben a mutaciones durante la replicación del ADN y a la recombinación, o cruzamiento, en cromosomas homólogos. Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que esta era la principal fuente de variación.

Fase III. Evo-Devo: Biología evolutiva del desarrollo (actual)

Hace unos 15 años, el científico y educador científico Sean B. Carroll propuso que la evolución de la forma debería definirse como un cambio en el desarrollo.¹¹ Carroll, líder en la nueva ciencia de la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo), estudia cómo se forman los cuerpos de los animales antes de que nazcan.

Durante la década de 1970, los científicos descartaron una gran cantidad de ADN como "basura" derrochadora porque no codificaba proteínas. Ahora sabemos que parte de ese "ADN basura" es el software para crear nuestros cuerpos a partir de una sola célula fertilizada. En términos de biología, aquí es donde está la acción. Aquí es donde la parte de la "variación" de la evolución ocupa un lugar central porque los genes de este ADN regular otros genes, activándolos y desactivándolos para guiar a dónde van las células en un embrión. Dejarlos encendidos o apagados “accidentalmente” por mucho tiempo crea diferentes planes corporales, lo que a veces conduce a la biodiversidad.

Estos “conjuntos de herramientas” genéticos se remontan a millones de años y son compartidos por todos los animales simétricos bilateralmente. Por ejemplo, envían señales a las células para que formen brazos y piernas en ciertos lugares del embrión. También dirigen la construcción de la columna vertebral, fragmento a fragmento. Como señala Carroll, cada trozo de columna tarda 20 minutos en el pez cebra y dos horas en los ratones. Si el gen de la “columna vertebral” se enciende o apaga en el momento equivocado, los animales pueden nacer con una columna vertebral muy larga (o muy corta). Este proceso puede conducir a cambios rápidos en el fenotipo y puede explicar cambios repentinos en el registro fósil, descrito como "equilibrio puntuado" por los paleontólogos Niles Eldredge y Stephen Jay Gould.¹² ¡Imagínese la diversidad de animales que resulta de diferentes módulos del cuerpo que se fabrican a diferentes ritmos!

O no se lo imagine simplemente. Los científicos demostraron que los genes antiguos se pueden volver a activar cuando se cultivan embriones de pollo con dientes y un hocico parecido a un cocodrilo. Cuando se utilizaron genes reguladores humanos en las moscas de la fruta, funcionaron: activaron los genes que dirigían a la mosca a producir su cuerpo. Esto indicó una ascendencia compartida que se remonta a millones de años.

Evo-devo está logrando rápidos avances en la comprensión de nuestra historia y de cómo las toxinas ambientales pueden causar fallas en los genes reguladores. Se están haciendo descubrimientos con tanta frecuencia que es difícil mantenerse al día con ellos. Animo a mis alumnos a que me sigan el ritmo asignándoles proyectos de investigación para que los presenten a la clase. Eligen su tema y yo les ayudo a elaborar una pregunta cuantificable para centrar su investigación. Debido a que cada estudiante elige un tema que le interesa, es fácil modificar el proyecto para los estudiantes que necesitan planes educativos individualizados, apoyo en inglés o en dos idiomas u otras adaptaciones. Durante los últimos años, las preguntas en evo-devo han encabezado la lista de temas elegidos. Estoy convencido de que el tema es tan popular porque enciende su imaginación. Como dijo Einstein, “lo más hermoso que podemos experimentar es lo misterioso. Es la fuente de todo el arte y la ciencia verdaderos ".¹³

Independientemente de su nivel académico, mis estudiantes trabajan con bibliotecarios escolares durante una semana para aprender a usar bases de datos académicas y para investigar un solo tema de biología en profundidad. Presentan el proyecto a la clase cuando estamos estudiando el estándar científico relacionado con sus temas. Además de los temas en evo-devo, muchos estudiantes eligen temas sobre bioética, curación de enfermedades genéticas y cómo funcionan herramientas como CRISPR. (Antes de que presenten sus proyectos, reviso cada uno con los estudiantes individuales para mayor claridad y precisión, y para que los estudiantes se sientan seguros sobre su tema mientras realizan la presentación). Año tras año, estoy impresionado con las opciones de los estudiantes de preguntas de investigación y la información más reciente que han descubierto. Aquí es donde los baby boomers y los de la Generación X damos un paso atrás y aplaudimos lo que viene.  

