2011年9月25日

生物教師手冊 Ch6-6 探究活動-甲狀腺的功能

生物教師手冊提出的第6個探究活動,主題是甲狀腺。重點在於形成解釋、連結解釋、溝通和解釋理由。

這個活動是在看因果關係的實驗,以內分泌系統來說,若是要知道腎上腺的功能,可能的作法就是把腎上腺拿掉,看看動物發生什麼反應,以此來推論腎上腺的功能。腎上腺就是「因」,而產生的反應,就是「果」。然而這樣的實驗可能不儘完備,也許要再將腺體區分成皮質和髓質來分開討論,一次僅就一個部位來做實驗。

情境設定:
有個生物學家甲想要研究甲狀腺的功能,於是他設計了以下的實驗,將某種實驗動物進行手術摘除甲狀腺,而對照組也同樣進行了甲狀腺摘除手術,但是僅有開刀和縫合,並未將甲狀腺摘除。
結果他發現實驗動物出現了以下四種症狀
1.肌肉抽搐(這個症狀大約在20天後消失)
2.體溫降低
3.皮膚變厚,而且皮下出現柔軟、果凍狀的物質
4.動物經常處於昏睡狀態(這種動物在正常情況下,表現會非常活潑,而經過處理的動物卻經躲在角落睡覺)

生物學家甲研究了這些症狀,認為這些症狀都是因實驗動物無法利用食物。第一項症狀是因為動物無法利用食物產生能量,所以神經系統缺乏營養。

然而另外一個科學家乙,他用另外一種動物,也做了同樣的實驗,而他的實驗動物卻只出現後三種症狀。

Q1.
請問兩組實驗結果的差異,可能是哪些變因所造成?請至少提出三個。


A1.
這個實驗可以簡化為「某人從某動物移除了某物」,因此兩組結果的差異可以從下列三個因素來考慮:1.研究者的技術  2.被移除的器官或組織  3.動物的種類


Q2.
就以上這三個因素來看,可能是什麼原因所導致?


A2.
1.研究者的技術:也許其中一個研究者在進行手術時,還傷害了其他的組織
2.被移除的器官:也許兩個研究者移除的是不同的器官,而這兩個器官只是外觀看來相似而已,但是其生理機能卻不相同。
3.動物種類:也許同一個器官在不同的動物體內,會有不同的生理作用。

Q3.

接著,有一個生物學家丙用第3種動物做實驗時發現,在甲狀腺的兩邊各有一個小小的組織,顏色比甲狀腺更深一點。而他做的實驗是將甲狀腺移除,沒有將這小塊的組織移除掉。結果丙發現動物出現的症狀僅有上述的後三項,卻沒有出現第1項。
從三位科學家研究的結果來看,造成甲和乙有差異的可能解釋是什麼?


A3.
甲可能將甲狀腺和那些小塊的組織移除了,而乙只有移除甲狀腺。


Q4.
當甲知道了乙和丙的實驗之後,甲回頭去看自己的實驗動物,試著去找尋丙所稱的小塊組織,但是他沒有找到。而乙也去看自己的實驗動物,確實發現特殊的小塊組織,就在甲狀腺的兩邊,而他將這組織稱為「副甲狀腺」。


基於這些實驗結果,我們先做兩個假設。第1個假設是甲的觀察結果是對的,他的確沒有在甲狀腺旁找到副甲狀腺。第二個假設是,三種實驗動物親緣關係很接近,也就是都會有相同的器官或組織,而且這些器官組織在三種動物的生理作用都是相同的。那麼甲應該如何去解釋這個特殊的結果呢?

A4.
如果第2個假設成立的話,代表甲的實驗動物應該也有副甲狀腺,只是其位置可能和乙丙兩科學家所報告的不同,可能是藏在甲狀腺裡頭,或是其他位置。


Q5.
假設這三個科學家,最後都在他們的實驗動物裡找到了副甲狀腺的存在,只是都處於不同位置。請問:

  • 甲科學家要怎麼做實驗來釐清三種結果的差異?
  • 乙和丙科學家應該還要做什麼實驗?
  • 如果假設最後是正確的,甲科學家會發現什麼樣的結果?
  • 乙和丙又會發現什麼樣的結果?


A5.
甲應該要將甲狀腺單獨移除,而且會發現動物的症狀只會出現後三種,而沒有第1種。
乙和丙(理想上,應該甲也要做),把實驗動物的副甲狀腺單獨移除,而且他們應該會發現動物只會出現第1種與神經相關的症狀,不會有後三種症狀。

Q6.
對三位科學家來說,檢閱他人的研究成果,對自己的研究有何幫助?

Q6.
雖然三位科學家是用三種不同的動物做實驗,他們知道雖然動物是不同種的,但是也可以提供給自己的研究做參考。