Пресъздайте експериментите на Дарвин в задния си двор

Следва извадка от Задният двор на Дарвин от Джеймс Т. Коста.

I. Потънете или плувайте: семена в туршия

Експериментите на Дарвин за „осоляване на семена“ бяха насочени към определяне, първо, колко дълго семената могат да запазят своята жизненост след излагане на солена вода и второ, колко дълго могат да плават спрямо потъването в солена вода. Той извърши няколко версии на този експеримент, използвайки семена от много видове, включително градински зеленчуци, обикновени плевели и тропически растения.

А. Материали

Солена вода: пригответе от 1 до 10 галона (3,8 до 38 литра) солена вода, в зависимост от мащаба на вашия експеримент. Ние се интересуваме от приближаване на морската вода. Подобно на Дарвин, можете лесно да направите изкуствена морска вода с налични в търговската мрежа сол и минерални препарати. Можете да закупите своята солена смес от всеки от многобройните онлайн търговци на дребно на аквариумни стоки (Instant Ocean® и Natural Sea Aquarium Salt Mix от Oceanic Systems, Inc. са по-евтини марки) или от местен магазин за домашни любимци или магазин за аквариумни принадлежности. Или направете своя собствена с тази рецепта:

Във всеки 3 галона (11,4 литра) прясна вода разтворете:

• 10^1⁄2унции (298 грама) чиста (не йодирана) готварска сол
• 1^1⁄2унции (43 грама) магнезиев хлорид
• 1 унция (28 грама) английска сол
• ^1⁄2унция (14 грама) парижки гипс

Химически и минерални смеси като тези придават на сладката вода всички качества на морската вода, което я прави подходяща за морски живот. Ако създавате соленоводен аквариум за поддържане на риби, трябва да обърнем внимание на солеността и качеството на използваната сладка вода. Тъй като ние просто плаваме семена в нашата солена вода, няма нужда да се притеснявате за това. Между другото, дори ако живеете близо до океана, пак е за предпочитане да използвате изкуствена солена вода, тъй като океанската вода е пълна с водорасли и други микроорганизми, които ще умрат и ще се разложат, замърсявайки водата.

Б. Други материали

• Тетрадка и молив
• Семена от най-малко шест вида (напр. различни пакети от семена от зеленчуци и диви цветя)
• 500 мл (17 течни унции) чаши или колби (или дори буркани), по една за всеки растителен вид. Дъното на бутилка за напитки от 1 или 2 литра (1 до 2 литра) също ще свърши работа.
• Пипета или пуйка бастер
• Лъжица
• Щипки или пинсети
• Пластмасова опаковка
• Етикетираща лента и маркер
• Почва за саксии
• За засаждане на семена: панички на Петри или подобни камери, или една или повече плочки за покълване (в идеалния случай, разделени на отделни единици за засаждане) или хартиени чаши, с почва за саксии

Вземете книгата

Задният двор на Дарвин: Как малки експерименти доведоха до голяма теория

1. Пригответе солената вода в аквариумен резервоар, бутилка или голям съд, в зависимост от обема, и дръжте на стайна температура. Измерете 300 ml (10 течни унции) солена вода за всяка чаша или колба. (Ако съдът няма маркировка за измерване на 300 ml (10 течни унции), направете такава с маркер или лента като ориентир за поддържане на нивото на водата.) Изберете място извън пряка слънчева светлина, където колбите няма не се безпокои. Поставете чашите или колбите там и след като ги позиционирате, с помощта на пръсти или щипци внимателно поставете (без да изпускате) 10 семена от един вид върху повърхността на водата в един съд, като го етикетирате с дата, час и видове растения. Повторете за всеки от останалите видове семена, по един вид на чаша. (Не се притеснявайте, ако семената ви потънат: тази ситуация е разгледана по-долу.) Покрийте хлабаво гърлото на всеки съд с пластмасова обвивка; малко вода ще се изпари и може да се използва пипета или бастер за попълване на изпарената вода. За да направите това, внимателно разпределете вода по вътрешната стена на съда, така че да сведете до минимум разбъркването на водната повърхност. (Ако имате голям брой участници, които правят този експеримент, може да е желателно да настроите дубликати на експеримента на няколко различни станции, сравнявайки резултатите от всяка група по-късно.)

2. Записвайте статуса на семената ежедневно, като за всеки съд регистрирате броя на семената, които все още плават, и броя, които са потънали. Това може да продължи безкрайно дълго, както направи Дарвин, като премахваше семена на интервали, за да види колко дълго ще останат жизнеспособни след продължително излагане на солена вода, но за повечето хора ще бъде по-практично да проведат експеримента за определен период от време - 1, 2 или 3 седмици или както предпочитате. По-големи групи с реплики от всеки вид семена могат да съберат по една реплика на вид след, да речем, 1 седмица на експозиция, втора реплика след 2 седмици и т.н. Алтернативно, всички реплики могат да бъдат пуснати за същия период от време, за да се получи описателно статистически данни за ефективността на семената сред репликите.

