Ecoloog Arthur Hasler (links) wordt gecrediteerd met het verklaren van het jachtinstinct van coho-zalm. Centrum voor Limnologie, Universiteit van Wisconsin-Madison

Coho zalm ( Oncorhynchus kisutch ) zijn geweldige vissen. Inheems in het noordwesten van de Stille Oceaan, ze beginnen hun leven in zoetwaterstromen en verhuizen vervolgens naar de open oceaan. Maar wanneer een Coho-zalm de broedleeftijd bereikt, het zal terugkeren naar de waterweg van zijn geboorte, soms reizen ze 400 mijl (644 kilometer) om er te komen.

Betreed wijlen Arthur Davis Hasler. Terwijl een ecoloog en bioloog aan de Universiteit van Wisconsin, hij was geïntrigeerd door de vraag hoe deze wezens hun thuisstroom vinden. En in 1960, hij gebruikte een basisprincipe van de wetenschap - de hypothese - om erachter te komen.

Dus wat is een hypothese? Een hypothese is een voorlopige, toetsbare verklaring voor een waargenomen fenomeen in de natuur. Hypothesen hebben een beperkte reikwijdte - in tegenstelling tot theorieën, die een breed scala van waarneembare verschijnselen bestrijken en putten uit veel verschillende bewijslijnen. In de tussentijd, een voorspelling is een resultaat dat je zou verwachten als je hypothese of theorie juist is.

Dus terug naar 1960 en Hasler en die zalm. Een niet-geverifieerd idee was dat Coho-zalmen hun gezichtsvermogen gebruikten om hun thuisstromen te lokaliseren. Hasler wilde dit idee (of hypothese) testen. Eerst, hij verzamelde verschillende vissen die al waren teruggekeerd naar hun oorspronkelijke stroompjes. Volgende, hij blinddoekte enkele van de gevangenen - maar niet allemaal - voordat hij zijn zalm in een verafgelegen stuk water dumpte. Als de gezichtshypothese juist was, dan kon Hasler verwachten dat minder van de geblinddoekte vissen naar hun thuisstroom zouden terugkeren.

Zo liepen de zaken niet. De vissen zonder blinddoek kwamen in hetzelfde tempo terug als hun geblinddoekte tegenhangers. (Andere experimenten toonden aan dat geur, en niet zien, is de sleutel tot het homing vermogen van de soort.)

Hoewel de blinddoekhypothese van Hasler werd weerlegd, anderen hebben het beter gedaan. Vandaag, we kijken naar drie van de bekendste experimenten in de geschiedenis - en de hypothesen die ze hebben getest.

Ivan Pavlov en zijn honden (1903-1935)

De hypothese :Als honden vatbaar zijn voor: geconditioneerde reacties (kwijlend), dan een hond die regelmatig aan hetzelfde wordt blootgesteld neutrale stimulus (metronoom/bel) voordat het voedsel ontvangt, zal dit associëren neutrale stimulus met de handeling van het eten. Eventueel, de hond moet beginnen te kwijlen met een voorspelbare snelheid wanneer hij de stimulus tegenkomt - zelfs voordat er daadwerkelijk voedsel wordt aangeboden.

Het experiment :Nobelprijswinnaar en uitgesproken criticus van het Sovjet-communisme, Ivan Pavlov is synoniem met de beste vriend van de mens. 1903, de in Rusland geboren wetenschapper startte een decennialange reeks experimenten met honden en geconditioneerde reacties.

Bied een hongerige hond een bord eten aan en hij zal gaan kwijlen. In deze context, de stimulus (het eten) zal automatisch een bepaalde reactie uitlokken (het kwijlen). Dit laatste is een aangeboren ongeleerde reactie op het eerste.

Daarentegen, het ritmische geluid van een metronoom of bel is een neutrale stimulus. Naar een hond, het geluid heeft geen inherente betekenis en als het dier het nog nooit eerder heeft gehoord, het geluid zal geen instinctieve reactie uitlokken. Maar het zien van voedsel zal dat zeker doen.

Dus toen Pavlov en zijn laboratoriumassistenten het geluid van de metronoom/bel speelden voor de voedingssessies, de onderzoekers geconditioneerd test honden om metronomen/bellen mentaal te koppelen aan etenstijd. Door herhaalde blootstelling, het geluid alleen al begon de honden te doen watertanden voordat ze kregen eten.

Volgens "Ivan Pavlov:A Russian Life in Science" door biograaf Daniel P. Todes, De grote innovatie van Pavlov hier was zijn ontdekking dat hij de reactie van elke hond kon kwantificeren door de hoeveelheid speeksel te meten die het produceerde. Elke hond kwijlde voorspelbaar in zijn eigen consistente tempo toen hij of zij een gepersonaliseerde (en kunstmatige) voedselgerelateerde keu tegenkwam.

Pavlov en zijn assistenten gebruikten geconditioneerde reacties om naar andere hypothesen over dierfysiologie te kijken, ook. In een opmerkelijk experiment, een hond werd getest op zijn vermogen om tijd te vertellen. Dit specifieke hondje kreeg altijd voedsel als het een metronoomklik hoorde met een snelheid van 60 slagen per minuut. Maar het kreeg nooit eten na het luisteren naar een langzamere, 40 slagen per minuut beat. Zie, Pavlovs dier begon te kwijlen als reactie op het snellere ritme - maar niet de langzamere . Zo duidelijk, het kon de twee ritmische beats uit elkaar houden.

Het vonnis :Met de juiste conditionering - en veel geduld - kun je een hongerige hond laten reageren op neutrale stimuli door op commando te kwijlen op een manier die zowel voorspelbaar als wetenschappelijk kwantificeerbaar is.

