미래 도시 연구소 : 장단점 이해

학생들에게 도시 계획자, 건축가 또는 부동산 거물이 지방 정부와 협력하여 집을 짓도록하십시오. 정부는 프로젝트가 환경에 부정적인 영향을 미치지 않는 경우에만 자금을 제공 할 것입니다. 학생들에게 어떤 문제가 예상되는지 물어보십시오. 잠재적 인 제약 중 하나로 가격을 제시 할 것으로 예상됩니다. 이 활동 모델의 제약은 가격, 구현 에너지 및 단열입니다. 여기에서 구체화 된 에너지를 정의해야합니다 (위 참조). 집을 지은 후에는 대부분의 에너지가 가열 / 냉각에 소비되기 때문에 단열은 중요한 고려 사항이라고 설명합니다.

학생들에게 규칙을 소개하십시오. 학생들은 기초, 지붕 및 벽에 대해 각각 하나의 재료를 선택해야합니다. 자료와 점수를 설명하는 카드가 있습니다.

학생들은 집을 짓는 일을합니다. 각 카드는 세 가지 매개 변수 각각에 대해 10 점 만점을 가지며 10 점이 가장 높은 점수입니다. 그들의 임무는 총점을 가진 집을 짓는 것입니다 15 이상 각 매개 변수에 대한 평균 5 이상 하우스 구성 요소 당). 즉,이 시나리오에서 구현 된 에너지, 비용 효율성 및 절연 점수가 그렇지 않은 경우 15 이상, 정부는 자금을 제공하지 않으며 학생들은 드로잉 보드로 돌아 가야합니다.

참고 : 이것은 불가능하도록 설계되었습니다. 기껏해야 학생들은 다른 비용으로 두 가지 매개 변수 만 최적화 할 수 있습니다.

학생들에게이 문제로 어려움을 겪을 시간이 충분히 주어지면, 그들의 활동에서 얻은 테이크 아웃을 공유하게하십시오. 이것은 무엇을 보여줍니까? 학생들에게 당신이 개념을 설명하고 있음을 공개 거래. 그들에게 물어보십시오 : 이것을 알고, 당신은 트레이드 오프의 정의가 무엇이라고 생각합니까? (트레이드 오프는 타협입니다. 특정 혜택을 얻는 데는 비용이 듭니다.)

묻기 (공유하기 전에 돌리고 말하기) : 여기서 우리는 어떤 종류의 요소를 설명 억누르다 어떤 종류의 집을 지을 수 있습니까? 생물체에는 어떤 제약이 있습니까? (시간, 공간, 음식, 에너지 등이있을 수 있습니다.)

그런 다음이 질문에 답하십시오 (학생들은 아직 대답하지 못할 수도 있습니다). 트레이드 오프는 자연 선택을 이해하는 데 어떻게 도움이됩니까?

수업 후반에주의해야 할 잠재적 인 오해 : 학생들은 인구 수준이 아닌 유기체 수준에 대해 생각하는 경향이 있습니다. 따라서 개별 유기체가 다른 것에 에너지를 소비 할 수 있지만 이것은 개별 유기체의 선택이 아닙니다. 오히려 가장 유익한 생리 학적 타협에 부딪친 유기체 그룹은 선택적 이점이 있습니다.

학생들에게 두 종류의 조류 종 (유인물)을 제시하십시오. 각 새마다 서식지,식이 및 교배 행동을 보여줍니다. “에너지 예산”의 프레이밍 장치를 사용하여 학생들에게 먼저 눈에 띄는 패턴을 결정한 다음, 모든 장단점을 식별하도록 요청하십시오.

일부 패턴 : 추운 환경의 유기체는 구애에 더 적은 에너지를 소비하고, 고 에너지 식품을 섭취 한 유기체는 짝짓기 파트너가 더 많습니다.

