Stellen Sie Darwins Experimente in Ihrem Garten nach

Der Biologe James T. Costa hat einige von Darwins Experimenten nachgestellt, die zu seiner Evolutionstheorie führten. Jetzt können Sie sie bequem in Ihrem Garten ausprobieren.

Das Folgende ist ein Auszug aus Darwin's Backyard von James T. Costa.

Darwins „Samensalz“-Experimente zielten darauf ab, erstens zu bestimmen, wie lange Samen ihre Vitalität behalten, nachdem sie Salzwasser ausgesetzt waren, und zweitens, wie lange sie im Salzwasser schwimmen oder sinken können. Er führte mehrere Versionen dieses Experiments mit Samen vieler Arten durch, darunter Gartengemüse, Unkräuter und tropische Pflanzen.

A. Materialien

Salzwasser: Bereiten Sie je nach Umfang Ihres Experiments 3,8 bis 38 Liter Salzwasser vor. Uns interessiert die Annäherung an Meerwasser. Wie Darwin können Sie mit handelsüblichen Salz- und Mineralpräparaten problemlos künstliches Meerwasser herstellen. Sie können Ihre Salzmischung bei jedem der zahlreichen Online-Händler für Aquarienbedarf (Instant Ocean® und Natural Sea Aquarium Salt Mix von Oceanic Systems, Inc. sind günstigere Marken) oder in einer örtlichen Zoohandlung oder einem Aquarienfachgeschäft kaufen. Oder machen Sie es selbst mit diesem Rezept:

Lösen Sie in jeweils 3 Gallonen (11,4 Liter) frischem Wasser Folgendes auf:

Solche chemischen und mineralischen Mischungen verleihen Süßwasser alle Eigenschaften von Meerwasser und machen es für Meereslebewesen geeignet. Wenn Sie ein Meerwasseraquarium zur Haltung von Fischen einrichten würden, müssten wir auf den Salzgehalt und die Qualität des verwendeten Süßwassers achten. Da wir Samen einfach in unserem Salzwasser schwimmen lassen, besteht darüber kein Grund zur Sorge. Übrigens: Selbst wenn Sie in der Nähe des Ozeans leben, ist die Verwendung von künstlichem Salzwasser immer noch vorzuziehen, da das Meerwasser voller Algen und anderer Mikroorganismen ist, die absterben und verrotten und das Wasser verunreinigen.

B. Andere Materialien

Darwins Hinterhof: Wie kleine Experimente zu einer großen Theorie führten

2. Erfassen Sie täglich den Status der Samen und protokollieren Sie für jedes Gefäß die Anzahl der noch schwimmenden und die Anzahl der gesunkenen Samen. Dies kann auf unbestimmte Zeit fortgesetzt werden, wie Darwin es tat, indem er in regelmäßigen Abständen Samen entfernte, um zu sehen, wie lange sie nach längerer Einwirkung von Salzwasser lebensfähig bleiben würden. Für die meisten Menschen ist es jedoch praktischer, das Experiment über einen festgelegten Zeitraum durchzuführen – 1, 2 oder 3 Wochen, oder was auch immer Sie bevorzugen. Größere Gruppen mit Replikaten jeder Samenart ernten möglicherweise ein Replikat pro Art nach beispielsweise einer Woche Exposition, ein zweites Replikat nach zwei Wochen usw. Alternativ können alle Replikate für den gleichen Zeitraum ausgesetzt werden, um eine Beschreibung zu erhalten Statistiken zur Samenleistung bei Replikaten.

3. Notieren Sie am Ende der für das Experiment festgelegten Zeitspanne die Anzahl der schwimmenden gegenüber den versunkenen Samen für jede Art. Nehmen Sie zunächst die schwimmenden Samen mit dem Löffel aus jedem Gefäß heraus und achten Sie darauf, dass keine Samen versinken. Holen Sie dann die versunkenen Samen zurück und achten Sie dabei darauf, jede Art getrennt zu halten und die noch schwimmenden und versunkenen Samen jeder Art getrennt zu halten. Spülen Sie die Samen in frischem Wasser ab und pflanzen Sie die Samen mit einer der beiden folgenden Methoden ein:

Papierhandtuch-Methode. Verwenden Sie separate Schalen für Schwimmer und Senker jeder Art. Legen Sie ein Stück Papiertuch auf den Boden der Schüssel, tränken Sie es mit Wasser und legen Sie die Samen hinein. Tränken Sie das zweite Stück Papierhandtuch und legen Sie es über das untere Stück, sodass die Samen bedeckt sind. Setzen Sie den Deckel auf die Schüssel, um die Feuchtigkeit einzuschließen. Stellen Sie sicher, dass alle Gerichte gekennzeichnet sind (Art, Floater vs. Sinker, Datum).

Bodenmethode. Pflanzen Sie jeden Satz sorgfältig in benachbarte Einheiten der Keimwohnung. (Wenn die Wohnung keine einzelnen Pflanzeinheiten hat, gittern Sie die Wohnung mit einer Schnur ab.) Pflanzen Sie schwimmende und versunkene Samen jeder Art separat. Wiederholen Sie den Vorgang bei Bedarf mit Wasser und decken Sie die flachen oder Tassen mit Plastikfolie ab.

