frank gul Naturkunskap 1b
Gunnar Björndahl
Johan Castenfors
Elin Johansson
Sara Wahlberg
frank gul Naturkunskap nivå 1b
Gunnar Björndahl
Johan Castenfors
Elin Johansson
Sara Wahlberg
Liber
ISBN 978-91-47-15372-5
© Gunnar Björndahl, Johan Castenfors, Elin Johansson, Sara Wahlberg och Liber AB. Text- och datautvinning ej tillåten.
projektledare: Louise Westin förläggare: Per Granath Byrmo redaktör: Marcus Hylander och Eva Lundström
grafisk form och omslag: Cecilia Frank/Frank Etc. AB bildredaktör: Martina Mälarstedt/Sanna Bilder AB illustratör: Cecilia Lorentzon
granskare: Gunilla Zuleta (kapitel 14)
Fjärde upplagan
1
Repro: Repro 8 AB, Stockholm
Tryck: People Printing, Kina 2025
KOPIERINGSFÖRBUD
Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet.
Intrång i upphovsrättshavarens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuscopyright.se.
Liber AB, 113 98 Stockholm Kundservice tfn 08-690 90 00 Kundservice.liber@liber.se www.liber.se
Bildförteckning
7 Science Photo Library/TT
8:2 NASA Goddard
8:3 Science Photo Library/TT
11:1 Photo Scala, Florence
11:2 Photo Fine Art Images/ Heritage Images/Scala, Florence
13 Alamy/TT
14 NASA
15 Gado/Getty Images
16 Mario Tama/Getty Images
17 plainpicture/Johnér
19 Raymond Gosling/King’s College London
20 Science Photo Library/TT
21 Science Photo Library/TT
23:1 Science Photo Library/TT
23:2 Science Photo Library/TT
26:1 Vertigo3d/Getty Images
26:2 Ted Horrowitz Photography/Getty Images
26:3 iStock/Getty Images
28:1 Johan Wingborg/ Göteborgs universitet
28:2 Chris Collingridge
28:3 Science Photo Library/TT
31 Science Photo Library/TT
32 Alphafold 3
33 skynesher/Getty Images
38 Science Photo Library/TT
40 Eye Ubiquitous/Getty Images
44:3 Emil Fagander/Johnér
45 Maskot/Getty Images
47:1 Scandinav/Johnér
47:2 RunPhoto/Getty Images
47:3 Maja Suslin/TT
48 Susanna Svensson
50 Charles D. Winters/ PhotoResearchers/TT
52 Plattform/Johnér
53 SDI Productions/Getty Images
54 Janerik Henriksson/TT
56 Wirestock/iStock
57 Mikael Svensson/Johnér
65 Kepseu/XINHUA/TT
69 NASA/JPL-Caltech/MSSS
72 DEA/Getty Images
73 Hannes Grobe, AWI/ Wikipedia
79:1 Mårten Dalfors/Johnér
79:3 Ullstein Bild/Gtty Images
84 Jelena Safronova/iStock
88:1 Mikael Svensson/Johnér
88:2 Åsa Lännerström/Johnér
88:3 Sirpa Ukura/Mostphotos
88:4 Magnus Ström/Johnér
88:5 Mikael Svensson/Johnér
88:6 Maskot/Johnér
91:1 Heiko119/iStock/Getty Images
91:2 Moncherie/Getty Images
94:1 Bloomberg/Getty Images
94:2 Peter Schiazza/Getty Images
94:3 kampee patisena/Getty Images
95 Järnvägsmuseet
97 Maskot/Getty Images
98 Biletskiy:Evgeniy/iStock/ Getty Images
98 Maskot/Getty Images
102:1 Kim Kyung-Hoon/Reuters/ TT
102:2 AFLO/EPA/TT
103 SKB
104 Science Photo Library/TT
105 Matthew Horwood/Getty Images
106 Govan Schang/iStock/ Getty Images
109 U.S. Coastguard/Getty Images
109 Johan Nilsson/TT
110 Alexander Farnsworth/TT
113 Trons/TT
115 Mikael Svensson/Johnér
116 Johnér/Getty Images
118 Adam Ihse/TT
120 Jonas Ekströmer/TT
122:1 Westend61/Getty Images
122:2 Magnus Hjalmarson Neideman SvD/TT
126:1 Tore Hagman/TT
126:3 Laurence Soulez/iStock/ Getty Images
130 Jan Delden/TT
132 Javier Fernández Sánchez/ Getty Images
133 Mikael Kårelind
137:1 Science Photo Library/TT
137:2 Richard Carey/Getty Images
138 Gustaf Hugelius/Inst för naturgeografi/Stockholms universitet
139 Alberto Saiz/AP/TT
140 Sirachai Arunrugstichai/ Getty Images
142 Sture Gustafsson/TT
143 Gordon Scammell/Alamy
144 Thomas Adolfsén/Johnér
145 TT/iStock/Getty Images
146 Pascal Maitre/Panos Pictures
147 Monty Rakusen/Getty Images
148 Wildmedia/Mostphotos
149 Tero Niemi/Johnér
153 Torbjörn Lilja/N/TT
156:1 uk8691/iStock
156:2 tiero/iStock
156:3 Beeldbewerking/iStock
157 Björn Larsson Rosvall/TT
158 Moment/Getty Images
159 Globala Målen/UNDP
160 Tomas Ohlsson/TT
166 Emil Nordin
168 Science Photo Library/TT
173 Nick Hannes/Panos Pictures
178:1 Rania Rönntoft/Johnér
178:3 Mahmoud Khaled/Polaris/ TT
180 Globala målen
181 The Sustainable Development Report
182 Johan Nilsson/TT
184:1 Rick Bajornas/UN Photo
184:2 Mahmoud Khaled/Polaris/ TT
188:1 Hanna Franzén/TT
188:2 Omer Messinger/Getty Images
190:1 liuzishan/Getty Images
190:3 Karl Forsberg/Johnér
191:1 Anton Petrus/Getty Images
191:2 Svenk plaståtervinning
192 Johner/Getty Images
194 Hanna Brunlöf Windell/ TT
196:1 David Castor/Wikipedia
196:2 SLU
196:3 Martina Holmberg/TT
197 Petter Haldén
201 plainpicture/Johnér
202:1 Science Photo Library/TT
202:2 Science Photo Library/TT
202:3 Nina Schoening/Getty Images
204 Science Photo Library/TT
210 plainpicture/Johnér
212 Peter Lilja/Getty Images
213 Wade Million/SLU
215 Science Photo Library/TT
218 Gopixa/Mostphotos
219 Mauro Fermariello/Science Photo Library/TT
220 Volker Steger/Science Photo Library/TT
222 z1b/iStock
224:2 Connect Images/Johnér
228:1 Johan Willner/Johnér
228:2 fcafotodigital/Getty Images
228:3 Marco Bottigelli/Getty Images
229 Folke Hellberg/DN/TT
231 Mariam Butt/NTB/TT
233 Bit245/iStock/Getty Images
236 d3sign/Moment/Getty Images
237 Johnér/Getty Images
242 Du Cane Medical Imaging LTD/Science Photo Library/TT
245:1 Binnerstam/iStock/Getty Images
248:1 baona/iStock/Getty Images
248:2 A1 Limited Edition/iStock
249 Science Photo Library/TT
251 Joel Marklund/Bildbyrån
252 Maskot/Johnér
253 Lennart Månsson/ Bildbyrån
254 PeterHermesFurian/Getty Images
256:1 David Parry/Pa Photos/TT
256:2 Joakim Ståhl/SvD/TT
257 Steve Gschmeissner/ Science Photo Library/TT
258 Kriangkrai Thitimakorn/ Getty Images
259 Simon Fraser/Science Photo Library/TT
260 Jonas Ekströmer/TT
261 Ulf Palm/TT
268:1 LB Studios/Getty Images
270 Halfpoint Images/Getty Images
271 Plattform/Johnér
272 Depiction AB/Johnér
273 Johan Willner/Johnér
275 Science Photo Library/TT
276 Universal History Archive/ Getty Images
278 Stina Stjerkvist/TT
279 Kyrre Lien/NTB/TT
280 F Boillot/Shutterstock/TT
281:2 Lars Hedelin/TT
282 Adam Dean/Panos Pictures
283 Science Photo Library/TT
284 Hussein El-alawi / Sydsvenskan/TT
285 Plattform/Johnér
286:1 Maskot/Getty Images
286:2 Phia Bergdahl/Johnér
286:3 Plattform/Johnér
286:4 Matilda Mariadotter/ Johnér
286:5 Pernilla Tofte/Johnér
291 Plattform/Johnér
292 Connect Images/Raphye Alexius/Getty Images
295 Globala målen
296 XINHUA/TT
298 Kwamikagami/Wikipedia
299 Alexander Roslin: Carl Fredrik Adelcrantz 1754 (foto: Leif Mattson/ Konstakademien)
300 Alexander Farnsworth/TT
301 Tomas Gunnarsson/ Genusfotografen
302 plainpicture/Johnér
303 Sandra Qvist/TT
304 Pierre Alozie/Eyevine/TT
305:1,2 Amanda Falkman/Johnér
305:3 Plattform/Johnér
308 Plattform/Johnér
311 © Mwesuwa Ramsey/ WHO
313 Haiyun Jiang/NYT/TT
Övriga fotografier: Shutterstock
Förord
Välkommen till Frank Gul Naturkunskap nivå 1b!
