목적: 자연발생설을 반증하고 생물의 발생에 있어서 생물속생설을 입증하기 위해서

가설 : 썩은 생선에서 생긴 구더기는 파리가 알을 낳았기 때문이다.

실험군 : 고기를 담은 병을 뚜껑이 없는 상태로 두었다.

대조군 : 고기를 담은 병을 뚜껑이 있는 상태로 두었다.

통제변인 : 병의 크기, 고기의 양, 온도, 습도, 빛 등

조작변인 : 병의 뚜껑 닫는지의 여부, 병의 뚜껑의 종류

결과: 양피지로 덮은 것에서는 구더기가 발생하지 않고, 덮개가 없는 고깃덩어리에는 구더기가 생겼으며, 가는 쇠그물이 덮인 것에서는 쇠그물에 구더기가 발생하였다.

결론: 파리의 구더기 등과 같은 곤충의 애벌레의 자연발생설은 사실이 아니다. 단, 창자나 과일에 기생하는 동물의 알까지는 밝혀내지 못했기 때문에 곤충의 자연 발생 그 자체를 부정하지는 않았다.

가설 : 현미에 닭의 각기병을 치료할 수 있는 물질이 있을 것이다.

대조군 : 모이로 백미를 주어 기른 집단

실험군 : 모이로 현미를 주어 기른 집단

독립변인

조작변인 : 닭을 두 집단으로 나누어 대조군에는 백미, 실험군에는 현미를 먹여 길렀다.

통제변인 : 조작변인 외의 모든 것

종속변인 : 각기병의 발병 여부

결과 : 백미를 먹여 기른 닭에서는 각기병 증세 발견, 현미를 먹여 기른 닭에서는 각기병 증세가 나타나지 않았다.

(추후 각기병 증세가 나타난 닭에게 현미를 먹였더니 증세가 호전됨)

결론 : 현미에는 각기병을 치료(예방)하는 물질이 들어있다.

일반화 : 이후 다른 과학자들의 연구를 통해 각기병을 치료하는 물질이 비타민 B1 라는 것이 밝혀졌다.

목적: 포도상구균의 향균 능력을 검증하기 위함

가설: 포도상구균은 향균 능력을 가졌을 것이다.

실험군: 포도상구균이 포함된 배양 접시

대조군: 포도상구균이 포함되지 않은 배양 접시

통제 변인: 배양 환경, 배양 온도, 배지의 성분, 배지의 크기

조작 변인: 포도상구균의 유무

결과: 포도상구균이 있는 배양 접시에서는 세균이 번식하지 않았고 포도상구균이 포함되지 않은 배양 접시에서는 세균이 번식하였다.

결론: 포도상구균이 향균 작용을 한다는 결과를 얻을 수 있었고 페니실린의 개발로 이어져 항생제가 탄생하게 되었다.

☞ 귀납적 탐구 방법의 과정: 자연 관찰 → 자료 수집 → 자료 해석 → 일반화

☞ 귀납적 탐구 방법의 한계점: 결론과 일치하지 않은 사실이나 현상이 발견되면 결론의 타당성이 없어짐.

자연현상 관찰: 1831년, 다윈은 HMS 비글호를 타고 세계 여러 지역을 탐험하는 항해를 시작했다. 갈라파고스 제도를 포함한 다양한 섬들을 항해하는 동안, 그는 섬마다 새들의 모습과 특성이 다르다는 사실을 관찰했다. 이러한 차이는 다윈에게 큰 흥미를 불러일으켰고, 그는 이를 기행문에 기록하였다.

관찰 주제의 선정: 다윈은 항해를 마친 후에도 기행문을 검토하면서 섬마다 새들의 모습과 크기가 다르다는 사실에 의문을 가졌다. 왜 같은 새들이 섬에 따라 다르게 생겼을까? 이 질문이 그가 본격적으로 탐구를 시작하게 된 계기였다.

관찰 방법과 절차의 고안 및 관찰 수행: 다윈은 갈라파고스 제도의 지형적 특성과 기후에 대한 분석을 통해 새들의 외형적 차이가 자연 환경과 밀접하게 관련되어 있다는 가설을 세웠다. 그는 다른 탐험가들이 남긴 기록도 참고하면서, 각 섬의 환경이 새들의 먹이, 부리 모양, 털색 등에 어떻게 영향을 미치는지 연구하였다.

관찰 결과의 해석 및 결론 도출: 다윈은 새들의 부리 모양이 그들이 먹는 먹이와 밀접한 관련이 있으며, 기후는 새들의 털색에 영향을 미치고, 지형적 특성은 새들의 날개 모양과 관련이 있음을 알아냈다. 이러한 연구는 자연 선택의 개념으로 이어졌고, 다윈은 생존 경쟁 속에서 더 적합한 개체가 살아남고, 그렇지 못한 개체는 도태된다는 결론을 내렸다.

