Tag Archives: populaatio

Fenotyyppinen muuntelu ja normaalijakauma

|

Välineet mitattavasta asiasta riippuen:
– pituuteen työntömitta tai mittanauha
– pinta-alaan esimerkiksi millimetripaperi
– tilavuuteen sopii mittalasi
– painoon vaaka

Mitattava ominaisuus esimerkiksi:
– eläinten pituus: pohjaeläinnäytteistä, simpukoiden tai kotiloiden pituus, lemmikkieläinten pituus, ihmisten pituus tai jonkun ruumiinosan (etusormi, jalka yms.) pituus
– eläinten paino: oma syntymäpaino, lemmikkieläinten paino,
– lehtien koko: rakkolevän lehtien koko, koivun lehtien koko loppukesästä
– tilavuus: kananmunia tai vastaavia

1. Kerätään riittävän paljon näytteitä, joita voidaan mitata. Hyvä määrä on satoja: luokan havainnot voidaan kerätä yhteen jolloin jokaisen tarvitsee mitata vain esimerkiksi kymmenen mittausta.

2. Mittaukset luokitellaan sopiviin luokiin. Esimerkiksi ihmisten pituuden voi jakaa ryhmiin 150-155, 155-160, 160-165, jne. Tämän jälkeen kuhunkin luokkaan kuuluvien yksilöiden määrä voidaan laskea ja tehdä jakaumasta pylväsdiagrammi.

Näyttääkö jakauma normaalijakaumalta? Esimerkiksi ihmisen pituusjakauma ei ole normaalijakauma, vaan siinä on kaksi erillistä huippua. Miksi?

3. Populaatioiden eroja voi vertailla tutkimalla eri populaatioiden mittauksia. Hyviä kohteita on esimerkiksi rakkolevän lehtien pinta-ala suojaisassa tai avoimessa ympäristössä, koivunlehtien pinta-ala valoisassa tai varjossa tai pohjaeläinten koko virtaavassa tai paikallaan seisovassa vedessä.

Eroavatko mitatut populaatiot toisistaan? Jos populaatioiden jakauma oli normaali, tämän voi testata t-testillä.

Mitkä biologiset ominaisuudet eivät usein seuraa normaalijakaumaa?

Avoin populaatiotutkimus hautausmaalla

|

Tutkimuksellisessa oppimisessa usein hankalimpia ovat oppilaskeskeiset täysin avoimet tutkimukset, sellaiset joissa opiskelijat joutuvat itse pohtimaan minkälaisen tutkimuskysymyksen voi asettaa, miten sitä varten voi kerätä aineiston ja miten ainestoa sitten pitäisi käsitellä.

Hyväksi ensimmäiseksi harjoitukseksi ekologian puolella on osoittautunut hautausmaa-harjoitus. Viedään opiskelijat hautausmaalle ja kerrotaan heille, että heidän pitää suorittaa ekologinen tutkimus, jonka aineisto on hautakivet. Hautakiviä voidaan ajatella populaationa, josta tiedämme yksittäisten yksilöiden sukupuolen ja syntymä- sekä kuolinajan. Erityisesti vanhemmilla hautausmailla saatavan tiedon määrä on suunnaton: vanhoissa hautakivissä saattaa lisäksi löytyä ammatteja, syntymä- ja kuolinpaikkoja ja sukulaisuussuhteita.

Kysymysten määrä on siis  suunnaton: elävätkö lääkärit pidempään kuin sotilaat, elävätkö naiset pidempään kuin miehet, elettiinkö 1800-luvulla lyhyemmän aikaa kuin 1900-luvulla, mikä oli lapsikuolleisuus kuhunkin aikaan, erottuvatko Suomen historian suuret tapahtumat, kuten nälänhädät tai sodat, aineistossa?

Hautausmaa-aineistoa rajoittaa moni tekijä, jotka on suhteellisen helppo päätellä: hautausmaalle haudatut ovat valikoitunut osa yhteiskunnan jäseniä, mukana ovat useimmiten vain kristityt ja uskonnottomat ja hautausmaalta ei löydy eläviä, joten mukana eivät ole kaikki 1900-luvulla syntyneet, ja saatava tieto on monilta osin rajallista.