I den fjärde upplagan av Frank Gul Naturkunskap nivå 1b möter du det centrala innehållet i Gy25 med uppdaterat innehåll och nya kapitel.
Frank Gul är indelad i tre block baserade på huvudområdena i ämnesplanen:
• Vetenskapligt arbete och vetenskapshistoria
• Hållbar utveckling och ekologi
• Människokroppen och hälsa
Varje kapitel består av avsnitt med en enhetlig struktur för att underlätta lärandet:
• Inledning: Varje kapitel börjar med en kort introduktion följt av kunskapsmålen och centrala begrepp, markerade i fetstil där de definieras.
• Avsnitt med kunskapskontroll: Varje avsnitt avslutas med en “Testa dina kunskaper”-sektion som erbjuder träning på begreppen och frågor på en grundläggande nivå.
• Mera om-rutor: Dessa korta fördjupningar finns för den som vill läsa mer och utforska ämnet ytterligare.
Dessutom innehåller kapitlen Perspektiv som fördjupar och breddar ämnesområdena med syfte att stimulera diskussion och personlig reflektion. Här får du också träna på att använda naturvetenskap i din kommunikation.
Varje kapitel avslutas med en sammanfattning i både text och en tankekarta som hjälper dig att koppla ihop begrepp och metoder. Sist i kapitlet finns uppgifter som hjälper dig att befästa kunskaperna.
Vi önskar dig en god läsning och lycka till med naturkunskapen!
Författarna Gunnar Björndahl, Johan Castenfors, Elin Johansson och Sara Wahlberg
Innehåll
Block 1
Vetenskapligt arbete och vetenskapshistoria 7
1 Den föränderliga naturvetenskapen . .
.8
1.1 Naturvetenskapen bygger på upptäcker . . .9
1.2 Vetenskapliga teorier kan motsäga varandra
1.3 Nya teorier kan förkasta gamla teorier
1.4 Modeller utvecklas tillsammans med teorier
1.5 När upptäckter blir till en tävling
1.6 Upptäckter kan rädda liv
.13
.15
.17
.19
2 Naturvetenskapens
karaktär .
2.1 Att arbeta naturvetenskapligt
2.2 Naturvetenskapens hjälpmedel .
2.3 Vikten av att ha ett kritiskt förhållningssätt
2.4 Missbruk av naturvetenskap
2.5 Naturvetenskap och etik
perspektiv: Flygskam, köttskam och plastskam.
.27
.30
.36
.38
.41
.21 perspektiv: Covid-19- vaccinet
Sammanfattning
Uppgifter.
.23
.24
.25
Sammanfattning
Uppgifter.
3 Naturvetenskapen omkring oss
3.1 Naturvetenskapliga upptäckter påverkar oss alla
3.2 Naturvetenskap i vardagen
3.3 Naturvetenskap i arbetslivet
Sammanfattning
Uppgifter.
.42
.43
.44
.45
.47
.52
.55
Block 2
Hållbar utveckling och ekologi
4 Jorden i ett energiflöde
4.1 Energi . .
4.2 Hydrosfären
perspektiv: Den ojämlika tillgången på vatten.
4.3 Atmosfären. .
4.4 Jordens klimat .
Sammanfattning
Uppgifter. .
5 Biosfären
5.1 Ekosystemens organismer.
5.2 Ämnen cirkulerar i kretslopp
5.3 Energi flödar igenom ekosystemen
5.4 Människan i biosfären
perspektiv: Pollinering
Sammanfattning
Uppgifter. .
6 Samhällets behov av energiråvaror .
6.1 Energianvändningens utveckling
6.2 Användning av energiråvaror
perspektiv: Kärnkraftsolyckan i Fukushima
perspektiv: Råoljeutsläpp. .
6.4 Energi från fondresurser
6.5 Energi från flödesresurser
6.6 Framtidens energibehov
Sammanfattning
Uppgifter
. .58
.59
.63
.65
.66
.68
.74
.75
.77
80
.84
.87
.91
.92
.93
.94
.95
.98
.102
.109
.110
113
118
.124
7 Människans livsstil påverkar miljön .
7.1 Människans totala miljöbelastning
7.2 Giftiga ämnen i miljön
perspektiv: Plast i havet och mikroplaster
7.3 Global uppvärmning.
7.4 Försurning
7.5 Övergödning.
.126
.127
.130
7.6 Förlust av den biologiska mångfalden. . .146
7.7 Påverkan från flera miljöproblem.
Sammanfattning
8 Hållbar produktion och konsumtion
8.1 Konsumtionssamhället
8.2 Hållbar produktion
8.3 Material för en hållbar produktion.
8.4 Hållbar konsumtion
perspektiv: Klädkonsumtion
8.5 Cirkulär ekonomi.
174 Sammanfattning
Uppgifter
9 På väg mot ett hållbart samhälle
9.1 Ett jordklot, 17 globala mål
9.2 Miljötoppmöten. .
9.3 Sveriges Nationella miljömål.
.179
.183
.186 perspektiv: Skolstrejk för klimatet. . . .188
9.4 Politik för ett hållbart samhälle .
.189
9.5 Samhällsanpassningar inför framtiden . .194 Sammanfattning
.199 Uppgifter.
Block 3
Människokroppen och hälsa
10 Cellen och genetik .
10.1 Cellen . .
10.2 Informationen sitter i generna
10.3 Genetisk variation på individ- och artnivå.
10.4 Undersöka DNA.
10.5 Organismer går att förändra
10.6 Genterapi . .
10.7 Juridiska och etiska perspektiv på genteknik.
. 202
.203
207
211
.214
.217
220
.222
perspektiv: Framtidens möjligheter. . .224
Sammanfattning
Uppgifter.
11 Våra matvanor
11.1 Förändrade matvanor.
11.2 Maten ger byggmaterial och energi .
11.3 Matspjälkningssystemet och näringsupptag. .
perspektiv: Diabetes
Sammanfattning
Uppgifter. . .
.225
.227
.228
.229
.233
240
.245
.246
.247
12 Träning och cirkulation .
12.1 Skelett och muskler. .
perspektiv: Nya möjligheter att få muskler.
12.2 Gasutbyte – andning. .
12.3 Vårt cirkulationssystem
Sammanfattning
Uppgifter.
13 Du kan påverka din hälsa
13.1 Vår allmänna hälsa
13.2 Stress. .
13.3 Sömnens betydelse
13.4 Droger och skadligt bruk
.249
.268
.276 perspektiv: Drogliberalism.
13.5 Livskvalitet.
Sammanfattning
Uppgifter.
.281
.286
.288
14 Sexualitet och sexuell hälsa . . . 290
14.1 På väg mot vuxenlivet.
14.2 Vem är jag?
14.3 Sex på egna villkor.
14.4 Sex med ansvar
perspektiv: Sexuell och Reproduktiv Hälsa och Rättigheter (SRHR)
Sammanfattning
.291
.297
.302
.307
313
.314 Uppgifter.
