Mistä kävyt tulevat? Tutki männyn kukkien ja siementen salaisuuksia! (7. luokan biologia)

Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on koe.

Koulun pihat, puistot, pyhät paikat ja rannikot. Mänty (Matsu no Ki) on luonnollinen osa japanilaista maisemaa. Sen erikoiset, neulasmaiset lehdet, muhkurainen runko ja voimakkaasti leviävät oksat antavat sille sielukkaan, kuin japanilaisesta maalauksesta tutun olemuksen.

Mutta mänty ei olekaan vain ”mikä tahansa puu”. Itse asiassa, kun tarkastelemme sitä kasvien evoluution näkökulmasta, se on varsin erikoisia piirteitä omaava ”elävä oppikirja”. Sen lehdet ovat aivan erilaiset kuin tavallisilla kukkakasveilla (koppisiemenisillä), sen kukilla on kummallinen rakenne, ja sen siementen lennätystapa on suorastaan hämmästyttävä… Mitä enemmän tiedät, sitä enemmän joudut pohtimaan ”miksi se on juuri tällainen?” Männyn selviytymisstrategiat ovat täynnä salaisuuksia. Tässä artikkelissa esittelemme männyn ihmeellistä rakennetta yhdistäen sen luokkahuoneen havaintoihin ja sellaiseen tieteelliseen pikkutietoon, jonka haluat kertoa heti eteenpäin!

Peruskoulun 7. luokan biologiassa käsitellään mäntyä (paljassiemeninen). Tämä on se yksikkö, jossa monet oppilaat kohtaavat ensimmäistä kertaa ”kukan, jolla ei ole terälehtiä eikä verholehtiä” – melkoinen järkytys! Kollegani, opettaja Y, piti suorastaan mahtavan tunnin leikkaamalla rohkeasti palan männyn oksaa koulun pihasta ja tuomalla sen luokkaan. Kun aidon asian saa eteensä kuvien ja oppikirjojen sijaan, oppilaiden silmät alkavat loistaa toisella tavalla.

Männyn havainnoinnissa ajoitus on kuitenkin kaikki kaikessa. Siitepölyn leviämisaika ja käpyjen muodostumisaika ovat lyhyitä. Tuntivalmistelussa menestyksen avain on kukkimisajan tiivis seuraaminen ja parhaassa mahdollisessa kunnossa olevien näytteiden kerääminen etukäteen.

Tuntivalmistelut ja eteneminen

1. Etukäteisvalmistelut: Hanki aidot näytteet

Jotta oppilaat pääsevät kokemaan aidon puun ”tuntuman” ja ”tuoksun”, jotka eivät välity pelkistä oppikirjakuvista, valmista seuraavat näytteet:

Tarvikkeet

• Koulun pihalta tai lähialueelta kerätty männyn oksa (mieluiten hede- ja emikukilla varustettuna)
• Luuppi eli suurennuslasi (ehdoton käpyjen suomujen ja siitepölyn tarkasteluun)
• Luonnoslehtiöt ja kirjoitusvälineet (piirtäminen parantaa havainnoinnin tarkkuutta)
• Käpyjä (sekä kypsiä että raakoja) (koko- ja värivertailuun)

Paras keräilyaika

• Hede- ja emikukkien havainnointi → Huhti-toukokuu (Pääsiäisen tai vapun aika on ratkaiseva!)
• Raaka käpy → Kesä-elokuu (vihreä ja tiukasti suljettu)
• Kypsä käpy → Syksy ja myöhemmin (muuttuu ruskeaksi ja suomut avautuvat)

2. Havainnoinnin kulku

① Männyn peruspiirteiden tarkistaminen

Ensiksi, kysy oppilailta: ”Mitä eroa männyn ja aiemmin opittujen rypsien tai kirsikankukkien välillä on?” Tarkoitus on johdattaa heidät avainsanaan paljassiemeninen kasvi (rashishokubutsu).

Männyn erityispiirteet

• Paljassiemeninen: Sitä, josta kehittyy siemen (sikiönaihe), ei suojaa sikiäin. Se on primitiivinen selviytymisstrategia, joka on ollut käytössä jo dinosaurusten ajoista lähtien.
• Neulasmaiset lehdet: Evoluution tulos, joka vähentää pinta-alaa ja auttaa kasvia selviytymään kuivuudesta.
• Käpy (Matsubokkuri) siemenen luojana: Ei muodosta varsinaista hedelmää, vaan kasvattaa siemenet suomujen väliin.

