9789140695864

Synpunkt Naturkunskap 2

Synpunkt Naturkunskap 2 är kursbok till gymnasiekursen Naturkunskap 2 (100 p).

Boken har följande kapitelindelning: 1 Vetenskapligt perspektiv 2 Vår plats i universum 3 Människan och kemin 4 Kol och kolföreningar 5 Evolution 6 Cellen i funktion 7 Kroppen i funktion I Synpunkt-serien ingår även kursböckerna Synpunkt Naturkunskap 1a1 (50 p) för yrkesförberedande program och Synpunkt Naturkunskap 1b (100 p) för högskoleförberedande program. För alla tre kurser finns även heltäckande digitala läromedel. Läs mer på www.gleerups.se.

Naturkunskap 2 Anders Henriksson

Anders Henriksson

Anders Henriksson har undervisat i naturkunskap, biologi och kemi på gymnasieskolan i ca 20 år. Nu arbetar Anders som läromedelsförfattare och naturfotograf.

Han har samarbetat med Gleerups sedan 1994, vilket har resulterat i flera kända läromedel i naturkunskap, biologi och kemi.

Synpunkt

ISBN: 978-91-40-69586-4

9 789140 695864

Sy2_omslag.indd 1

2016-12-01 13:31

INNEHÅLL 1 Vetenskapligt perspektiv ...................... 6 1.1 En vetenskap tar form ............................... 8 Hållbar utveckling: Skydd av arter i Europa ........................ 13 Utblick: Dominanta och recessiva ....... 16 1.2 Vetenskapligt arbete ............................. 18 Sammanfattning ................................... 22 Testa dig själv ....................................... 23

2 Vår plats i universum ........................... 24

3.8 Joner och salter ..................................... 58 3.9 Molekyler ............................................. 60 3.10 Luftens innehåll................................... 62 3.11 Jordskorpans innehåll ......................... 66 Hållbar utveckling: Sällsynta jordartsmetaller...................... 70 3.12 Vatten ................................................. 74 3.13 Syror och baser ................................... 76 Utblick: Surt regn urlakar marken ........ 79 3.14 Materia och energi .............................. 80 Utblick: Einstein tänkte annorlunda ..... 80

2.1 Tankar om universum ........................... 26

Sammanfattning del 2............................ 81

Utblick: Hur stor är jorden? ................. 27

Testa dig själv ....................................... 82

Utblick: Något om satelliter .................. 30 Hållbar utveckling: Satelliter övervakar miljön .................... 31 2.2 Från Big Bang till dig ............................ 33 Utblick: Liv i universum ....................... 35 Sammanfattning ................................... 36 Testa dig själv ....................................... 37

4 Kol och kolföreningar ......................... 84 4.1 Variation med kol ................................. 86 4.2 Kolväten ............................................... 88 Hållbar utveckling: Metan och miljö ... 89 Utblick: Bensin ..................................... 91 Utblick: Ämnen med bensenringar ....... 95 4.3 Alkoholer ............................................. 96

3 Människan och kemin .......................... 38 3.1 Kemi nu och då .................................... 40 3.2 Den moderna kemin föds ...................... 41 3.3 Atommodellen tar form ........................ 44 Utblick: Ofattbart små partiklar .......... 47 3.4 Det periodiska systemet ........................ 50 3.5 Blandningar .......................................... 54 3.6 Kemiska föreningar .............................. 55 3.7 Ädelgasstruktur .................................... 56 Sammanfattning del 1............................ 57

Utblick: Destillation ................................ 98 4.4 Organiska syror .................................. 100 4.5 Estrar .................................................. 101 4.6 Lipider ................................................ 102 4.7 Kolhydrater ........................................ 104 Utblick: Kläder av cellulosa ................. 108 4.8 Proteiner ............................................. 109 4.9 Kolets kretslopp .................................. 110 4.10 Energiflöden ..................................... 111 Sammanfattning ................................. 112 Testa dig själv ..................................... 113

4

sy2_inlaga.indb 4

2016-12-02 11:19

5 Evolution ............................................... 114

7.4 Andning .............................................. 186

5.1 Utveckling utan mål ............................ 116

Sammanfattning del 1 ......................... 192

5.2 DNA och gener ................................... 117 5.3 Selektion.............................................. 123 Hållbar utveckling: Svampar och samevolution ................. 125 5.4 Nya arter ............................................ 126 5.5 Evolution på olika plan ...................... 128 5.6 Makroevolution .................................. 129 Sammanfattning del 1 ......................... 134 5.7 Jorden fick liv ..................................... 135 5.8 Syrets inverkan ................................... 139 5.9 Människans utveckling ....................... 144 Utblick: Människan och språket ......... 148 Utblick: DNA avslöjar ursprunget ...... 149 Sammanfattning del 2 ......................... 151 Testa dig själv ..................................... 152

6 Cellen i funktion ................................. 154 6.1 Livets minsta enhet ............................. 156 Utblick: Mikroskop för olika behov ... 159 6.2 Ämnestransport .................................. 160 6.3 Celldelning och tumörer ..................... 164 Hållbar utveckling: Malignt melanom .. 167 6.4 Celler till forskning ............................. 168 Utblick: HeLa-celler ........................... 168 Sammanfattning ................................. 170 Testa dig själv ..................................... 171

7 Kroppen i funktion ............................. 172 7.1 Från atom till organism ........................ 174

7.5 Blodkärlssystemet ............................... 193 Utblick: Härdat fett och transfett ....... 201 7.6 Lymfan och lymfkärlen ....................... 203 7.7 Blodet ................................................. 204 7.8 Immunsystemet ................................... 207 Utblick: Smittkoppor och vaccin ........ 211 7.9 Allergier .............................................. 212 7.10 Blodgrupper ...................................... 214 Utblick: Att ge blod ............................ 215 Sammanfattning del 2 ......................... 216 7.11 Utsöndring ........................................ 217 7.12 Huden .............................................. 220 7.13 Skelettet ............................................ 222 7.14 Musklerna ........................................ 225 Sammanfattning del 3 ......................... 227 7.15 Nervsystemet .................................... 228 Hållbar utveckling: Hjärnan och mobilen ............................ 237 7.16 Psykisk ohälsa .................................. 239 7.17 Våra sinnen ...................................... 240 7.18 Hormonsystemet .............................. 247 Utblick: På tal om stress ..................... 249 7.19 Att utveckla läkemedel ..................... 253 Sammanfattning del 4 ......................... 254 Testa dig själv ..................................... 255

