Utvikling og evolusjon på Naturfag 1

Kort film fra samlingen

Utvikling i stor skala er temaet for to kursdager på videreutdanningen Naturfag 1. Det er 6 hovedelementer på samlingen:

1

Verdensrommets utvikling, Kjartan Olafsson, Institutt for fysikk og teknologi.

Avstander og størrelser i verdensrommet:

Eksempel på hvor stor stjernene er; Betelgeuse i stjernebildet Orion er så stor at den vil fylle hele rommet fra sola og ut til jorden.

Voyager er enda ikke kommet til andre stjerner, etter å ha reist i rommet i mange år. Først når vi går ut en Zettameter, 10^21 m, 105700 lysår, ser vi andre galakser. Andromedagalaksen er vår nærmeste, den er del av en gruppe med cirka 30 galakser, som igjen er en del av et cluster, med flere milliarder galakser. Hvor langt ut kan vi så fortsette? Ved 10^26 m slutter det observerbare universet, vi kan ikke få informasjon om hva som ligger utenfor – vi må ha lys å observere skal vi detektere noe. 10^26 m tilsvarer avstanden lyset går på 13,7 milliarder år, som altså er alderen på universet som vi kjenner det.

Alle galakser er på vei bort fra oss, og farten øker proporsjonalt med avstanden fra oss. Vi ville observere det samme fra alle punkt i universet. Universet utvider seg med farten v(r)=H(t)*r, der H er Hubblekonstanten. Hubble-tiden gir alder 14 mill. år.

Begynnelsen: fra the Big Bang og 300.000 år fremover var materien fast, men så ble universet transparent. Man har ikke god oversikt over fysikken i den aller første tiden, men har kartlagt godt det som skjedde siden. Noen mysterier gjenstår likevel: galaksene roterer, i spiralform. Hastigheten er for stor til at vi kan forklare den med massen som vi observerer – de må altså ha større masse, ‘mørk materie’. Det er trolig 5 ganger mer mørk materie i universet enn den observerbare.

Farten universet ekspanderer med har økt de siste 5-6 milliarder år, det må være en frastøtende kraft som virker på universet, ‘mørk energi’, den vi vet enda mindre om.

Noe kan vi se selv, også med elevene, og det finnes gode nettsider og apper vi kan støtte oss på.

globeatnight.org

stellarium

celestia.

Er det, eller har det vært, liv på andre planeter.Hva trengs for å utvikle liv?

god tid, vann, atmosfære, stabil stjerne, flytende vann, sirkulær planetbane, magnetfelt, ytre planter, årstidsvariasjoner, tidevann… Det arbeides mye med å finne slike planeter. Først observerte man store planeter (100-1000 ganger jorden), men de er kanskje for store. Siden har man funnet mange på jordens størrelse, som har en temperatur over frysepunktet. Kan vi finne signaler fra disse planetene som kan vise oss om det har vært eller er liv der? Astronomene har funnet frem til ca 2000 planeter.

2

Nordlyset, Kjartan Olafsson

Kristian Birkeland, mannen på 200-lappen: Undersøkte nordlyset, og laget også ‘kunstig nordlys’ i en egen maskin.

Solflekkaktiviteten avtar, men det kan være bra nordlys likevel.

Man laget malerier av nordlyset, det er vanskelig å fotografere nordlys fordi det fhv lyssvakt. Eksempel er Harald Moltkes malerier fra en ekspedisjon til Island 1899/1900.

Nordlyset har gjerne fire faser:

-utbruddet, som en linje

-buen øker, nordlyset trekker litt sørover

-eksplossonsfasen, en av buene eksploderer i lysstyrke, kan være purpurfarget i bunnen av den grønne buen. Bølger, beveger seg mye. Strålene i ‘gardinen’ viser seg å være paralllelle med magnetfeltet. Det er elektroner i magnetfeltet som produserer nordlyset. Kan vare i en halvtime (+-)

-oppløsningsfasen, nordlyset dabber av, vi ser bare et grønnlig slør. Bevegelsene blir roligere.

Det kan være flere nordlysutbrudd på rad, og oppå hverandre.

Vi kan se nordlys også så langt sør som Bergen. Nordlyset viser seg i en oval omkring den geomagnetiske nordpolen. Magnetfeltet vil avgjøre hvor nordlyset ligger, solvinden avgjør hvor stor ovalen er. Om solvinden er virkelig kraftig, 600-700 km/s, kan ovalen strekke seg langt nedover i Sørnorge og videre. Fotgrafert utenfra ser vi hvor stor skala det er på nordlyset, en bue kan være flere tusen kilometer.