Tästä eteenpäin siirrytään mikroskooppiseen maailmaan, kun oppilaat ottavat aidon männyn oksan ja kukat käteensä ja aloittavat havainnoinnin.

Mikä on hedekukka? Mikä on emikukka? Sijainnilla on oma tarkoituksensa.

② Hede- ja emikukkien havainnointi: Elämän jatkamisen mekanismi

Kookkaaksi kasvanut mänty alkaa kukkia keväällä. Nämä kukat ovat kuitenkin kaukana siitä ”kauniista kukasta”, jonka me yleensä kuvittelemme.

• Hedekukka: Keltaisten hiukkasten tiivis rykelmä. Ne kasvavat tiiviisti uuden verson tyvessä (alaosassa) keväällä.
• Emikukka: Osa, josta tulee myöhemmin käpy. Ne kasvavat pienenä punaviolettina nuppuna uuden verson kärjessä (ylimpänä). Se on pieni ja helppo ohittaa huomaamatta.

Suurennetaanpa männyn emikukan suomua (鱗片).

Suurennettu 40 kertaa

Kun hedekukka suurennetaan, näemme pussimaisen rakenteen. Tämä on siitepölypussi. Tiedätkö, miksi hedekukat ovat alhaalla ja emikukat ylhäällä? Tämän sanotaan olevan keino estää itsepölytys ja varmistaa, että puu saa mahdollisimman kaukaisia geenejä. Kun kokeeksi napautat kypsää hedekukkaa sormella, keltainen savumainen siitepöly nousee ilmaan näyttävästi.

Tämä massiivinen siitepölyn vapautus on männyn strategia. Se on tuulipölytteinen kukka (fūbaika), joka luottaa pelkkään tuulen voimaan siitepölyn levittämisessä, ilman kustannuksia, joita kuluisi hyönteisiä houkuttelevan meden tuottamiseen.

Männyn hedekukan suomu 40 kertaa suurennettuna

Kun siitepölyä suurennetaan (400 kertaa), voimme nähdä Mickey Mouse -korvien kaltaiset ilmapussit. Näin siitepöly tekee matkustamisesta tuulessa helpompaa!

Siitepöly kulkeutuu tuulen mukana emikukkaan. Se pääsee suomujen väliin ja tarttuu siellä olevaan limaiseen eritteeseen. Tästä eteenpäin alkaa männyn todellinen ihme.

Uskomatonta kyllä, vaikka siitepöly saavuttaa emikukan, se ei heti hedelmöity! Vasta noin vuoden kuluttua pölytyksestä siitepölyputki kasvaa ja tapahtuu hedelmöitys munasolun kanssa. Mänty käyttää huikean määrän aikaa! Siemenet kehittyvät hitaasti, tämä on männyn oma rytmi.

Tämä ruskea möykky oksan tyvessä on ”viime vuoden emikukka (1. vuoden käpy)”.

Suurennettuna näkee, kuinka suomut ovat tiukasti kiinni ja suojaavat siemeniä.

Jos oppilaat piirtävät ja tiedostavat eron ”tämän vuoden kukan” ja ”viime vuoden kukan” välillä, ajankulku konkretisoituu ja ymmärrys syvenee.

③ Kävyn kehitys ja siementen matkaan lähtö

Hedelmöityksen jälkeen emikukka puutuu ja kovettuu vielä vuoden ajan, muuttuen tutuksi kävyksi (pallomainen hedelmä).

• Raaka käpy: Vihreä, sisältää vettä, ja suomut ovat tiukasti suljetut.

• Kypsä käpy: Ruskea ja kuiva, jolloin suomut aukeavat raollaan.

Aukeamien välistä löytyy siemeniä. Kun ne otetaan esiin, huomaamme niissä olevan ohuen kalvon tapaisen siiven (tsubasa).

Syksyn kuivana ja aurinkoisena päivänä käpy avaa suomunsa ja lennättää siemenet tuulen mukana. Siemenet on rakenteeltaan sellaisia, että ne putoavat hitaasti pyörien kuin potkuri (tunnetaan nimellä autorotaatio). Tämän ansiosta ne voivat matkustaa tuulessa pidempään ja siirtyä kauas emopuusta.

• Luupilla katsottuna voidaan vahvistaa, että yhdessä suomussa on kaksi siementä.

Tarkistetaan NHK:n videolta, miltä männyn siementen lentäminen näyttää.

Pyydä oppilaita havainnoimaan tämän hienostuneen lentolaitteen mekanismiä luonnostelemalla.