에너지 절충은 본질적으로 에너지 입력 및 출력과 관련이 있습니다. 음식이 부족한 추운 지역의 유기체는 따뜻함을 유지하고 먹이를 찾아 먹는 데 에너지를 소비해야합니다. 이것은 더 많은 또는 더 나은 동료를 찾는 대가를 치릅니다. 역으로, 에너지가 높은 음식이있는 따뜻한 환경에 사는 유기체는 이상적인 친구를 찾는 데 에너지의 일부를 사용하는 것이 좋습니다. 흰색이있는 아마존은 패턴에 완벽하게 맞지 않습니다. 괜찮습니다. 이것은 지나치게 단순화 된 모델입니다.

그룹이 나누고 토론하게하십시오. 진화상의 트레이드 오프 란 무엇입니까? 집을 지을 때의 장단점과 어떻게 비슷하고 다른가요?

진화 적 트레이드 오프는 자연 세계가 한 가지 방식으로 이점을 제공하지만 비용이 드는 특성을 선택하는 것입니다. 틀림없이 모든 적응은 타협입니다.

집 활동에서 의사 결정자가 계약자, 인간 이었다는 것을 분명히 할 순간이 있습니다. 진화에서 에너지 절충의 경우, 의사 결정자는 자연 선택입니다. 가장 유리한 균형이 생식 이점을 부여합니다.

진화의 트레이드 오프 측면에서 사고를 실천하는 데 도움이되도록 어려움이 매우 다양한 이러한 문제를 가진 학생 또는 학생 그룹을 제시하십시오. 각 문제 아래에 답변이 제공됩니다.

1.) 눈먼 동굴 물고기

멕시코 동굴 물고기는 백만 년 전만해도 표면에 사는 사촌에서 벗어난 것으로 생각되지만 전혀 눈이 없습니다! 어두운 환경에서 눈의 상실 (소위 회귀 진화)을 설명 할 수있는 것은 무엇입니까? Lamarckian의 진화가 아닌 자연 선택의 언어를 사용하여 설명하십시오!

이 크기의 어류에 대한 에너지 소비의 약 15 %를 차지하는 눈은 에너지 비용이 매우 많이 듭니다. 눈은 또한 감염되기 쉽다. 눈이 시력의 이점을 제공하지 않으면 해당 에너지가 낭비됩니다. 다른 생물학적 기능 (생식과 같은)에 에너지를 바친 물고기는 선택적인 이점이있었습니다.

2.) 골든 이글

황금 독수리는 육식 동물입니다. 그들은 주로 물고기, 파충류, 다람쥐 및 기타 작은 설치류를 먹습니다. 황금 독수리는“지속 된 그립 방법”을 사용하여 먹이를 죽입니다 : 먹이를 잡아서 발톱으로 쥐어 짜기. 그들은 산 염소와 같은 큰 먹이를 거의 먹지 않지만, 그렇게 할 때 다른 방법을 사용합니다. 염소를 집어 들고 균형을 잃게 만들려고 애 쓰고 절벽에서 떨어집니다. 그런 다음 독수리는 잔치로 절벽 기슭으로 날아갑니다. 왜이 방법이 염소에 특화되어 있으며, 산 서식지에서도 서식하는 뱀에서는 보이지 않습니까?

이것은“최적의 먹이 이론 (Optimal Foraging Theory)”의 좋은 예이며, 진화는 에너지에서 가장 높은 순 이득을 얻는 방법을 선택한다고 제안합니다. 즉 음식의 칼로리에서 그 음식을 얻는 데 소비 된 에너지의 칼로리를 뺀 것입니다. 염소를 떨어 뜨리면 비교적 적은 노력으로 많은 양의 음식을 얻을 수 있습니다. 반대로, 산을 오르락 내리락 내리는 것은 발톱만으로 쉽게 죽일 수있는 뱀을 위해 소비하기에는 너무 많은 에너지입니다.