Sveriges miljömål .................................. 259 Register .................................................. 260

7.2 Kroppens arbetsenheter ...................... 176 7.3 Matspjälkning .................................... 178

Bildförteckning ..................................... 264

Utblick: I symbios med bakterier ........ 185

5

sy2_inlaga.indb 5

2016-12-02 11:19

1 Vetenskapligt perspektiv

6

sy2_inlaga.indb 6

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

Detta kapitel berör följande syften i ämnesplanen – Utveckla förmågan att använda kunskaper om naturvetenskap för att diskutera göra ställningstaganden och formulera olika handlingsalternativ.

– Utveckla kunskaper om naturvetenskapens roll i aktuella samhällsfrågor och i förhållande till hållbar utveckling.

– Utveckla kunskaper om hur naturvetenskap organiseras samt hur den kan granskas kritiskt och användas för kritisk granskning.

– Utveckla kunskaper om de naturvetenskapliga teoriernas betydelse för samhällens framväxt och för människans världsbild.

Detta kapitel berör följande centrala innehåll i ämnesplanen – Naturvetenskapliga arbetsmetoder, t.ex. observationer, klassificering, mätningar och experiment samt etiska förhållningssätt kopplade till det naturvetenskapliga utforskandet.

– Naturvetenskapligt förhållningssätt, hur man ställer frågor som går att undersöka naturvetenskapligt och hur man går till väga för att ställa företeelser i omvärlden under prövning.

– Hur naturvetenskap kan granskas kritiskt samt hur ett naturvetenskapligt förhållningssätt kan användas för att kritiskt pröva ovetenskapligt grundade påståenden.

– Naturvetenskapens betydelse för mänsklighetens kultur och världsbild. Upptäckter och framsteg inom t.ex. medicin ur historiska, nutida och framtida perspektiv.

Kunskapsmål att nå med hjälp av detta kapitel – – – –

Få en introduktion till naturvetenskaplig idéhistoria.

Känna till artbegreppet samt evolutionens mekanismer enligt Darwin.

Kunna beskriva ett vetenskapligt arbetssätt och kunna skilja vetenskap från pseudovetenskap.

Få inblick i hur experiment planeras, tolkas och redovisas.

Vad anser du?

1 Behövs artkunskap?

2 Ge exempel på hur samhällsutvecklingen har påverkats av en naturvetenskaplig teori.

3 Ge exempel på pseudovetenskap som har påverkat människors liv.

Från 1500-talet och fram till modern tid tillämpade läkare i Europa den s.k. signaturläran. Enligt denna pseudovetenskap hade Gud gett växter kännetecken som visade deras nyttiga egenskaper. Smultronet på bilden ser ut som en liten röd knöl. Enligt signaturläran var smultron bra mot gikt (ömma, röda och svullna leder) och hudrodnader.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 7

7

2016-12-02 11:19

1.1 En vetenskap tar form

Människor har ägnat sig åt astrologi i minst 4000 år. Det är en sorts spådomskonst som bygger på att våra liv påverkas av olika himlakroppar. Bilden visar en del av Vintergatan.

Under tusentals år har människor sökt svar på frågor om livet, universum och om materians minsta beståndsdelar. Ofta har svaren präglats av trosuppfattningar eller av pseudovetenskap som t.ex. astrologi och signaturlära (se bildtexten på förra sidan). Pseudovetenskap är en föreställning som gör anspråk på att vara vetenskaplig, men som inte har kunnat beläggas med observationer eller experiment. Vi återkommer till universum respektive materians egenskaper i kommande kapitel. Nu ska vi främst se hur biologin, dvs. läran om livet, har vuxit fram som vetenskap.

Vi kan förutsätta att människor hade goda praktiska kunskaper om växter och djur redan under tidig stenålder. Genom erfarenhet lärde sig dåtidens samlar- och jägarfolk vilka växter som gick att äta och kunskap om djurs beteenden var avgörande för lyckad jakt.

Med tiden lärde sig människor att odla och upptäckte vilka växter som gav bäst skördar. Denna utveckling påverkade inte bara tillgången på mat. Människor blev bofasta, bildade samhällen och utvecklade nya kulturer.

Att använda sig av samlad erfarenhet kan vara betydelsefullt för utvecklingen, men det är inte detsamma som att arbeta vetenskapligt. Som vi ska se i detta kapitel innebär ett vetenskapligt arbetssätt att man utgår från frågeställningar och hypoteser som testas med experiment, mätningar och observationer.

1.1.1 Aristoteles närmade sig vetenskapen

Aristoteles (384 – 322 f.Kr.).

8

sy2_inlaga.indb 8

I antikens Grekland fanns filosofer som sökte svar på frågor om naturen. Till skillnad från dagens naturvetare var det ovanligt att filosoferna utförde experiment. De ansåg sig kunna uppnå kunskap enbart genom att tänka. Filosofen Aristoteles (384 – 322 f.Kr.) var dock en naturvetenskaplig föregångare genom att han gick utanför sin tankevärld för att iaktta och söka kunskap i naturen.

Aristoteles mångsidighet resulterade i ett omfattande författarskap om allt från materians beståndsdelar till växter, djur och planeter. I historisk tid var det en vanlig uppfattning att djuren var till för människorna. Aristoteles såg dock beteenden och andra egenskaper från djurens egen utgångspunkt och utan kopplingar till människans behov.

