Életkritériumok

Tételszám: #1 | Kategória: 1. Bevezetés a biológiába | Szint: Emelt szint szóbeli (2026)

1. Bevezetés

Ez a tétel arról szól, mitől élő valami, és honnan tudjuk ezt biztosan. Az A) feladatban az élet kritériumait kell kifejtened, és el kell tudnod dönteni, hogy egy vírus, egy kristály vagy egy tűz élő-e. Ehhez kell a rendszerszemlélet: az élőlény nyílt rendszer, amelynek szintjei egymásra épülnek, és minden szinten új tulajdonság jelenik meg. A B) feladat ebből a fejezetből jellemzően egy kísérlet elemzése vagy megtervezése: mi a kérdés, mi a változó, mi a kontroll, mit bizonyít az eredmény.

Ne becsüld le ezt a tételt azért, mert az elsők között van. 2025 májusában az emelt írásbelin „Mi az élet?” címmel 10 pontos feladat épült rá. A tétel felépítése: előbb az élő mint rendszer, aztán a kritériumok egyenként, majd a határesetek, a biológia vizsgálómódszerei, végül röviden az élet keletkezése. Az evolúció mint életkritérium a 78-79. tételhez kapcsolódik.

2. Az élő mint rendszer

Az élet nem egyetlen tulajdonság, hanem tulajdonságok együttese egy rendszerben. Ezért a tétel a rendszer fogalmával kezdődik.

Mi a rendszer, és mi a nyílt rendszer

A rendszer egymással kölcsönhatásban álló elemek együttese. Nem az elemek felsorolása teszi rendszerré, hanem a köztük lévő kapcsolatok. Egy halom sejt nem szervezet. Az egymással anyagot, energiát és információt cserélő sejtek együttese már az.

A rendszernek van környezete: minden, ami nem tartozik hozzá, de hat rá. A nyílt rendszer anyagot és energiát is cserél a környezetével. A zárt rendszer csak energiát cserél, anyagot nem. Az élőlény mindig nyílt rendszer: tápanyagot és oxigént vesz fel, szén-dioxidot, vizet és hőt ad le. Ha a cserét megszakítod, az élőlény meghal. Ez a nyíltság a legalapvetőbb feltétele az összes többi életkritériumnak.

Energiaáramlás és a belső rend fenntartása

Az élő rendszer rendezett. A sejtben a molekulák nem véletlenszerűen keverednek, hanem membránok, enzimek és sejtalkotók szerint elkülönítve működnek. A rendezett állapot fenntartása nem megy magától. A fizika törvénye szerint egy magára hagyott rendszer rendezetlensége (entrópiája) csak nőni tud. Az élőlény ezt a törvényt nem szegi meg, hanem folyamatosan energiát fektet be a saját rendjébe. Közben a környezetének rendezetlenségét növeli: hőt ad le, egyszerű bomlástermékeket ürít.

Ezért alaptétel: élet csak folyamatos energiaáramlás mellett lehetséges. A Földön ez az áramlás a napfénnyel indul. A fotoszintézis a fényenergiát kémiai energiává alakítja. A többi élőlény ezt a kémiai energiát használja fel, és a végén minden energia hővé alakul, ami a rendszert elhagyja. Az energia tehát egy irányban áramlik át az élővilágon, az anyag viszont körforgásban marad. Ezt a két gondolatot a 63-64. tétel bontja ki az ökoszisztéma szintjén.

Rész és egész: az emergencia

Az élő rendszer szintekre tagolódik, és minden szint az alatta lévőből épül fel. A rész-egész viszony lényege, hogy az egész több, mint a részek összege. Az egész új tulajdonságot mutat, amely az alkotórészekben külön-külön nincs meg. Ezt hívják emergenciának (a magasabb szinten megjelenő, a részekből előre nem következő új tulajdonságnak).

Három példa, amit el tudsz mondani:

  1. A víz folyékony és oldja a sót. Egyetlen vízmolekula sem folyékony, és nem old semmit. Az oldás sok molekula kölcsönhatásából jön létre.
  2. A sejt él. A sejtet felépítő fehérjék, lipidek és nukleinsavak egyike sem él. Az élet a sejt szintjén jelenik meg, a molekulák szintjén nem.
  3. Az agy gondolkodik. Egyetlen idegsejt nem gondolkodik. A gondolkodás sok milliárd idegsejt kapcsolatrendszeréből jön létre.

A rendszerszemlélet ezért azt jelenti, hogy egy jelenséget mindig a megfelelő szinten vizsgálunk. Az öröklődést a molekulák szintjén, a vércukorszint szabályozását a szervezet szintjén, az evolúciót a populáció szintjén lehet megérteni.

A szerveződési szintek sorrendje

A szinteket két nagy csoportra osztjuk: egyed alatti és egyed feletti szintek. A sorrendet tudnod kell, alulról felfelé.

Egyed alatti szintek:

  1. molekula: a biogén elemekből felépülő szerves és szervetlen vegyületek (víz, ionok, szénhidrátok, lipidek, fehérjék, nukleinsavak);
  2. sejtalkotó: több molekulából felépülő, feladatra szakosodott egység (membrán, riboszóma, mitokondrium, sejtmag);
  3. sejt: az élet legkisebb, önállóan működni képes egysége;
  4. szövet: azonos eredetű, hasonló felépítésű és működésű sejtek csoportja (hámszövet, izomszövet);
  5. szerv: több szövetből felépülő, körülhatárolt egység egy feladatra (szív, levél);
  6. szervrendszer: együttműködő szervek csoportja (keringési rendszer);
  7. szervezet (egyed): az önálló élőlény.

Egyed feletti szintek:

  1. populáció: egy faj egy helyen és egy időben együtt élő, egymással szaporodni képes egyedeinek csoportja;
  2. társulás (életközösség): egy élőhelyen együtt élő populációk összessége;
  3. biom: hasonló éghajlaton kialakuló, hasonló társulások nagy összefüggő területe (például lombhullató erdők öve);
  4. bioszféra: a Föld összes élőlénye és élettere együtt.

Az ökoszisztéma nem külön szint, hanem működési egység: az életközösség és az élettelen környezete együtt, az anyagforgalom és energiaáramlás szempontjából nézve.

A kulcsmondat: a sejt az első élő szint. Alatta a molekula és a sejtalkotó nem él, felette a szövettől a bioszféráig minden szint élő rendszerekből áll. Egysejtűnél a sejt és a szervezet szintje egybeesik. A szövet, szerv és szervrendszer szintje csak a többsejtűeknél jelenik meg.

VázlatA szerveződési szintek
Alulról felfelé egymásra épülnek. A sejt az első élő szint: a molekula és a sejtalkotó nem él. Az ökoszisztéma nem külön szint, hanem működési egység.
Forrás: rajz: TurboÉrettségi

3. Az életkritériumok egyenként

Az életkritériumok azok a tulajdonságok, amelyek együtt minden élőlényre jellemzőek, és együtt egyetlen élettelen dologra sem. A hangsúly az együtt szón van. Egy-egy kritérium külön-külön élettelen dologban is megjelenhet.