3. В края на периода от време, определен за експеримента, запишете броя на плаващите спрямо потъналите семена за всеки вид. Първо извадете плаващите семена от всеки съд с помощта на лъжицата, като внимавате да не потънат семена. След това извадете потъналите семена, като се уверите, че държите всеки вид отделно и все още плаващите и потънали семена на всеки вид отделно. Изплакнете семената в прясна вода и ги засадете, като използвате един от следните два метода:

Метод на хартиени кърпи. Използвайте отделни чинии за плаващи и потъващи съдове от всеки вид. Поставете едно парче хартиена кърпа на дъното на съда, напоете с вода и поставете семена. Напоете второто парче хартиена кърпа и го поставете върху долното парче, покривайки семената. Поставете капака върху съда, за да затворите влагата. Уверете се, че всички съдове са етикетирани (видове, плуващо устройство спрямо потъващо, дата).

Почвен метод. Внимателно засадете всеки комплект в съседни единици на помещението за покълване. (Ако апартаментът няма индивидуални единици за засаждане, използвайте връв, за да закрепите мрежата.) Засадете плаващи и потънали семена от всеки вид поотделно. Повторете, ако е необходимо, поливайте и покрийте плоските или чашите с пластмасова обвивка.

4. Когато всички семена са засадени, изложете чинии, плочки за покълване или чаши на непряка слънчева светлина (не пряка слънчева светлина) или лампа за растеж. Наблюдавайте ежедневно и записвайте броя на покълналите семена от всяка категория (видове, плаващи спрямо потънали и т.н.).

Запишете за всеки вид и всяко време на излагане на солена вода (1 седмица, 2 седмици и т.н.):

(a) Брой и процент на плаващи семена, покълнали спрямо непокълнали
(b) Брой и процент на покълналите семена спрямо непокълналите

5. В края на този експеримент направете данните в таблица, като отбележите процента на семената, потънали и останали на повърхността за експерименталния период, както и процента на покълването на всяка категория. Резултатите могат да бъдат свързани с първоначалния пъзел на Дарвин: Как видовете колонизират отдалечени острови? От нашия експеримент, вдъхновен от Дарвин, могат да се направят две групи заключения, свързани с флотацията и жизнеспособността в солена вода. Първо, семената на някои видове остават на повърхността за продължителен период от време. Каква беше продължителността на вашия експеримент и колко далеч биха могли да бъдат отнесени от течения за това време? В писмо до Хукър Дарвин посочва, че „много морски течения се движат с една миля в час: дори за една седмица те могат да бъдат транспортирани 168 мили: Гълфстриймът се движи с 50 и 60 мили на ден“. Наистина, това вероятно е подценяване за някои течения: с максимална изчислена повърхностна скорост от 5,6 mph, Гълфстрийм може да носи плаващи семена над 130 мили на ден! Опитайте се да изчислите това.

6. Потъналите семена може да изглеждат по-малко информативни за целите на Дарвин. Въпреки това, те също предоставят представа, като показват до каква степен семената могат да останат жизнеспособни след излагане на солена вода, независимо дали плават или потъват. Каква част от вашите потънали семена са покълнали в сравнение с плаващите?

II. Птичи въздушен транспорт: Експериментът на Дарвин с патешки крака

Поразен от появата на сладководни охлюви на много отдалечени острови, Дарвин проучва транспорта по море и по въздух: плаващ или рафтинг, или пренасян от птици. Експериментите показаха, че сладководните охлюви не могат да оцелеят дълго в солена вода, така че той реши, че вместо това им е даден асансьор. Могат ли водолюбивите птици да носят водни охлюви? Охлюви или други същества могат да се катерят по краката на патиците и гъските, особено когато патиците спят, а краката им висят във водата. За да изпробва това, Дарвин се обърнал към своя „охлюв“ – аквариум със сладководни охлюви от всички възрасти – в който окачвал изсушени пачи крака. Скоро откри, че няколко млади охлюва се катерят на борда. Колко дълго можеха да издържат? Както той по-късно пише в Произход : „Тези току-що излюпени мекотели, макар и водни по природа, оцеляха на патешки крака, във влажен въздух, от дванадесет до двадесет часа; и за този период от време една патица или чапла може да прелети най-малко шест или седемстотин мили и със сигурност ще кацне на басейн или рекичка, ако бъде отнесена през морето към океански остров или до друга далечна точка. Ето един експеримент с пачи крак, с който Дарвин би се гордял. Ще видим колко водни обитатели могат да колонизират модела на пачи крак, който конструираме.