4. Wenn alle Samen gepflanzt sind, setzen Sie Schalen, Keimplatten oder Becher indirektem Sonnenlicht (nicht direktem Sonnenlicht) oder einer Wachstumslampe aus. Überwachen Sie täglich und notieren Sie die Anzahl der keimenden Samen jeder Kategorie (Art, schwimmend oder versunken usw.).

Notieren Sie für jede Art und jede Salzwasser-Expositionszeit (1 Woche, 2 Wochen usw.):

(a) Anzahl und Prozentsatz der schwimmenden Samen, gekeimt im Vergleich zu nicht gekeimt. (b) Anzahl und Prozentsatz der versunkenen Samen, gekeimt im Vergleich zu nicht gekeimt

5. Am Ende dieses Experiments tabellieren Sie die Daten und notieren Sie den Prozentsatz der Samen, die während des Versuchszeitraums sinken und über Wasser bleiben, sowie den Prozentsatz der Keimung jeder Kategorie. Die Ergebnisse lassen sich auf Darwins ursprüngliches Rätsel zurückführen: Wie besiedeln Arten abgelegene Inseln? Aus unserem von Darwin inspirierten Experiment lassen sich zwei Schlussfolgerungen in Bezug auf Flotation und Lebensfähigkeit in Salzwasser ziehen. Erstens bleiben die Samen mancher Arten über einen längeren Zeitraum schwimmend. Wie lange dauerte Ihr Experiment und wie weit konnten sie in dieser Zeit von Strömungen getragen werden? In einem Brief an Hooker wies Darwin darauf hin, dass „viele Meeresströmungen eine Meile pro Stunde zurücklegen; selbst in einer Woche könnten sie 168 Meilen transportiert werden; der Golfstrom soll 50 und 60 Meilen pro Tag zurücklegen.“ Tatsächlich ist dies für einige Strömungen wahrscheinlich eine Unterschätzung: Mit einer geschätzten maximalen Oberflächengeschwindigkeit von 5,6 Meilen pro Stunde könnte der Golfstrom schwimmende Samen über 130 Meilen pro Tag transportieren! Versuchen Sie, dies zu berechnen.

6. Die versunkenen Samen könnten für Darwins Zwecke weniger informativ erscheinen. Allerdings liefern auch sie Einblicke, indem sie zeigen, inwieweit Samen nach der Einwirkung von Salzwasser, ob schwimmend oder sinkend, lebensfähig bleiben könnten. Welcher Anteil Ihrer versunkenen Samen ist im Vergleich zu den schwimmenden Samen gekeimt?

Darwin war beeindruckt von dem Vorkommen von Süßwasserschnecken auf vielen abgelegenen Inseln und untersuchte den Transport auf dem See- und Luftweg: schwimmend oder auf Floßfahrten oder per Lufttransport durch Vögel. Experimente zeigten, dass Süßwasserschnecken im Salzwasser nicht lange überleben konnten, also beschloss er, sie stattdessen mitzunehmen. Können Wasservögel Wasserschnecken tragen? Schnecken oder andere Lebewesen können an Bord der Füße von Enten und Gänsen klettern, insbesondere wenn Enten schlafen und ihre Füße im Wasser baumeln. Um dies zu testen, wandte sich Darwin seinem „Schneckenhaus“ zu – einem Aquarium mit Süßwasserschnecken jeden Alters – in dem er getrocknete Entenfüße baumeln ließ. Bald stellte er fest, dass mehrere junge Schnecken an Bord kletterten. Wie lange konnten sie durchhalten? Wie er später in „The Origin“ schrieb: „Diese frisch geschlüpften Weichtiere lebten zwar von Natur aus im Wasser, überlebten aber auf den Füßen der Ente in feuchter Luft zwölf bis zwanzig Stunden; und in dieser Zeitspanne konnte eine Ente oder ein Reiher zumindest fliegen.“ Sechs- oder siebenhundert Meilen weit und würde mit Sicherheit in einem Teich oder Bach landen, wenn er über das Meer zu einer ozeanischen Insel oder zu einem anderen entfernten Punkt geweht würde. Hier ist ein Entenfußexperiment, das Darwin stolz machen würde. Wir werden sehen, wie viele Wasserlebewesen die von uns konstruierten Modell-Entenfüße besiedeln könnten.

A. Materialien

[Treffen Sie den Paläobiologen, der die Wissenschaft in „Jurassic Park“ inspiriert hat.]

B. Verfahren

Herstellung Ihres Entenfußmodells:

1. Zeichnen Sie die Umrisse des Entenfußes mithilfe der hier abgebildeten Skizze als Vorlage oder einer von Ihnen selbst angefertigten Skizze auf Stoff oder andere Materialien nach, mit denen Sie den Schwimmhäutenteil eines Entenfußes simulieren können.