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

1.1.2 Fakta och fantasi Viljan att fördomsfritt undersöka naturen tynade tyvärr bort under de följande två tusen åren efter Aristoteles. Plinius d.ä. (23 – 79 e.Kr.), en romersk författare och naturfilosof, bidrog till denna utveckling. Han trodde på bl.a. sjöfarares berättelser om möten med märkliga djur. Dessa historier blandade han med influenser från Aristoteles i en skriftsamling kallad Historia naturalis. I detta hopkok av fantasi och fakta beskrevs de mest otroliga och monsterlika djur.

1.1.3 Medeltida uppfattningar Under medeltiden ville kyrkan i Europa samla och sprida kunskap om skapelsens livsformer. Därför använde munkar sin skrivkonst till att anteckna allt som var känt om Guds verk. Munkarna förlitade sig ofta på äldre grekiska och romerska källor. Därmed kom personer som Plinius att påverka synen på naturen. Det resulterade i att medeltida djurböcker, så kallade bestiarier, skildrade såväl verkliga djur som fantasifulla väsen. De innehöll beskrivningar av t.ex. drakar, enhörningar och kentaurer. För många medeltidsmänniskor existerade dessa som verkliga varelser. Även medeltidens kemi, den så kallade alkemin, var en blandning av magi och vetenskap. Alkemister drömde om att kunna framställa guld. De trodde på den antika, grekiska uppfattningen att all materia kan härledas till ”de fyra elementen” eld, luft, vatten och jord. Därmed ansågs det möjligt att omvandla mindre ädla ämnen till bl.a. guld. Man föreställde sig också att levande varelser kunde uppstå ur ickelevande materia. Hur skulle man annars förklara att det plötsligt dök upp fluglarver i ruttnande kött eller loppor i smuts? Det kom faktiskt att dröja ända till 1800-talet innan naturvetare definitivt övergav teorin om uralstring, dvs. att organismer som t.ex. bakterier kunde uppstå spontant ur icke-levande materia.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 9

Detalj från Carta Marina som är den tidigaste någorlunda korrekta kartan över Nordens länder. Sveriges siste katolske ärkebiskop Olaus Magnus (1490 – 1557) är upphovsman till kartan som smyckades med sagolika djur. Vi kan anta att feltolkade observationer från sjöfarare bidrog till tron på dessa skräckinjagande väsen.

9

2016-12-02 11:19

1.1.4 Mikroskopens betydelse

Så här kunde Leeuwenhoeks tidiga mikroskop se ut. Man tittade genom hålet i plattan som innehöll en lins. Objektet som skulle studeras sattes fast på spetsen över hålet. Bilden i bakgrunden visar bakterier som har fotograferats genom ett skolmikroskop.

Redan på 1400-talet fanns enkla ”mikroskop” som bestod av en enda lins av glas. De motsvarade våra dagars luppar eller förstoringsglas.

På 1600-talet utvecklade holländaren Antonie van Leeuwenhoek konsten att framställa glaslinser med stor precision. Därmed kunde han tillverka bättre mikroskop än man tidigare haft. Med hjälp av en enda lins lyckades han upptäcka lika små föremål som du kan se med hjälp av skolans moderna mikroskop.

Leeuwenhoek såg t.ex. bakterier. Han upptäckte alltså bakterierna, men kallade dem ”små djur”. Ordet bakterie började användas först på 1800-talet. Det var också då biologer upptäckte samband mellan bakterier och sjukdomar. Tidigare förstod man inte varför människor drabbades av infektioner och då kunde man inte heller skydda sig mot dessa.

Leeuwenhoek lyckades även se spermier.

Först trodde han att spermierna var små djur som hade kommit in i människan. Senare anade han att de var delaktiga i fortplantningen.

Han föreslog då att en spermie var en individ i miniatyrformat som överfördes till kvinnan där den fick näring och växte.

1.1.4.1 Begreppet cell I 1600-talets England levde naturvetaren Robert Hooke som också använde mikroskop. Med hjälp av dessa kunde han rita och visa detaljer av växter och djur som ingen tidigare sett. När Hooke studerade tunna skivor av kork och andra växtdelar såg han hur dessa var uppbyggda av små ”rum” som skildes åt av väggar. Enligt Hooke påminde rummen om munkarnas sovceller i ett kloster. Så uppstod det biologiska begreppet cell som härstammar från latin (célla) och betyder ”litet rum”.

Trots att celler studerades redan på 1600-talet var det först på 1800-talet som biologerna förstod att allt levande består av celler och att cellen är den minsta levande enheten.

10

sy2_inlaga.indb 10

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

1.1.5 Gud skapade och Linné ordnade För att kunna överblicka alla kända organismer behövs system för att identifiera, namnge och gruppera dem. Detta ägnar man sig åt inom den gren av biologin som kallas systematik. En svensk naturvetare som blivit världsberömd för sina insatser inom systematiken är Carl von Linné (1707 – 1778). Han sammanfattade själv sin livsgärning med påståendet ”Gud skapade – Linne ordnade”. Linné såg sig själv som utvald för att kunna upptäcka ordningen bland alla jordens levande varelser.

När Linné grupperade växter och djur utgick han från likheter hos utvalda egenskaper. Han räknade t.ex. blommors ståndare och pistiller och lät dessa antal avgöra vilka grupper växterna tillhörde. Detta så kallade sexualsystem presenterade Linné i sitt berömda bokverk Systema Naturae vars första upplaga kom ut år 1735. Till att börja med mötte systemet motstånd bland andra botanister. Det var mycket enkelt och annorlunda jämfört med tidigare system för gruppering av växter. Dessutom chockerades många av att Linné jämförde växternas ”sexualliv” med människans. Linné kunde t.ex. skriva ”Nio män i samma brudkammare som en kvinna” och syftade då på blommor med nio ståndare och en pistill. Det dröjde dock inte länge innan Europas botanister insåg hur praktiskt sexualsystemet var och det blev en succé.

