3つの有名な仮説とそれらがどのようにテストされたか

2019-11-22
生態学者のアーサー・ハスラー(左)は、ギンザケの帰巣本能を説明したとされています。ウィスコンシン大学マディソン校リムノロジーセンター

ギンザケOncorhynchus kisutch)は素晴らしい魚です。太平洋岸北西部に自生する彼らは、淡水の小川で生活を始め、その後外洋に移動します。ギンザケは年齢に繁殖達した場合でも、それは、その誕生の水路に戻ります時々 、400マイル旅行(644キロ)が取得します。

故アーサーデイビスハスラーを入力してください。ウィスコンシン大学の生態学者および生物学者である間、彼はこれらの生き物がどのように彼らのホームストリームを見つけるかという質問に興味をそそられました。そして1960年に、彼は科学の基本的な信条である仮説を使用して調べました。

では、仮説とは何ですか?仮説は、自然界で観察された現象についての暫定的で検証可能な説明です。仮説は範囲が狭く、観察可能な現象の広い範囲をカバーし、多くの異なる証拠から導き出される理論とは異なります。一方、予測は、仮説または理論が正確である場合に得られると期待される結果です。

1960年とハスラーとそれらのサーモンに戻ります。未確認のアイデアの1つは、ギンザケが視力を使ってホームストリームを見つけるというものでした。Haslerは、この概念(または仮説)のテストに着手しました。最初に、彼はすでに彼らの本来の小川に戻ったいくつかの魚を切り上げました。次に、彼は鮭を遠くの水域に投棄する前に、捕虜の一部(すべてではない)を目隠ししました。視力の仮説が正しければ、ハスラーは目隠しされた魚の数が彼らのホームストリームに戻ることを期待することができます。

物事はそのようにうまくいきませんでした。目隠しのない魚は、目隠しをした魚と同じ速度で戻ってきました。(他の実験では、視覚ではなく嗅覚が種の帰巣能力の鍵であることが示されました。)

ハスラーの目隠し仮説は反証されましたが、他の仮説はもっとうまくいきました。今日、私たちは歴史上最も有名な3つの実験とそれらがテストした仮説を見ています。

イワン・パブロフと彼の犬(1903-1935)

仮説:犬が条件付き反応(よだれを垂らす)の影響を受けやすい場合、食物を受け取る前に同じ中性刺激(メトロノーム/ベル)に定期的にさらされている犬は、この中性刺激を食べる行為と関連付けます。最終的に、犬は、実際の餌が提供される前であっても、前述の刺激に遭遇すると、予測可能な速度でよだれを垂らし始めるはずです。

実験:ノーベル賞を受賞し、ソビエト共産主義の率直な批評家であるイワン・パブロフは、人間の親友の代名詞です。1903年、ロシア生まれの科学者は、犬と条件付き反応を含む数十年にわたる一連の実験を開始しました。

空腹の犬に一皿の食べ物を提供すれば、それは唾液を分泌します。この文脈では、刺激(食物)は自動的に特定の反応(よだれ)を引き起こします。後者は、前者に対する生来の、学習されていない反応です。

対照的に、メトロノームやベルのリズミカルな音は中立的な刺激です。犬にとって、騒音には固有の意味はなく、動物がこれまで聞いたことがない場合、音は本能的な反応を引き起こしません。しかし、食べ物の光景は確かになります。

そのため、パブロフと彼の実験助手が給餌セッションの前にメトロノーム/ベルの音を鳴らしたとき、研究者はテスト犬にメトロノーム/ベルを食事時間と精神的に結び付けるように調整しました。繰り返し曝露されたため、犬が餌を与えられるに、騒音だけで犬の口が水なり始めました。

伝記作家ダニエル・P・トーデスの「イワン・パブロフ:科学におけるロシアの生活」によると、ここでのパブロフの大きな革新は、生成された唾液の量を測定することによって各犬の反応を定量化できるという彼の発見でした。すべての犬は、パーソナライズされた(そして人工的な)食品関連の合図に遭遇したとき、予想通り、独自の一貫した速度でよだれを垂らしました。

パブロフと彼の助手は、条件付きの応答を使用して、動物生理学に関する他の仮説も調べました。ある注目すべき実験では、犬は時間を伝える能力についてテストされました。この特定の犬は、毎分60ストロークの速度でメトロノームのクリック音が聞こえたときに、常に餌を受け取りました。しかし、毎分40ストロークの遅いビートを聞いた後は、食べ物を得ることができませんでした。見よ、パブロフの動物は速いリズムに反応して唾液を分泌し始めたが、遅いリズムではなかった。明らかに、2つのリズミカルなビートを区別することができます。

評決:適切な条件付けと多くの忍耐があれば、予測可能で科学的に定量化できる方法でキューで唾液を分泌することにより、空腹の犬を中立的な刺激に反応させることができます。

