Kom deg unna hoppekrepsen! En økologisk lek etterfulgt av dataanalyse

24. januar 2020 1. desember 2021

(Oppgaven fungerer læringsmessig aller best når man utfører selve leken men datanalysene kan også gjøres kun ved å laste ned data HER.)

 

Bakgrunn

Marine mikroorganismer, usynlige for det blotte øye, har en stor betydning for alt livet på jorda. De danner grunnlaget for alt det vi høster fra havet, som fisk og olje. Ikke minst er de helt avgjørende for klimaet, fordi de tar opp og lagrer en stor del av CO2-utslippene vi mennesker er ansvarlige for.

Mange av de marine mikroorganismene er planktoniske (kalles «plankton»). Dette betyr at det er vannets strømningsmønster som bestemmer hvor de føres av sted rent geografisk (horisontalt) selv om de kan bevege seg opp og ned i vannsøylen (vertikalt) ved hjelp av organer som flageller, cilier eller antenner. Plankton kan deles inn i to hovedgrupper; Fytoplankton/planteplankton er små planter som driver fotosyntese (alger i «mikro-størrelse»). Dyreplankton er som navnet tilsier små dyr som enten spiser fytoplankton eller andre dyreplankton. Generelt sett (men ikke alltid) foretrekker de å spise organismer som er noe mindre enn de selv er. Sammen med bakterier og virus danner de ulike grupper av plante- og dyreplankton et næringsnett (Fig. 1) som er ganske komplisert og strekker seg i størrelse fra femtometer (10-4mm; små virus) til 1 mm (hoppekreps). En slik størrelsesforskjell er like stor som den mellom hoppekreps (1 mm) og hval (10m).

 

Fig. 1 Det marine mikrobielle næringsnett. Næringsstoffer som nitrat (NO3-), fosfat (PO43-), silikat (Si) og karbon (kullstoff, DOC) blir tatt opp av bakterier, små og store alger (diatomeer). De blir spist av flagellater, ciliater eller hoppekreps som igjen spiser hverandre. Svarte heltrukne piler viser beiterelasjoner, svarte stiplede piler viser resirkulering av celleinnhold via virus. De blå pilene (stiplet og heltrukne) viser alle prosesser som innebefatter karbon.

Hoppekreps representerer de største dyrene (predatorer) i det marine mikrobielle næringsnettet (≈ næringskjeden). De spiser fytoplankton/alger, men er ikke vegetarianere og spiser dermed også dyr som er mindre enn seg selv – ciliater (eller flimmerdyr som de ofte kalles). Ciliatene derimot foretrekker små alger og flagellater.

I naturen har mange hoppekreps-typer en årssyklus som innebærer at de av og til finnes i øvre vannlag (hvor der er nok lys også til at fotosyntetiserende alger lever), mens de andre ganger vandrer til dypet og dermed ikke forblir en del av næringsnettet i overflaten. Mengden hoppekreps påvirkes i tillegg av hvor mye de beites på av større dyr som fisk, som igjen beites på av enda større dyr (eller fiskes av mennesker). Konsentrasjon av hoppekreps påvirker på sin side i stor grad resten av næringsnettet.

De som vil lære mer om kaskadeeffekter og kompliserte sammenhenger mellom de ulike aktørene i det marine mikrobielle næringsnett kan se på programmet «De usynlige hjelperne, Schrødingers Katt» eller lese vitenskapelige artikler her.

Gjennom leken “Kom deg unna hoppekrepsen” (Arora, V 2018) vil elevene lettere få forståelse for den relativt kompliserte kaskadeeffekten som finner sted i det «usynlige havet». I leken fokuserer vi på sammenhenger kun mellom hoppekreps, ciliater og små alger.

Fig. 2 I leken «kom deg unna hoppekrepsen fokuserer vi på sammenhenger kun mellom hoppekreps, ciliater og små alger.

 

Elevene skal være ciliater, og prøve å fange/spise så mange alger som mulig – med og uten hoppekreps til stede. På denne måten simulerer de en «trade-off» mellom det å få tak i mest mulig mat, og det å forsvare seg best mulig mot selv å bli spist. Konseptet «trade-off» er et viktig prinsipp i økologi og også evolusjon og leken samt dataanalysen kan dermed brukes som introduksjon til mer kompliserte eksempler. Tanken er at aktiv læring kan hjelpe eleven å forstå en ganske komplekse økologiske problemstillinger.

 

Tverrfaglig link

«Trade-off» brukes ikke bare for å forklare naturfaglige fenomener, men er også velkjent i samfunnsøkonomiske problemstillinger. Det å skattlegge høytlønnet arbeid («ta fra de rike») for å distribuere til felles samfunnsoppgaver («gi til de fattige») kan for eksempel være et eksempel på at man ønsker å øke likheten i et samfunn på bekostning av effektivitet i og med at man står i fare for å ta bort et insentiv for å jobbe hardt («trade-off» mellom «likhet» og «effektivitet»). Dette er et velkjent debatt-tema og et eksempel på at temaer lært gjennom biologi-forsøk kan nyttes også som inngang i samfunnsvitenskapelig undervisning.

 

Lek: Kom deg unna hoppekrepsen!

“Kom deg unna hoppekrepsen!” (Arora, V 2018) trenger litt plass (gymsal eller et lite uteareal) og fungerer fint med 15-30 elever. Det må spilles 2 omganger med minst 3 runder i hver omgang. I første omgang skal alle elevene være ciliater (flimmerdyr) som altså foretrekker å spise alger/fytoplankton. I andre omgang skal 2-3 av elevene være hoppekreps og fange ciliater mens ciliatene selv fremdeles prøver å fange så mye mat (alger) som mulig.

