エネルギーダイナミクス

概念インストラクター準備学生プロトコル
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  1. Caterpillar Energy Dynamics
    • 注:このラボでは、典型的な栄養システムにおけるバイオマスの移動を調べるために、食物の有無にかかわらずイモムシを育てます。
    • プラスチックの桶の底を並べるのに十分なキャベツの葉の濡れた塊を量り、記録します。
    • 次に、キャベツの生息地から5匹の毛虫を2つのバッチで収集し、各バッチの湿った質量を個々の計量ボートで個別に計量して記録します。各測定の前に、必ず天びんを風袋引きしてください。仮説:実験的な仮説は、キャベツとキャタピラの栄養段階の間でエネルギーの一部だけが移動し、かなりの量が廃棄物と熱エネルギーとして失われるというものです。帰無仮説は、キャベツからのエネルギー入力と、キャタピラにバイオマスとして蓄えられた得られたエネルギーとの間に有意差はないというものです。
    • 湿ったペーパータオルで裏打ちされたプラスチックの浴槽に、重さを量ったキャベツと5匹の毛虫を入れ、換気のために蓋を少し開けておきますが、動物が逃げるのに十分な幅はありません。
    • 他の5匹のキャタピラーを、キャベツのない同じ方法で準備された2番目のきれいな容器に入れます。
    • 3日後、毛虫を新しい計量ボートに移し、毛虫とキャベツの両方のグループの最終的な湿った塊を計量して記録します。
    • 次に、毛虫の廃棄物、またはフラス、キャベツを2つの別々の皿に入れ、両方の皿を37°Cのインキュベーターに入れて48時間乾燥させます。
    • 計量した毛虫をマイナス20°Cの冷凍庫に24時間入れて安楽死させます。
    • 次に、皿を37°Cのインキュベーターに48時間移します。
    • 乾燥後、食べ残しのキャベツ、2つのグループの毛虫、およびフラスの乾燥質量を計量して記録し、これらのデータを使用して毛虫のバイオマスの割合を計算します。
    • 最後に、乾燥した生物とプレートをすべて有害廃棄物ビンに捨て、70%エタノールでワークスペースを拭き取ります。
  2. 結果
    • 収集したデータを見てください。初期ウェットマス、最終ウェットマス、およびファイナルドライマスカラムがテーブルに正確に充填されていることを確認してください。ここをクリックして表1をダウンロードしてください
    • 注:オブジェクトのバイオマスはその乾燥質量に等しいことを忘れないでください。したがって、各グループのバイオマスの割合は、最終乾燥質量を最終湿潤質量×100で割ったものである。たとえば、キャベツのバイオマスの割合は、最終乾燥質量を最終湿潤質量で割って100を掛けることにより得られます。これは、キャベツの総重量の約15%がバイオマスであることを意味します。
    • この後、キャベツとキャタピラの初期バイオマスを推定し、バイオマスの割合に初期湿潤質量を掛けて、この新しい表に値を入れます。注:バイオマスは乾燥質量に等しいことを忘れないでください。したがって、最終的な乾燥質量は、各グループの最終バイオマスに等しくなります。
    • キャベツ、キャタピラ、フラス内のキロカロリーの形でおおよその初期エネルギーと最終エネルギーを計算するには、テーブルに記録されたバイオマス値に換算値を掛け、計算された値をテーブルに記録します。表2をダウンロードするにはここをクリックしてください
    • この後、最終エネルギーから初期エネルギーを差し引いて、各グループのエネルギーの変化を求めます。
    • 注:負の符号はエネルギーの損失を示し、正の符号はゲインを示します。
    • データテーブルを使用して、給餌された毛虫が呼吸によって失ったエネルギーをキロカロリーで計算します。式はキャベツから得られるエネルギーであり、これはキャベツによって失われたエネルギーの正から、キャベツから得られるバイオマスを差し引いたものから、フラスを介して失われたエネルギーを差し引いたものです。ここをクリックして表3をダウンロードしてください
    • 次に、給餌されていないキャタピラのグループに対して同じ計算を繰り返します。テーブルに別の列を作成し、これをメモします。
    • 最後に、バイオマスとキャベツの消費によって得られるすべてのエネルギーと、毛虫の各グループのフラスと呼吸によって失われたエネルギーを合計します。注:キャタピラの両グループにとって、正味のエネルギーはゼロであり、この実験は熱力学の第一法則に従ったことを意味します。