Ivan Pavlov bewees dat je een hongerige hond kunt laten reageren op neutrale prikkels door op commando te kwijlen. ©HowStuffWorks

Isaac Newton's stralende prisma's (1665)

De hypothese :Als wit zonlicht een mengsel is van alle kleuren in het zichtbare spectrum - en deze reizen op verschillende golflengten - dan zal elke kleur onder een andere hoek breken wanneer een bundel zonlicht door een glazen prisma gaat.

de experimenten :Kleur was een wetenschappelijk mysterie voordat Isaac Newton langskwam. In de zomer van 1665, hij begon te experimenteren met glazen prisma's vanuit de veiligheid van een verduisterde kamer in Cambridge, Engeland.

Hij sneed een rond gat van 0,63 centimeter in een van de luiken, waardoor een enkele straal zonlicht de plaats binnenkomt. Toen Newton een prisma tegen deze straal hield, een langwerpig stuk veelkleurig licht werd op de tegenoverliggende muur geprojecteerd.

Deze bevatte gescheiden lagen rood, Oranje, geel, groente, blauw, indigo en violet licht. Van boven naar beneden, deze patch was 33,65 centimeter lang, maar het was slechts 2,6 inch (6,6 centimeter) breed.

Newton concludeerde dat deze levendige kleuren zich in het zonlicht zelf hadden verstopt, maar het prisma boog (of "brak") ze onder verschillende hoeken, die de kleuren scheidde.

Nog altijd, hij was niet 100 procent zeker. Dus Newton repliceerde het experiment met één kleine verandering. Deze keer, hij nam een ​​tweede prisma en liet het de regenboogachtige lichtvlek onderscheppen. Zodra de gebroken kleuren het nieuwe prisma binnengingen, ze recombineerden zich tot een ronde witte zonnestraal. Met andere woorden, Newton nam een ​​straal wit licht, brak het uit elkaar in een aantal verschillende kleuren en zette het vervolgens weer in elkaar. Wat een leuke feesttruc!

Het vonnis :Zonlicht is echt een mix van alle kleuren in de regenboog - en ja, deze kunnen afzonderlijk worden gescheiden via lichtbreking.

in 1665, Isaac Newton testte en bewees zijn hypothese dat zonlicht een mengsel is van alle kleuren in de regenboog en dat de kleuren kunnen worden gescheiden via lichtbreking. Apic/Getty-afbeeldingen

Robert Paine's onthullende zeester (1963-1969)

De hypothese :Als roofdieren de populaties van de organismen die ze aanvallen beperken, dan zouden we verwachten dat de prooisoort vaker voorkomt na de uitroeiing van een groot roofdier.

Het experiment :Voldoen aan Pisaster ochraceus , ook bekend als de paarse zeester (of de paarse zeester als je dat liever hebt).

Met behulp van een uitschuifbare maag, het schepsel voedt zich met mosselen, limpets, zeepokken, slakken en andere ongelukkige slachtoffers. Op sommige kustrotsen (en getijdenpoelen) langs de kust van de staat Washington, deze zeester is het toproofdier.

Het dier maakte van Robert Paine een wetenschappelijke beroemdheid. Een ecoloog van beroep, Paine was gefascineerd door de omgevingsrollen van toproofdieren. In juni 1963, hij startte een ambitieus experiment langs de Mukkaw Bay in de staat Washington. Jarenlang, Paine hield een rotsachtig deel van deze kustlijn volledig zeestervrij.

Het was hard werken. Paine moest regelmatig eigenzinnige zeesterren van "zijn" ontsluiting wrikken - soms met een koevoet. Dan zou hij ze in de oceaan gooien.

Voorafgaand aan het experiment, Paine observeerde 15 verschillende soorten dieren en algen in het gebied dat hij besloot te testen. In juni 1964 - een jaar nadat zijn zeesterzuivering was begonnen - was dat aantal gedaald tot acht.

Ongecontroleerd door paarse zeesterren, de populatie zeepokken schoot omhoog. Vervolgens, deze werden vervangen door Californische mosselen, die het terrein gingen domineren. Door zich in groten getale aan rotsen te verankeren, de mosselen verdrongen andere levensvormen. Dat maakte de rots onbewoonbaar voor de meeste voormalige bewoners:zelfs sponzen, anemonen en algen - organismen die Pisaster ochraceus eet niet - werden grotendeels uitgezet.

Al die soorten bleven gedijen op een ander stuk kustlijn dat Paine onaangeroerd liet. Latere experimenten overtuigden hem ervan dat Pisaster ochraceus is een "sleutelsteensoort, " een wezen dat onevenredige invloed uitoefent op zijn omgeving. Elimineer de sluitsteen en het hele systeem raakt in de war.

Het vonnis :Apex-roofdieren hebben niet alleen invloed op de dieren waarop ze jagen. Het verwijderen van een toproofdier veroorzaakt een kettingreactie die een heel ecosysteem fundamenteel kan transformeren.

Toen ecoloog Robert Paine alle paarse zeesterren uit een rotsachtig deel van Mukkaw Bay verwijderde, hij verwachtte de populaties mosselen, zeepokken en slakken om te ontploffen. Hij was fout. Jerry Kirkhart/Flickr (CC door 2.0) DAT IS NU INTERESSANT

In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, Pavlov gebruikte bijna nooit bellen in zijn hondenexperimenten. In plaats daarvan, hij gaf de voorkeur aan metronomen, zoemers, harmoniums en elektrische schokken.