Anyagcsere: felépítés és lebontás egyensúlya

Az anyagcsere (metabolizmus) az élőlény és a környezete közötti anyag- és energiaforgalom, valamint a szervezeten belüli kémiai átalakulások összessége. Két ága van, és a kettő nem választható el egymástól.

  1. A felépítő folyamatok (asszimiláció) egyszerű anyagokból bonyolultakat építenek, és ehhez energiát használnak. Ilyen a fotoszintézis és a fehérjeszintézis.
  2. A lebontó folyamatok (disszimiláció) bonyolult anyagokat egyszerűekké bontanak, és energiát szabadítanak fel. Ilyen a biológiai oxidáció és az erjedés.

A kettő összekapcsolódik: a lebontásból származó energia (az ATP) fedezi a felépítést. Az anyagcsere minden más kritérium alapja. Növekedni, mozogni, ingerre válaszolni csak energiával lehet. Ha az anyagcsere végleg leáll, az élőlény halott, akkor is, ha a teste egy ideig még ép.

Ingerlékenység: a környezet változásának érzékelése

Az ingerlékenység az élőlény képessége arra, hogy a környezet változását érzékelje, és arra válaszoljon. Az inger a környezet olyan változása, amelyre az élőlény válaszreakciót ad: fény, hő, kémiai anyag, érintés. Az ingerület a sejt válasza az ingerre, például az idegsejt membránján kialakuló elektromos változás. Ne keverd a kettőt: az inger kívülről jön, az ingerület a sejtben keletkezik.

Ingerlékenység minden szinten van. A baktérium a cukor felé úszik. A napraforgó a fény felé fordul. Az ember elrántja a kezét a forró tárgytól. A közös séma mindig ugyanaz: receptor (az ingert felfogó molekula vagy sejt), feldolgozás, válasz. Az ingerlékenység teszi lehetővé, hogy az élőlény alkalmazkodjon a pillanatnyi környezethez.

Mozgás: helyváltoztatás és helyzetváltoztatás

A mozgás az élőlény vagy részeinek aktív, saját energiát felhasználó helyzet- vagy helyváltoztatása. Két típusa van. A helyváltoztató mozgásnál az egész élőlény máshova kerül: az állat fut, az ostoros egysejtű úszik. A helyzetváltoztató mozgásnál a testrészek mozdulnak el egymáshoz képest, de az élőlény helyben marad: a növény levele a fény felé fordul, a virág kinyílik.

A mozgás a növényeknél is életkritérium, csak lassú. A növényi mozgás nagy része növekedési mozgás: a szár egyik oldala gyorsabban nő, ezért a szár elhajlik. Sejtszinten a mozgást a sejtváz, a csilló és az ostor végzi, és minden mozgás energiát igényel: az eukarióta csilló és ostor ATP-t bont, a baktériumostort viszont a sejthártyán átáramló protonok (H⁺) hajtják. A tűz is terjed, a folyó is folyik, de ezek nem saját energiával és nem szabályozottan mozognak.

Növekedés és egyedfejlődés: belülről épülő test

A növekedés az élő test tömegének és méretének gyarapodása úgy, hogy az élőlény a felvett anyagokat a saját anyagává alakítja, és belülről építi be. Ez a lényeges különbség a kristállyal szemben. A kristály is nő, de úgy, hogy kívülről, felületére rakódik rá az azonos anyag. Az élőlény viszont más anyagból (cukorból, aminosavból) építi fel a saját, attól különböző anyagát.

A növekedés többsejtűeknél az egyedfejlődéssel jár együtt. Az egyedfejlődés nem egyszerű méretnövekedés, hanem szabályozott változás: a sejtek szaporodnak, majd differenciálódnak (különböző feladatra szakosodnak), és szövetek, szervek alakulnak ki. A növekedésnek programja van, amelyet az öröklődő információ határoz meg. Ezért nő egy makkból mindig tölgyfa, és nem akármi.

Szaporodás: az egyed túléli önmagát

A szaporodás az élőlény képessége arra, hogy önmagához hasonló utódokat hozzon létre. Ez az egyetlen kritérium, amely nem az egyed fennmaradását, hanem a faj fennmaradását szolgálja. Két alapformája van.

  • Az ivartalan szaporodás egyetlen szülőből indul, ivarsejtek nélkül. Az utód genetikailag azonos a szülővel. Ilyen a baktérium osztódása vagy a növény dugványozása.
  • Az ivaros szaporodás két ivarsejt egyesülésével jár. Az utód mindkét szülőtől örököl, ezért genetikailag új, egyedi.

Fontos pontosítás, amit a vizsgán ki kell mondanod: a szaporodás a fajra jellemző képesség, nem feltétlenül minden egyedre. Az öszvér terméketlen, a dolgozó méh nem szaporodik, mégis mindkettő él. Egy egyed attól még él, hogy éppen nem szaporodik, vagy nem is tud. A kritérium azt mondja: az élő rendszerek típusa képes a szaporodásra.

Öröklődés és öröklődő változékonyság

Az öröklődés azt jelenti, hogy a szülő a tulajdonságait meghatározó információt átadja az utódnak. Ennek anyagi hordozója minden ma élő élőlényben a DNS. A DNS megkettőződik, és a másolat kerül az utódba. Ezért hasonlít az utód a szülőre.

A változékonyság azt jelenti, hogy az utód mégsem pontos másolat. Két forrása van: a mutáció (az örökítő anyag véletlenszerű megváltozása) és az ivaros szaporodásnál a rekombináció (a szülői gének új kombinációba kerülése). A lényeg a jelzőben van: öröklődő változékonyság. Csak az a különbség számít, amely átadódik a következő nemzedéknek. A napozástól lebarnult bőr nem öröklődik, ezért az nem ilyen változékonyság.

Öröklődés és változékonyság együtt adja az evolúció alapját. Ha csak öröklődés lenne, minden nemzedék azonos maradna. Ha csak változás lenne, semmi nem őrződne meg. A kettő egyensúlya teszi lehetővé, hogy a populáció generációról generációra változzon, de közben fennmaradjon.

Homeosztázis és szabályozás

A homeosztázis az élőlény belső környezetének viszonylagos állandósága, amelyet szabályozó folyamatok tartanak fenn a változó külső környezet ellenére. Az emberi test hőmérséklete télen és nyáron is 37 °C körül van. A vér kémhatása, cukortartalma és víztartalma szűk határok között marad.

A homeosztázis motorja a negatív visszacsatolás. Ez azt jelenti, hogy az eltérés saját maga indítja el az eltérést megszüntető választ. Lépésekben, a testhőmérséklet példáján:

  1. A külső hideg miatt csökken a test hőmérséklete. Ez az eltérés.
  2. A hőérzékelő receptorok jelzik az eltérést a szabályozó központnak (az agy hipotalamusz nevű részének).
  3. A központ válaszokat indít: az izmok remegnek, a bőr erei szűkülnek. Több hő termelődik, kevesebb távozik.
  4. A hőmérséklet visszaáll a beállított értékre.
  5. A receptorok jelzése megszűnik, és a válasz leáll. Ez a leállás a negatív visszacsatolás lényege.