 

Forberedelse:

Man trenger fytoplankton-«brikker», ca. 200, som kan være alt fra Duplo brikker, stoff band, store perler eller noe annet man har for hånden. Fytoplankton-«brikkene» fordeles tilfeldig rundt i gymsalen eller idrettsplassen.

 

Spill-omgang UTEN hoppekreps (A): Ciliatene skal prøve å fange så mange fytoplankton- «brikker» som mulig i løpet av 30 -60 sekunder (kommer an på størrelse av areal) uten at der er hoppekreps til stede. Gjør dette minst 3 ganger/runder for å se hvor likt/forskjellig det blir. For hver runde må det noteres hvor mange ciliater det var og hvor mange fytoplankton-tegn disse ciliatene klarte å fange.

 

Spill-omgang MED hoppekreps (B): 2-3 av elevene får så i oppgave å være hoppekreps. Mens “ciliatene” igjen prøver å samle så mange alger som mulig skal hoppekrepsene samtidig prøve å fange ciliatene. Når en ciliat fanges – “fryser” den (og kan ikke lengre fange flere alger). Gjennomfør dette like mange ganger som i spill-omgang A.

 

Etterpå: Tell opp og se forskjellen i antall fanget alger i de ulike omgangene og de ulike rundene.

 

Fig. 3 Skjematisk oppsett av leken: De svarte sirkler med «antenner» er hoppekreps, lilla kvadrater er ciliater og de små grønne prikkene er fytoplankton tegn (Fig. 18 i Arora, V 2018).

For en matematisk tilnærming i etterkant: Lærer/instruktør lager et tabell-oppsett hvor elevene kan føre inn tall.  Etterpå kan elevene lage diagram som visualiserer resultatene (se lenger ned).

 

Diskusjon:

Har hoppekrepsen noen effekt på ciliatenes evne til å spise? Se eksempel fra en annen klasse neste side).

Figuren under viser hva elever i en sjette klasse på Charles Ellis Montessori School, Savannah, GA, fant da de lekte 6 runder av leken (Fig 17 i Arora, V 2018).

 

Fig. 4 Resultater fra «Kom deg unna hoppekrepsen!» fra Arora, v 2018 (Fig. 17). Søylediagrammet viser forskjell mellom antall alge-tegn fanget av ciliatene når det ikke var hoppekreps (=copepoder) til stedet (mørkegrå søyler) og antall alger fanget av ciliatene når hoppekreps var tilstede (lysegrå søyler)

I sjette-klassen der dataene er hentet fra fant de flg.:

  • Optimal tid per runde var ca 30-60 sekunder
  • Elevene fant ca 20% reduksjon (Figure 17) i antall “alge-tegn” ciliatene klarte å fange etter at hoppekrepsen ble introdusert

Forståelsen av poenget med leken økte betraktelig etter at elevene jobbet videre med tabeller og grafer like etter leken var ferdig.

Økologisk konklusjon: Predasjon/beitere fører til at ciliatene (byttedyr) ikke klarer å spise like mye som når der ikke er predator til stede.

 

  

Oppgave:

Utføre leken «Kom deg unna hoppekrepsen» ELLER last ned resultater fra lek HER. Datene som skal brukes er antall alger fanget når det er bare ciliater til stede og når det finnes  både ciliater og hoppekreps samtidig.

  1. Dersom leken er utført: Gjør en muntlig kvalitativ gjennomgang av resultater. Siden elvene selv teller opp etter hver runde, ser de kanskje allerede hva resultatene viser: At ciliater evner å fange færre alger med MED hoppekreps til stede enn de gjorde når de ikke måtte passe på å komme seg unna hoppekrepsene.
  2. Radene i excel-filen viser resultater fra de ulike rundene. Kolonner viser hvor mange ciliater det var til stede og hvor mange alger blir fanget (leken ble utført i 3 runder med og uten hoppekreps). Husk at rader går bortover og kolonner nedover. Lag et søylediagram som viser resultater for omgangene med og uten hoppekreps. Bruk omgangsnummer på x-aksen og antall alger fanget på y-aksen. Sett navn og enheter på aksene og beskriv likheter og ulikheter.
  3. Regn ut gjennomsnitt og avvik fra algene fanget og lag nye søylediagram med «errorbars». Blir forskjell mellom MED og UTEN hoppekreps mer eller mindre tydelig?
  4. Du kan nå regne ut en beiterate per minutt. Dele antall alger fanget gjennom antall ciliater. Har leken vart i 30 sekunder, så må det ganges med 2 for å finne  beiterate per minutt. Lag nytt søylediagram for å vise gjennomsnittlig beiterate.
  5. Regne ut forskjell i % av beiterate MED og UTEN hoppekreps.
  6. Diskuter resultatene dere finner. Er forskjellen av antall fanget alger MED og UTEN hoppekreps tydelig? Hvorfor fanger ciliater mindre alger når hoppekreps er tilstede? Hva betyr det for de små algene, kan de da vokste bedre kanskje? Og hva vil det betyr for andre organismer?
  7. Hva skjer dersom hoppekrepsen mister en antenne? (Hold en arm på ryggen og se om det påvirker antall ciliater den klarer fange). Hvordan påvirker det antall alger ciliater fanger?

 

Reference:

Arora, V. (2018). Tracking ciliate behavioral responses to predatory copepods (Order No. 13420178). Available from ProQuest Dissertations & Theses Global. (2159009864). Retrieved from https://search.proquest.com/docview/2159009864?accountid=8579

Forfatter

Bernadette Pree