Carrera

A los humanos se les ha llamado "el mono desnudo".¹⁴ De los cientos de especies de primates que viven hoy, somos los únicos que no están cubiertos de piel. Durante la mayor parte de nuestra historia, no tuvimos acceso a ropa, por lo que nuestra piel estuvo constantemente expuesta a la luz solar, y la cantidad de luz solar a menudo significaba la vida o la muerte para nuestros hijos.

Si una mujer embarazada está expuesta a tanta luz ultravioleta que las moléculas de ácido fólico se descomponen, es posible que su hijo nazca con deformidades de la columna vertebral como la espina bífida.

Si un niño no recibe suficiente luz ultravioleta para producir vitamina D, los huesos no pueden absorber calcio y se desarrolla raquitismo; en las mujeres, los huesos pélvicos pueden deformarse tanto que el parto se vea afectado.

La reproducción, el requisito número uno para que se produzca la evolución, está muy en juego aquí. Afortunadamente, nuestra piel puede producir un pigmento natural que bloquea el sol, la melanina, para bloquear los rayos ultravioleta. Entonces, ¿cuál es el color de piel perfecto? ¿Cuál es la combinación de Ricitos de Oro de color de piel y luz solar que proporcionará suficientes rayos UV para prevenir el raquitismo sin causar problemas de columna?

Depende de dónde viva la persona.

Nina Jablonski, profesora de antropología que estudia la evolución de la pigmentación de la piel, revolucionó la forma en que pensamos sobre el color de la piel y cómo se ha adaptado a diferentes cantidades de luz solar.^‡ Calculó la intensidad de la radiación ultravioleta en diferentes latitudes y superpuso esos datos con medidas del color de la piel. Hubo una correlación del 86 por ciento entre el color de la piel y la intensidad de los rayos UV, lo que apunta a una relación de causa y efecto. Alrededor del ecuador, donde la luz del sol es más intensa, el color de la piel es muy oscuro. Moviéndose hacia los polos norte y sur, donde la luz solar es menos intensa, el color de la piel se vuelve más claro a medida que se pierde la melanina.¹⁵

No existe un límite repentino entre la oscuridad y la luz; en cambio, Jablonski se refiere a los cambios sutiles en el color de la piel como un "arco iris sepia", con cada tono mezclándose con el siguiente.

Muy pocos estudiantes permanecen impasible cuando ven los mapas de Jablonski que muestran cómo el color de la piel cambia suavemente de oscuro a claro a medida que disminuye la intensidad de la luz solar. El color de la piel evolucionó a través de la selección natural. Es así de simple.

El color de la piel, de hecho, evolucionó independientemente de otros rasgos que pueden haber sido adaptables a la vida en entornos particulares. Por ejemplo, tener una nariz estrecha con mucha sangre caliente circulando ayuda a las personas que viven en climas muy fríos a calentar el aire que están respirando. Esto es beneficioso porque el aire frío irrita las membranas de la nariz (y la garganta). Pero para las personas que viven en áreas cálidas, una nariz estrecha sería ineficaz, sin un beneficio compensatorio. Las narices anchas permiten inhalar más aire con menos esfuerzo que las narices estrechas, por lo que se adaptan mejor a las personas que viven en condiciones cálidas.¹⁶ Los rasgos físicos de los humanos muestran la asombrosa adecuación de nuestros cuerpos a entornos específicos.

Pero, ejem, los humanos somos motores globales. ¿Qué sucede cuando un cuerpo que está perfectamente adaptado a un entorno se traslada a una latitud diferente?