Register.
Bildförteckning
315
Block 1
Vetenskapligt arbete och vetenskapshistoria
Det här blocket handlar om naturvetenskap, vad det är, hur den förändras och på vilket sätt den används för att beskriva vår omvärld. I blocket kommer du först att läsa om hur olika upptäckter stegvis tagits fram och på vilket sätt en sådan upptäckt kan förändra vår syn på naturen. Nya upptäckter sker sällan av en slump. Bakom dem finns ett systematiskt naturvetenskapligt arbete med arbetsmetoder som inleds med en frågeställning. Det, och hur etiska frågeställningar kan förknippas med naturvetenskap, kommer kapitel 2 behandla. Sist i blocket beskrivs hur naturvetenskap ständigt finns närvarande i din vardag. I tekniken du omger dig med, i dagliga aktiveter i hemmet och i skolan, och i ditt kommande yrkesliv.
Mikroskopbilden visar hur en lus griper tag i ett hårstrå.
CENTRALT INNEHÅLL I BLOCK 1
• Naturvetenskap bakom historiska och aktuella händelser i omvärlden samt naturvetenskapens betydelse för individ och samhälle.
• Etiska frågor med koppling till det naturvetenskapliga innehållet.
• Naturvetenskap som tillämpas inom arbetslivet.
• Granskning av information och argumentation som rör naturvetenskap. Skillnaden mellan vetenskapliga och icke-vetenskapliga påståenden.
1 Den föränderliga naturvetenskapen
Naturvetenskap är läran om den fysiska världen – alltså vår omgivning. Den delas ofta upp i olika vetenskapliga inriktningar så som fysik, kemi, biologi, geovetenskap, miljövetenskap, astronomi och medicin.
Det är lätt att tro att naturvetenskapen är statisk – det vill säga att den inte förändras, men det stämmer inte.
När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om …
• hur naturvetenskapliga upptäckter bygger på varandra
Kunskaper i och om naturvetenskap utvecklas och förändras eftersom vi lär oss mer och mer om vår omvärld. Nya upptäckter kan också helt förkasta eller skapa konflikter med den befintliga kunskapen.
I detta kapitel ska vi kika på några olika naturvetenskapliga upptäckter och hur naturvetenskaplig kunskap kan förändras över tid.
• hur observationer och experiment kan tolkas på olika sätt
• hur modeller kan användas för att beskriva en upptäckt och att modeller förändras i takt med att kunskapen ökar
• hur olika forskare kan konkurrera med varandra om samma upptäckt
• att nya upptäckter kan göra att gamla måste förkastas
• upptäckter som kan lösa stora samhällsproblem.
Centrala begrepp
• antibiotika
• art
• empirisk forskning
• evolutionsteorin
• geocentrisk världsbild
• gravitationskraft
• hypotes
• materia
• modell
• naturvetenskaplig teori
• pseudovetenskap
• grundforskning
• heliocentrisk världsbild
• tillämpad forskning
• vaccination
Vilka begrepp känner du igen?
1.1 Naturvetenskapen bygger på upptäcker
Från Ptolemaios till Newton
“If I have seen further, it is by standing on the shoulders of giants” är ett mycket känt citat från Sir Isaac Newton. Han lär ha sagt detta då hans teori om gravitationskraften kunde förklara hur olika himlakroppar, som planeterna i vårt solsystem, kunde stanna kvar i sina banor i rymden. Newton levde mellan åren 1643 och 1727, men för att förstå hans citat behöver vi backa ända till åren 126–141 efter vår tideräknings början. Då arbetade den grekiska astronomen Ptolemaios i Egypten.
Den geocentriska världsbilden
Efters en him
var st teckn
betyd alla h
Astronomer och filosofer innan Ptolemaios hade säkert också spanat upp på himlen och funderat över olika himlakroppar. Ptolemaios gjorde dock noggranna vetenskapliga undersökningar som visade att solen, månen och de planeter som kunde observeras, rörde sig på ett regelbundet sätt på himlen. Eftersom deras banor verkade vara förutbestämda gick det att förutspå när en himlakropp skulle synas på himlavalvet. Ptolemaios utgick ifrån att jorden var stilla, medan planeterna rörde sig runt den. Bilden av universum som upptecknats efter Ptolemaios brukar kallas den geocentriska världsbilden Geo betyder jorden, så världsbilden utgick alltså från att jorden var i centrum av alla himlakroppar.
Ptolem
na och
Ptolem
veten
Med d veten plane
Ptolemaios trodde också att människans öde var förutbestämt av planeterna och stjärnorna position på himlavalvet. Det som idag kallas för astrologi. Ptolemaios grundade därför både naturvetenskapen astronomi och pseudovetenskapen astrologi. En pseudovetenskap definieras som en falsk vetenskap. Med det menas att någon använder vetenskapliga begrepp, som stjärnor och planeter, för att förklara något fenomen som inte grundar sig på vetenskap.
som i
Den geocentriska världsbilden utgick från att de då kända himlakropparna kretsade kring jorden.
I den heliocentriska världsbilden kretsade de då kända himlakropparna runt solen.
Astrologin stannar kvar, astronomin utvecklas
Sedan Ptolemaios tid har det inte hänt så mycket med astrologin. Den utgår fortfarande ifrån att människors öde bestäms av himlakroppars positioner. Däremot har astronomin utvecklats. På 1500-talet beskrev Nicolaus Copernicus den heliocentriska världsbilden, där helios betyder solen. Copernicus studerade planeternas rörelser och fick inte det geocentriska världsbilden att stämma. Planeter kunde inte cirkulera runt jorden. I stället föreslog han att solen var universums mittpunkt och lät, i sin världsbild, planeterna och jorden, kretsa runt solen. Idag kan vi tycka det är självklart att planeterna i vårt solsystem rör sig runt solen, men på 1500-talet var detta revolutionerande och en extremt modig tanke. I Copernicus världsbild var inte jorden längre i universums mitt, något som både stred mot dåtidens uppfattning i Europa och förminskade människans position. Människan var ju inte längre i universums mittpunkt.
Brahe och Kepler
För att naturvetenskap ska utvecklas behövs hjälpmedel i form av olika tekniska instrument. Under slutet av 1500-talet konstruerade den danska astronomen Tycho Brahe flera olika instrument. Dessa användes när han studerade himlen. Med hjälp av instrumenten kunde han, med en noggrannhet som inte tidigare funnits, beskriva de olika himlakropparnas rörelser och positioner. Brahe bedrev empirisk forskning. Det innebär att omgivningen observeras och slutsatser dras utifrån det som kan ses med hjälp av instrument. Brahes elev, Johannes Kepler, tog över sin lärares forskning och lyckades med olika matematiska beräkningar fastställa planeternas exakta banor runt solen.
Den moderna naturvetenskapens födelse
År 1610 konstruerade den italienska matteläraren Galileo Galilei världens första stjärnkikare, eller teleskop som det också kallas. Med den kunde han bekräfta mycket av den forskning som astronomer innan honom kommit fram till. Dessutom upptäckte han många nya himlakroppar. Ibland kallas Galilei för världens första vetenskapsman. Galilei hade nämligen en tydlig metod för hur naturvetenskaplig forskning skulle bedrivas. Observationerna hade alltid ett förutbestämt syfte och allt dokumenterades noga. Galileis elever lärde sig att bedriva en objektivforskning
Det betyder att forskning inte ska påverkas av politik eller religion. Observationer ska göras med ett öppet sinne och med modet att tänka nytt. Galilei levde dock i ett mycket religiöst samhälle där kyrkans lag gällde, så mycket av Galileis forskning ansågs farlig och brändes upp. Den finns därför inte bevarad för eftervärlden. Däremot blev Galileis sätt att utöva forskning på naturvetenskaplig grund vägledande för hur naturvetenskaplig forskning skulle bedrivas framöver.