Populaation koon arviointi

|

Opiskelijoille annetaan tehtävä laskea koulun a) oppilaiden ja b) opettajien määrä.

Tehtävän saa tehtyä parissa oppitunnissakin, mutta helpointa on, jos tehtävän voi suorittaa välitunnilla: tällöin sekä oppilaita että opettajia on eniten liikkeellä. Klikkeri helpotttaa laskemista.

Ennen tehtävän tekoa on käsitelty erilaiset populaation laskemisen tavat, kuten suorat menetelmät (ilmakuvaus, pesäkolot) ja epäsuorat menetelmät (merkintä-uudelleenpyynti, näytealat, ilmakuvaus, jälkien laskeminen).

Oppilaat voivat tehdä tutkimuksen pareittain tai pienissä ryhmissä. Oppilaille annetaan aikaa suunnitella käyttämäänsä menetelmää (puoli tuntia on yleensä riittävä aika), aikaa toteuttaa tutkimus ja lopuksi laskea tulokset ja pohtia menetelmän heikkouksia.

Mahdollisia menetelmiä:

Merkintä-uudelleenpyynti: opiskelijat voivat vaikka tarkkailla valitsemaansa ryhmää, kuten rinnakkaisluokan opiskelijoita. Jos opiskelijat tietävät kuinka paljon rinnakkaisluokalla on oppilaita, he pystyvät laskemaan kohtaamiensa kaikkien opiskelijoiden määrään suhteen tarkkailtavan ryhmän määrään ja siten arvioimaan kokonaisoppilasmäärän.

Hyödyt: Suoraviivainen ja melko helppo. Tutkimus on helposti skaalautuva siten, että siitä saa jo suhteellisen pienellä näytekoolla jonkinlaisen arvion ja lisäaineiston kerääminen on helppoa.

Haitat: Edustaako tarkkailtava ryhmä liikkumisensa suhteen tyypillistä oppilasta? Laskentaa pitää tehdä eri aikoina eri paikoissa, jotta otos on edustava.

Pesäkolot: Jos oppilailla on omat kaapit, näiden määrän voi laskea. Tällöin on tarpeen myös jotenkin arvioida kuinka suuri osa niistä on käytössä ja onko kaikilla oppilailla kaappi.

Hyödyt: Kaapit eivät liiku, helppo toteuttaa. Kaappien tarkkailu kertoo kuinka suuri osa kaapeista on käytössä.

Haitat: Vaikea selvittää kuinka monella oppilaalla on oma kaappi. Isossa koulussa vie paljon aikaa.

Jälkien laskeminen: Oppilaiden määrän voi arvioida laskemalla esimerkiksi kuinka moni oppilas kulkee tiettyyn aikaan koulun ovista.

Hyödyt: Tarkkailu on helppoa ja laskutulos on suhteellisen varma.

Haitat: Ovia saattaa olla useita ja näistä kulkee eri määrät oppilaita. Oppilaiden ovista kulkemisessa voi olla paljonkin eroja – kuinka suuri osa oppilaistaa käyttää ovea tarkkailuaikana?

Suora laskeminen: Kuinka monta opiskelijaa on esimerkiksi välitunnilla pihalla tai koulun ruokalassa. Tämä on mahdollista tehdä myös pienemmällä näytealalla.

Hyödyt: Suoraviivainen menetelmä.

Haitat: Miten saadaan selville kuinka suuri osa oppilaista on ruokasalissa tai pihalla? Isossa koulussa vaikeaa.

Opettajien määrä saattaa olla helpointa laskea suoraan, esimerkiksi opettajanhuoneen ulkopuolelta.

Metapopulaatiopeli

|

Metapopulaatiopeli on Viikin kampuksen Metapopulation Research Groupin suunnittelema metapopulaation käsitettä avaava peli, joka toimii hyvin esimerkiksi lukiolaisilla. Ennen pelaamista oppilaiden pitäisi tietää mitä metapopulaatio tarkoittaa.