3.) 카리브해에있는 알츠하이머

브라질과 다른 곳의 빈민가에서는 저질의 물로 인해 많은 어린이들이 설사로 인한 합병증으로 사망하고 있습니다. 이 아이들은 탈수 및 / 또는 영양 실조로 인해 악화됩니다. 같은 인구에서 APOE4라는 희귀 유전자 돌연변이가 세계의 다른 곳과 비교할 때 훨씬 흔합니다. 이 돌연변이는 나중에 인생에서 알츠하이머 병의 가능성을 증가시킵니다. 가능한 진화론 설명은 무엇입니까?

APOE4는 과도한 설사로 인한 영양 실조로 인한 어린이의 발달 문제를 예방하는 것으로 나타났습니다. 이 트레이드 오프가 유리한 이유는 무엇입니까? 알츠하이머 병은 일반적으로 번식 후 사람들에게 영향을 미칩니다. 따라서, 이러한 특정 유형의 영양 실조로 인해 아이들이 사망하는 인구에서, 자연 선택은 생후 후기 치매를 희생시키면서 생식 연령으로 아이들의 생존을 선호합니다.

4.) 너도밤 나무 드롭

너도밤 나무 방울은 식물과 기생충입니다. 너도밤 나무의 뿌리에서 영양분을 빨아 들여 자립합니다. 너도밤 나무 방울은 식물이기 때문에 녹색 잎이있는 식물의 자손이라고 안전하게 추측 할 수 있습니다. 너도밤 나무 방울에는 엽록소가없는 비늘 모양의 잎이 있습니다. 확실히 광합성이 이차적 인 에너지 원을 허용 할 것입니다. 왜 자연 선택이 잎 손실을 선호했을까요?

기생충은 숙주의 방어를 피하기 위해 전문화해야합니다. 이것은 에너지가 든다. 너도밤 나무 하락의 경우, 그들은 식물의 세포벽을 관통 할 수있는 haustoria라는 특수 구조를 자랍니다. 광합성은 수동적 인 활동이 아닙니다. 필요한 특수 구조로 기능성 잎을 키우고 엽록소에 상당한 영양소와 에너지를 섭취하게합니다. 식물은 햇빛을 위해 경쟁합니다. 기생을 전문으로하는 것은“모든 거래의 잭”전략에 비해 선택적인 이점이 있습니다.

5.) 노화

풍부한 과학적 증거는 노화 (노화라고도 함)가 iPhone과 같은 새로운 기술이“계획된 노후화”와 유사하게 우리 유전자에 프로그램되어 있다는 가설을 지적합니다. ?

이것은 다시 에너지 트레이드 오프입니다. 유기체의 몸을 유지하고 수리하는 데 필요한 에너지는 번식에 소비되는 에너지 비용으로 발생합니다. 사람이 두 배 이상 번식하지 않으면 두 배나 오래 살 수있는 선택적 이점이 없습니다.

6.) 수컷 늑대 거미

수컷 늑대 거미는 마른 잎에 다리를 격렬하게 찌르면서 짝을 궁정합니다. 최근 연구에 따르면이 활동은 수컷 거미의 면역 기능에 직접적인 비용이 듭니다. 왜 이것이 드럼 연주가 암컷 거미에게 매력적인 지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니까?

이러한 절충은 드럼 연주가 "정직한 특성"이라고 불리는 이유입니다. 진정으로 건강한 남성 만이이 구애 활동에 에너지를 소비 할 수 있습니다. 따라서 아프지 않은 드럼 연주 남성은 상당한 체력을 보이고 있습니다.

우리는 집과 같은 무생물 시스템에서 자연 유기체에 이르기까지 모든 시스템이 최대 효율을 추구하는 트레이드 오프 시스템에서 작동한다는 것을 알 수 있습니다. 건축 자재와 자연 선택의 자연 과정보다 인간의 선택에서 어떤 차이점이 있습니까? 한 사람이 다른 사람보다“합리적”이라고 말할 수 있습니까? 아니면 둘 다의 단점이 있습니까?