Newton och gravitationskraften
Vad de tidigare astronomerna inte kunde lösa var hur planeterna kunde hålla sig kvar i sina banor runt solen, eller hur månen kunde röra sig runt jorden. Newton använde forskningsresultaten från Copernicus, Brahe, Kepler och Galilei, de han kallade jättarna. Med deras kunskap som bakgrund gjorde han egna observationer. Utifrån det formulerade han en hypotes – en trolig förklaring till fenomenet. Hans hypotes var att stora objekt utövar någon form av kraft på varandra som gör att de dras emot varandra. Newton såg att denna dragningskraft blir större ju större objekten är, och ju närmare varandra de befinner sig. Han kallade kraften för gravitationskraft, och med hjälp av den kunde Newton förklara hur planeterna hölls kvar i banor runt solen och varför föremål som vi tappar, ramlar ned mot jordytan.
Galileis teleskop kunde förstora ett objekt 33 gånger. Med det såg Galilei mer i än någon tidigare sett av rymden.
Även jorden utövar en gravitationskraft på månen som håller kvar månen i sin bana runt jorden. Månen utövar också en gravitationskraft på jorden, men eftersom månen är mycket mindre än jorden märks den inte lika mycket. Både gravitationskrafterna från månen och solen gör att havsnivån varierar över dygnet, det vill säga skapar återkommande skillnader i havsnivån. Det kallas för tidvatten.
Både jorden och månen utövar gravitationskraft på varandra, men eftersom jorden är större än månen är också dess gravitationskraft större.
Gravitationskraften är en naturvetenskaplig teori
Ibland kommer du på någonting, som du inte är riktigt säker på. Då kanske du säger ”jag har en teori om att….”. En sådan teori är sällan en naturvetenskaplig teori. En naturvetenskaplig teori innebär i stället den bästa beskrivningen och förklaringen som finns för att visst fenomen. Gravitationskraften är en sådan naturvetenskaplig teori, och kan därför benämnas gravitationsteorin. En naturvetenskaplig teori är däremot inte statisk. Med ny kunskap kan teorin ändras, helt eller delvis.
Efter Newton
Forskningen kring universum tog såklart inte slut med Newton, utan pågår fortfarande och ger varje år nya upptäckter. Albert Einstein har använt Newtons teorier för sin forskning. För Einstein var Newton ”A giant whose shoulders he could stand on” för att föra sin forskning framåt.
1.1 Testa dig själv
FÖRKLARA BEGREPPEN
• geocentrisk världsbild
• pseudovetenskap
• heliocentrisk världsbild
• empirisk forskning
• objektiv forskning
• hypotes
• gravitationskraft
• naturvetenskaplig teori
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Vad är skillnaden mellan astrologi och astronomi?
2 Vilken är den största skillnaden mellan den geocentriska och den heliocentriska världsbilden?
3 Varför benämns Galileo som världens första vetenskapsman?
4 Varför har vi tidvatten på jorden?
1.2 Vetenskapliga teorier kan motsäga varandra
Forskare kan tolka data på olika sätt
Ibland kan olika forskargrupper ta fram naturvetenskapliga teorier som strider mot varandra. Detta trots att forskargrupper har tillgång till samma observationer och samma fakta. Ändå kan de alltså tolka resultaten på olika sätt.
I början av 1900-talet pågick en diskussion mellan olika forskargrupper kring universums storlek. Dåtidens astronomer hade en ganska bra bild över vår galax, Vintergatan. Vad de såg i teleskopen analyserades och naturvetenskapliga teorier utvecklades. Men en sak var de inte överens om. I teleskopen syntes märkliga gasmoln. Vissa astronomer menade att gasmolnen fanns i Vintergatan, och att Vintergatan alltså var hela universum. Andra astronomer menade att gasmolnen var helt egna galaxer, som låg bortanför Vintergatan. Frågan försvårades av att det på denna tid var ett stort problem med avståndsmätning i rymden. Det gick exempelvis inte att avgöra om en stjärna lyste starkt för att den var nära vårt solsystem, eller om den lyste starkt för att det var en extremt stor och klar stjärna.
The Great Debate
För att avgöra vilken teori om universum som var korrekt anordnade
Smithsonian Museum i Washington 1920, det som kom att kallas för The Great Debate. Universums storlek skulle debatteras och olika forskargrupper bjöds in att debattera mot varandra. Det är oklart vem som egentligen vann debatten och vilken teori som blev vedertagen kunskap. År 1923 tog den amerikanska astronomen Edwin Hubble ett foto på ett gasmoln, som sedan skulle visa sig vara Vintergatans närmaste granne, Andromedagalaxen. Fotot skulle till slut avgöra debatten. Med i fotot fanns stjärnor som astronomer redan lyckats beräkna avståndet till, och när de jämfördes med gasmolnet visade det sig att gasmolnet måste ligga utanför Vintergatans yttre gräns. Med hjälp av Hubbles foto växte universum från några tusen ljusår stort till att bli flera miljarder ljusår stort. Dessutom bevisades att vår galax bara är en bland många. Ett ljusår är ett astronomiskt längdmått, som är den sträcka ljus färdas i vakuum under ett år.
Edwin Hubble med en bild på Andromedagalaxen.
Big bang-teorin beskriver universums startpunkt, för cirka 13,8 miljarder år sedan. Då var allt samlat i en enda punkt, och sedan dess har universum expanderat.
Forskning som följde
Hubbles bild och vidare observationer öppnade upp för mer forskning om universums storlek. Bland annat observerades fler galaxer, och ju längre bort galaxerna var från Vintergatan, desto snabbare rörde de sig bort från oss. Det sågs som ett bevis på att universum expanderar, blir större, och om universum blir större har det en gång varit mindre. Om vi vet med vilken hastighet som universum blir större, kan vi räkna bakåt till den tid när allt i universum var samlat i en enda punkt. Att universum expanderar blev grunden för det vi känner till som teorin Big bang, universums födelse.
1.2
Testa dig själv
FÖRKLARA BEGREPPEN
• ljusår
• Big bang
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Vilka två tankar stod emot varandra i början av 1900-talet, vad gäller universums storlek?
2 På vilket sätt bidrog Hubble till debatten om universums storlek?
1.3 Nya teorier kan förkasta gamla teorier
Teorier kan överges
För det mesta utvecklas naturvetenskapliga teorier med ny kunskap. Ibland kan ny kunskap inom ett ämne vara så omvälvande att gamla teorier kullkastas och behöver skrivas om helt. Så skedde exempelvis med evolutionsteorierna, alltså de teorier som handlar om hur arter förändras och utvecklas under årtusenden. Evolution betyder just utveckling. Däremot finns det flera definitioner på vad ordet art betyder. Individer tillhör samma art om de kan föröka sig med varandra och avkomman dessutom blir fertil, det vill säga kan skaffa egen avkomma. Individer anses även tillhöra en art om de har samma gemensamma anfader och därmed specifika egenskaper som andra arter saknar.
Darwin och Evolutionsteorin
Under första halvan av 1800-talet fanns flera biologer och forskare som hade börjat undersöka mångfalden av arter utifrån perspektivet att arter utvecklas. Samtidigt som det stred mot den religiösa tron att gud skapat allt som det är just nu, fanns nämligen en bred naturvetenskaplig trend i Europa. Bland de personer som undersökte arters utveckling fanns den brittiska biologen Charles Darwin.
Under 1830-talet deltog Darwin i en fem år lång världsomsegling och expeditionsresa. Darwins huvudsakliga uppdrag var att utföra olika geologiska undersökningar, framför allt i Sydamerika. Darwin fascinerades över spridningen av djur och växter och alla fossiler av utdöda djur som han såg under sin resa. Under de kommande 20 åren arbetade han med sin teori kring att arter utvecklas med tiden. Enligt katolska kyrkan var jorden 6 000 år, men om alla arter skulle ha hunnit utvecklats och spridit sig beräknade Darwin att jorden var minst 300 miljonerår. Idag vet vi att jorden är 4 600 miljoner år.
Darwin skrev och publicerade flera böcker och den mest kända är kanske Om arters uppkomst. I boken presenterade han sin teori om detnaturliga urvalet, en teori som innebär att arter förändras över tid eftersom vissa egenskaper gynnas. Darwin var vid publiceringen redan en framstående forskare, och med denna bok vände han sig till allmänheten. Darwin utgick från husdjursavel där vissa egenskaper ofta förstärks genom att para utvalda individer. Hans hypotes var att det kanske också
Karikatyr av Charles Darwin. I boken Om arternas uppkomst finns inga direkta påståenden om att vi härstammar från aporna, men många drog ändå den slutsatsen.