La buena noticia es que ahora sabemos que las personas de piel clara que viven cerca del ecuador necesitan ácido fólico adicional durante el embarazo (y agentes bloqueadores del sol para prevenir el cáncer de piel), y el ácido fólico se agrega a los productos comerciales de pan. Las personas de piel oscura que viven más cerca de los polos deben ser monitoreadas para detectar deficiencias de vitamina D y trastornos asociados que surgen de ellas. La vitamina D se agrega a los productos lácteos para compensar algunas deficiencias. Al vivir en un clima del norte, animo a todos mis estudiantes, independientemente de dónde quepan en el arco iris sepia, a monitorear sus niveles de vitamina D durante sus exámenes físicos anuales porque incluso las personas de piel más clara pueden no pasar suficiente tiempo al aire libre para cosechar los beneficios de la luz solar. Ser consciente de los posibles problemas de salud de vivir en áreas con diferentes intensidades de luz solar es vital para mantener una alta calidad de vida.

Al igual que nuestras discusiones en clase sobre el cambio climático y la evolución, nuestras exploraciones científicas de la raza están mucho menos cargadas de lo que tienden a estar tales discusiones cuando se enfocan en percepciones, culturas o valores. En los pocos años que he enseñado el color de la piel como un rasgo moldeado por el medio ambiente, todavía no he tenido un alumno que ya conozca esta información. Cuando la conversación se centra en el color de la piel como un rasgo de adaptación, los estudiantes aprenden algo sobre sí mismos, sus riesgos para la salud y sus antecedentes que aún no sabían. Como comprender que su ADN ha sobrevivido a millones de años de catástrofes, aprender por qué sus cuerpos se ven como lo hacen hace que la educación científica sea profundamente personal.  

 

Abre la puerta a la maravilla

Al igual que ser el único simio desnudo, los humanos también son la única especie que pregunta "¿Por qué?" Muchos animales han aprendido cómo hacer cosas: los cuervos de Nueva Caledonia descubrieron cómo doblar cables para sacar golosinas de los tubos,¹⁷ muchos animales saben cómo usar rocas para abrir con martillo alimentos de cáscara dura, pero los humanos estamos solos en nuestra búsqueda para saber porque.

Los niños pequeños observan el mundo que los rodea y preguntan por qué el cielo es azul, por qué no podemos respirar bajo el agua, por qué debemos comer verduras y una avalancha de otras preguntas. Algunos de ellos tienen la suerte de tener adultos extremadamente pacientes y conocedores en sus vidas que ayudan a responder esas preguntas. Muchos no lo hacen. Los niños pueden dejar de hacer preguntas cuando su curiosidad no ha sido recompensada con tiempo y atención. Con el tiempo, es posible que se desconecten y dejen de preguntarse por completo.

Como profesores de ciencias, nuestra misión es recuperar la maravilla. Mire todas las cosas interesantes que tenemos para ayudarnos a despertar el interés de los estudiantes: Deep Time, DNA, evo-devo, color de piel y anfibios de 30 pies de largo.

Es fácil interrumpir a un estudiante que hace una pregunta que puede distraer a la clase del objetivo del día. Cambia tu objetivo. Considere la posibilidad de estar abierto a desviarse. Es en esos momentos en que se te lanza una pregunta fuera de lo común que realmente puedes enseñar la naturaleza creativa de la ciencia. Cuando un estudiante me preguntó qué pasaría si pusieras una máquina de resonancia magnética gigante en órbita sobre la ciudad de Nueva York, dejé todo para entrar en su imaginación y traer al resto de la clase con nosotros. Al imaginarse sujetapapeles volando en el aire como lluvia al revés y los tirantes arrancados de sus bocas, los estudiantes se rieron tontamente y dejaron volar su imaginación. Eso es ciencia. Ahí es donde comienzan los avances científicos. Es en esos momentos de pensamiento innovador que se hacen los científicos.

¿Por qué enseñamos ciencia si no es para abrir la puerta a un mundo de incredulidad, de asombro, de conocimiento tan sobrecogedor que hace doblar las rodillas?

Apreciar a los estudiantes como compañeros sobrevivientes en nuestro planeta rocoso, celebrar nuestras diferencias físicas porque fortalecen a nuestra especie y dar la bienvenida incluso a las preguntas más extravagantes enciende su interés y aceptación de la ciencia. Eso es un buen augurio para el futuro.

