Кижуч ( Oncorhynchus kisutch ) - удивительная рыба. Коренные жители Тихоокеанского Северо-Запада, они начинают свою жизнь в пресноводных ручьях, а затем переселяются в открытый океан. Но когда кижуч достигнет возраста размножения, он вернется в водный путь своего рождения , иногда преодолевая путь в 400 миль (644 километра), чтобы добраться туда.
Введите покойного Артура Дэвиса Хаслера. Будучи экологом и биологом в Университете Висконсина, он был заинтригован вопросом о том, как эти существа находят свои родные ручьи. А в 1960 году он использовал основной научный принцип - гипотезу - чтобы выяснить это.
Так что же такое гипотеза? Гипотеза - это предварительное, поддающееся проверке объяснение наблюдаемого явления в природе. Гипотезы узки по своему охвату - в отличие от теорий , которые охватывают широкий спектр наблюдаемых явлений и основываются на множестве различных линий свидетельств. Между тем, прогноз - это результат, которого вы ожидаете получить, если ваша гипотеза или теория верны.
Итак, вернемся в 1960 год, Хаслер и тот лосось. Одна непроверенная идея заключалась в том, что лосось кижуча использовал зрение, чтобы определить местонахождение своих родных ручьев. Хаслер решил проверить это представление (или гипотезу). Сначала он поймал несколько рыб, которые уже вернулись в свои родные ручьи. Затем он завязал глаза некоторым пленникам - но не всем - перед тем, как бросить лосося в дальний участок воды. Если гипотеза о зрении верна, то Хаслер мог ожидать, что меньше рыб с завязанными глазами вернется в свои родные ручьи.
Так не вышло. Рыбы без повязок возвращались с той же скоростью, что и их собратья с завязанными глазами. (Другие эксперименты продемонстрировали, что обоняние, а не зрение является ключом к способности вида к самонаведению.)
Хотя гипотеза Хаслера с завязанными глазами была опровергнута, другие оказались лучше. Сегодня мы рассмотрим три самых известных эксперимента в истории и гипотезы, которые они проверяли.
Иван Павлов и его собаки (1903-1935)
Гипотеза : если собаки восприимчивы к условным реакциям (слюнотечение), то собака, которая регулярно подвергается воздействию одного и того же нейтрального стимула (метроном / звонок) до того, как получит пищу, будет связывать этот нейтральный стимул с актом еды. В конце концов, собака должна начать слюнотечение с предсказуемой скоростью, когда она сталкивается с указанным стимулом - даже до того, как будет предложена реальная еда.
Эксперимент : лауреат Нобелевской премии и откровенный критик советского коммунизма, Иван Павлов является синонимом лучшего друга человека . В 1903 году российский ученый начал серию экспериментов, продолжавшуюся несколько десятилетий, с участием собак и условных реакций .
Предложите голодной собаке тарелку с едой, и у нее будет выделяться слюна. В этом контексте стимул (еда) автоматически вызывает определенную реакцию (слюнотечение). Последнее - врожденная, необученная реакция на первое.
Напротив, ритмичный звук метронома или колокольчика - нейтральный стимул. Для собаки шум не имеет внутреннего значения, и если животное никогда не слышало его раньше, звук не вызовет инстинктивной реакции. Но вид еды обязательно понравится .
Поэтому, когда Павлов и его лаборанты включили звук метронома / колокольчика перед началом кормления, исследователи заставили подопытных собак мысленно связать метрономы / колокольчики с временем приема пищи. Из-за многократного воздействия только из-за шума у собак начинали слюноотливаться перед тем, как им давали корм.
Согласно « Ивану Павлову: русская жизнь в науке » биографа Дэниела П. Тодеса, большим нововведением Павлова здесь было его открытие, заключающееся в том, что он мог количественно оценить реакцию каждой собаки, измеряя количество выделяемой слюны. Каждый пёс предсказуемо пускал слюни со своей постоянной скоростью, когда он или она сталкивались с персонализированной (и искусственной) подсказкой, связанной с едой.
Павлов и его помощники использовали условные реакции, чтобы рассмотреть и другие гипотезы о физиологии животных. В одном примечательном эксперименте собаку проверяли на ее способность определять время . Эта собака всегда получала пищу, когда слышала щелчок метронома со скоростью 60 ударов в минуту. Но он так и не получил еды после того, как послушал более медленный ритм со скоростью 40 ударов в минуту. И вот, у животного Павлова началось выделение слюны в ответ на более быстрый ритм, но не на более медленный . Настолько ясно, что он мог различить два ритмических удара.