Homeosztázis a sejt szintjén is van: a sejt szabályozza a saját ionösszetételét és kémhatását. A növény is szabályoz, például a gázcserenyílásait zárja, ha vízhiány van. A szabályozás nélkül az élő rendszer belső rendje a környezet változásaival együtt széthullana.

Szerveződés: a sejtes felépítés

A szerveződés azt jelenti, hogy az élő rendszer nem homogén anyag, hanem szintekre tagolt, rendezett felépítésű. Minden élőlény sejtekből áll, vagy maga egyetlen sejt. Ezt mondja ki a sejtelmélet, amely a 19. században született: minden élőlény sejtekből épül fel, és sejt csak sejtből, osztódással keletkezik.

A sejt azért az élet alapegysége, mert ez a legkisebb rendszer, amely az összes életkritériumnak megfelel. Van anyagcseréje, ingerlékeny, nő, osztódik, DNS-t örökít, és szabályozza a belső környezetét. A sejt határa a sejthártya, amely elválasztja a belső teret a környezettől, de átjárható. Éppen a sejthártya teszi lehetővé, hogy a sejt nyílt rendszer legyen: a cserét szabályozottan engedi.

A szerveződés a sejt alatt is látszik: a molekulák felépítése (a fehérje térszerkezete, a DNS kettős spirálja) is rendezett. De ezek a molekulák önmagukban nem élnek. Az élet a szerveződés egy meghatározott szintjén, a sejtnél lép be.

Evolúció: a populáció szintjén megjelenő kritérium

Az evolúció az élővilág története során bekövetkező, öröklődő változás a populációkban. Ez az egyetlen életkritérium, amely nem az egyedre, hanem a populációra igaz. Az egyed nem evolválódik: az egyed születik, él és meghal ugyanazzal a génkészlettel. A populáció génkészlete viszont nemzedékről nemzedékre változik.

Az evolúció feltételei, amelyeket a követelmény az evolúció kritériumainak nevez:

  1. öröklődő változékonyság: a populáció egyedei különböznek, és a különbség egy része öröklődik;
  2. szelekció: a különböző egyedek nem egyformán sikeresek a túlélésben és a szaporodásban;
  3. a sikeresebb változatok gyakorisága nő a következő nemzedékben.

Ha ez a három feltétel teljesül, az evolúció elkerülhetetlen. Ezért mondjuk, hogy minden élő rendszer evolúcióképes. Fordítva is igaz: ami evolúcióra képes, arra érdemes rákérdezni, hogy él-e. Ezért lesz kérdéses a vírus. A részletes mechanizmust, a természetes szelekciót Darwin elméletében a 78. tétel, az evolúciós változásokat a 79. tétel tárgyalja.

4. Az élő és az élettelen határán

A kritériumok próbája az, hogy határeseteket tudsz-e velük elbírálni. A vizsgán ezt kérik: sorold végig a kritériumokat, és mondd ki, melyik teljesül, melyik nem.

A vírus

A vírus nukleinsavból (DNS-ből vagy RNS-ből) és az azt burkoló fehérjeburokból (kapszidból) álló részecske. Nincs sejtes felépítése, nincs sejthártyája, nincs saját anyagcseréje. Nem képes önállóan energiát termelni, fehérjét szintetizálni vagy növekedni.

Amikor bejut egy gazdasejtbe, átadja a nukleinsavát, és a gazdasejt anyagcseréjét használva sokszorozódik. A gazdasejt gyártja le a vírus fehérjéit és másolja a vírus nukleinsavát. Közben mutációk keletkeznek, és a sikeresebb változatok terjednek el: a vírus tehát evolválódik.

A mérleg: a vírus nem teljesíti az anyagcsere, a szerveződés (sejtes felépítés), a növekedés és a homeosztázis kritériumát. Teljesíti viszont az öröklődés, az öröklődő változékonyság és az evolúció kritériumát, és gazdasejtben szaporodik. Ezért a vírus az élő és az élettelen határán áll. A tankönyvi megfogalmazás: a vírus sejten kívül élettelen részecske, sejten belül az élő rendszer részeként viselkedik. A vírus részletes felépítését és szaporodását a 12. tétel adja.

A prion

A prion hibás térszerkezetű fehérje. Nincs benne nukleinsav, tehát nincs örökítő anyaga a szó szoros értelmében. Mégis terjed: ha egy prion találkozik ugyanannak a fehérjének a normál térszerkezetű változatával, azt is átalakítja hibás térszerkezetűvé. Így egyre több prion keletkezik a szervezetben, például az idegrendszerben.

A prion egyetlen életkritériumnak sem felel meg: nincs anyagcseréje, nincs sejtes felépítése, nem ingerlékeny, és nincs benne DNS vagy RNS. A terjedése nem szaporodás, hanem térszerkezet-átadás. A prion ezért élettelen kórokozó, még a vírusnál is egyszerűbb.

A kristály és a tűz

A kristály nő, ha telített oldatban van. De a növekedése csak felületi rárakódás: ugyanaz az anyag rakódik a kristály felszínére, ami már ott van. A kristály nem alakít át semmit, nincs anyagcseréje, nem ingerlékeny, nem szabályoz, és a törése nem szaporodás. A kristály egyetlen kritériumot mutat látszólag, a növekedést, de azt is más módon, mint az élő.

A tűz több kritériumra hasonlít. Oxigént vesz fel, szén-dioxidot és hőt ad le, tehát anyag- és energiaforgalmat mutat. Terjed, mintha mozogna és szaporodna. Ez az oka, hogy a tűz a legjobb vizsgapélda. A döntő különbség: a tűznek nincs szerveződése, nincs sejtes felépítése, nincs örökítő anyaga, ezért nincs öröklődő változékonysága sem. Nem szabályozza magát: ha több az éghető anyag, jobban ég, ha kevesebb, kialszik. Nincs homeosztázisa, nincs belső rendje, amelyet fenntartana. A tűz egy kémiai reakció, nem rendszer.

A számítógépes program

A számítógépes vírus másolja önmagát, a másolatokban hiba (mutáció) keletkezhet, és a jobban terjedő változatok fennmaradnak. Formálisan tehát öröklődik, változékony és evolválódik. Mégsem élő, mert nincs anyagi teste, nincs anyagcseréje, és nem alakít át anyagot és energiát. Egy program csak akkor működik, ha egy gép energiát fordít a futtatására. Ez a példa azt mutatja meg, hogy az információs kritériumok (öröklődés, evolúció) önmagukban nem elegendőek. Az élet anyagi rendszer, amelynek anyagcseréje van.

A nyugvó élet: mag, spóra, kiszáradt állat

A száraz mag, a baktériumspóra vagy a kiszáradt medveállatka anyagcseréje olyan lassú, hogy gyakorlatilag nem mérhető. Nem mozog, nem nő, nem ingerlékeny. Mégis élő. Ha vizet kap, az anyagcseréje újraindul, és minden kritérium teljesül. Ezt az állapotot anabiózisnak (nyugvó, „tetszhalott” állapotnak) nevezzük.

A tanulság: az életkritériumokat nem egyetlen pillanatra, hanem a rendszer képességeire kell vonatkoztatni. A mag azért él, mert képes újraindítani az anyagcserét. Egy elpusztult mag nem képes rá, hiába néz ki ugyanúgy. Ezért a halál nem az anyagcsere szünetelése, hanem a szerveződés visszafordíthatatlan felbomlása.