Darwins illustration av livets träd. I bilden visar han att det finns en möjlighet att alla arter på jorden har samma ursprung, och att denna organism antagligen redan är utdöd.
fungerade så ute i naturen.
Darwin menade att det finns en kamp om resurser i naturen. Resurserna kan vara i form av mat, boplats, solljus eller partners. I det naturliga urvalet är det de individer som är bäst anpassade till sin miljö som kommer att vinna kampen. De har större chans att överleva och därmed också att föröka sig. På så sätt kommer deras egenskaper att föras vidare till avkomman, som får liknande egenskaper och kanske även bättre förutsättningar för överlevnad. Vi får en utveckling av arterna mot en bättre anpassning i den rådande miljön. Eftersom miljön ständigt förändras har evolutionen inget mål.
Lamarckismen
Darwin var absolut inte först med en teori om att arter utvecklas. Det han däremot var först med var en teori som visade på en trolig förklaring bakom arters utveckling. Darwin själv växte upp med en farfar som var övertygad Lamarckist. Lamarckismen var en evolutionsteori uppkallad efter den franska biologen Jean-Baptiste Lamarck. Han antog i sin teori att arter under sin livstid strävar efter att utvecklas för att passa bättre i sin miljö. De övar sig alltså för att bli bättre på en egenskap. Denna egenskap ärvs sedan ned till nästa generation och på så sätt utvecklas arter. Tänk dig att du spelar fiol och övar på din fiol varje vecka. När du sedan får ett barn kan barnet redan spela fiol eftersom det ärver din inövade egenskap. Många accepterade och trodde på Lamarckismen och teorin var allmänt spridd innan Darwin publicerade sin version av evolutionsteorin. Då övergav många Lamarckismen.
1.3 Testa dig själv
FÖRKLARA
BEGREPPEN
• evolutionsteori
• art
• det naturliga urvalet SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Vad menas med att arter för en kamp om resurser?
2 Hur fungerar utvecklingen av egenskaper
• enligt Lamarck?
• enligt Darwin?
1.4 Modeller utvecklas tillsammans med teorier
Modeller beskriver teorier
Det är inte bara teorier som bygger på varandra utan det gör även de modeller som används för att beskriva olika vetenskapliga teorier. En vetenskaplig modell är en enklare förklaring av ett fenomen. Orienteringskartan är ett exempel på en modell över en skog. Den visar olika stigar som streck, stenar som prickar och kullar med höjdkurvor.
Inom naturvetenskapen är modeller ett vanligt verktyg eftersom många naturvetenskapliga teorier beskriver saker som vi faktiskt inte kan se med blotta ögat, som Big bang, en mänsklig cell eller atomer.
Atommodellen utvecklas
Kartan är ju ingen exakt efterlikning av verkligheten, den är mycket mindre, i papper och den förenklar naturen med olika symboler.
Allt som har en vikt och en volym består av materia. Alltså allt från människor till luft. Materia byggs upp av atomer, som är den minsta byggstenen i ett grundämne. Vi kan inte se atomer utan tillgång till mycket speciella mikroskop. Därför behöver vi kunna göra en modell av atomen där modellen kan förklara ungefär hur en atom är uppbyggd. Modellen av atomen har förändrats och utvecklats parallellt med att teorierna om atomens uppbyggnad har utvecklats.
Idén om att alla ämnen består av atomer kommer från början från den antike grekiske filosofen Demokritos och hans efterföljare, men det var först i början av 1800-talet som den brittiske kemisten John Dalton formulerade en modern atomteori. Dalton såg atomerna som små klot, utan några mindre delar. Mot slutet av 1800-talet förstod de att det går att frigöra negativt laddade partiklar från atomerna. De här partiklarna fick namnet elektroner.
En engelsk fysikern vid namn Joseph John Thomson la 1904 fram den så kalllade russinkakemodellen av atomen. Thomson tänkte sig att de små, negativt laddade elektronerna var spridda i en större massa av positivt laddad materia, ungefär som russin i en kaka.
Den nyzeeländske fysikern Ernest Rutherford kom strax efter fram till att det mesta i en atom faktiskt är tomrum, samt att det finns något mitt inne i atomerna, en kärna, som är större än elektronerna. Partiklarna i den positivt laddade kärnan kom senare att kallas för protoner.
Den danske fysikern Niels Bohr lyckades 1913 förbättra atommodellen. Enligt den modellen kan varje elektron bara befinna sig på ett bestämt avstånd från atomkärnan.
På 1920-talet övergavs uppfattningen om att veta exakt var elektronerna befinner sig. I stället sa de var det är mest sannolikt att elektronerna befinner sig i förhållande till kärnan. Vi fick då den kvantmekaniska modellen av atomen.
Thomsons modell
Daltons modell
Modellen av atomen har utvecklats när nya upptäckter om atomen gjorts.
Rutherfords modell
Mera om:
ATOMER
Bohrs modell kvantmekanisk modell
Om vi ser på variationen i antalet protoner i atomens kärna, så kan vi säga att det finns drygt 100 olika typer av atomer. Ett ämne som bara är uppbyggt av en sorts atomer kallar vi för ett grundämne. Tillsammans med protonerna i kärnan finns även de oladdade neutronerna. När antalet neutroner varierar, men antalet protoner (och elektroner) är detsamma handlar det om olika isotoper, alltså olika varianter, av samma grundämne.
När två eller fler atomer binds till varandra, kallar vi gruppen för en molekyl. Om molekylen består av olika sorts grundämnen kallar vi det för en kemisk förening. För att lätt kunna beskriva bland annat hur grundämnen bygger upp kemiska föreningar har alla grundämnen ett speciellt kemiskt tecken.
Kemiska föreningar bildas genom kemiska reaktioner. I en kemisk reaktion kan två eller flera grundämnen eller kemiska föreningar reagera och bilda nya ämnen.
I en atom finns det lika många elektroner som protoner, och eftersom elektronerna har negativ elektrisk laddning, och protonerna positiv, så tar de elektriska laddningarna ut varandra. Atomen blir oladdad. Samma sak gäller för molekyler, eftersom molekylerna är uppbyggda av atomer. Ibland kan en atom eller en molekyl förlora elektroner och bli en positiv jon, eller ta upp elektroner och bli en negativ jon. Anledningen till att det bildas joner är att ämnena då hamnar i en mer stabil form och därför inte reagerar vidare. En atom som blivit jon kallas för atomjon, medan en molekyl som blivit jon kallas för sammansatt jon.
1.4 Testa dig själv
FÖRKLARA BEGREPPEN
• modell
• materia
• atom
• elektron
• proton
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Varför används modeller för att beskriva naturvetenskapliga teorier?
2 Vad kom Rutherford fram till vad gäller atomens struktur?
3 Hur ser Bohrs modell av atomen ut?
1.5 När upptäckter blir till en tävling
Konkurrensen om DNA-molekylen
I början av 1950-talet hade forskare sedan länge förstått att egenskaper ärvs från föräldrar till barn. Det utgick ju också Darwin ifrån i sin evolutionsteori. De förstod att det måste finnas någon form av molekyl som styrde de egenskaper som ärvdes och att den molekylen måste föras över från föräldrar till barn via könscellerna, alltså när ett ägg och en spermie möts i en befruktning. Vilken typ av molekyl det var frågan om, och hur överföringen från molekyl till egenskaper fungerade, var ännu inte klarlagt.
Minst tre forskargrupper försökte parallellt lösa gåtan kring arvets molekyl, den som senare skulle bli känd som DNA (Deoxiribonukleinsyra). Det var en amerikansk grupp med biokemisten Linus Pauling i spetsen och två brittiska grupper, med fysikerna Maurice Wilkins och Rosalind Franklin samt molekylärbiologerna Francis Crick och James Watson. Samtliga forskargrupper ville vara först med att lösa gåtan – men samtliga var också i behov av varandras forskningsresultat för att komma vidare.
