14 millarder år på Naturfag 1

Plastelinadyr til et modellmiljø i terrarium
Evolusjon og tilpasning henger nøye sammen. elever kan utforske dette gjennom å modellere dyret som er optimalt tilpasset miljøet i terrariet. I en padlet forklarer gruppene hvordan dyret er tenkt.

Fra universets opprinnelse til starten på vår nye geologiske periode, antropocene, er sprangene lange. 14 milliarder år og flere vitenskapsdisipliner er mye på to dager, men vi prøver:
Forskere har fanget opp radiosignaler fra en stjerne 3 milliarder lysår unna. Trolig er det en nøytronstjerne som gir energirik stråling, som passerer et magnetfelt som gir strålingen retning. Vi stiller spørsmålet, som også elevene kan få: hva om vi tenker at dette kan være en sivilisasjon som sender signaler ut i rommet, og vi ønsker å svare? Denne problemstililngen retter oppmerskomheten mot at tid og avstand blir like størrelser når vi ser utover i rommet; vi ser også tilbake i tid. Et svar fra oss ville nå den fjerne stjernen 6 milliarder år etter at signalene vi nå fanger opp ble sendt ut.
Med dette bakteppet foreleste Kjartan Olafsson fra institutt for fysikk og teknologi om universets utvikling.

En gasståke er opphavet til stjerner og planeter. Tettere områder i gassen har større gravitasjon, og tiltrekker seg partikler. Det blir ofest dannet flere mindre stjernesystemer av en slik gasståke.
Forskerne bruker kraftige teleskoper for å se ut i rommet – og tilbake i tid. Det viser seg at alle objekter vi finner fjerner seg fra oss. Det er likevel ikke slik at vi – eller noe annet sted – er universets sentrum. Universet ekspanderer, raskere og raskere. Ulike beregningsmåter tilsier at universet er 13.7 milliarder år gammelt.
Undersøkelser av spiralgalakser viser at de roterer fortere enn massen vi måler skulle tilsi. Det må finnes mer masse enn den vi ser, mørk materie. Det er også slik at universets utvidelse går hurtigere og hurtigere – noe som viser at det også må være mer energi enn den vi kan måle – mørk energi.

Livets utviklijng og evolusjon er en annen spennende utviklingshistorie. Endre Willassen fra Universitetsmuseet gikk i sitt foredrag gjennom trekk i denne historien, med med perspektiv på hva den betyr for forståelse av biologien. Et nøkkelpunkt er hvordan arter oppstår og endres. Mutasjon er ofte den direkte foranledningen til endring i en populasjon, men danning av nye arter vil også være et svar på nye betingelser i leveområdene. Geografisk eller genetisk isolasjon kan føre til at dyr som hørte til samme art, utvikler nye egenskaper og etterhvert danner en ny art. Et eksempel er snapprekene, som lever i Stillehavet og i det Karibiske hav, på hver sin side av mellomamerika. Før de to kontinentene kolliderte var det åpent hav mellom nord- og sør-Amerika, og alle rekene var av samme art. Etter at landet lukket seg, utviklet snapprekene ulike egenskaper på øst- og vestsiden, nye arter oppsto.
Den naturlige genetiske variasjonen i en populasjon er sikret gjennom overkrysning av arveanlegg før kjønnscelledelingen. Etter Harvey-Weinbergs likevekstlov vil 60% av en ny generasjon vise dominant egneskap av et gen, 40% den recessive. Genene er distribuert i en gen-pool, og med tilstrekkelig individer blir det nok variasjon til at dyrene kan tilpasse seg nye utfordringer i miljøet. Evnen til tilpasning øker med seleksjonen. Seksuell seleksjon har mekanismer for at de sterkeste og best tilpassete får føre genene sine videre. Definisjonen av hva som er en art har utviklet seg, fra å være de som ser like ut, til nå å være basert på DNA-analyser. Vi kan si at en art består av individer som kan repodusere sammen. Hybrider, som muldyr, kan ikke få avkom, og passer derfor ikke i definisjonen. Det foregår nå et stort internasjonalt saamrbeid for å gi alle organismer en strek-kode basert på DNA, ‘barcoding of life’.

En annen stor utviklingslinje er jordens utvikling, fra en glødende ildkule 4.5 milliarder år tilbake, til dagens blå og innbydende planet. Geolog og vitenskapsformidler Kikki Kleiven gikk gjennom hele historien i løpet av 2 inspirerende kurstimer. Gjennom historien har det vært 5 store massedødhendelser, korte perioder der store deler av jordens daværende plante- og dyreliv har forvunnet. Alle kjenner til utryddelsen av dinosaurene og deres miljø for 65 millioner år siden, men det har altså vært flere slike utryddelser lenger tilbake. Spørsmålet er nå om vi står midt oppe i den sjette utryddelsen; biologene mener at artene forsvinner raskere nå enn i noen av de tidligere massedødperiodene.
Den eldste perioen av jordens historie kalles hadeicum, etter Hades, herskeren over dødsriket. Jorden var ugjestmild og glødende. Likevel, allerede i neste periode, Arkeikum, finner man blågrønnalger avsatt på havbunnen. Nå øker også oksygeninnholdet i atmosfæren. I neste tidsperiode, protorezoikum, får jorden og atmosfæren en sammensetning som ligner den vi har nå. For 542 millioner år siden kommer vi inn i phanerozoikum, som vi er i fremdeles. Den starter med kambrium, og vi går gjennom periodene vi kjenner fra lærebøkene; ordovicium, silur, devon, perm, trias, jura, kritt – og vi er fremme ved dinosaurenes undergang og begynner på mer ‘moderne’ tid, de siste 65 millioner årene som deles inn i epoker. Den siste har vært holocene. De fleste er nå enige om at vi har gått inn i menneskenes tildsalder, antropcene. Vår virksomhet, med landskapsendring, drenering, bygging og artsutryddelse gir jorden spor for all fremtid, og definerer en ny geologisk tidsperiode – skapt av menneskene. Vi ser også konturene av en sjette utryddelse. Studiet av dyrelivet etter den femte utryddelsen, da dinosaurene forsvant, viser evolusjonen, en rekke spennende livsformer og tilpasninger. Fossiler og hele skjelett er bevart, vi ser dem i museer og på nettsteder – naturhsitorisk musem ved UiO har for eksempel gode illiustrerte sider om jordens utvikling: http://www.nhm.uio.no/fakta/geologi/fossiler/faktablader/blad34.htm

Naturfagkurset er didaktisk innrettet, og undersøker metoder for læring omkring temaene. I løpet av kursdagene var deltakerne innom begrepsveggen og begrepskortene, arvespillet, tidslinjen, terrariene med optimal evolusjon med tilknyttet padlet, arvespillet – og til sist Universitetsmuseets ‘Liket i åkeren’-spill. I museumsspillet lærer elevene hvordan kunnskap samles og vitenskapen utvikles. To grupper – naturforskere og kulturforskere – undersøker et mystisk likfunn fra vikingtiden. Liket er funnet i Russland, og mysteriet er både hvem som er funnet, hvor vedkommende kom fra, og omstendighetene omkring drapet. Gjennom å studere funnet, gjenstander og kunnskap fra museet, og diskutere teorier, kommer ‘forskerne’ sammen frem til en sannsynlig forklaring. Felles for materiellet og metodene som ble prøvd, er at de gir elevene en erfaring eller observasjon, som setter i gang tanker, diskusjoner og egne forklaringer hos eleven.