Birkeland gjennomførte tre nordlysekspedisjoner, bygde to observatorier (Alta og talviktoppen). fant at nordlys skydles strømmer i 100-150 km høyde, strømstyrke inntil 1000000 Ampere. Lanserte ideen om katodestråler (som de sa den gangen) fra solen – de kjente ikke til elektronene den gangen.

Solvinden strømmer ut hele tiden. Noen ganger er aktiviteten på solen større, da kan solstormene nå jorden og forstyrre. Varsling av nordlysaktivitet på ulik skala. App fra Kjell Henriksen-observatoriet.

3

Art, arv og evolusjon, Endre Willassen

Evolusjon

Bakterier, eksempel sykdomsfremkallende. Antibiotika, men evolusjon på bakterienivå gir resistens. Bakterien kan dyrkes på gel, et forsøk fra Harvard viser hvordan akterier i løpet av bare 11 døgn kan mutere slik at de tåler 1000 ganger mer antiobiotika enn i utgangspunktet. Bakterier har både et sirkulært genom, men også et plasmid som de kan hente DNA fra til det ordinære genomet. Kan også ta opp DNA fra omgivelsene, for eksempel gener som gjør bakterene resistente. Evolusjon er fundamentet i biologien. Hvordan oppsto liv med reproduserende organismer? Vi vet ikke nøyaktig, men vi vet mye om mekanismene som virker nå. Stikkord for evolusjonslæren: differiensiering, artsdannelse, fylogeni (slektskap mellom arter), paleontologi, mutasjoner, seleksjon, genetisk drift, hybridisering, samspill mellom gener og miljø, og mellom natur og kultur (arv/miljø, adferd, psykologi, natursyn).

Det er et enormt tall arter på jorden, anslag ligger mellom 2 og 30 millioner.

Kreasjonismen motsier evolusjonen, hevder at jorden er 6000 år gammel, og at artene var skapt slik de er nå, og ikke endrer seg.  Evolusjonsteorien sier at jorden er 4,5  milliarder år gammel, og at artene har utviklet seg fra urformer.

Geologiske tidsperioder, kan fremstilles på ulike måter, eksempel: ‘The Cosmic calendar’, Carl Sagan, viser jordas historie som ett solår. Mennesket, som vi kjenner det, opptrer da i de siste 5 minuttene av året, historisk tid er det siste minuttet. Likevel har vi endret kloden så mye at vi nå snakker om menneskets tidsalder, antropocene.

Erik Pontoppidan var biskop i Bjørgvin 1755, og eksponent for det humansentrerte natursyn: ‘’Skaperen lar hvaler jage sild inn til kysten for at mennesket skal få mat.’

Domestisering av dyr og planter fra 10-12000 år før nåtid. Begynte med ulv (hund) og geit, og så kornslagene. Menneskene gjorde bevisste  valg i avlen, ut fra kriterier; bedre lynne for hunden, større vekst for husdyr og korn. Avl fra ulv til hund viser hvor store muligheer for endring som ligger i evolusjon; samme genetiske materiale kan gi opphav til mange former.

Avl er kunstig seleksjon, men det foregår også naturlig seleksjon ut fra miljøfaktorer.

Darwins evolusjonsteori bygger på at det finnes variasjon mellom individer, et reproduktivt overskudd, og begrensede ressurser – som fører til konkurranse. De formene som har best tilpasning, adopsjon, vil klare seg best og produsere mest avkom.

Reproduksjon:

aseksuell reproduksjon – knoppskyting, partenogenese, sporedannelse

seksuell reproduksjon – haploide gamater dannet ved meiose,  smelter sammen med tilsvarende fra motsatt kjønn. Gener krysser over under meiosen, kan også reparere skader i DNA. Skadene oppstår ved mutasjoner i genomet vårt.

Formeringspotensiale, Malthus viste hvordan populasjoner kan eksplodere eksponentielt derom ikke det inntreffer begrensninger.

HVordan virker seleksjon? Eksempel med Darwins finker. Fugler på Galapagos. Isolerte bestander utvikler seg til nye arter. Seleksjonspress gjør at individ med bestemte egenskaper (kraftig nebb) overlever bedre, og reproduserer.

Mutasjoner, hvordan oppstår de. I det genetiske materiale som vi i hovedsak har i kjernen, men også i mitokondriene.

Punktmutasjoner skjer ved endringer i baseparene, altså i cg-at parene, gener eller hele genomer kan dupliseres, transposisjonselementer.