I Linnés sexualsystem delas växterna in i 24 klasser som huvudsakligen kännetecknas av antal ståndare. Buskstjärnblomman har tio ståndare i varje blomma och tillhör klass 10 Decandria. I en flora kan man även se att buskstjärnblomman tillhör familjen nejlikväxter som är en av familjerna i klass 10.

1.1.5.1 Naturliga grupper Dagens biologer har bl.a. tillgång till DNA-analyser och kan t.ex. visa att växter inte behöver vara nära släkt med varandra för att de har samma antal ståndare. Nu strävar biologerna efter att dela in organismerna i naturliga grupper där t.ex. alla växter som tillhör en grupp ska ha ett gemensamt ursprung. Man vill med andra ord att systematiken ska spegla evolutionen, dvs. organismernas utveckling. Detta var inte aktuellt på 1700-talet då man förutsatte att alla växter och djur hade skapats vid samma tillfälle och sedan förblivit oförändrade.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 11

11

2016-12-02 11:19

1.1.5.2 Artbegreppet

Vissa huggormar är helsvarta, medan andra har ett tydligt sick-sackmönster på ryggen. Dessa varianter kan fortplanta sig med varandra och idag räknar vi dem till samma art (arten huggorm). Linné beskrev dem däremot som två olika arter eftersom han tillämpade ett morfologiskt artbegrepp.

12

sy2_inlaga.indb 12

Linné tillämpade ett så kallat morfologiskt artbegrepp (morf betyder form). Individer som såg olika ut räknades helt enkelt till olika arter.

Redan på 1700-talet fanns det biologer som förespråkade ett biologiskt artbegrepp. Det kom att dröja ända till 1900-talet innan detta fick genomslagskraft, men nu är det vårt vanligaste sätt att definiera arter. Enligt det biologiska artbegreppet tillhör organismer samma art om de kan fortplanta sig med varandra under naturliga förhållanden och då få fertil (fruktsam) avkomma. Det innebär att t.ex. tax och pudel tillhör samma art trots att de har olika utseenden. En tax och en pudel kan ju få valpar tillsammans och valparna kan växa upp och få egna valpar.

Det biologiska artbegreppet har begränsningar. Det kan t.ex. inte tillämpas på utdöda organismer. Vi vet ju inte i vilken utsträckning dessa kunde fortplanta sig med varandra. Därför är forskare som studerar fossil, dvs. avtryck eller rester från tidigare livsformer, ofta hänvisade till det morfologiska artbegreppet. Det biologiska artbegreppet fungerar inte heller på organismer som förökar sig könlöst (som inte ”parar” sig). Exempel på sådana är bakterier. En bakterie består av en enda cell och den förökar sig genom att cellen delar sig och blir två nya celler.

Idag strävar forskare efter att indelningen i arter också ska spegla organismernas utveckling och släktskap. Detta präglar artbegreppet som biologerna fortsätter att utveckla.

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

HÅLLBAR UTVECKLING

Skydd av arter i Europa Inom EU regleras naturvårdsfrågor i två så kallade direktiv som benämns art- och habitatdirektivet respektive fågelskyddsdirektivet. Dessa syftar till att bevara biologisk mångfald. Precis som andra EU-direktiv ska de införlivas i den nationella lagstiftningen i respektive medlemsland.

Art- och habitatdirektivet anger vilka arter (förutom fåglar) och naturtyper som har behov av skydd.

Varje medlemsland måste se till att dessa arter och naturtyper får tillräckligt stort utrymme och andra behov tillgodosedda för att finnas kvar.

Enligt fågelskyddsdirektivet ska alla vilda fåglar och deras livsmiljöer bevaras. De mest hotade och skyddsvärda fåglarna är upptagna i en lista som för Sveriges del omfattar nästan 70 arter.

MILJÖMÅL Natura 2000

Ett rikt växt- och djurliv

Varje medlemsland i EU ska peka ut områden som är betydelsefulla för de naturtyper och arter som behöver skydd enligt EU:s båda naturvårdsdirektiv.

Dessa områden kan sedan ingå i det så kallade Natura 2000-nätverket som består av skyddade naturområden i EU. I Sverige finns ca 4 000 Natura 2000-områden och många av dessa är dessutom skyddade som nationalparker eller naturreservat. I det svenska nätverket ingår t.ex. skyddsvärda barrskogar, myrar, alvarmark på Öland, fjordar i Bohuslän, forsande älvar, ekskogar, fågelsjöar och rastplatser för flyttfåglar.

Det är länsstyrelsernas ansvar att ta fram förslag på nya Natura 2000-områden. Förslagen granskas av Naturvårdsverket som är en statlig myndighet för miljöfrågor. Därefter överlämnar regeringen förslagen till EU-kommissionen som slutligen bestämmer vilka områden som upptas i Natura 2000-nätverket.

Det ska finnas en bevarandeplan för varje Natura 2000-område. I Sverige upprättas dessa av länsstyrelserna och de innehåller beskrivningar av naturvärden, möjliga hot samt förslag på skötselåtgärder.

Den biologiska mångfalden ska bevaras och nyttjas på ett hållbart sätt, för nuvarande och framtida generationer. Arternas livsmiljöer och ekosystemen samt deras funktioner och processer ska värnas. Arter ska kunna fortleva i långsiktigt livskraftiga bestånd med tillräcklig genetisk variation. Människor ska ha tillgång till en god natur- och kulturmiljö med rik biologisk mångfald, som grund för hälsa, livskvalitet och välfärd.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 13

Artportalen Naturvård är beroende av personer som inventerar naturområden och som upptäcker skyddsvärda och hotade arter. I detta arbete kan alla intresserade vara till stor hjälp. Ett sätt är att rapportera vilka arter man har sett på en webbplats som heter Artportalen. Där kan man även söka bland miljontals fynd som andra har rapporterat. Artportalen har blivit ett viktigt verktyg för både professionella och ideella naturvårdsinsatser.

13

2016-12-02 11:19

Mary Anning (1799 – 1847) försörjde sig på att samla och sälja fossil i södra England under tidigt 1800-tal.