A döntés menete a vizsgán

Ha a bizottság egy dologról kérdezi, élő-e, ezt a lépéssort kövesd:

  1. Van-e sejtes felépítése, elhatárolt belső tere? Ha nincs, nem élő, legfeljebb határeset.
  2. Van-e saját anyagcseréje, alakít-e át anyagot és energiát? A vírusnak nincs, a tűznek van, de szabályozás nélkül.
  3. Szabályozza-e a belső állapotát, van-e homeosztázisa?
  4. Van-e örökítő anyaga, ad-e át információt az utódoknak?
  5. Képes-e öröklődő változékonyságra, tehát evolúcióra?

Egy dolog akkor élő, ha mindegyikre igen a válasz. A határesetek azok, ahol egyes válaszok igenek, mások nemek. A vizsgán a felsorolás után mindig mondd ki a döntést és az indokot is.

5. A biológia vizsgálómódszerei

A biológia tudomány, tehát az állításait ellenőrizhető módon állítja fel. Az ehhez tartozó fogalmak a B) feladat alapjai, ezért pontosan tudnod kell őket.

Megfigyelés és leírás

A megfigyelés a jelenség rögzítése beavatkozás nélkül. A megfigyelő nem változtat semmit, csak feljegyzi, mi történik: milyen madár érkezik az etetőre, mikor virágzik a hóvirág. A megfigyelés a tudományos munka kiindulópontja, mert ebből születik a kérdés. A jó megfigyelés rendszeres, ismételt, és a körülményeket is rögzíti (idő, hely, időjárás).

A megfigyelés eszköze lehet a szabad szem, a nagyító, a fénymikroszkóp vagy az elektronmikroszkóp. Ezek nem változtatják meg a jelenséget, csak láthatóvá teszik. A megfigyelés önmagában nem bizonyít okozati összefüggést. Ha a több madár azokon a napokon jön, amikor hidegebb van, az még nem bizonyítja, hogy a hideg miatt jönnek.

A mérés és a mérési hiba

A mérés a megfigyelés számszerűsítése: a jelenséget mértékegységgel ellátott számmal írjuk le. Hosszúság, tömeg, hőmérséklet, idő, koncentráció. A mérés teszi összehasonlíthatóvá két kísérlet eredményét.

Minden mérés hibával jár. A véletlen hiba hol felfelé, hol lefelé tér el, oka a műszer felbontása vagy a leolvasás bizonytalansága. Csökkenteni ismétléssel és átlagolással lehet. A rendszeres hiba mindig ugyanabba az irányba tér el, oka a rossz műszer vagy a hibás módszer. Ezt ismétlés nem javítja, csak a műszer ellenőrzése (kalibrálása). Ezért egy jó kísérletet mindig többször végzünk el, és több egyeden vagy mintán. A mintanagyság növelése a véletlen hatását csökkenti.

A hipotézis: ellenőrizhető és cáfolható

A hipotézis a megfigyelésre adott lehetséges magyarázat, amelyet kísérlettel ellenőrizni lehet. Jó hipotézis az, amely cáfolható: meg tudjuk mondani, milyen eredmény mondana neki ellent. „A fény serkenti a zsázsa csírázását” jó hipotézis, mert ha sötétben ugyanannyi mag csírázik, megdőlt. „A növény érzi, hogy szeretik” nem tudományos hipotézis, mert semmilyen mérés nem tudja megcáfolni.

A hipotézist gyakran „ha..., akkor...” alakban fogalmazzuk meg: ha a hőmérséklet nő, akkor az élesztő több szén-dioxidot termel. A „ha” része a feltételezett ok, az „akkor” része a mérhető következmény. Egy kísérlet a hipotézist vagy megcáfolja, vagy megerősíti. Megerősíteni sokszor kell, megcáfolni elég egyszer. A sokszor megerősített, széles körben érvényes magyarázatot nevezzük elméletnek.

A kísérlet: független változó, függő változó, kontroll

A kísérlet olyan vizsgálat, amelyben egyetlen tényezőt szándékosan megváltoztatunk, és mérjük a hatását. Ezzel különbözik a megfigyeléstől: itt beavatkozunk. Három fogalmat kell szó szerint tudnod.

  • A független változó az, amit a kísérletező szándékosan változtat. Például a hőmérséklet.
  • A függő változó az, amit mérünk, és aminek a változását a független változó okozza. Például a termelt szén-dioxid mennyisége.
  • A kontroll az a beállítás, amelyben minden pontosan ugyanaz, csak a vizsgált tényező hiányzik vagy alapértéken van. A kontroll mutatja meg, mi történne a beavatkozás nélkül. Kontroll nélkül nem tudjuk, hogy a változást tényleg a független változó okozta-e.

A negyedik szabály: minden más tényezőt állandóan kell tartani. Ha a hőmérséklet hatását vizsgálod, ugyanannyi élesztő, ugyanannyi cukor, ugyanannyi víz, ugyanannyi idő kell minden edénybe. Ha egyszerre két dolgot változtatsz, az eredményt nem tudod egyikhez sem kötni. Ez a leggyakoribb tervezési hiba.

Lépésekben egy jó kísérlet menete:

  1. Megfigyelés, ebből kérdés.
  2. Hipotézis „ha..., akkor...” alakban.
  3. A független és a függő változó kijelölése, a mérés módjának megadása.
  4. A kontroll és az állandó tényezők beállítása.
  5. A kísérlet elvégzése több ismétléssel.
  6. Az adatok táblázatba, átlagolás.
  7. Következtetés: a hipotézis megerősítése vagy elvetése, és annak kimondása, mit nem bizonyít a kísérlet.

A modell

A modell a valóság egyszerűsített mása, amely a lényeges tulajdonságokat megtartja, a lényegteleneket elhagyja. Lehet tárgy (a DNS kettős spiráljának makettje), rajz (a szív keringési sémája), matematikai képlet (a populáció növekedési görbéje) vagy számítógépes szimuláció. Modellt akkor használunk, ha a valódi rendszer túl nagy, túl kicsi, túl lassú vagy túl veszélyes ahhoz, hogy közvetlenül kísérletezzünk vele.

A modellnek korlátai vannak, és ezt a vizsgán ki kell mondani. A modell csak azt mutatja meg, amit beleépítettünk. A sejt rajzolt modellje nem mutatja, hogy a sejtalkotók mozognak. A populációs képlet nem tudja, hogy jön egy száraz nyár. A modellel kapott eredményt ezért mindig a valósággal kell összevetni.

Mit bizonyít egy vizsgálat, és mit nem

Ez a B) feladat legtöbb pontot érő része. Három dolgot mindig ellenőrizz.

Először: korreláció nem okság. Ha két dolog együtt változik, abból nem következik, hogy az egyik okozza a másikat. Lehet, hogy egy harmadik tényező okozza mindkettőt. Csak a kontrollált kísérlet bizonyít okságot, a puszta megfigyelés nem.