Tarvittavat välineet:

  • juoksemiseen sopivat vaatteet
  • eri värisiä kartonkipalasia (yhtä monta kuin laikkuja mukana pelissä)
  • jokaisella pelaajalla kynä.

Pelaajia:

  • minimi noin 20 henkilöä – yksi tuomari, 1-3 saalistajaa ja loput perhosia

Alkuvalmistelut:

Pelikentälle piirretään laikkuja, esimerkiksi hiekkaan, niin että 20 pelaajalle tulee noin viisi laikkua. Laikkujen koko vaihtelee niin, että pienimmille laikuille mahtuu kaksi perhosta ja isoimmille jopa kahdeksan. (Esimerkiksi 15 perhoselle sopivat laukut ovat 1 x 8 paikkaa, 1 x 6 paikkaa, 1x 4 paikkaa ja 2 x 2 paikkaa.) Laikkuja kannattaa asetella niin, että metapopulaatiodynamiikan keskeiset ominaisuudet nousevat esille (esimerkiksi osa laikuista on kauempana ja osa on lähellä toisiaan).

Perhoset jaetaan eri laikuille niin että samassa laikussa aloittaville annetaan samanväriset kartongin palaset ja että sukupuolijakauma olisi mahdollisimman tasainen. Saalistajat jäävät laikkujen väliselle alueelle.

Pelin kulku:

Perhoset pyrkivät parittelemaan mahdollisimman monta kertaa ja saalistajat pyrkivät ottamaan perhosia kiinni. Perhoset ovat turvassa laikuillaan, mutta jos perhoset joutuvat liikkumaan laikusta toiseen, saalistaja voi ottaa ne kiinni. Perhosen peli jatkuu, kunnes perhonen on paritellut kymmenen kertaa tai kun perhonen on saalistettu. Koko peli jatkuu niin kauan kuin perhosia on vielä jäljellä.

Parittelu on mahdollista vain eri sukupuolten välillä kun perhoset ovat samassa laikussa. Paritteluun tarvitaan molempien suostumus. Parittelusta saadut pisteet kirjataan kartonginpalasiin. Jos perhonen parittelee samasta laikusta kotoisin olevan perhosen kanssa (= kartongin palaset ovat samanväriset), molemmat perhoset saavat 1 pisteen. Jos parittelukumppani on toisesta laikusta (=kartongin palaset ovat eriväriset), molemmat saavat 2 pistettä. (Tämä kuvaa sisäsiitoksen vaikutusta populaation elinvoimaisuuteen.) Saman yksilön kanssa ei saa paritella kahdesti peräkkäin samassa laikussa. Voittajaperhosella on mahdollisimman paljon pisteitä.

Laikuissa voi tapahtua paikallisia sukupuuttoja: tuomari voi milloin vain ”sulkea” laikun, niin ettei siinä voi paritella, eivätkä perhoset ole siinä turvassa saalistajilta.

Pelin loppu

Pelin loputtua perhoset laskevat pisteensä yhteen. Pelin voi toistaa toisen kerran, jotta pelaajat voivat kokeilla toisenlaista taktiikkaa. Lopuksi pelin voi purkaa keskustelemalla valituista taktiikoista ja siitä mitkä olivat hyviä ja mitkä huonoja taktiikoita ja toisaalta vaikuttiko muiden valitsemat taktiikat omaan menestymiseen. Oppilaita voi pyytää kehittämään peliä edelleen: Miten tästä pelistä saisi realistisemman? Minkälaisia sääntöjä peliin pitäisi lisätä? Näin oppilaat pääsevät muokkaamaan yksinkertaista mallia metapopulaatiosta (ja huomaavat, että monimutkaisemman mallin käyttäminen on vaikeampaa, kun ei enää muistakaan kaikkia sääntöjä).

