Future City Lab：トレードオフを理解する

彼らが都市計画者、建築家、または地方自治体と協力して家を建てる不動産の大物であることを生徒に伝えます。 政府は、プロジェクトが環境に悪影響を与えない場合にのみ資金を提供します。 生徒に予想される問題を尋ねます。 潜在的な制約のXNUMXつとして価格を考え出すことを期待します。 この活動がモデル化する制約は、価格、具体化されたエネルギー、断熱です。 ここで、具体化されたエネルギーを定義する必要があります（上記を参照）。 家が建てられた後、エネルギーの大部分が加熱/冷却に費やされるため、断熱は重要な考慮事項であることを説明します。

生徒にルールを紹介します。基礎、屋根、壁にそれぞれXNUMXつの材料を選択する必要があります。 材料とスコアを説明するカードがあります。

生徒たちは（2人組または3人組で）家を建てる課題に取り組みます。各カードには3つの評価項目それぞれについて10点満点のスコアが記載されており、10点が最高点です。生徒たちの課題は、各評価項目の合計スコアが15点以上（各構成要素の平均スコアが5点以上）となる家を建てることです。つまり、このシナリオでは、エネルギー消費量、費用対効果、断熱性能のスコアがすべて15点を超えなければ、政府からの資金援助は受けられず、生徒たちは設計をやり直さなければなりません。

注：これは不可能になるように設計されています。 せいぜい、生徒はXNUMXつのパラメーターを最適化できるのは、他のパラメーターを犠牲にするだけです。

生徒たちがこの問題に取り組むのに十分な時間を与えた後、活動を通して得た学びを共有してもらいましょう。なぜこの活動は難しかった（不可能だった）のか？これは何を示しているのか？生徒たちに、トレードオフの概念を説明していたことを明かしましょう。そして、それを踏まえて、トレードオフの定義は何だと思うか尋ねてください。（トレードオフとは妥協のことです。特定の利益を得るには、何らかのコストがかかります。）

質問（発表前にペアで話し合ってください）：ここでは、どのような種類の家が建てられるかを制約する要因について説明しました。生物にはどのような制約がありますか？（考えられる答えとしては、時間、空間、食料、エネルギーなどが挙げられます。）

次に、この質問を提起します（生徒はまだ答えられないかもしれません）：トレードオフはどのように自然selectionを理解するのに役立ちますか？

レッスンの後半で注意すべき誤解の可能性：学生は人口レベルではなく生物レベルで考える傾向があります。 したがって、個々の生物は、あるものに別の生物にエネルギーを費やすかもしれませんが、これは個々の生物の選択ではありません。 むしろ、最も有益な生理学的妥協をした生物のグループは選択的な利点を持っています。

生徒にXNUMX種類の鳥類を配布します（配布資料）。 各鳥について、それは彼らの生息地、食事、および交尾行動を示します。 「エネルギー予算」のフレーミングデバイスを使用して、最初に気づいたパターンを決定し、次にトレードオフを特定するように生徒に求めます。

いくつかのパターン：寒い環境の生物は求愛により少ないエネルギーを費やし、高エネルギーの食物を持つ生物はより多くの交配相手を持っています。

固有のエネルギーのトレードオフは、エネルギーの入力と出力に関係しています。 寒冷地に生息する食物の少ない生物は、暖かく過ごし、採餌/狩猟にエネルギーを費やさなければなりません。 これには、より多くの、またはより良い仲間を探すという犠牲が伴います。 相互に、高エネルギーの食物で暖かい環境に住んでいる生物は、理想的な仲間を見つけることにそのエネルギーのいくらかを費やすのに好まれます。 白い正面のアマゾンは、パターンに完全には適合しないことに注意してください。 大丈夫です-これは非常に単純化されたモデルです。

グループで共有してからディスカッションを行います。 進化的トレードオフとは何ですか？ それは家を建てるときのトレードオフとどのように似ていて違いますか？

進化的トレードオフとは、自然界が、ある意味で利点をもたらすが、コストがかかる特性を選択するものです。 おそらく、すべての適応はトレードオフです。

家の活動において、意思決定者は請負業者、つまり人間であったことを明確にする瞬間です。 進化におけるエネルギーのトレードオフの場合、意思決定者は自然選択です。 どちらのバランスが最も好ましいかは、生殖上の利点をもたらします。

進化的なトレードオフの観点から思考を実践するのを助けるために、生徒または生徒のグループに難易度の異なるこれらの問題を提示します。 答えは各問題の下に提供されます。

1.）ブラインドケーブフィッシュ

メキシコの洞窟の魚は、約XNUMX万年前に表面に住むいとこから分岐したと考えられていますが、まだ目がありません！ 暗い環境で目の喪失（いわゆる退行的進化）を説明できるのは何ですか？ ラマルク進化ではなく、自然selectionの言語を使用して説明してください！