Másodszor: a kísérlet csak arra a körülményre és arra a szervezetre bizonyít, amelyen elvégezték. Ha az élesztő 30 °C-on többet erjeszt, mint 20 °C-on, abból nem következik, hogy 60 °C-on még többet fog. És nem következik, hogy az emberi sejtek is így viselkednek.

Harmadszor: egy ismétlés nélküli, kis mintán végzett kísérlet eredménye véletlen is lehet. Ezért a következtetés végén mindig mondd ki: az eredmény a hipotézist megerősíti, de nem bizonyítja minden körülmények között, és további ismétlés vagy más módszer kell hozzá.

6. Az élet keletkezése az életkritériumok tükrében

Az élet keletkezésének kérdése azért tartozik ide, mert pontosan azt kérdezi: melyik lépésnél lett a kémiai rendszerből élő rendszer. A választ az életkritériumok adják.

Az ősnemzés cáfolata

Sokáig azt gondolták, hogy élő az élettelenből magától is keletkezhet: a romló húsból kukac, az iszapból béka. Ez az ősnemzés elképzelése. Két klasszikus kísérlet cáfolta meg, és mindkettő a kontroll erejét mutatja.

Redi a 17. században húsdarabokat tett edényekbe. Az egyik edény nyitva maradt, a másikat lezárta, a harmadikat gézzel fedte le. Kukacok, azaz légylárvák csak a nyitott edényben jelentek meg, a gézre pedig a legyek petéztek. A kukac tehát a légy petéjéből lesz, nem a húsból.

Pasteur a 19. században húslevest forralt egy hattyúnyakú (S alakban meghajlított nyakú) lombikban. A levegő be tudott jutni, de a por és a benne lévő mikrobák a nyak hajlatában megrekedtek. A leves tiszta maradt. Amikor a nyakat letörte, vagy a levest a hajlatig döntötte, a leves rövid időn belül megzavarosodott. A mikrobák tehát a levegő porából jönnek, nem a levesből keletkeznek. Ezzel bizonyította: élő csak élőből keletkezik.

A kémiai evolúció és Miller kísérlete

Ha élő csak élőből lesz, akkor az első élőnek élettelenből kellett keletkeznie, de nem hirtelen, hanem hosszú kémiai evolúció során. Ennek az elképzelésnek a lépései:

  1. az ősi Föld légkörében és vizeiben szervetlen anyagokból egyszerű szerves molekulák (aminosavak, nukleotidok) keletkeztek, a Nap ultraibolya sugárzása és a villámok energiájával;
  2. ezekből makromolekulák (fehérjék, nukleinsavak) kapcsolódtak össze;
  3. kialakultak önmagukat másolni képes molekulák;
  4. ezek membránnal határolt cseppekbe zárva sejtszerű rendszerekké váltak.

Az első lépést Miller 1953-ban kísérlettel ellenőrizte. Zárt üvegkészülékben az ősi légkört utánozta: vízgőz, metán, ammónia és hidrogén keverékét elektromos kisüléssel (villámmal) bombázta, majd a gőzt lehűtötte (ez volt az eső). Körülbelül egy hét után a lecsapódott folyadékban aminosavakat talált. A kísérlet azt bizonyította, hogy szerves molekulák élettelen körülmények között, élő közreműködése nélkül is létrejöhetnek. Azt nem bizonyította, hogy az élet így keletkezett, és azt sem, hogy az ősi légkör tényleg ilyen összetételű volt. Ennek a kísérletnek a részletes elemzése a 7. szakaszban van.

KépMiller kísérleti berendezése
A melegített víz gőze a gázokkal együtt a gömbbe jut, ahol elektromos kisülés éri; a hűtőben lecsapódik, és a lehűlt vízben gyűlnek össze a keletkezett szerves vegyületek. Majd a víz újra melegszik: a kör zárt.
Forrás: Rajz: YassineMrabet (CC BY-SA 3.0), Wikimedia Commons; magyar feliratok: TurboÉrettségi

Mikortól élő: az első sejt

Az elképzelés kulcsa a 3. lépés: az önmagát másoló molekula. Ma azt tartják a legvalószínűbbnek, hogy ez az RNS volt, mert az RNS információt is hordoz, és bizonyos RNS-molekulák (ribozimek) enzimként kémiai reakciót is katalizálnak. Ez az RNS-világ elképzelése. Egy önmásoló molekula már örökít, hibázik, és a jobban másolódó változatok elterjednek. Ez már evolúció, de még nem élet.

Élet akkor lett belőle, amikor a másolódó molekula membránnal határolt, anyagcserét folytató rendszerbe került. Ettől a pillanattól teljesül együtt a szerveződés, az anyagcsere, az öröklődés és a szabályozás: ez az első sejt. Nézd meg a sorrendet: az öröklődés és az evolúció előbb jelent meg, mint a sejt, de életnek csak a sejtet nevezzük. Ez ugyanaz a döntés, amit a vírusnál hoztál a 4. szakaszban.

7. B) típusú problémafeladatok

A B) feladat ebből a fejezetből kísérlet elemzése vagy tervezése. A pont a fogalmak pontos használatán és a „mit nem bizonyít” kimondásán van.

Kísérletelemzés: Redi és az ősnemzés

A feladat. Redi három edénybe egy-egy azonos méretű húsdarabot tett. Az első edényt nyitva hagyta, a másodikat légmentesen lezárta, a harmadikat sűrű gézzel fedte le. Néhány nap múlva a nyitott edényben a húson kukacok nyüzsögtek. A lezárt edényben a hús megromlott, de kukac nem volt benne. A gézzel fedett edényben a húson nem volt kukac, a géz külső felületén viszont legyek petéit és kukacokat talált. Kérdések: mi volt a kísérlet kérdése és hipotézise? Mi a független és a függő változó? Melyik edény a kontroll, és miért kellett a harmadik edény? Mit bizonyít az eredmény, és mit nem?

Megoldás lépésről lépésre.

  1. A kérdés: a kukacok a húsból keletkeznek-e maguktól, vagy kívülről, a legyektől származnak? A vizsgált hipotézis az ősnemzés: „ha a kukac a húsból keletkezik, akkor lezárt edényben is megjelenik.” Redi saját hipotézise az ellenkezője. „Ha a kukac a legyek petéjéből lesz, akkor csak ott jelenik meg, ahová a légy hozzáfér.”
  2. A független változó: a legyek hozzáférése a húshoz. Ezt változtatta Redi az edények lezárásával. A függő változó: megjelenik-e kukac a húson, és mennyi.
  3. Az állandóan tartott tényezők: azonos hús, azonos mennyiség, azonos hely, azonos idő, azonos hőmérséklet. Ezért a három edény csak a lezárásban különbözik.
  4. A kontroll a nyitott edény: ez mutatja, mi történik beavatkozás nélkül. Ha itt sem lett volna kukac, a kísérlet nem mondana semmit, mert lehet, hogy azon a helyen egyáltalán nincs légy.
  5. Miért kell a harmadik edény? A lezárt edény ellen felhozható az ellenvetés, hogy a levegő hiánya akadályozta az ősnemzést. A gézzel fedett edénybe a levegő bejut, csak a legyek nem. Ha itt sincs kukac a húson, a levegő hiánya mint magyarázat kiesik. A harmadik edény tehát egy alternatív magyarázatot zár ki. Ez a jó kísérlettervezés lényege.
  6. Az eredmény: kukac csak ott van, ahol a légy elérte a húst. A gézen talált peték közvetlenül is mutatják a forrást. Az ősnemzés hipotézise ezen a jelenségen megdőlt: a kukac légypetéből lesz.
  7. Mit nem bizonyít: csak a legyekre és a látható méretű élőlényekre vonatkozik. Nem mondja meg, hogy a szabad szemmel nem látható mikrobák is csak élőből keletkeznek-e. Ezt a kérdést csak Pasteur kísérlete zárta le. Nem bizonyítja azt sem, hogy az élet sohasem keletkezhetett élettelenből, csak azt, hogy ma, ilyen körülmények között nem.