Hon gjorde unika fynd av utdöda djur som tidigare varit okända för vetenskapen. Tyvärr var det uppköparna och ”lärda män” som tog åt sig äran och fick störst vinning av fossilen.

Bilden visar ett havslevande rovdjur (en Pliosaur) som levde under juraperioden för ca 180 miljoner år sedan.

Nu finns den på National History Museum i London.

14

sy2_inlaga.indb 14

1.1.6 Förändras arter?

Under 1700-talet började forskare studera fossil i vetenskapligt syfte.

Fossilen avslöjade att det tidigare funnits arter som skiljde sig från de nutida. Detta förklarades bl.a. med en katastrofteori. Enligt denna hade arter utrotats till följd av katastrofer som t.ex. syndafloden.

Fram till 1800-talet kunde få tänka sig att växter och djur hade förändrats under jordens historia. Därför väckte den franske biologen Jean-Baptiste de Lamarck (1744 – 1829) stor uppmärksamhet när han presenterade sin utvecklingslära år 1809. Enligt Lamarck ställde miljön krav på organismerna som därmed utvecklade egenskaper som var allt bättre anpassade till miljön. Detta kunde ske genom att organismerna förstärkte egenskaper som de utnyttjade extra mycket.

Sedan gick de nya egenskaperna i arv. På så sätt blev livsformerna allt mer komplicerade och välutvecklade för varje generation. Som svar på frågan varför det fortfarande finns enkla livsformer föreslog Lamarck att dessa ständigt nybildas och uppstår ur död materia. Lamarck trodde alltså på uralstring.

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

Idag vet vi att förvärvade egenskaper, dvs. egenskaper som någon får under sin livstid, inte ärvs på det sätt som Lamarck tänkte sig.

Man får t.ex. inte barn med större muskler bara för att man själv styrketränar. Forskarna har dessutom motbevisat teorin om uralstring.

Lamarck lär dock ha varit först med att se sambandet mellan arternas utveckling och miljön.

1.1.7 Darwin och evolutionsteorin Engelsmannen Charles Darwin (1809 – 1882) trodde också på evolution, dvs. på utveckling och därmed förändring av organismer. Han insåg dessutom att det fanns ett samband mellan organismernas egenskaper och miljön. Vi har sett att Darwin inte var ensam om dessa tankar. Det som gjorde Darwin berömd var att han presenterade en trovärdig förklaring till hur evolutionen fungerar. Han presenterade med andra ord en evolutionsteori som han kunde styrka med omfattande undersökningar och observationer. Bland dessa ingick studier av fossil, växter och djur som Darwin upptäckte under en världsomsegling. Under resan fick han bl.a. chans att studera det unika djurlivet på Galapagosöarna.

Darwin publicerade evolutionsteorin i sin bok Om arternas uppkomst genom naturligt urval som gavs ut år 1859. Boken väckte starka reaktioner även utanför forskarvärlden. Bland kritikerna fanns de som protesterade mot tanken på att även människan hade utvecklats och kanske var släkt med aporna. Vi återkommer till Darwin och evolutionen i kapitel 5.

Charles Darwin (1809 – 1882).

Hur giraffen fick lång hals ... ... enligt Lamarck Vi antar att giraffer fick längre halsar av att ständigt sträcka på sig för att nå blad i trädkronorna. Sedan gick denna egenskap i arv till giraffernas ungar. På så sätt menade Lamarck att giraffernas halsar blev allt längre för varje generation.

... enligt Darwin Vi antar att det förekom en viss variation bland de ursprungliga girafferna så att inte alla hade lika långa halsar. De med längst halsar kunde nå blad som få andra kom åt. De hade alltså en fördel i konkurrensen om födan och därmed störst chans att få många ungar. På så sätt ärvdes främst egenskapen ”lång hals” till kommande generationer. För varje generation ökade därmed den genomsnittliga längden på giraffernas halsar.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 15

En giraff blir 4 – 5,5 meter hög.

15

2016-12-02 11:19

1.1.8 Hur egenskaper går i arv X

X

När Mendel korsade ärtväxter med lila respektive vita blommor, såg han att den vita färgen kunde hoppa över en generation. Se utblicken nedan.

Charles Darwin formulerade sin evolutionsteori utan att veta hur egenskaper ärvs från generation till generation. Han tänkte sig dock att de olika kroppsdelarna bildade små groddar som förenades och smälte samman till en koncentrerad arvssubstans. I samband med fortplantningen blandades föräldrarnas arvssubstanser likt vätskor.

Denna modell kunde förklara varför barn liknar sina föräldrar, men inte varför egenskaper kan hoppa över en generation. Det inträffar t.ex. att två brunögda föräldrar får ett blåögt barn och att den blå ögonfärgen kan spåras till mor- eller farföräldrarna. Det fanns med andra ord brister i Darwins förklaringsmodell och det behövdes nya hypoteser.

Den österrikiske munken och naturvetaren Gregor Mendel (1822 – 1884) föreslog att könsceller innehåller självständiga ”arvsanlag” för var och en av individens ärftliga egenskaper. Denna hypotes testade Mendel genom att bl.a. korsa ärtväxter med lila och vita blommor.

Det visade sig att Mendel kunde använda sin hypotes till att förutse hur stor andel av växterna i kommande generationer som fick lila respektive vita blommor. Detta styrkte Mendels hypotes som senare låg till grund för vår tids uppfattning om arvsanlag, dvs. gener.

Utblick Dominanta och recessiva När Mendel först korsade lilablommiga ärtväxter med vitblommiga, visade det sig att alla dotterplantorna fick blommor med samma lila färg som sina lilablommiga föräldrar (se bilden ovan). När Mendel sedan korsade dessa lilablommiga dotterplantor med varandra, fick han en ny generation med både lila- och vitblommiga plantor. Av totalt 929 plantor i denna ”andra generationens avkomma” fick 705 stycken lila blommor och 224 stycken vita blommor. Förhållandet mellan färgvarianterna blev alltså ca 3 : 1.