2. Bohren Sie mit dem Messer oder Nagel vorsichtig ein Loch, das groß genug ist, um den Dübel an den gegenüberliegenden Seiten des Tischtennisballs einzuführen. Führen Sie den Dübel durch die Kugel ein, wobei an einem Ende der Kugel („oben“) etwa 2 cm überstehen.

3. Befestigen Sie den Dübel in der Kugel und dichten Sie ihn gegen Wasseraustritt ab, indem Sie einen Tupfer Silikon- oder Gummizement um den Dübel herum auftragen, wo er die Kugel berührt. Wenn Sie einen Korken verwenden, bohren Sie an einem Ende ein etwa 0,6 cm tiefes Loch und stecken Sie ein Ende des Dübels fest hinein.

4. Befestigen Sie den „Entenfuß“ selbst mit einer Reißzwecke an der Basis des längeren Endes des Dübels („Bein“). (Hinweis: Es können mehrere Modelle mit jeweils unterschiedlichem Material für den Fuß hergestellt werden. Anschließend kann die Wirksamkeit der verschiedenen Materialien bei anhaftenden Organismen verglichen werden.)

5. Ziel ist es, das Entenfußmodell im Wasser schweben zu lassen, wobei Bein und Fuß in die Wassersäule baumeln. Da der Dübelfuß selbst schwimmfähig ist, muss wahrscheinlich ein kleines Angelgewicht am Schaft des Teppichnagels befestigt werden, mit dem der Fuß befestigt wird. Testen Sie es, indem Sie Ihr Entenfußmodell so tief ins Wasser (Aquarium oder gefülltes Waschbecken) stellen, dass das Bein mit gesenktem Fuß aufrecht wippen kann. Befestigen Sie bei Bedarf zusätzliche Gewichte an der Basis, damit das Modell aufrecht schwimmt. Achten Sie jedoch darauf, nicht so viel Gewicht hinzuzufügen, dass das Modell vollständig sinkt. Wenn Sie das Gewicht im Gleichgewicht haben, ist Ihr Entenfuß einsatzbereit! Eine Angelschnur oder eine Lichterkette kann mit einer Reißzwecke an der Oberseite des Modells befestigt werden.

[Evolution geht schneller als man denkt.]

Bereitstellen des Modells:

2. Lassen Sie Ihr Entenfußmodell mindestens 2 bis 3 Tage im Teich schwimmen (Dauer ist unbefristet). Wenn Sie Ihr Modell bergen, halten Sie eine Schale oder einen verschließbaren Beutel bereit, um das Modell sofort nach dem Herausheben aus dem Wasser aufzunehmen. Sammeln Sie kein zusätzliches Wasser, sondern nehmen Sie einfach den Fuß aus dem Wasser und legen Sie ihn direkt in die Pfanne oder den Beutel. Spülen Sie zu Hause den mit Schwimmhäuten versehenen „Fuß“ über der Pfanne vorsichtig mit einer mit frischem Wasser gefüllten Spritzflasche ab.

3. Untersuchen Sie den Fuß mit einer Lupe oder einem Binokular auf Anzeichen von pflanzlichem oder tierischem Leben. Ebenso können Proben des Pfannenwassers mit einer Pipette oder einem Spritzgerät in eine Petrischale oder einen ähnlichen Gegenstand zur Beobachtung unter dem Präpariermikroskop übertragen werden. Es kann schwierig sein, einige kleine Organismen wie Protisten und Algen von Trümmern zu unterscheiden, aber eine sorgfältige Beobachtung wird ihre Struktur offenbaren und zeigen, dass sich Protozoen ständig bewegen. Größere Organismen – Insektenlarven, winzige Schnecken usw. – sollten offensichtlich sein. Notieren Sie die beobachteten Organismen und versuchen Sie, ihre Anzahl zu zählen oder abzuschätzen.

4. Dieses Experiment hat eine flexible Laufzeit von Tagen bis Wochen oder länger. Bei mehreren Kopien können die Modelle einzeln abgerufen und analysiert werden – beispielsweise in einwöchigen Abständen über einen Zeitraum von ein bis drei Monaten. Die Anzahl und Vielfalt der an den Füßen haftenden Organismen kann für einzelne „Enten“ und für die Gruppe als Ganzes tabellarisch erfasst werden. Wer mehrere Entenfüße einsetzt, kann die Ergebnisse im Zeitverlauf und/oder den Ertrag verschiedener Fußmaterialien grafisch darstellen. Können manche Materialien Kolonisten besser anlocken? Unterscheidet sich die Art oder Häufigkeit der Organismen je nach Material, wobei unterschiedliche Materialien in verschiedenen Gruppen reicher sind?

Aus dem Buch Darwin's Backyard von James T. Costa. © 2017 von James T. Costa. Verwendung mit Genehmigung des Herausgebers WW Norton & Company, Inc. Alle Rechte vorbehalten.

James Costa ist der Autor von „Darwin's Backyard: How Small Experiments Led to a Big Theory“ (WW Norton & Company, 2017). Er ist außerdem Direktor der Highlands Biological Station und Professor für Biologie an der Western Carolina University. Er lebt in Cullowhee, North Carolina.