目は非常にエネルギーがかかり、このサイズの魚の推定エネルギー消費量の15％を占めています。 目も感染しやすいです。 目が視覚の利点を提供していない場合、そのエネルギーは無駄になります。 他の生物学的機能（おそらく生殖など）にエネルギーを捧げた魚には、選択的な利点がありました。

2.）ゴールデンイーグル

イヌワシは大きな略奪鳥です。 彼らは主に魚、爬虫類、リス、および他の小さなげっ歯類を食べます。 イヌワシは「持続グリップ法」を使用して獲物を殺します。獲物をつかみ、onsで絞る。 山のヤギのような大きな獲物を食べることはほとんどありませんが、食べるときには別の方法を使用します。ヤギを拾ってバランスを崩そうとするため、崖から落ちます。 その後、ワシはごちそうのために崖の底に飛びます。 なぜこの方法が山羊固有のものであり、山岳生息地に住むヘビにも見られないのですか？

これは、「最適な採餌理論」の優れた例です。進化は、エネルギーの純利益を最大にする方法を選択することを提案します。 ヤギを落とすと、比較的少ない労力で大量の食物が得られます。 逆に、山を上下に飛行することは、だけで簡単に殺すことができるヘビに費やすにはあまりにも多くのエネルギーです。

3.）カリブ海のアルツハイマー病

ブラジルのスラム街やその他の地域では、水質の悪い水が多く、下痢による合併症で亡くなっています。 これらの子どもたちは、脱水や栄養失調のために悪化します。 同じ集団で、世界の他の場所と比較した場合、APOE4と呼ばれるまれな遺伝子突然変異がはるかに一般的です。 この突然変異は、後年にアルツハイマー病の可能性を高めます。 可能な進化の説明は何ですか？

APOE4は、過剰な下痢による栄養失調による子供の発達上の問題を防ぐことが示されています。 このトレードオフが有利なのはなぜですか？ アルツハイマー病は、通常、生殖後に人々に影響を及ぼします。 したがって、この特定のタイプの栄養失調で子供が死亡する人口では、自然選択は、後の認知症を犠牲にして、生殖年齢までの子供の生存を支持します。

4.）ビーチドロップ

ブナのしずくは植物であり、寄生虫でもあります。 ブナの木の根から栄養分を吸い取り、それ自体を支えます。 ブナのしずくは植物であるため、緑の葉の付いた植物の子孫であると安全に推測できます。 ブナのしずくには、葉緑素のない鱗片があります。 確かに光合成は二次的なエネルギー源を可能にします。なぜ自然選択が葉の損失を好んだのでしょうか？

寄生虫は、ホストの防御を回避するために専門化する必要があります。 これにはエネルギーがかかります。 ブナのしずくの場合、植物の細胞壁を貫通できるハウストリアと呼ばれる特殊な構造を成長させます。 光合成は受動的な活動ではありません。必要な特殊な構造を持つ機能的な葉を成長させ、葉緑素にかなりの栄養素とエネルギーを摂取させます。 植物は日光を奪い合います。 寄生に特化することは、明らかに「すべての取引のジャック」戦略よりも選択的に有利です。

5.）エージング

豊富な科学的証拠は、老化（老化とも呼ばれます）が遺伝子にプログラムされているという仮説を示しています。これは、iPhoneが「計画的陳腐化」のような新技術の一部に似ています。 ？

これもエネルギーのトレードオフです。 生物の体を維持および修復するために必要なエネルギーは、生殖に費やされるエネルギーを犠牲にします。 XNUMX倍を超えて繁殖しない限り、XNUMX倍の長さで生活することには選択的な利点はありません。

6.）オオカミのクモ

雄のオオカミのクモは、乾燥した葉に向かって激しく足を叩き、仲間を求愛します。 最近の研究では、この活動は雄のクモの免疫機能を直接犠牲にすることが示されています。 これが、なぜ女性のクモにとって太鼓が魅力的なのかを説明するのに役立つのでしょうか？

このトレードオフがまさに、ドラムを「正直な特性」と呼ぶ理由です。この求愛活動にエネルギーを費やす余裕があるのは、本当に健康な男性だけです。 したがって、病気ではない太鼓を打つ男性はかなりのフィットネスを示しています。

家のような無生物のものから自然の生物まで、すべてのシステムが最大限の効率を追求するトレードオフのシステムで動作していることがわかります。 建築材料と自然selectionの自然過程に対する人間の選択にはどのような違いがありますか？ ある人が他の人よりも「合理的」であると言うことはできますか、それとも両方の欠点ですか？