Mendels försök visade att arvsanlag förblev oförändrade från generation till generation. Det blev alltså ingen ”sammansmältning” av föräldrarnas anlag, vilket

16

sy2_inlaga.indb 16

skulle ha resulterat i blekt lila blommor. Det framgick även att anlaget för vit blomfärg kunde finnas ”dolt” i en generation. Det kunde alltså bäras av individer utan att komma till uttryck.

Som förklaring föreslog Mendel att det finns dominanta och recessiva (vikande) anlag. I ovanstående exempel skulle anlag för lila färg vara dominant och anlag för vit färg recessivt. En individ som har ärvt anlag för lila färg från den ena föräldern och anlag för vit från den andra, får själv lila blommor eftersom det dominanta anlaget bestämmer egenskapen. För att en planta ska få vita blommor måste den ha ärvt anlag för vit färg från båda föräldrarna.

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

1.1.9 Vi har nått livets kärna

Modell av DNA.

År 1953 publicerades ett arbete som fick stor betydelse för oss människor och biologin. Med stöd av andra forskares resultat avslöjade den amerikanske biologen James Watson och den engelske fysikern Francis Crick konstruktionen hos de jättemolekyler vars namn förkortas DNA. Nu vet vi att gener består av DNA och att dessa molekyler utgör ”ritningen” till våra ärftliga egenskaper.

I och med att biologerna fick tillgång till ”livets ritningar” öppnades portarna till genteknik. Inom gentekniken ägnar man sig åt att flytta gener mellan arter så att organismer får nya kombinationer av egenskaper. Man utför även DNA-analyser som bl.a. ger detaljkunskaper om enskilda gener. Detta skapar nya möjligheter att spåra och behandla ärftliga sjukdomar. Inom gentekniken förekommer även forskning om kloning som handlar om att skapa kopior av gener, celler eller hela individer.

Trots genforskningens många fördelar är debatten om dess risker nödvändig. Det finns en oro för att genetisk kunskap ska användas till att sortera människor efter ärftliga förutsättningar. Vi frågar oss också hur genomgripande förändringar forskarna ska tillåtas göra av växter och djur och vad som händer om arter med nya gener släpps fria i naturen.

Eftersom biologin i hög grad har kommit att påverka människan och samhället är det viktigt att det finns en biologisk allmänbildning.

Det är ju vars och ens ställningstaganden som ska ligga till grund för de politiska beslut som styr utvecklingen.

Biologin är en snabbt växande vetenskap och allt fler biologer arbetar på molekylnivå.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 17

17

2016-12-02 11:19

1.2 Vetenskapligt arbete Som vi redan har nämnt bygger det naturvetenskapliga arbetssättet på observationer, mätningar och experiment. Forskare som har en frågeställning (något de vill undersöka) börjar med att formulera en hypotes, dvs. ett antagande om hur något fungerar. Därefter testar de hypotesen genom att planera och utföra lämpliga experiment. Om hypotesen är felaktig måste den förändras och sedan kontrolleras på nytt.

Om man däremot kan förutse experimentens resultat med hjälp av sin hypotes, kan denna användas till att sammanfatta en teori om hur ett visst fenomen fungerar. En teori är mer än ett antagande. Den håller även när experimenten upprepas och när resultaten granskas av andra forskare. En teori är den för ögonblicket mest trovärdiga förklaringen.

Det är vanligt att en teori utformas som en förklaringsmodell, dvs. en modell som förklarar ett FRÅGESTÄLLNING samband eller hur något är uppbyggt. Bilden av DNA-molekylen på föregående sida är exempel på en sådan förklaringsmodell. Näringskedja och näringsväv är exempel på förklaringsmodeller som visar samband mellan organismer i ett ekosystem.

HYPOTES Inom kemin används förklaringsmodeller i form av t.ex. atommodeller, molekylmodeller och reaktionsformler.

Förklaringsmodeller testas och omprövas när hypotesen testas med forskare får nya idéer eller när den tekniska utveckobservationer och lingen tillåter nya typer av experiment. På så sätt kan experiment teorier utvecklas och förändras med tiden. I kapitel 2 kan du t.ex. se hur människans syn på solsystemet och universum har förändrats i takt med ökad hypotesen håller kunskap. I kapitel 3 ska vi på motsvarande sätt följa hypotesen håller inte och atommodellens utveckling. ändras därför

1.2.1 Pseudovetenskap TEORI

Modell för ett vetenskapligt arbetssätt som bygger på att hypoteser prövas och omprövas.

18

sy2_inlaga.indb 18

En föreställning som gör anspråk på att vara vetenskaplig men som inte har kunnat beläggas med observationer och experiment kallas pseudovetenskap.

I detta kapitel har vi redan nämnt astrologi, signaturlära och alkemi som exempel på pseudovetenskaper.

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

1.2.1.1 Intelligent design – en pseudovetenskap Intelligent design kan också beskrivas som pseudovetenskap. Förespråkare av intelligent design menar att livet är alltför komplext för att ha kunnat uppstå och utvecklats enbart genom slumpmässiga variationer och naturligt urval enligt evolutionsteorin. De anser istället att en icke specificerad ”intelligent konstruktör” styr utvecklingen. Intelligent design är speciellt omtalad i USA där anhängare vill att den beskrivs i skolorna som ett fullvärdigt alternativ eller komplement till evolutionsteorin.

I forskarvärlden brukar man dock avfärda intelligent design som vetenskaplig teori, med motiveringen att man inte kan konstruera experiment som styrker eller avfärdar idén om en ”ospecificerad konstruktör”.

Det händer att personer nedvärderar evolutionsteorin genom att hävda att den ”bara är en teori”. Detta argument avslöjar en misstolkning av det vetenskapliga begreppet teori. I det vardagliga språket förekommer det att teori används som synonym till ”antagande” eller ”gissning”, men inom vetenskapen står teori för en väl förankrad förklaringsmodell med stöd av empiriska data.