Pauling bidrog med kemin
Pauling publicerade flera år innan de brittiska forskargrupperna en artikel med en tänkbar bild av DNA-molekylen. Den hade en struktur som till stora delar liknade den struktur vi känner till idag. Modellen förkastades och ansågs felaktig, men han lyckades ändå beskriva en del av kemin bakom DNA-molekylen. Bland annat förklarade Pauling hur atomerna var bundna till varandra och han klassade molekylen som en nukleinsyra.
Franklin bidrog med en bild
Franklin var en av dåtidens främsta experter inom så kallad röntgenkristallografi. Metoden gick ut på att bestämma större molekylers tredimensionella struktur. Molekylen bestrålades med röntgenstrålning, och stålningen böjdes av på olika sätt när den träffade atomerna som ingår i molekylen. Detta fångades upp på en fotografisk film och gjorde att de kunde beräkna molekylens form. Tekniken används fortfarande, men idag finns datorprogram som kan räkna ut formen utifrån fotografier.
År 1952 tog Franklins doktorand, Raymond Gosling, ett foto som kallas photo 51, och sägs vara den första bilden på DNAmolekylen. Franklin förstod att de var lösningen på spåret och att bilden verkligen var betydelsefull, men varken hon eller kollegan Wilkins kunde tolka bilden.
Photo 51 visar det mönster som fångades upp då DNA-molekylen bestrålades med röntgenstrålning.
Franklin var inte speciellt intresserad av att inleda ett samarbete med Watson och Crick och avfärdade deras förslag om samarbete. Det sägs även att Wilkins och Franklin hade svårt att samarbeta. Wilkins och Watson ska däremot ha blivit vänner och delade forskningsresultat med varandra. Kanske hamnade Franklins bild hos Watson via Wilkins?
Crick och Watson publicerar upptäckten
Det mesta talar för att Crick och Watson fick en kopia av photo 51. De lyckades i vilket fall tolka fotografiet och byggde en fysisk modell av molekylen. År 1953 publicerade de en artikel som beskrev DNA-molekylens uppbyggnad och utseende.
År 1962 fick Crick och Watson dela Nobelpriset i fysiologi eller medicin med Wilkins. Rosalind Franklin hade då redan gått bort i cancer. Samma år mottog Pauling Nobels Fredspris för sin kamp mot användningen av kärnvapen. För sitt arbete med kemiska strukturer hos komplexa molekyler mottog Pauling Nobelpris i kemi redan 1954.
1.5 Testa dig själv
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 På vilket sätt bidrog
a) Pauling
b) Franklin
c) Crick och Watson
… till upptäckten av DNA-molekylen?
2 Vilka mottog Nobelpriset för upptäckten av DNA-molekylen?
Watson och Crick tillsammans med den modell av DNA-molekylen som de byggde för att visa dess struktur.
1.6 Upptäckter kan rädda liv
Tillämpad forskning ger botemedel
En del naturvetenskaplig forskning är så kallad grundforskning. Den forskningen sker för att öka vår förståelse av exempelvis universum eller hur naturen fungerar. Sådan forskning sker ofta på en högskola eller ett universitet. Det finns också tillämpad forskning, som ofta sker i samarbete med något företag. Den typen av forskning har ett specifikt problem som ska lösas, något som direkt kan tillämpas på företaget eller i samhället. Inom medicinforskning sker mycket tillämpad forskning, både på sjukhus och på läkemedelsföretag. Då utgår forskare från en sjukdom eller ett symtom, och försöker sedan hitta ett botemedel. Två exempel på tillämpad forskning som räddat miljontals med liv är upptäckterna av vaccinet och antibiotikan.
Jenner och det första vaccinet
Under 1700-talet antas 60 miljoner människor i Europa ha dött av smittkoppor, som är en virussjukdom. Det var då den absolut vanligaste virussjukdomen. Smittkoppor är extremt smittsamt och har en hög dödlighet om den inte behandlas. De få som överlevde blev ofta vanställda, blinda och döva resten av livet. Den brittiska läkaren Edward Jenner lär i slutet av 1700-talet hört en kvinna som mjölkade kor säga att hon inte kunde få smittkoppor, eftersom hon var smittad av kokoppor, en sjukdom som kor ofta bar på. Utslagen som kokopporna gav liknande de från smittkoppor, men gav inte alls lika allvarliga symtom.
Jenners första försök med vaccination ska ha involverat en 8-årig pojke. På dennes arm ympade, överförde, Jenners sekret från kokoppor.
Jenner formulerade en hypotes om att de som smittats av kokoppor inte kunde bli smittade av smittkoppor. Han bestämde sig för att testa sin hypotes. Ett antal friska personer smittades avsiktligt med kokoppor och utvecklade symtomen för kokoppor. Efter några veckor smittades de även med smittkoppor. Ingen av de smittade blev dock sjuka i smittkoppor. Jenners slutsats var att kroppen hos de kokoppssmittade personerna utvecklat ett skydd mot smittkopporna. Det gick alltså att lära kroppen att skydda sig mot en sjukdom om kroppen utsattes för en mildare variant. Fenomenet döpte Jenner till vaccination som kommer från latinets ord för ko, vacca. Jenners upptäckt har räddat miljontals liv och idag är smittkoppor en helt utrotad virussjukdom. Under andra halvan av 1800-talet togs också en mängd andra vacciner för olika sjukdomar fram, baserade på Jenners upptäckt.
Borrelia är en bakteriesjukdom som sprids via fästingar och kan behandlas med penicillin.
1.6 Testa dig själv
FÖRKLARA
BEGREPPEN
• grundforskning
• tillämpad forskning
• vaccin
• antibiotika
• vaccination
• penicillin
Upptäckt av en slump
Antibiotika är en sorts läkemedel som dödar bakterier som gör oss sjuka. Det sägs ha upptäckts av en slump då den brittiske forskaren Alexander Fleming 1929 såg att mögel hade dödat några av hans bakterieodlingar. Fleming forskade på bakterieinfektioner som spreds bland brittiska soldater i krig. Möglet, en sorts encellig svamp, verkade utsöndra ett ämne som gjorde att bakterierna inte kunde växa. Han kallade ämnet för penicillin och började testa det på olika bakterier som gjorde människor sjuka. Penicillin är en typ av antibiotika som finns naturligt i till exempel mögelsvampar. Andra forskare arbetade sedan vidare med penicillinet och lyckades till slut massproducera det. Antibiotika har effektivt minskat vissa typer av sjukdomar, som tuberkulos, och även möjliggjort exempelvis organtransplantationer.
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Hur testade Jenner sin hypotes?
2 Varför heter vaccin just vaccin?
3 Från vilken organism kommer ursprungligen penicillinet?
Covid-19- vaccinet
Smittkoppor, som utrotades till följd av Jenners upptäckt, räknas som en pandemi. En pandemi är en infektionssjukdom som har spridit sig över hela jordklotet. Den 11 mars 2020 meddelade Världshälsoorganisationen att virussjukdomen covid-19 officiellt också var en pandemi. Då fanns sjukdomen i 114 länder och mer än 120 000 människor var smittade. I augusti 2024 hade 7 miljoner människor avlidit till följd av covid-19. Det kan låta mycket, vilket det är, men vi ska inte glömma bort att 700 miljoner människor har testat positivt för viruset. Om vi jämför med tidigare pandemier som spanska sjukan eller digerdöden är dödsfrekvensen för covid-19 relativt låg. Vaccinet mot covid-19 togs fram rekordsnabbt. Det berodde bland annat på att forskare världen över samarbetade, samt att virusets genetiska material snabbt kartlades.
Ett traditionellt vaccin innehåller en liten del av den bakterie eller det virus som orsakar sjukdomen. Det är så försvagat att det inte gör oss sjuka, däremot reagerar kroppens immunförsvar på vaccinet och börjar producera de antikroppar som behövs för att försvara kroppen mot sjukdomen. Antikroppar är små proteiner som känner igen det främmande ämnet, binder sig till det och signalerar till resten av kroppens immunförsvar att det finns främmande ämnen som bör förstöras. På så sätt har vi redan ett skydd när vi blir infekterade.