Evoluutiopeli III: Vaihteleva ympäristö

|

Tarvittavat välineet:

  • Pelilauta, jolla valmiina eri lämpötiloihin sopeutuneita eliöitä (= paperilappuja joissa optimilämpötilan osoittava numero – alussa esimerkiksi 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6)
  • Tyhjiä paperipaloja joille voi kirjoittaa numeron
  • Noppa

Paperinpalaset vastaavat saman lajin eliöitä ja paperinpalaselle on merkitty optimilämpötila, jossa eliöt menestyvät parhaiten. Lämpötila vaihtelee jokaisen lisääntymiskauden välillä ja lämpötilan ratkaisee nopan silmäluku. Heittäkää noppaa aina jokaisen kierroksen aluksi ja antakaa tämän jälkeen eliöiden lisääntyä.

Eliöt lisääntyvät seuraavasti: Juuri oikeaan lämpötilaan sopeutuneet eliöt saavat kaksi jälkeläistä. Yhden asteen päähän jääneet eliöt saavat yhden jälkeläisen. Jälkeläisten optimilämpötila on aina sama kuin vanhempansa. Ne joiden optimilämpötila jää ympäristön lämpötilasta kaksi astetta, eivät lisäänny eivätkä kuole. Kolme astetta optimilämpötilastaan jääneiden populaatiomäärä supistuu puoleen ja neljä astetta tai enemmän jääneet kuolevat kokonaan.

Pelaa peliä muutama kierros ja merkitse muistiin jokaisen vuoron alussa eliöiden määrä ja optimilämpötila. Vastaa kysymyksiin:

a) Minkälaista evoluutiota populaatiossa tapahtuu?
b) Mitä tapahtuisi jos ympäristön lämpötila nousisi asteella? (Tätä voi kokeilla jatkamalla nopanheittoa ja lisäämällä aina tulokseen ykkösen.)
c) Entä jos ympäristön lämpötila nousisi neljällä asteella?

Evoluutiopeli I: Suojaväritys

|

Tarvitaan:

  • Pelilauta, jolla esim. valkoisia ja mustia paperinpalasia
  • Taulukko johon laskea yksilömääriä

Paperinpalaset vastaavat eliöitä. Joka vuoron alussa ne joutuvat saalistuksen kohteeksi. Peto syö kaksi saalista vuorossa ja se valitsee aina eliöitä, joilla on huonompi suojaväri. Tämän jälkeen jokaista eliöparia kohden syntyy uusi, vanhempiensa värinen eliö. Koko alueella pystyy elämään vain 20 eliötä, joten kun lajimäärä ylittää tämän määrän alueelta kuolee satunnaiset ylimääräiset yksilöt pois.

Pelaa peliä muutama kierros ja merkitse muistiin jokaisen vuoron alussa eliöiden määrä ja väri. Vastaa kysymyksiin:

a) Minkälaista evoluutiota populaatiossa tapahtuu?
b) Mitä kävisi jos yhtäkkiä ympäristön väri muuttuisi?
c) Miten peliin vaikuttaisi jos värejä olisi useampia, esim. harmaan eri sävyjä?

Ravintoketju 1

|
Lähde: Lappalainen, A. 2003. Biologianoppiminen 2000-luvulla. Osa 1. Harjoitustöitä. Helsingin yliopiston opettajakoulutuslaitos.
Tarvikkeet:
–          kartonkia kylteiksi
–          tusseja
–          luokan taulu
Tee näin:
  • Jokainen oppilas saa miettiä mielessään mikä eliö (kasvi, sieni tai eläin) halua olla.
  • Tämän jälkeen kaikki jaetaan 7 ryhmään: tuottajiin (vihreät kasvit), kasvinsyöjiin, 1. asteen petoihin, 2. asteen petoihin, 3. asteen petoihin, jätteensyöjiin ja hajottajiin.
  • Lasketaan oppilaiden määrä kussakin ryhmässä ja kirjataan määrät taululle. Kasveja ja hajottajia pitäisi olla eniten ja 3. asteen petoja vähiten, muita suhteessa (1/10 edellisen tason määrästä) siltä väliltä. Oikeissa suhteissa ryhmät muodostaisivat pyramidin. Onko luokan ryhmistä mahdollista muodostaa pyramidi? Pohditaan syitä, miksi ei (esim. liian vähän osallistujia, roolin sai valita oman mieltymyksen mukaan tms.). Mitä täytyisi tapahtua tai tapahtuu, jotta pyramidista tulee oikeanlainen?
Tuloksia:
Luonnossa ja luonnollisissa olosuhteissa eri ryhmiä on oikeassa suhteessa resursseista riippuen. Luokassa ryhmien muodostuminen ei noudattanut kuitenkaan luonnonlakeja.
Tehtävän taustaa:

Tehtävässä on tarkoitus oivaltaa, että kaikki maapallon ruoka on peräisin kasveista ja aine kiertää eliöltä toiselle.