Empirisk betyder ”grundad på erfarenhet”. Som vi redan har nämnt har vetenskapliga teorier stöd av iakttagelser och experiment.

Förespråkare för intelligent design menar att en komplex struktur kräver en intelligent konstruktör.

Ibland används urverk och urmakare som liknelser för detta.

1.2.1.2 Vad som kännetecknar pseudovetenskap Benämningen pseudo- härstammar från grekiskan och betyder falsk.

Här följer exempel på kännetecken som ofta avslöjar pseudovetenskap.

• Auktoritetstro: Man värderar en speciell persons uttalanden och åsikter mer än andras.

• Handplockade exempel: Man framhåller exempel som styrker en hypotes, men bortser från exempel som talar mot den.

• Ofalsifierbarhet: ”Teorin” lämnar inget utrymme för att kunna motbevisas med iakttagelser eller experiment. Se exemplet ”ospecificerad kreatör” ovan.

• Bristande upprepbarhet: Man säger sig ha gjort en iakttagelse utan att någon lyckas upprepa observationen eller experimentet med samma resultat.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 19

19

2016-12-02 11:19

E-kolv

ballong

1.2.2 Experimentet i centrum Vi ska utgå från två frågeställningar för att se exempel på hur experiment kan planeras och hur resultat kan bedömas.

1.2.2.1 Jästceller och temperatur

vatten 20 °C

sockerlösning med jäst

vatten 37 °C

Undersökning av bagerijästens temperaturberoende. Jästen består av encelliga jästsvampar.

Antag att du ställs inför frågeställningen: Blir jästcellerna i bagerijäst mer aktiva om temperaturen i degvätskan höjs från 20 °C (rumstempererat) till 37 °C (fingervarmt)? Enligt din hypotes ökar jästcellernas aktivitet om det blir varmare. Du antar nämligen att de kemiska reaktionerna i jästcellerna går fortare om temperaturen stiger upp till 37 °C. För att testa hypotesen planerar du ett experiment. Detta måste på något sätt mäta jäsningsprocessen. Under jäsningen omvandlas socker till alkohol och koldioxid. Koldioxiden är en gas som bubblar upp från degvätskan. Detta utnyttjar du och ställer i ordning experimentet enligt bilderna intill. Det består av två E-kolvar, en med rumstempererat och en med fingervarmt vatten. I var och en av kolvarna finns ett provrör med sockerlösning och jäst. Över provrörens mynningar sitter ballonger som ska samla upp koldioxiden från jäsningen. På så sätt kommer störst ballong att indikera (visa) i vilket provrör jäsningen är mest intensiv.

Experimentet måste planeras så att en eventuell skillnad i jäsningsprocessen kan härledas till just temperaturen. Det innebär att innehållet i de båda provrören måste vara exakt lika. De ska innehålla lika mycket lösning med samma sockerhalt. De måste också innehålla lika mycket jäst från samma kultur. Det är naturligtvis också viktigt att jäsningen pågår lika länge i de båda provrören.

Antag att ballongen över den varmaste jästblandningen växer fortast. Då kan du påstå att experimentet styrker hypotesen. Om storleksskillnaden mellan ballongerna blir otydlig, får du däremot fundera på om experimentet har brister eller om hypotesen inte stämmer.

1.2.2.2 Lockande dofter En liten fjäril som heter äpplevecklare är en allvarlig skadegörare i äpple- och päronodlingar. Fjärilens larver gör nämligen grova gångar i frukterna när de äter sig in till kärnhusen. Fjärilen har länge bekämpats med gifter. Med tiden har detta ökat fjärilens motståndskraft mot gifterna så att odlingar behöver besprutas allt oftare. En annan nackdel med gifterna är att de även drabbar andra levande varelser

20

sy2_inlaga.indb 20

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

än fjärilarna. Därmed dödas även vissa av fjärilarnas naturliga fiender, vilket motverkar gifternas syfte. Allt detta gör att man istället vill bekämpa äpplevecklaren med feromoner. Så kallas signalämnen som individer sprider för att påverka andra individer inom samma art. I detta fall handlar det om signalämnen som sänds ut naturligt av fjärilshonorna för att locka hanarna till parning. Om människan också sprider sådana feromoner i fruktodlingarna, blir fjärilshanarna förvirrade. Då hittar de inte honorna eftersom doftämnena kommer från alla håll.

Nu antar vi att forskare har tagit fram två feromonpreparat som lockar hanar av äpplevecklare. Vi kallar preparaten A och B. För att avgöra vilket som är bäst görs följande experiment. Preparaten placeras i en ”vindtunnel” där fjärilshanar flyger mot vinden, lockade av doftämnena. Sedan ser forskarna vilket preparat som lockar flest fjärilar.

Antag att forskarna släpper 10 hanar och att 6 av dessa landar på preparat A och 4 på preparat B. Kan de då dra slutsatsen att preparat A är bäst? Nej, underlaget är så litet att slumpen kan ha påverkat resultatet. Det blir annorlunda om forskarna släpper 100 fjärilar och om 60 av dessa väljer preparat A. Då är underlaget tillräckligt stort för att vara användbart.

Det finns statistiska metoder som visar sannolikheten för att resultat är slumpmässiga. Om dessa sannolikheter är mindre än 5 % brukar man säga att resultaten är signifikanta (icke slumpartade och statistiskt säkerställda). Då kan man våga använda resultaten till att styrka eller förkasta hypoteser.

REDOVISNING AV EXPERIMENT Det är viktigt att man kan redogöra för sina experiment och undersökningar såväl muntligt som skriftligt. Här finns en mall för hur en skriftlig redovisning kan utformas.

Förutom huvudrubrik, datum och namn på försöksdeltagarna bör redovisningen innehålla följande underrubriker: Frågeställning (målsättning) Här formulerar du frågeställningen och beskriver vad som ska undersökas.

Hypotes Här anger och motiverar du ditt förväntade resultat.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 21

Äpplevecklaren förstorad ca 5 gånger.