Det vanligaste Covid-19-vaccinet är ett så kallat mRNA-vaccin. mRNA, eller budbärarRNA, är en kopia av en liten bit DNA som innehåller koden för ett protein. I cellerna kan mRNA översättas till proteiner, vilket är en process som ständigt sker i våra celler.
Våra celler kan inte skilja på sitt eget mRNA och mRNA-vaccinet och börjar därför tillverka det protein som vaccinet kodar för. I detta fall protein från coronaviruset. När proteinet lämnar cellen identifierar immunförsvaret det som ett protein från ett virus och börjar producera antikroppar för att bekämpa det. Om kroppen senare infekteras av viruset, är immunförsvaret redo att försvara sig.
En dos av covid-19-vaccinet håller på att förberedas.
Forskningen kring mRNA-vacciner var ingen ny forskning 2020. Liknande vaccin hade testats tidigare men aldrig i så stor skala. En av nackdelarna var att mRNA är en molekyl som snabbt bryts ned. Vaccin går därför inte att lagra någon längre tid, utan måste produceras och ges eftersom. Fördelarna med denna typ av vaccin var ändå att det var relativt billig att utveckla och gick snabbt att massproducera. Något som var livsviktigt för att rädda liv och hindra pandemins framfart.
DISKUSSIONSFRÅGOR
1 Vilka för- och nackdelar har ett mRNA-vaccin mot för att traditionellt vaccin?
2 Hur tror du det skulle sett ut idag om inte massvaccineringen mot covid-19 hade kommit i gång så snabbt?
Sammanfattning
• Vetenskapliga upptäckter bygger på tidigare vetenskapliga upptäckter. Ett exempel är hur synen på universum och himlakropparnas banor och positioner har förändrats.
• Pseudovetenskap är falsk vetenskap, som använder vetenskapliga begrepp för att förklara något ovetenskapligt.
• En hypotes är ett antagande om hur något fungerar. Antagandet baseras på den tillgängliga fakta som finns. För att veta om en hypotes stämmer prövas den.
• Olika forskare kan tolka samma naturvetenskapliga fakta på olika sätt. Det kan göra att vetenskapliga teorier kan strida mot varandra. Det var fallet då universums storlek skulle avgöras.
• Darwins evolutionsteori kullkastade samtida evolutionsteorier, eftersom hans förklaring av det naturliga urvalet var en mer sannolik förklaring än vad som funnits tidigare.
• En modell är ett förenklat sätt att beskriva en vetenskaplig teori. Modeller, som exempelvis atommodellen, utvecklas parallellt med teorierna som ligger till grund för modellerna.
• Olika forskargrupper kan konkurrera med varandra om samma upptäckter. Det skedde då DNA-molekylen upptäcktes och beskrevs.
• Vissa upptäckter inom naturvetenskap har medfört att många miljontals liv har räddats. Det gäller för upptäckterna av vaccin och antibiotika.
universums storlek
fakta kan tolkas olika
teorier kan förkasta teorier
vetenskapshistoria
teorier bygger på teorier
upptäckter räddar liv
världsbilden utvecklas
forskning kan ge konkurrens
modeller förklarar teorier
Uppgifter
1 Astrologi är en pseudovetenskap. Vilka andra pseudovetenskapliga påståenden känner du till som utgår ifrån falsk vetenskap?
2 Vid upptäckten av DNA-molekylen konkurrerade olika forskargrupper med varandra. Konkurrens inom forskningen kan vara både bra och dålig. På vilka sätt är det bra respektive dåligt?
3 Både Newton, Darwin och Jenner utgick från hypoteser. Vilka var deras respektive hypoteser?
4 Vilka skillnader finns mellan tillämpad forskning och grundforskning? Utifrån denna text – ge exempel på bägge typerna.
5 Hur har utvecklingen av antibiotika hjälpt oss människor?
6 Varför används ofta modeller för att beskriva en naturvetenskaplig teori?
7 Vad var skillnaden mellan Darwin och Lamarcks teorier om arters utveckling och varför övergavs Lamarcks teori?
8 Både Copernicus och Darwin la fram teorier som mottogs med skeptism då de delvis motsa sig dåtidens religiösa tro. Vad i deras respektive teorier var så revolutionerande?
9 Diskutera tillsammans. Varför tror ni att det finns så få kvinnor bakom historiska naturvetenskapliga upptäckter?
2 Naturvetenskapens karaktär
När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om…
• hur frågeställningen styr den naturvetenskapliga metoden
I föregående kapitel kan du läsa om olika naturvetenskapliga upptäckter som på ett eller annat sätt förändrat människans syn på omvärlden. Samtliga upptäckter är ett resultat av ett systematiskt arbetssätt där nya upptäckter bygger på och förändrar äldre teorier. Fakta utvecklas genom forskning som bygger på olika vetenskapliga metoder, såsom experiment, observationer eller litteraturstudier. I det här kapitlet ska vi kika närmare på just detta, och vad som är typiskt för naturvetenskap.
• att metoder behöver riskbedömas och testas enligt etikprövningslagen
• att naturvetenskap är beroende av olika hjälpmedel såsom matematik och teknik
• vikten av ett kritiskt förhållningssätt inom naturvetenskapen
• spärrar mot oseriös forskning och fusk
Det som kännetecknar naturvetenskap handlar just om arbetssätt och metoder, men också om källkritik, tekniska hjälpmedel, hur naturvetenskap används i icke-vetenskapliga syften och dess koppling till etiska frågor. Detta kan sammanfattas i naturvetenskapens karaktär.
• hur naturvetenskap kan användas för att motivera icke-vetenskapliga frågor
• etiska aspekter på naturvetenskap.
Centrala begrepp
• alternativmedicin
• forskningsetiska principer
• försiktighetsprincipen
• försöksgrupp
• kodex
• offentlighet
• orsakssamband
• placebo
• reproducerbarhet
• riskbedömning
• statistiska samband
• kontrollgrupp
• kritiskt förhållningssätt
• skensamband
• teknik
Vilka begrepp känner du igen?
2.1 Att arbeta naturvetenskapligt
Frågeställningen bestämmer metoden
Ett naturvetenskapligt sätt att arbeta handlar om att följa en tydlig arbetsgång som leder fram till ny kunskap. Det gäller både för forskare på universitet och när du gör ett experiment i skolan. Det hela börjar alltid med en fråga, som bygger på det vi redan vet om ämnet. Frågan är alltså noggrant genomtänkt och har ett tydligt syfte. Kanske finns det något i en tidigare teori som vetenskapen ännu inte har förklarat?
Frågeställningen styr i sin tur metoden. Det vill säga vilket arbetssätt som ska användas. Det finns alltså inte en naturvetenskaplig metod. Ibland är metoden ett experiment, men om frågeställningen handlar om yttre rymden eller hur vilda djur påverkas av fångenskap blir experimenten komplicerade. Då kanske metoden i stället handlar om att jämföra olika typer av vetenskaplig litteratur eller att passivt observera hur djur beter sig i en djurpark.
Nat
Naturvetenskapen är systematisk
Geme
Med d
ska oc
Gemensamt för alla naturvetenskapliga metoder är att de är systematiska. Med det menas att metoderna från början följer en bestämd arbetsgång. De ska också vara objektiva – det vill säga inte påverkas av omgivningens åsikter, såsom politiska eller religiösa idéer. En vanlig arbetsgång är följande:
riskbedömning insamling avdata enligt metoden utvärdering avdata redovisning av resultatet planering avmetod ågeställning
såsom fråg o d u d m b I r O oc
I redovisningen av resultatet finns förhoppningsvis svaret på frågeställningen. Om det inte gör det, måste kanske metoden förändras och ny data samlas in och utvärderas. Kanske fungerade inte frågeställningen? Då måste den också modifieras och arbetsgången börja om från början. Genom att göra om experimentet med små förändringar lär vi oss något hela tiden, och på så sätt byggs ny kunskap stegvis fram.
I Sverige bedrivs mycket naturvetenskaplig forskning. Till exempels praktiskt inriktade miljöanalyser kring plast i havet, hur insekter kan navigera med hjälp av himlakroppar och medicinsk forskning för att hitta orsaker och botemedel mot olika sjukdomar.