Mire jár a pont. A hipotézis „ha..., akkor...” alakú megfogalmazására. A független és a függő változó helyes megnevezésére. A kontroll azonosítására és arra, hogy megmondod, mit mutat. A harmadik edény szerepére, tehát arra, hogy egy alternatív magyarázatot zár ki. A „mit nem bizonyít” pontos, körülményekhez kötött kimondására. Jellemzően 5-6 pont.

Kísérlettervezés: van-e anyagcseréje a csírázó magnak

A feladat. Tervezz kísérletet annak eldöntésére, hogy a csírázó borsómagnak van-e anyagcseréje. Add meg a hipotézist, a változókat, a kontrollt, a mérés módját és a várt eredményt. Mondd meg, mit bizonyít és mit nem az eredmény.

Megoldás lépésről lépésre.

  1. A gondolatmenet: az anyagcsere lebontó ágában a sejt tápanyagot oxidál, és közben hő szabadul fel. Ha a mag él és anyagcserét folytat, hőt termel. A hő mérhető. Ezért a hőtermelést használjuk az anyagcsere jeleként.
  2. A hipotézis: ha a csírázó magnak van anyagcseréje, akkor a magvakat tartalmazó zárt, hőszigetelt edényben a hőmérséklet emelkedik.
  3. A független változó: a magvak élő vagy elölt volta. A függő változó: az edényben mért hőmérséklet, és annak változása az idő során.
  4. Az elrendezés: két egyforma termosz (hőszigetelt edény), mindegyikben hőmérő. Az elsőbe egy napig áztatott, csírázni kezdő borsómag kerül. A másodikba ugyanannyi, ugyanúgy áztatott, de utána forralással elölt borsómag. Mindkét adag magot előtte fertőtlenítőszerrel leöblítjük, hogy a felületükön lévő baktériumok és gombák légzését kizárjuk.
  5. A kontroll: az elölt magvak termosza. Minden ugyanaz benne, csak a magvak nem élnek. Ha ott is nőne a hőmérséklet, a hő nem az anyagcseréből származna, hanem például a helyiség melegedéséből.
  6. Az állandóan tartott tényezők: azonos magmennyiség, azonos termosz, azonos kiindulási hőmérséklet, azonos helyiség, azonos mérési időpontok.
  7. A mérés: a hőmérsékletet leolvassuk induláskor, majd meghatározott időközönként, például 12 óránként, két-három napon át. A kísérletet legalább háromszor megismételjük, az adatokat átlagoljuk.

Szemléltető adatsor, amilyen egy ilyen kísérletből várható (ez nem valódi mérés, csak azt mutatja, hogyan néz ki egy belsőleg következetes eredmény):

Idő (óra)Élő magvak (°C)Elölt magvak (°C)
02020
122220
242420
362621
482721
SzámokbanÉlő és elölt magvak termoszban
Ugyanez az adatsor görbén (szemléltető, nem valódi mérés). A hatás a két görbe különbsége, nem az élő magvak görbéje önmagában.
Forrás: rajz: TurboÉrettségi
  1. Az elemzés: az élő magvaknál 48 óra alatt 7 °C-os emelkedés látszik, az elölt magvaknál 1 °C. A különbség a kettő között 6 °C, tehát a hő a magvak élő voltától függ. Az elölt magvaknál mért kis emelkedés a helyiség változásából vagy a mérés hibájából jöhet. Ezért kell a kontroll: a valódi hatás a két görbe különbsége, nem az élő magvak abszolút értéke.
  2. Következtetés: a csírázó mag hőt termel, tehát lebontó anyagcserét folytat. A hipotézis megerősítést nyert.
  3. Mit nem bizonyít: azt nem, hogy a hő pontosan melyik folyamatból származik (biológiai oxidáció vagy erjedés). Ehhez az oxigénfogyást vagy a szén-dioxid-termelést kellene mérni, például meszes vízzel. Azt sem bizonyítja, hogy a nem csírázó, száraz magnak nincs anyagcseréje, csak azt, hogy a csírázónak van.

Mire jár a pont. A hipotézis mérhető formában való kimondására. Az élő és az elölt mag mint független változó, a hőmérséklet mint függő változó megnevezésére. A kontroll megadására és indoklására. Az azonos körülmények felsorolására. Az ismétlés és a fertőtlenítés említésére, mert ezek zárják ki a zavaró tényezőket. A „mit nem bizonyít” kimondására. Jellemzően 5-6 pont.

Kísérletelemzés: Miller kísérlete, mit bizonyít és mit nem

A feladat. Miller 1953-ban zárt üvegkészülékben vizet forralt, a gőz metán, ammónia és hidrogén keverékébe jutott, ahol elektromos kisülések érték. A gázelegyet ezután lehűtötte, a lecsapódó folyadék visszafolyt a forralóedénybe, és a körforgás egy hétig tartott. A folyadékban a kísérlet végén aminosavakat mutatott ki, a kiinduláskor nem volt bennük. Kérdések: mi volt a hipotézis? Mit modellezett a készülék egyes része? Mi a kontroll? Mit bizonyít az eredmény, és mit nem?

Megoldás lépésről lépésre.

  1. A hipotézis: ha az ősi Föld körülményei között (vízgőz, redukáló gázok, villámlás, eső) szervetlen anyagokból szerves molekulák keletkezhettek, akkor ezeket a körülményeket utánozva aminosavaknak kell megjelenniük.
  2. A modell részei: a forralóedény az ősóceán, a gázelegy az ősi légkör, az elektromos kisülés a villámlás, a hűtés az eső, a visszafolyás a víz körforgása. A készülék tehát az ősi Föld egyszerűsített modellje, nem a valódi Föld.
  3. A független változó: az energiaközlés, azaz az elektromos kisülés. A függő változó: a folyadékban kimutatható szerves molekulák (aminosavak) jelenléte és mennyisége.
  4. A kontroll: ugyanaz a készülék és gázelegy kisülés nélkül. Ha ott nem keletkezik aminosav, a kisüléshez köthető az eredmény. A másik ellenőrzés a kiindulási elegy vizsgálata: abban nem volt aminosav, tehát nem szennyeződésből származott.
  5. Az eredmény: aminosavak keletkeztek élő szervezet közreműködése nélkül. Ez azt bizonyítja, hogy a kémiai evolúció első lépése lehetséges: az élet építőkövei élettelen úton is létrejöhetnek.
  6. Mit nem bizonyít: nem bizonyítja, hogy az élet így keletkezett, csak azt, hogy keletkezhetett így. Nem bizonyítja, hogy az ősi légkör tényleg metánból, ammóniából és hidrogénből állt, a modell összetétele feltételezés. Nem bizonyítja, hogy aminosavból fehérje, majd sejt lett volna. Az aminosav nem élő: nem teljesíti egyetlen életkritériumot sem. A kísérlet a molekula szintjén szól, az élet a sejt szintjén kezdődik.