Ivan Pavlovは、空腹の犬に合図で唾液を分泌させることで中立的な刺激に反応させることができることを証明しました。

アイザックニュートンのラディアントプリズム(1665)

仮説:白い太陽光が可視スペクトルのすべての色の混合物であり、これらがさまざまな波長で移動する場合、太陽光のビームがガラスプリズムを通過すると、各色は異なる角度で屈折します。

実験アイザックニュートンが登場する前は、色は科学的な謎でした。1665年の夏、彼はイギリスのケンブリッジにある暗い部屋の安全からガラスプリズムの実験を始めました。

彼は窓のシャッターの1つに1/4インチ(0.63センチメートル)の円形の穴を開け、太陽光線がその場所に入るのを許可しました。ニュートンがこの光線にプリズムをかざすと、色とりどりの光の長方形のパッチが反対側の壁に投影されました。

これには、赤、オレンジ、黄色、緑、青、藍、紫の光の分離された層が含まれていました。上から下まで、このパッチの高さは13.5インチ(33.65センチメートル)でしたが、幅はわずか2.6インチ(6.6センチメートル)でした。

ニュートンは、これらの鮮やかな色が太陽光自体の中に隠れていたと推測しましたが、プリズムはそれらをさまざまな角度で曲げ(または「屈折」)、色を分離しました。

それでも、彼は100パーセント確信していませんでした。そのため、ニュートンは1つの小さな変更で実験を再現しました。今回、彼は2つ目のプリズムを取り、虹のような光のパッチを遮らせました。屈折した色が新しいプリズムに入ると、それらは円形の白い太陽光線に再結合します。言い換えれば、ニュートンは白い光線を取り、それを異なる色の束に分解し、それからそれを再組み立てしました。なんて素敵なパーティートリック!

評決:太陽光は実際には虹のすべての色のブレンドです—そしてそうです、これらは光の屈折によって個別に分離することができます。

1665年、アイザックニュートンは、太陽光は虹のすべての色の混合物であり、光の屈折によって色を分離できるという彼の仮説をテストし、証明しました。

ロバート・ペインの明らかにヒトデ(1963-1969)

仮説:捕食者が攻撃する生物の個体数を制限する場合、主要な捕食者が根絶された後、獲物の種がより一般的になると予想されます。

実験:紫の海の星(または必要に応じて紫のヒトデ)としても知られているPisasterochraceusに会います。

生き物は、拡張可能な胃を使用して、ムール貝、カサガイ、フジツボ、カタツムリ、その他の不幸な犠牲者を食べます。ワシントン州の海岸沿いのいくつかの海辺の岩(および潮溜まり)では、このヒトデは頂点捕食者です。

動物はロバート・ペインを科学的な有名人にしました。貿易による生態学者であるペインは、頂点捕食者の環境的役割に魅了されました。1963年6月、彼はワシントン州のムッカウ湾に沿って野心的な実験を開始しました。何年もの間、ペインはこの海岸線の岩の多い部分を完全にヒトデのない状態に保ちました。

大変な作業でした。ペインは定期的に「彼の」露頭から邪悪なヒトデをこじ開けなければなりませんでした—時にはバールで。それから彼はそれらを海にチャックしました。

実験の前に、ペインは彼がテストすることに決めたエリアに生息する15の異なる種の動物と藻類を観察しました。ヒトデの駆除が始まってから1年後の1964年6月までに、その数は8頭に減少しました。

紫色のヒトデにチェックされず、フジツボの個体数は急増しました。その後、これらは地形を支配するようになったカリフォルニアムール貝に置き換えられました。ムール貝は、たくさんの岩に自分自身を固定することによって、他の生命体を打ち負かしました。そのため、露頭はほとんどの元居住者にとって住めないものになりました。スポンジ、イソギンチャク、藻類(Pisaster ochraceusが食べない生物)でさえ、大部分が追い出されました。

これらの種はすべて、ペインが手つかずのまま残した別の海岸線で繁栄し続けました。その後の実験で、Pisaster ochraceusは「キーストーン種」であり、環境に不釣り合いな影響を与える生き物であることが彼に確信されました。キーストーンを排除すると、システム全体が乱れます。

評決:頂点捕食者は、狩りをする動物に影響を与えるだけではありません。頂点捕食者を取り除くことは、生態系全体を根本的に変えることができる連鎖反応を引き起こします。

生態学者のロバート・ペインがムッカウ湾の岩場から紫色のヒトデをすべて取り除いたとき、彼はムール貝、フジツボ、カタツムリの個体数が爆発することを期待していました。彼は間違っていた。

今それは興味深いです

一般に信じられていることとは反対に、パブロフは犬の実験でベルを使用することはほとんどありませんでした。代わりに、彼はメトロノーム、ブザー、ハーモニウム、電気ショックを好みました。

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