Вердикт : с правильной подготовкой - и большим терпением - вы можете заставить голодную собаку реагировать на нейтральные раздражители слюноотделением по сигналу, что является предсказуемым и поддающимся количественной оценке с научной точки зрения способом.
Сияющие призмы Исаака Ньютона (1665 г.)
Гипотеза : если белый солнечный свет представляет собой смесь всех цветов видимого спектра - и они распространяются на разных длинах волн - тогда каждый цвет будет преломляться под другим углом, когда луч солнечного света проходит через стеклянную призму.
Эксперименты : цвет был научной загадкой до появления Исаака Ньютона . Летом 1665 года он начал экспериментировать со стеклянными призмами из темной комнаты в Кембридже, Англия.
Он вырезал круглое отверстие в четверть дюйма (0,63 сантиметра) в одной из оконных ставен, позволяя единственному лучу солнечного света проникать внутрь. Когда Ньютон поднес к этому лучу призму, на противоположную стену проецировалось продолговатое пятно разноцветного света.
Он содержал отдельные слои красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, индиго и фиолетового света. Сверху вниз этот патч имел высоту 13,5 дюйма (33,65 см) и всего 2,6 дюйма (6,6 сантиметра) в поперечнике.
Ньютон пришел к выводу, что эти яркие цвета скрывались внутри самого солнечного света, но призма изгибала (или «преломляла») их под разными углами, в результате чего цвета разделялись.
Тем не менее, он не был уверен на 100 процентов. Итак, Ньютон повторил эксперимент с одним небольшим изменением. На этот раз он взял вторую призму и заставил ее перехватить радужное пятно света. Как только преломленные цвета попали в новую призму, они воссоединились в круглый белый солнечный луч. Другими словами, Ньютон взял луч белого света, разбил его на кучу разных цветов, а затем снова собрал. Какой изящный трюк на вечеринке!
Вердикт : солнечный свет действительно представляет собой смесь всех цветов радуги - и да, они могут быть индивидуально отделены посредством преломления света.
Открывающая морская звезда Роберта Пейна (1963-1969)
Гипотеза : если хищники ограничивают популяции организмов, на которые они нападают, то можно ожидать, что виды-жертвы станут более распространенными после искоренения крупного хищника.
Эксперимент : познакомьтесь с Pisaster ochraceus , также известным как пурпурная морская звезда (или пурпурная морская звезда, если хотите).
Используя расширяемый желудок , существо питается мидиями, блюдцами, ракушками, улитками и другими несчастными жертвами. На некоторых приморских скалах (и приливных бассейнах) вдоль побережья штата Вашингтон эта морская звезда является высшим хищником.
Это животное сделало Роберта Пейна научной знаменитостью. Эколог по профессии, Пейн был очарован ролью высших хищников в окружающей среде. В июне 1963 года он начал амбициозный эксперимент вдоль залива Муккау в штате Вашингтон. В течение многих лет Пейн держал каменистый участок береговой линии полностью свободным от морских звезд.
Это была тяжелая работа. Пейну приходилось регулярно отрывать своенравных морских звезд от «своего» обнажения - иногда ломом. Затем он выбросил их в океан.
Перед экспериментом Пейн наблюдал 15 различных видов животных и водорослей, населяющих район, который он решил исследовать. К июню 1964 года - через год после того, как началась чистка морских звезд - это число упало до восьми .
Не сдерживаемая пурпурными морскими звездами, популяция ракушек резко возросла. Впоследствии они были заменены калифорнийскими мидиями , которые стали доминировать на местности. Прикрепившись к скалам в большом количестве, мидии вытеснили другие формы жизни. Это сделало обнажение необитаемым для большинства бывших жителей: даже губки, анемоны и водоросли - организмы, которые не ест Pisaster ochraceus - были в значительной степени выселены.
Все эти виды продолжали процветать на другом участке береговой линии, который Пейн оставил нетронутым. Более поздние эксперименты убедили его, что Pisaster ochraceus - это « ключевой вид », существо, которое оказывает непропорционально большое влияние на окружающую среду. Устраните краеугольный камень, и вся система станет растрепанной.
Вердикт : высшие хищники влияют не только на животных, на которых они охотятся. Удаление главного хищника запускает цепную реакцию, которая может коренным образом преобразовать всю экосистему.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Вопреки распространенному мнению, Павлов почти никогда не использовал колокольчики в своих экспериментах с собаками. Вместо этого он предпочитал метрономы, зуммеры, фисгармонии и электрошок.