Mire jár a pont. A modell részeinek megfeleltetésére a valódi körülményekkel. A hipotézis és a változók megnevezésére. A kontroll megadására. Annak kimondására, hogy a kísérlet a lehetőséget bizonyítja, nem a tényleges eseményt. Az életkritériumok alkalmazására: az aminosav nem élő. Jellemzően 4-5 pont.

8. Tipikus hibák

  • Itt a legtöbben elrontják: egyetlen kritériumból döntenek. „A tűz oxigént fogyaszt, tehát van anyagcseréje, tehát él.” Az életkritériumok együtt érvényesek. Egy dolog akkor élő, ha az összes teljesül. A tűznek nincs szerveződése, öröklődése és szabályozása, tehát nem él.
  • Az inger és az ingerület összekeverése. Az inger a környezet változása, ami kívülről éri az élőlényt. Az ingerület a sejt válasza, ami belül keletkezik. A fény inger, az idegsejt membránján kialakuló elektromos változás ingerület.
  • „Az egyed evolválódik.” Nem: az egyed ugyanazzal a génkészlettel születik és hal meg. A populáció génkészlete változik nemzedékről nemzedékre. Az evolúció populációszintű kritérium.
  • „Ami nem szaporodik, az nem él.” Az öszvér terméketlen, mégis él. A szaporodás a fajra jellemző képesség, nem minden egyes egyed pillanatnyi tevékenysége.
  • A vírust egyszerűen élőnek vagy élettelennek mondani, indoklás nélkül. A helyes válasz: a vírusnak nincs sejtes felépítése és saját anyagcseréje, de öröklődik és evolválódik. Ezért az élő és az élettelen határán áll, és mindkét oldalt ki kell mondani.
  • A kontrollt kihagyni a kísérlettervezésből, vagy rosszul megadni. A kontroll nem „egy másik kísérlet”, hanem ugyanaz az elrendezés a vizsgált tényező nélkül. Kontroll nélkül nem tudod, hogy a hatást tényleg a független változó okozta.
  • A független és a függő változó felcserélése. Amit te állítasz be, az a független (hőmérséklet). Amit mérsz, az a függő (buborékok száma). A függő változó függ a függetlentől, nem fordítva.
  • A korrelációt okságnak venni. Ha két adat együtt változik, az nem bizonyítja, hogy az egyik okozza a másikat. Okságot csak kontrollált kísérlet bizonyít.
  • A kristály növekedését az élő növekedésével azonosítani. A kristályra kívülről rakódik rá ugyanaz az anyag. Az élőlény más anyagból, belülről építi fel a saját, attól különböző anyagát.

9. Összefoglaló

  • Az élőlény nyílt rendszer: anyagot és energiát cserél a környezetével, és ez minden más életkritérium feltétele.
  • Az élő rendszer a belső rendjét folyamatos energiabefektetéssel tartja fenn, közben a környezet rendezetlenségét növeli.
  • Az energia egy irányban áramlik át az élővilágon (napfény, kémiai energia, hő), az anyag körforgásban marad.
  • Az emergencia azt jelenti, hogy a magasabb szerveződési szinten olyan tulajdonság jelenik meg, amely az alkotórészekben nincs meg.
  • A szerveződési szintek sorrendje: molekula, sejtalkotó, sejt, szövet, szerv, szervrendszer, szervezet, populáció, társulás, biom, bioszféra.
  • A sejt az első élő szint: a legkisebb rendszer, amely az összes életkritériumot teljesíti.
  • Az életkritériumok: anyagcsere, ingerlékenység, mozgás, növekedés, szaporodás, öröklődés és öröklődő változékonyság, homeosztázis, szerveződés, evolúció.
  • A kritériumok együtt érvényesek: egy-egy külön-külön élettelen dologban is megjelenhet, például a kristály nő, a tűz oxigént fogyaszt.
  • A homeosztázist negatív visszacsatolás tartja fenn: az eltérés indítja el a választ, és az eltérés megszűnése állítja le.
  • Az evolúció populációszintű kritérium, feltételei az öröklődő változékonyság és a szelekció.
  • A vírus az élő és az élettelen határán áll: nincs sejtes felépítése és anyagcseréje, de öröklődik és evolválódik. A prion egyetlen kritériumnak sem felel meg.
  • A kísérletben a független változót állítjuk be, a függő változót mérjük, a kontroll ugyanaz az elrendezés a vizsgált tényező nélkül, minden mást állandóan tartunk.
  • Egy kísérlet a hipotézist megerősíti vagy cáfolja, de csak az adott körülményekre és szervezetre bizonyít, és a korreláció nem okság.
  • Élő csak élőből keletkezik (Redi, Pasteur), az első élő rendszer pedig kémiai evolúcióval jött létre.
  • Élet attól a lépéstől van, amikor az önmásoló molekula membránnal határolt, anyagcserét folytató sejtbe került.

10. Kulcsfogalmak

  • Életkritérium: olyan tulajdonság, amely minden élőlényre jellemző, és amelyek együttese egyetlen élettelen dologra sem igaz.
  • Nyílt rendszer: anyagot és energiát is cserélő rendszer; az élőlény mindig ilyen, a zárt rendszer csak energiát cserél.
  • Emergencia: a magasabb szerveződési szinten megjelenő új tulajdonság, amely a részekből külön-külön nem következik.
  • Rendszerszemlélet: a jelenséget a hozzá tartozó szerveződési szinten és a részek kölcsönhatásában vizsgáljuk.
  • Szerveződési szint: az élő rendszerek egymásra épülő szintjei a molekulától a bioszféráig; az első élő szint a sejt.
  • Anyagcsere: az élőlény és környezete közti anyag- és energiaforgalom, valamint a belső felépítő és lebontó folyamatok összessége.
  • Inger és ingerület, ne keverd össze: az inger a környezet válaszreakciót kiváltó változása, az ingerület a sejt erre adott válasza.
  • Homeosztázis: a belső környezet viszonylagos állandósága, amelyet negatív visszacsatolás tart fenn.
  • Negatív visszacsatolás: az eltérés indítja el azt a választ, amely az eltérést megszünteti, és az eltérés megszűnése leállítja a választ.
  • Öröklődő változékonyság: az utódok öröklődő különbözősége, forrása a mutáció és a rekombináció; a nem öröklődő eltérés nem tartozik ide.
  • Evolúció mint életkritérium: a populáció génkészletének nemzedékek során bekövetkező, öröklődő változása; feltétele az öröklődő változékonyság és a szelekció (lásd a 78. és 79. tételt).
  • Vírus: nukleinsavból és fehérjeburokból álló, sejtes felépítés és saját anyagcsere nélküli részecske, amely csak gazdasejtben sokszorozódik; az élő és élettelen határesete (lásd a 12. tételt).
  • Prion: hibás térszerkezetű, nukleinsav nélküli fehérje, amely a normál fehérjét is átalakítja; nem élő.
  • Anabiózis: nyugvó állapot, amelyben az anyagcsere mérhetetlenül lassú, de újraindítható; a száraz mag és a spóra ezért él.
  • Hipotézis: a megfigyelésre adott, kísérlettel ellenőrizhető és cáfolható magyarázat, gyakran „ha..., akkor...” alakban.
  • Független és függő változó, ne keverd össze: a függetlent a kísérletező állítja be, a függőt méri, és a függő változása a függetlentől függ.
  • Kontroll: a kísérlet azon beállítása, amelyben minden azonos, csak a vizsgált tényező hiányzik; nélküle nem bizonyítható, hogy a hatást a független változó okozta.
  • Modell: a valóság egyszerűsített mása, amely a lényeges tulajdonságokat megtartja, ezért csak azt mutatja, amit beleépítettünk.