Nuori mänty (kuvattu Benesse House Museumissa Naoshimassa)

Uuteen maastoon laskeutunut siemen itää olosuhteiden salliessa. Keväällä vesi ja lämpötila herättävät sen. Ensin pieni juuri (pääjuuri) kasvaa maahan ja sen voimalla sirkkalehti nousee maan pinnalle.

Huomio kiinnittyy sirkkalehtien (ensilehtien) määrään. Esimerkiksi elämänlangoissa on kaksi, mutta männyssä niitä on useita neulasmaisia. Sen jälkeen varsinaiset lehdet lisääntyvät, ja se muuttuu vähitellen aikuiseksi männyn näköiseksi. Juuristo on pääjuurityyppiä, joka kasvaa suoraan syvälle maahan. Tämä on salaisuus, jolla se saa vettä kuivilta kallionkärjiltäkin ja pysyy pystyssä.

④ Männyn sopeutumisstrategia ja kasvuympäristö

Miksi mäntyjä on niin paljon Japanin rannikoilla ja kallioilla? Myös tämä mysteeri ratkeaa luonnontieteen näkökulmasta.

• Kasvaa Kanto-nimisessä savimaassa ja hiekkamaalla: Vähäravinteinen ja liian hyvin vettä läpäisevä maaperä on muille kasveille ankara. Kuitenkin kilpailijoiden puuttumisen vuoksi se on männyn paratiisi.
• Kasvaa kallioilla: Tämäkin on strategia kilpailun välttämiseksi.
• Esim. ”Ipponmatsu” (Yksittäinen mänty) -paikannimet: Todiste sen elinvoimasta, kun se kasvaa yksin ankarissa olosuhteissa ja kasvaa niin suureksi, että siitä tulee maamerkki.

Yhteistyö maantiedon (yhteiskuntaoppi) opettajan kanssa, jossa tutkitaan alueen kasvillisuutta ja paikannimien alkuperää, johtaa syvälliseen ja poikkitieteelliseen oppimiseen.

Tunnin kohokohdat ja jatko-opiskelu

Syventäviä kysymyksiä männyn ekologiasta

Syvennetään ajattelua antamalla tällainen visa tunnin lopuksi.

• K. Miksi männyn neulaset ovat näin ohuita? → V. ”Pinta-ala on minimoitu äärimmilleen, jotta vesi ei pääse haihtumaan lehdistä.” Se on äärimmäinen ”energiansäästösuunnitelma”, jonka avulla se kestää kylmää ja kuivuutta ja pysyy vihreänä talvellakin.

• K. Miksi käpy aukeaa aurinkoisella säällä ja sulkeutuu sateella? → Sillä on luonnollinen anturitoiminto, joka muuttaa muotoaan kosteuden mukaan. Siemenien levittämiseen sade ei sovi. Kävyn rakenne on kehittynyt niin, että se aukeaa juuri kuivana ja tuulisena päivänä.

NHK for School -materiaalien tms. hyödyntäminen männyn siementen leviämistä esittävien dynaamisten videoiden näyttämiseksi kumoaa sen vakiokäsityksen, että kasvit olisivat ”liikkumattomia”, ja herättää oppilaiden mielenkiinnon välittömästi. 7. luokan ”Mänty”-yksikkö ei ole pelkkää ulkoa opettelua, vaan se on aitojen esineiden kautta tehtävien ”löytöjen” aarreaitta. Oikea-aikaisten aitojen oppimateriaalien (oksat ja kukat) valmisteleminen ja mikromaailmaan tutustuminen luonnostelemalla ja luupilla havainnoimalla on ensimmäinen askel kohti tiedeinnostusta.

Luo siis seuraavalla tunnillasi luokkahuoneeseen männyn tuoksu ja nauti elämän ihmeistä yhdessä oppilaidesi kanssa!

Referenssikuva: Tämä kuva on otettu maaliskuussa Sankeienin tarkastusmatkalla. Se on vielä nuppuasteella.

Tässä on männyn runko. Sille tyypillinen, karhea rakenne (kuten suomuina irtoava kuori) on yksi sen erityispiirteistä.

Yhteydenotot ja toimeksiannot

Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olemme koonneet selkeät ohjeet hauskoihin kotona tehtäviin tieteellisiin kokeisiin ja vinkkejä niihin. Etsi lisää! ・Tietoja ylläpitäjästä/Ken Kuwakosta löydät täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoitukset, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) tästä ・Artikkelien päivitykset julkaistaan X:ssä!

Kokeiluvideoita Tieteen Ideakanavalla!