Ravintoketju 3 – Myyräpeli

|
Lähde: Lappalainen, A. 2003. Biologianoppiminen 2000-luvulla. Osa 1. Harjoitustöitä. Helsingin yliopiston opettajakoulutuslaitos.
Tarvikkeet:
–          iso kartonki tai ulos kannettava taulu ja tusseja, johon merkitään kannan vaihtelut
Tee näin:
  • Oppilaat jaetaan kahteen ryhmään: resurssit (asunto ja ruoka) ja myyrät.
  • Ryhmät asettuvat riviin 5-10 m päähän toisistaan kasvokkain.
  • Myyrät päättävät mielessään, kumpaa he seuraavalla kierroksella tarvitsevat asuntoa vai ruokaa. Resurssit päättävät mielessään, kumpaa he ovat asuntoa vai ruokaa.
  • Kun opettaja antaa lähtömerkinnän, ruokaresurssit alkavat pyörittää kättä vatsan kohdalla ja asuntoresurssit nostavat kädet katoksi pään päälle.
  • Kukin myyrä yrittää juoksemalla saada kiinni asunnon tai ruuan oman tarpeen mukaan. Ensimmäisenä tarvitsemansa resurssilaatua koskettanut saa pitää sen ja säilyy hengissä ja saa jatkaa peliä myyränä. Ne myyrät jotka jäivät paitsi tarvitsemastaan resurssista, kuolevat ja niistä tulee seuraavan pelikierroksen resurssi.
  • Seuraavan kierroksen aikana myyrät palaavat omaan riviin ja resurssit jäävät omaan riviin edellisen kierroksen toteutuneen lukujen mukaan.
Tuloksia:
Hyvinä myyrävuosina, kun myyriä on paljon, resursseista on kilpailua. Myyriä kuolee resurssien puutteeseen ja seuraa huono myyrävuosi ja kilpailu hellittää. Resursseja on saatavilla hyvin ja siitä seuraa ennen pitkään uusi hyvä myyrävuosi.
Tehtävän taustaa:
Leikissä havainnoidaan myyrien riippuvuutta ravinnon ja sopivan pesimäympäristön saatavuudesta. Huomataan, että myyräpopulaation koko vaihtelee ravintotilanteen mukaan. pelin jälkeen voidaan keskustella, mitä muita resursseja myyrät tarvitsevat, jotta ne selviytyvät hengissä ja pystyvät saamaan jälkeläisiä. Mitä hyötyä on siitä, että populaatiota pystyttään kasvattamaan nopeasti, kun olosuhteet ovat hyvät? Millä keinoilla populaatio voitaisiin pitää vakaana, ettei syntyisi suuria heittoja hyvien ja huonojen vuosien välillä?
Myyrien populaatiotiheys ja elinympäristön tarjoamat resurssit ovat keskenään vuorovaikutuksessa. Myyräkanta vaikuttaa myös itse resurssien saatavuuteen. Tavallisesti populaatiotiheys hakeutuu kohti ympäristön kantokyvyksi nimitettyä tilaa eli suurinta populaatiotiheyttä, jonka kyseinen ympäristö pystyy elättämään.
Suuret kannanvaihtelut ovat tavallisia lajeilla, joilla on useita sukupolvia vuodessa. Näillä lajeilla myös ympäristön kantokyky vaihtelee vuodenaikojen mukaan. Kesällä ravintoa on riittävästi ja talvella resurssien vähentyessä kuolleisuus ja lähtömuutto lisääntyvät.