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Alyson Miller enseña ciencias en Nashua High School North en Nashua, New Hampshire. Desde que comenzó su carrera docente en 2003, ha impartido clases de zoología, biología, ciencias físicas, ciencias de las plantas y física. Fue miembro fundador del Programa de Maestros Líderes de AFT y su proyecto la llevó a ganar una beca del Centro Nacional de Educación Científica para aprender sobre “Deep Time” haciendo rafting y estudiando el Gran Cañón. Antes de convertirse en maestra, fue supervisora ​​de investigación en el Centro Nacional de Investigación de Primates Yerkes en la Universidad de Emory.

* Deep Time se refiere a la historia multimillonaria de la Tierra representada en la escala de tiempo geológico y respaldada por evidencia geológica y química. Para más información, ver go.aft.org/emc (volver al artículo)
^†Para obtener más detalles, consulte "La edad del oxígeno" del Smithsonian, disponible en go.aft.org/cgk (volver al artículo)
^‡Para obtener una descripción general de los hallazgos de Jablonski con enlaces a varios recursos, incluida su charla TED, consulte go.aft.org/i0x (volver al artículo)

Notas finales

1. Todos los dinosaurios que no eran aves murieron como resultado del meteoro, pero las aves de hoy en día descienden de los dinosaurios aviario; para obtener más detalles, consulte E. Osterloff, “Dinosaurs: How an Asteroroid Ended the Age of the Dinosaurs”, Museo de Historia Natural.
2. Para obtener más información, consulte J. Baguña et al., "Back in Time: A New Systematic Proposal for the Bilateria", Philosophical Transactions de la Royal Society B 363, no. 1496 (2008): 1481-91.
3. D. Castelvecchi, "Is String Theory Science?" Scientific American, Diciembre 23, 2015.
4. Para obtener más detalles, consulte Enciclopedia Británica, "Acumulación en lechos de embalses", britannica.com/science/petroleum/Accumulation-in-reservoir-beds.
5. NOAA Research News, “El índice de gases de efecto invernadero de la NOAA aumentó un 41 por ciento desde 1990”, 30 de mayo de 2018.
6. T. Dobzhansky, "Nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución", Profesor de biología estadounidense 35, no. 3 (1973): 125-29.
7. J. Tagliabue, "El Papa refuerza el apoyo de la Iglesia a la visión científica de la evolución", New York Times, Octubre 25, 1996.  
8. C. Darwin, Sobre el origen de las especies mediante la selección natural o la conservación de razas favorecidas en la lucha por la vida, 56ª impresión (Nueva York: PF Collier & Son Corporation, 1965).
9. G. Mendel, "Experimentos en la hibridación de plantas", trad. W. Bateson y R. Blumberg, Electronic Scholarly Publishing Project, 1996, www.esp.org/foundations/genetics/classical/gm-65.pdf.
10. C. Smith, El hecho de la evolución (Amherst, Nueva York: Prometheus Books, 2011).
11. S. Carroll, Las formas infinitas más bellas: la nueva ciencia de Evo Devo (Nueva York: WW Norton & Company, 2005).
12. N. Eldredge y S. Gould, "Equilibrios puntuados: una alternativa al gradualismo filético", en Modelos en Paleobiología, ed. T. Schopf (San Francisco: Freeman, Cooper & Co., 1972), 82-115.
13. A. Einstein, Filosofías vivientes (Nueva York: Simon y Schuster, 1931), sciphilos.info/docs_pages/docs_Einstein_fulltext_css.html.
14. D.Morris, El mono desnudo: el estudio de un zoólogo del animal humano (Londres: Jonathan Cape, 1967).
15. N. Jablonski, Color vivo: el significado biológico y social del color de la piel (Berkeley: Prensa de la Universidad de California, 2014).
16. B. Panko, "Cómo el clima ayudó a moldear su nariz", Revista Smithsonian, Marzo 16, 2017.
17. A. Weir, J. Chappell y A. Kacelnik, "Shaping of Hooks in New Caledonian Crows", Ciencia: 297, no. 5583 (2002): 981.

[Ilustraciones de Kasia Bogdanska]