Meiosen er basert på dobbelhelixen, DNA, som holdes sammen av baseparene CG/AT, som i sekvenser på 3 koder for ulike proteiner. Et baepar som er feil, kan gi et annet protein, som igjen gir feil i fenotype, som misdannelser, sykdom eller annet.

Genotyper og fenotyper:

AA, Aa, aA, aa, de fire mulighetene for genkombinasjoner gir mulighet for statistisk beregning av forekomst av hver, og det fenotypiske;

Hardy-Weinbergsk liekvekt, dersom ikke miljøfaktorer spiller inn. Hver generasjon blir lik i distribusjon av genkombinasjoner.

Dersom genflyten mellom underpolulasjoner stoppes, blir gentisk forskjell bli mindre og populasjonen kan dø ut. Dersom miljøet favoriserer individer med en gentype, og de andre ikke reproduserer, rykkes populasjonen ut av likevekten.

Art

Darwin sier; bare indivder har reell eksistens, art er et begrep som menneskene finner på.

Men nå vet vi at det finnes grupperinger som har selvstanedig eksistens, det vi si at arter finnes i naturen.

Art kan forståes som reproduksjonsenheter, kan få produktivt avkom. Utseendet kan varierer, for eksempel mellom hanner og hunner, reproduksjon er latså en bedre definisjon enn utseende. Art kan sees på som populasjoner som er med i samme gen-pool.

Naturen har flere mekanismer som hindrer reporduksjon mellom ikke-like arter.

DNA-klassifikasjon er sikker skille av arter, men viser ofte at det man trodde var en art, er flere ulike arter. Vi kan også betrakte arter som separate utviklingslinjer i evolusjonen. Til sammen gir dette en lang rekke kriterier for å plassere populasjoner, eller individer, i samme art.

Arter dannes ved isolasjon, devergens eller sekundær kontakt mellom divergerte populasjoner, forskjeller akselleres og populasjoner kan ikke lenger krysse. Eksempel er når stillehavsarter isolerers fra karibiske arter når Panama ‘stenges av’.

4

Undervisning, Skolelaboratoriet.

Til kurset om utvikling og evolusjon var det gitt to forhåndstilbud. I det ene ble deltakarne bedt om å utforme undervisning ut fra forksningsbasete artikler om temaet. Det var sendt lenke tilet utvalg artikler på forhånd. Forslagene ble samlet i en padlet, som ligger til deltakernes bruk fremover.  Det andre tilbudet var et evolusjonsspill, der Darwin selv veileder i strategier for å få en art til å overleve i et skiftende miljø.  end el klasseromsaktiviteter ble prøvd ut i løpet av kursdagene. Lærerne spilte ‘arvespillet’, der gemateriale utveksles gjennom 4 generasjoner. Spillet er utviklet på Skolelaboratoriet og blir produsert av Nordnes verksteder. For å stimulere argumentasjon, skriving og faglig samtale i klasserommet, ble det også introdusert og prøvd teknikker som alias-spill, nøkkelkort, begrepsvegg og thinglink.

5

‘Liket i åkeren’. Deltakerne på kurste fikk følge Universitetsmuseets skoleprogram ‘Liket i åkeren’. Dette er en angasjerende historie, et rollespill i museet og en svært levende illustrasjon på hvordan kunnskap dannes og forskningen arbeider. Deltakerne får kunnskaper fra museets samlinger om arekeologi, naturvitenskap og funn fra vikingtiden, og blir bedt om å forske på funnene i en vikinggrav som er laget til i lokalene. Teorier om hvem som ligger i graven, hvor vedkommende kommer fra, og hva som har skjedd svirrer, argumenter fremmes og imøtegåes, uten at gåten blir helt løst.

Universitetsmuseet er rammen om hele kursdag 2, og det blir tid til også et blikk på andre undervisningsprogram, museets årbok og et møte med dyktige formidlere som har mye å tilby skoleklasser.

6

Livets utvikling, Kikki Kleiven.

4,5 milliarder år med liv på jorden blir gjennomgått på 120 minutter av geolog, forsker og formidler Kikki Kleiven. Hun gikk først gjennom den systematiske inndelingen geologene bruker for å ordne kunnskapen om jordens utvikling.

 

7

Tre spørsmål.

Tre store spørsmål er uavklart, kanhende får vi ikke svar i vår levetid:

1 – Er vi på vei inn i antropocene, eller er denne tidsalderen allerede i gang?

2 – Er vi også midt i ‘the sixth extinction’, en utryddelese av arter som er forårsaket av mennesket og pågår på en hundreårsskala?

3 – Endrer vi klimaet så radikalt at livsbetingelsene på jorden blir forandret?