关键概念
特征
代
自然选择
简介
有没有想过,为什么一些动物可以很好地隐藏在它们的生存环境中?你有没有见过竹节虫?这是一种看起来像嫩枝的虫子。为什么它看起来这么像一个枝条?如果竹节虫住在沙地里,它们能躲避食肉动物的追捕吗?
在不同的环境中,具有某些外表,会比有其他的特点更管用——尤其是对于躲避食肉动物来说。例如,一个躲在树皮后面的虫子,可能看起来跟躲在树叶上的虫子差别很大。对于这些昆虫来说,长成哪些颜色最好呢?
背景
几亿年来,所有不同的物种都经历着自然选择下的进化过程。因为这个过程非常之慢,人们对此经常感到难以想象。然而,自然选择的基础非常简单:具有特定外貌或特征的个体,更适于在它们的生活环境中生存。具有这些特征的个体存活时间更长,能产生更多的后代,所以增大了向后代遗传其特征的机会。
在不同环境下生存和繁殖后代,导致不同种类随时间表现出不同的外表。今天,我们将探索自然选择的进化论,并模拟种群随时间进化的过程。
材料
五到十种颜色的彩纸
打孔器
碗
有色织物,或者不同颜色的表面(可选)
计时器(可选)
准备工作
1.用打孔器在每张纸上钻下大概10个圆点,这些圆点代表带不同颜色的“圆点物种”。
2.把所有纸圆点混合放在一个碗里。
3.把这些圆点均匀地散开,放在你面前的一个表面上。这个表面代表点的环境,也就是它们的栖息地。
实验过程
1.你现在扮演一个食肉动物,在用肉眼寻找猎物:纸质圆点。
2.闭上眼睛。
3.张开眼睛,选出吸引你注意力的第一个圆点。
4.再闭上眼睛。
5.再张开眼睛,选出第一个吸引你注意力的圆点。把你选出的点放在一边。重复拿起圆点,一直到大概选出四分之三。
6.你面前剩下了哪些圆点?这些圆点逃脱了食肉动物的追捕。它们已经存活下来,可以进行繁殖。对于每个剩下的圆点,再多裁出与他们颜色相同的三个圆点。这三个圆点代表它们的后代,拥有同样的颜色和特征。现在表面上的圆点和你开始试验时的一样多。
7.把“后代”和“先辈”圆点放在碗里,混合一下
8.重复上面的步骤,把这些圆点均匀地散在你面前的平面,重复进行试验。
9.当你重复了三次或者四次后,你已经掠食了很多代的圆点,只有其中一部分存活并繁殖。这些圆点“后代”的颜色,是不是与你一开始准备的圆点有很大的差异?
替代试验:为了快速的进行这个试验,你可以把所有圆点放在桌面或者地板上,开始计时,让“捕猎者”在十五秒内尽可能多地的捡起圆点。剩下的圆点应该就是最好地融入环境的那部分。你可以重复上述步骤,让剩下的圆点来“繁殖”后代。
补充实验:为了更好地理解自然进化论,在不同颜色的表面上重复试验(可以用有色织物或者纸),观察不同情况下的剩余“物种”的改变。环境的变化会影响存活物种的特点吗?
观察与结果
纸圆点的种类是如何改变的?某个特定颜色的圆点,是不是会变得更加普遍?哪个颜色的圆点“灭绝”了?你从存活并繁衍后代的圆点中观察到了什么?为什么它们能够避免你这个捕猎者的掠食?如果“栖息地”(表面)颜色不同,能够“存活”并“繁殖后代”的圆点颜色相同吗?
胡椒飞蛾生活在桦树上,有白色和黑色两种。在工业革命前,白胡椒飞蛾更加普遍。它们的颜色与桦树的白色树皮能够很好地协调,很难被捕食者——鸟儿们发现。因此,它们比黑胡椒飞蛾活的时间更长,有更多的后代。所以,白色特征在胡椒飞蛾中更加的普遍。然而,工业革命后,来自工厂的煤烟污染了桦树的白树皮,把它们变成了黑色。此后,白胡椒飞蛾无法伪装在树皮上。它们变得很容易被鸟儿们盯上和吃掉,而黑胡椒飞蛾却能更好地伪装。经过几代,黑胡椒飞蛾变得更加普遍了。
当英国通过净化空气的法案、降低了煤烟的排放量后,桦树的树皮会逐渐变回白色。根据在这次试验中了解的知识,你认为最终更加普遍的会是哪种飞蛾?
清扫工作
把纸圆点回收利用,收拾干净桌面。
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