Fjärilens larver angriper äpplen och päron.

Utförande Här beskriver du vilken utrustning som används och hur experimentet utförs. Komplettera gärna med teckningar.

Den som tar del av din beskrivning ska kunna upprepa experimentet på samma sätt som du utförde det.

Resultat Här sammanfattar du försöksresultatet. Utnyttja gärna tabeller och diagram för att få presentationen överskådlig.

Kommentarer Här kommenterar du försöksresultatet som relateras till den egna hypotesen samt till litteraturuppgifter och andras resultat. Du kan även diskutera vilka felkällor experimentet innehöll och hur experimentet skulle kunna förbättras.

21

2016-12-02 11:19

Sammanfattning Aristoteles ville studera naturen med sina sinnen och sökte inte bara kunskap i ”tankevärlden”. På så sätt närmade han sig det vi kallar vetenskap.

Alkemi var en blandning av magi och vetenskap.

Det dröjde ända till 1800-talet innan naturvetare definitivt övergav teorin om uralstring, dvs. att organismer som t.ex. bakterier kunde uppstå ur icke-levande materia.

sy2_inlaga.indb 22

Charles Darwin.

På 1600-talet utvecklades mikroskoptekniken av Leeuwenhoek och Hooke. Leeuwenhoek upptäckte bl.a. bakterier, men ännu insåg ingen att bakterier kunde orsaka sjukdomar. När Hooke studerade skivor av kork såg han hur dessa var uppbyggda av ”små rum”. Så uppstod det biologiska begreppet cell som betyder ”litet rum”.

Gregor Mendel gjorde omfattande korsningsförsök med bl.a. ärtväxter och avslöjade arvsanlagens (genernas) existens.

Carl von Linné grupperade växter och djur på ett överskådligt sätt. Han delade t.ex. in växter i grupper (klasser) efter antal ståndare i blommorna. Idag beskrivs Linnés systematik som onaturlig eftersom den inte speglar evolution och släktskap.

Inom naturvetenskapen ligger frågeställningar till grund för hypoteser som sedan testas med observationer, mätningar och experiment. Om undersökningarna stöder hypoteserna kan dessa sammanställas till teorier. I annat fall måste hypoteserna ändras eller ersättas för att sedan testas på nytt. En teori är den för tillfället mest trovärdiga förklaringen av hur något förhåller sig.

Linné tillämpade ett morfologiskt artbegrepp.

Individer som såg olika ut räknades helt enkelt till olika arter.

22

Lamarck insåg att organismer anpassas till miljön och förändras med tiden. Han hade dock ingen hållbar förklaring till hur evolutionen fungerar. Det hade Darwin som publicerade sin evolutionsteori år 1859 i boken Om arternas uppkomst genom naturligt urval.

År 1953 avslöjade James Watson och Francis Crick DNA-molekylens konstruktion. Detta revolutionerade biologin och ledde bl.a. fram till genteknik.

Enligt det biologiska artbegreppet tillhör individer samma art om de kan fortplanta sig med varandra under naturliga förhållanden och då få fertil avkomma.

En föreställning som gör anspråk på att vara vetenskaplig men som inte har kunnat beläggas med observationer och experiment kallas pseudovetenskap. Astrologi, signaturlära och intelligent design är exempel på pseudovetenskaper.

Inom EU ligger art- och hapitatdirektivet samt fågelskyddsdirektivet till grund för upprättande av Natura 2000-områden. Alla kan bidra med ökad kunskap om arters förekomster genom att rapportera fynd på Artportalen.

Ett experiment måste planeras så att man vet vilka faktorer som påverkar resultatet. Forskare brukar använda statistiska metoder för att se om försöksresultaten är signifikanta (icke slumpartade och statistiskt säkerställda).

1 – Vetenskapligt perspektiv

2016-12-02 11:19

Testa dig själv 1.1 a Vad menas med signaturlära? b Varför måste signaturläran betraktas som pseudovetenskap?

1.2 Varför kan inte uralstring betraktas som en vetenskaplig teori?

Tänk ut 1.13 Nattfjärilen på bilden nedan heter taggig vintermätare och den kan vara svår att upptäcka när den sitter på trädstammar. Hur tror du Darwin hade förklarat utvecklingen av fjärilens skyddsfärg?

1.3 Ge exempel på upptäckter som gjordes med hjälp av mikroskop på 1600-talet.

1.4 a Ge exempel på en fördel hos Linnés sexualsystem som gör att det faktiskt används fortfarande. b Varför var vissa kritiska till Linnés sexualsystem när detta publicerades på 1700-talet? c Idag ser vi Linnés system för indelning av växter och djur som onaturliga. Varför?

1.5 Definiera det morfologiska artbegreppet.

1.6 Definiera det biologiska artbegreppet.

1.7 Ge exempel på en begränsning hos det morfologiska respektive biologiska artbegreppet.

1.8 Beskriv kortfattat något som skiljer Lamarcks utvecklingslära från Darwins.

1.9 För vad är James Watson och Francis Crick berömda?

1.10 Beskriv skillnaden mellan hypotes och teori.

1.11 Vad menas med att resultatet av ett experiment är statistiskt signifikant?

1.14 Repetera dina kunskaper i genetik och förklara varför förhållandet mellan antalet plantor med lila blomfärg och antalet med vit blomfärg blir 3 : 1 i den nedre raden i bilden på sidan 16.

1.15 Läs om experimentet med jäst på sidan 20.

Tänk dig att du själv planerade och utförde experimentet och att resultatet gav stöd åt hypotesen. Skriv en redovisning av experimentet enligt mallen på sidan 21.

Argumentera 1.16 Är det viktigt att skilja på vetenskap och pseudovetenskap?

Ta reda på 1.12 Ge exempel på en pseudovetenskap som inte nämns i detta kapitel och förklara varför den klassas som just pseudovetenskap.

1 – Vetenskapligt perspektiv

sy2_inlaga.indb 23

23

2016-12-02 11:19