А. Материали

• ^3/16дървени дюбели с диаметър инча, нарязани на 6 инча (~15 см) дължини
• Килими
• Малки тежести за риболовни принадлежности, различни размери
• Топчета за пинг-понг или тапи
• Един или повече водоустойчиви материали (напр. деним, велкро, платно), изрязани във формата на пачи крак с помощта на придружаващата скица
• Плитка тава
• Бутилка за шприцоване, пипета или пуйка
• Увеличително стъкло или дисекционен микроскоп
• Петри
• Малък нож, пирон или винт за дърво, за да пробиете внимателно дупка в топката за пинг-понг или коркова тапа
• Силиконов или каучуков цимент

[ Запознайте се с палеобиолога, който вдъхнови науката в „Джурасик парк“. ]

Б. Процедура

Създаване на вашия модел на пачи крак:

1. Използвайки изобразената тук скица като шаблон или собствена изработка, очертайте контура на пачия крак върху плат или други материали, използвани за симулиране на ципеста част на пачия крак.

2. С помощта на ножа или пирона внимателно пробийте дупка, достатъчно голяма, за да поставите дюбела в противоположните страни на топката за пинг-понг. Поставете дюбела през топката, като около 1 инч (2 см) стърчи в единия край на топката („отгоре“).

3. Закрепете дюбела в топката и го уплътнете срещу изтичане на вода, като нанесете силиконов или гумен цимент около дюбела, където контактува с топката. Ако използвате тапа, пробийте дупка в единия й край^1⁄4инча (0,6 см) дълбоко и поставете здраво единия край на дюбела.

4. Използвайте щипка, за да прикрепите самия патешки „крак“ към основата на по-дългия край на дюбела („крака“). (Забележка: могат да бъдат направени множество модели, всеки с различен материал за стъпалото; тогава може да се сравни ефикасността на различните материали в прилепналите организми.)

5. Целта е моделът на пачия крак да се потопи във вода, като кракът и кракът висят надолу във водния стълб. Тъй като самият крак на дюбела е плаващ, вероятно ще е необходимо да прикрепите малка тежест за риболов към дръжката на килима, закрепващ крака. Тествайте, като поставите вашия модел на пачи крак във вода (аквариум или пълна мивка) достатъчно дълбоко, за да позволи на крака да се клати изправен с крака надолу. Прикрепете допълнителни тежести към основата, ако е необходимо, за да накарате модела да изплува изправен, но внимавайте да не добавите толкова много тежест, че моделът да потъне напълно. Когато балансирате тежестта, вашият пачи крак е готов за разгръщане! В горната част на модела може да се прикрепи въдица или лека връв с помощта на щипка.

[ Еволюцията се случва по-бързо, отколкото си мислите. ]

Разгръщане на модела:

1. Подобно на въдицата за риболов, вашият пачи крак може да бъде пуснат в езеро или езеро, като внимателно го хвърлите във водата и завържете влакното, за да не изплува.

2. Оставете вашия модел на пачи крак да плува в езерото поне 2 или 3 дни (продължителността е неограничена). Когато вземете своя модел, пригответе тиган или затваряща се торба, за да приемете модела веднага след като го извадите от водата. Не събирайте допълнително вода, просто извадете крака от водата директно в тигана или торбата. У дома внимателно изплакнете ципестия „крак“ над тигана с помощта на шприц бутилка, пълна с прясна вода.

3. Използвайте лупа или дисекционен микроскоп, за да проверите стъпалото за всякакви доказателства за животински или растителен живот. По подобен начин пробите от водата в съда могат да се прехвърлят с помощта на пипета или бастер в петриево блюдо или подобен обект за наблюдение под дисекционния микроскоп. Може да е трудно да се разграничат някои малки организми като протисти и водорасли от остатъците, но внимателното наблюдение ще разкрие тяхната структура и ще покаже протозоите, които непрекъснато се движат наоколо. По-големите организми - ларви на насекоми, малки охлюви и т.н. - трябва да бъдат очевидни. Запишете наблюдаваните организми и се опитайте да преброите или оцените броя им.

4. Този експеримент има гъвкаво време за изпълнение, от дни до седмици или повече. С определен брой копия моделите могат да бъдат извлечени и анализирани по няколко наведнъж - да речем на интервали от 1 седмица в рамките на 1-3 месеца. Броят и разнообразието от организми, прилепнали към краката, могат да бъдат представени в таблица за отделните „патици“ и за групата като цяло. Тези, които разполагат с множество пачи крака, могат да начертаят резултатите във времето и/или да начертаят графика на добива от различни материали за крака. Някои материали вършат ли по-добра работа за привличане на колонисти? Типът или изобилието на организмите варира ли в различните материали, като различните материали са по-богати в различните групи?

От книгата Задният двор на Дарвин от Джеймс Т. Коста. © 2017 от Джеймс Т. Коста. Използва се с разрешение на издателя W.W. Norton & Company, Inc. Всички права запазени.