11. Lehetséges vizsgakérdések és rövid válaszok

1. Miért mondjuk, hogy az életkritériumok csak együtt érvényesek?

Mert egy-egy kritérium külön-külön élettelen dologban is megjelenik. A kristály nő, a tűz oxigént fogyaszt és terjed, a számítógépes vírus másolja magát. Egyik sem él, mert a többi kritérium hiányzik belőlük. Az élőlény viszont mind a kilencet egyszerre teljesíti: anyagcsere, ingerlékenység, mozgás, növekedés, szaporodás, öröklődés és változékonyság, homeosztázis, szerveződés, evolúció. Ezért a döntéshez végig kell menni az összes kritériumon, és csak akkor mondhatjuk élőnek, ha mindegyik teljesül.

2. Mi a különbség a kristály és az élőlény növekedése között?

A kristály úgy nő, hogy a felületére kívülről rárakódik ugyanaz az anyag, amiből már áll. Nem alakít át semmit, és nincs energiafelhasználás. Az élőlény viszont más anyagokat vesz fel, például cukrot és aminosavat, és ezekből saját, attól különböző anyagot épít fel belülről. Ez a felépítés anyagcsere, energiát igényel, és öröklött program szerint zajlik. Ezért nő a makkból mindig tölgyfa. A kristály növekedése tehát fizikai rárakódás, az élőlényé szabályozott, belső felépítés.

3. Élő-e a vírus? Indokold az életkritériumok alapján.

A vírus nukleinsavból és fehérjeburokból áll, nincs sejtes felépítése és sejthártyája. Nincs saját anyagcseréje: nem termel energiát, nem szintetizál fehérjét, nem nő. Ezért az anyagcsere, a szerveződés, a növekedés és a homeosztázis kritériumát nem teljesíti. Viszont van örökítő anyaga, gazdasejtben sokszorozódik, mutál, és a sikeresebb változatai terjednek el, tehát evolválódik. Ezért a vírus az élő és az élettelen határán áll: sejten kívül élettelen részecske, sejten belül az élő rendszer részeként viselkedik.

4. Mi az emergencia, és miért fontos a rendszerszemlélethez?

Az emergencia azt jelenti, hogy egy magasabb szerveződési szinten olyan tulajdonság jelenik meg, amely az alkotórészekben külön-külön nincs meg. A sejt él, de az őt felépítő fehérjék és nukleinsavak nem élnek. Az agy gondolkodik, de egyetlen idegsejt nem. Az egész tehát több, mint a részek összege, mert a részek kölcsönhatásából új tulajdonság születik. Ezért a rendszerszemlélet azt kívánja, hogy minden jelenséget a saját szintjén vizsgáljunk. Az evolúciót a populáció szintjén, az öröklődést a molekula szintjén, és egyik sem vezethető le teljesen a másikból.

5. Miért nem evolválódik az egyed, ha az evolúció életkritérium?

Az egyed ugyanazzal a génkészlettel születik, él és hal meg, tehát rajta nem történik öröklődő változás. Az evolúció a populáció génkészletének változása nemzedékről nemzedékre. Ehhez az kell, hogy az egyedek öröklődően különbözzenek, és ne egyformán legyenek sikeresek a szaporodásban. A sikeresebb változatok gyakorisága nő a következő nemzedékben. Az evolúció tehát az élet populációszintű kritériuma. Az egyed hozzájárul azzal, hogy örökít és változékony, de maga a folyamat csak sok egyed és sok nemzedék együttesén látható.

6. Egy vizsgálatban azt találták, hogy azokban a tavakban, ahol több a nád, több a béka is. Mit bizonyít ez, és mit nem?

Ez megfigyelés, nem kísérlet, mert senki nem változtatta meg szándékosan a nád mennyiségét. Az eredmény korreláció: a két adat együtt változik. Nem bizonyítja, hogy a nád okozza a több békát. Lehet, hogy egy harmadik tényező, például a sekély és tápanyagdús víz kedvez mindkettőnek. Okságot csak kontrollált kísérlet bizonyíthat: azonos tavakban a nád mennyiségét változtatjuk, minden mást állandóan tartunk, és van nád nélküli kontroll is. A helyes következtetés tehát: a megfigyelés hipotézist ad, amit kísérlettel kell ellenőrizni.

7. Tervezz kísérletet annak vizsgálatára, hogy a hőmérséklet hat-e az élesztő anyagcseréjére.

A hipotézis: ha a hőmérséklet nő, akkor az élesztő több szén-dioxidot termel. A független változó a hőmérséklet, a függő változó a termelt szén-dioxid mennyisége, például a kémcsőben felfogott gáz térfogata vagy az időegység alatt keletkező buborékok száma. Több edénybe ugyanannyi élesztőt, ugyanannyi cukrot és vizet teszek, és különböző hőmérsékleten tartom őket. A kontroll ugyanez az összeállítás cukor nélkül, vagy elölt élesztővel: ebben nem keletkezhet gáz. Minden beállítást háromszor ismétlek, és átlagolok. Az eredmény csak az élesztőre és a vizsgált hőmérsékleti tartományra érvényes, más hőmérsékletre és más élőlényre nem következtethetek belőle.

8. Mit bizonyított Pasteur hattyúnyakú lombikos kísérlete, és mi volt benne a kontroll?

Pasteur forralással csírátlanított húslevest hagyott egy S alakú nyakú lombikban. A levegő be tudott jutni, de a por és a benne lévő mikrobák a nyak hajlatában megrekedtek, és a leves tiszta maradt. Amikor a nyakat letörte, vagy a levest a hajlatig döntötte, a leves rövid időn belül megzavarosodott. A letört nyakú lombik volt a kontroll: minden azonos, csak a mikrobák hozzáférése más. Ezzel bizonyította, hogy a mikrobák a levegő porából kerülnek a levesbe, nem a levesből keletkeznek. Élő csak élőből keletkezik. Azt nem bizonyítja, hogy az élet sohasem keletkezhetett élettelenből, csak azt, hogy a mai körülmények között nem.