Riskbedömning säkerställer
Att riskbedöma en metod innebär att vi undersöker om den exempelvis kan skada människor, djur eller miljön. Riskbedömning ska utföras om:
• metoden involverar experiment med kemikalier. Kemikalierna bedöms efter hur farliga de är, på vilket sätt, om människa och/eller miljö kan ta skada om de spills ut och hur det kemiska avfallet ska omhändertas.
• vi misstänker att metoden inte är objektiv. Det sker då forskarens opartiskhet kan ifrågasättas. Kanske har forskaren en personlig vinning för att nå ett visst resultat? Då är forskaren sannolikt inte objektiv.
• forskningen ska involvera människor eller djur som kan påverkas negativt. I detta fall finns en speciell myndighet som ska riskbedöma metoden.
Vi måste alltid väga riskerna mot vad vi kan få ut av forskningen. Om riskerna är större än fördelarna med de resultat vi kan få, så måste vi ändra på metoden vi använder. Ibland kan forskningen till och med stoppas helt, för att riskerna inte kan motiveras.
Naturvetenskaplig arbetsgång
Precis som inom forskningen följer de undersökningar och experiment som du utför på gymnasiet en förutbestämd arbetsgång. De kan också dokumenteras på ett systematiskt sätt, i en laborationsrapport. Laborationsrapporten ska alltid ha en titel som beskriver vad som undersökts. Efter titeln kan rapporten ha följande rubriker och innehåll:
• Frågeställning – vad är det undersökningen ska försöka att ge svar på?
• Bakgrund – den bakgrundsfakta som läsaren behöver för att senare kunna tolka och värdera resultatet.
• Metod – hur utförde du undersökningen? Metoden beskrivs tydligt och steg-för-steg.
• Riskbedömning – vilka, om några, risker som finns kopplade till undersökningen? Vilka skyddsåtgärder krävs?
• Resultat – din sammanfattning av undersökningens resultat –vilka resultat finns från de data som samlades in? Presenteras gärna med hjälp av en tabell eller med diagram.
• Slutsats och diskussion – din analys av resultatet, med stöd av den fakta som presenterades i bakgrunden. Blev resultatet som förväntat? Fanns något med metoden som inte stämde, och viktigast av allt – fick du svar på frågeställningen?
2.1 Testa dina kunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• systematisk arbetsmetod
• riskbedömning
SVARA PÅ FRÅGORNA
1 Ge två exempel på vad som kan vara en naturvetenskaplig metod.
2 När ska en naturvetenskaplig metod riskbedömas? Ge ett exempel.
3 Vilka delar kan ingå i en laborationsrapport?
2.2 Naturvetenskapens hjälpmedel
Olika varianter av modeller
Naturvetenskapen behöver olika hjälpmedel, både för att bedriva forskning och för att visa, samt förklara resultaten på ett enklare sätt. I föregående kapitel introduceras modeller. Kemiska och matematiska formler, kartor, fysiska byggda modeller och animeringar är alla exempel på modeller. Modeller blir sällan heltäckande för en teori. Snarare visar de en del av en teori. I exemplet nedan med vattenmolekylen fokuserar olika modeller på olika delar av en teori. Men ingen av modellerna visar egentligen hur en vattenmolekyl ser ut.
Modell med elektronskalKulor och pinnar Kemisk formel
Modellen visar de tre ingående atomernas elektroner (de blå prickarna) och hur syreatomen och väteatomen delar på vissa av dessa elektroner. Dessa delade elektroner utgör molekylens bindningar
Modellen är tredimensionell och byggd av kulor där väteatomerna är de vita kulorna och syreatomen är den röda. Kulorna sätts ihop med pinnar. En pinne symboliserar två elektroner.
Modellen visar den kemiska formeln för vatten, där H är väteatomen, 2:an syftar till att det är två väteatomer, och O är syreatomen.
Naturvetenskap och teknik behöver varandra
Tekniska hjälpmedel, såsom maskiner, datorer och verktyg, är också viktiga inom naturvetenskapen. Det kan ibland verka som att naturvetenskap och teknik är samma sak, men det stämmer inte. Naturvetenskap handlar om vår kunskap om världen runt oss, medan teknik är vår förmåga att lösa praktiska problem. Teknik bygger ofta på upptäckter inom naturvetenskap, och för att utveckla tekniken behövs naturvetenskap. Samtidigt behövs tekniken för att utveckla naturvetenskapliga teorier.
Mikroskopet
Ett exempel på samspelet mellan teknik och naturvetenskap är mikroskopet. Mikroskopet är ett tekniskt instrument som troligen uppfanns i mitten av 1600-talet och utgick ifrån dåtidens kunskap om fysik och optik. Genom att kombinera flera glaslinser och ljus lyckades man upptäcka blodkroppar, spermier och muskelceller. Under 1800-talet utvecklades mikroskopen så att även bakterier kunde studeras. Samtidigt som många naturvetenskapliga upptäckter gjordes tack vare mikroskopet, utvecklades också tekniken. Bättre och bättre mikroskop, med större förstoring och bättre skärpa utvecklas fortfarande.
Matematik och statistiska samband
Matematik räknas inte riktigt in bland de naturvetenskapliga ämnena utan kan snarare ses som ett språk som naturvetenskapen kan använda för att beräkna och förklara olika resultat. Ett vanligt sätt att tolka forskningsresultat är genom att beräkna matematiska samband.
Att tolka forskningsresultat
Vi tänker oss att vi odlar tomatfrön och vill se om det är viktigt att tillsätta extra växtnäring i vattnet vid vattningen. Därefter formulerar vi en frågeställning. Den kan vara: Vilken effekt på tillväxten hos tomaterna har växtnäring?
Utifrån frågeställningen bestämmer vi en metod som ska kunna undersöka frågeställningen. Till denna metod behövs minst två grupper av tomatplantor – en som får vatten utan växtnäring, som kallas för kontrollgruppen, och en som får vatten med växtnäring. Den kallas för försöksgruppen.
Metoden kan utvecklas mer med flera grupper av tomatplantor, där varje grupp får olika mycket växtnäring i vattnet. Vi kan då studera både vad som är basbehov av växtnäring, och vad som är en övre gräns för tillväxt – alltså, även om vi skulle ge ännu mer växtnäring så skulle inte plantorna växa snabbare.
Statistiska metoder
För att studera om något har en viss effekt kan en försöksgrupp, här plantor som får en viss behandling, jämföras med en kontrollgrupp, plantor som inte får en viss behandling.
Hur vi än utför experimentet med tomatplantorna så kommer inte alla plantor med samma mängd växtnäring och vatten bli lika stora, och ha producerat lika många tomater, när experimentet avslutas. Det är till och med möjligt att en planta som fick lite växtnäring bildade fler tomater än en som fick mycket. För att kunna förstå resultaten av experimentet, behöver vi titta på statistiska samband.
Vi använder statistiska metoder för att ta reda på hur stor chans det är att de skillnader vi ser beror på de olika mängderna växtnäring, i stället för bara slumpen. I vårt fall ser vi om plantorna som fick växtnäring i genomsnitt växte bättre än de utan växtnäring. Vi ser också på hur mycket de olika plantorna skiljer sig från varandra inom varje grupp.
Om skillnaderna är små och plantorna i varje grupp liknar varandra, tyder det på att vår behandling har haft en effekt. Då kan vi dra slutsatser baserade på de statistiska resultaten.
frank gul Naturkunskap 1b
Frank Gul Naturkunskap nivå 1b är framtagen till Gy25 och kan användas både på gymnasiet och i vuxenutbildningen.
Läromedlet är indelat i tre block:
1. Vetenskapligt arbete och vetenskapshistoria
2. Hållbar utveckling och ekologi
3. Människokroppen och hälsa
Blocken består av 14 kapitel och varje kapitel inleds med kunskapsmål och de mest centrala begreppen från kapitlet. Kapitlen delas in i avsnitt som checkar av elevens begreppsförståelse och läsförståelse.
I alla kapitel finns även ett perspektiv som blickar utåt och avslutas med diskussionsfrågor. I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning, tankekarta och uppgifter som berör hela kapitlets innehåll.
I Frank-serien ingår även Frank Blå Naturkunskap nivå 1a1 och
Frank Grön Naturkunskap nivå 2