결과의 해석 및 결론 도출 : 다윈은 자연 선택의 원리를 바탕으로, 시간이 지나면서 적합한 개체들이 가진 유리한 변이가 축적되고, 이는 궁극적으로 새로운 종의 탄생으로 이어질 수 있음을 주장하였다. 그는 이와 같은 자연 선택이 종의 진화 과정에서 핵심적인 역할을 한다는 확신을 갖게 되었고, 이를 바탕으로 1859년에 자신의 대표 저서 종의 기원을 출판하였다. 다윈은 자연은 치열한 생존 경쟁의 장이며, 이 경쟁에서 더 적합한 자, 즉 '적자'가 살아남는다.적응하지 못한 개체는 멸종하며, 살아남은 개체의 유리한 변이는 시간이 지남에 따라 누적된다.이러한 변이는 결국 새로운 종으로 진화하는 과정을 촉발하며, 이는 오랜 세월 동안 계속된다라는 결론을 도출했다.

1차: 4억 4천 3백만 년 전 - 고생대 오르도비스기/ 고생대 실루리아기 경계

(삼엽충, 완족류)

2차: 3억 7천만 년 전 - 고생대 데본기/ 고생대 석탄기 경계

(해양생명체)

3차: 2억 4천 5백만 년 전 - 고생대 페름기/ 중생대 트라이아스기 경계

(산호, 방추충)

4차: 2억 1천 5백만 년 전 -  중생대 트라이아스기/ 중생대 쥐라기 경계

(해양 생명체)

5차: 6천 6백만 년 전 - 중생대 백악기/ 신생대 제3기 경계

(암모나이트, 공룡)

제 3차 페름기-트라이아스기의 대멸종이 가장 큰 규모였음 - 해양 동물 종의 96%가 멸종됨. -> permian과 triassic의 머릿글자를 따서 p/t 경계 멸종 사건이라 부름.

대멸종이라고 불리는 사건에는 다음과 같은 공통점이 있었다.

1. 1. 약 30% 이상의 식물, 동물종이 멸종했다.

2. 2. 멸종이 특정 생물군이 아닌 여러 생물군에서 나타난다.

3. 3. 멸종은 전 세계적 현상이었다.

4. 4. 상대적으로 매우 짧은 시간에 발생했고, 한 가지 혹은 연관된 일련의 사건에 의해 일어난다.

1. 5. 멸종의 규모가 배경 멸종의 규모보다 크다.

생물의 대멸종의 원인

• • 동시다발적인 지각 활동

• • 소행성 충돌

• • 거대한 화산재로 인한 지구 기온 변화

예방 방법

• • 육지 보호 구역 지정 - 과학자들은 지구에서는 6천 500만년 전 공룡 멸종 등 5 차례의 대멸종이 있었고 현재 도시 개발 등 인간 활동으로 6번째 대멸종이 진행되고 있다고 함. 연구팀은 2018~2023년 전 세계 보호구역으로 추가 지정된 120만km를 분석한 결과 11만km만 희귀, 멸종 위기 종 서식지와 겹쳤다며 보호 구역은 목표를 효과적으로 달정할 수 있게 지정하는 게 중요하다고 지적함.

• • 정치적, 사회적 제도 마련 - 멸종 속도가 더욱 가속화되는 것을 막기 위해 Ceballos와 Ehrlich는 전례 없는 규모의 즉각적인 정치적, 경제적, 사회적 조치를 촉구했다. 특히 열대 지방에 초점을 맞춰야 한다. 연구자들이 보고한 것처럼 현재 단일 종으로만 구성된 수많은 속이 있기 때문이다. 마지막 존재하는 종이 죽으면 속 전체가 죽는다. 두 연구원은 “인구의 규모와 성장, 그리고 소비 규모의 증가는 모두 문제의 중요한 부분이다”고 말했다. Ehrlich는 “이러한 일을 계속해서 수행하여 생물 다양성을 구할 수 있다는 생각은 미친 짓이다”며 "가지에 앉아서 동시에 톱질하는 것과 같다”고 말했다.

1. 자연 현상 관찰

   과학자들은 생명체의 유전 정보가 세포 내에 저장되고 전달되는 메커니즘에 관심을 가졌다.

2. 관찰 주제 선정

   유전 정보가 저장되고 전달되는 과정을 이해하기 위해 DNA의 분자 구조를 규명하는 것이 주제로 선정되었다.

3. 관찰 방법과 절차의 고안

   DNA 구조를 밝혀내기 위한 여러가지 실험적 방법이 고안되었다.

   -모리스 윌킨스와 로잘린드 프랭클린은 X선 회절 사진을 이용하여 DNA가 나선형 구조를 가지고 있다는 힌트를 얻었다.

   -제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 기존의 연구 결과와 모델링 기법을

   통해 DNA 구조를 시각화하는 방법을 개발하였다. 그들은 여러 화학

   적 원소의 결합 방식, 특히 염기 간의 상호작용을 분석하여 이중 나선 구조라는 가설을 세우기도 하였다.

4. 관찰 수행

   윌킨스와 프랭클린은 X선 회절 사진을 통해 DNA의 물리적 구조에 대한 데이터를 수집하였다. 이 데이터를 바탕으로 왓슨과 크릭은 종이와 금속 모델을 이용해 여러 가능성을 모색하며 DNA의 3D 구조를 시뮬레이션하였다.

5. 관찰 결과 해석 및 결론 도출

   왓슨과 크릭은 관찰한 데이터를 바탕으로 DNA가 이중 나선 구조로 이루어져 있으며, 염기쌍이 상보적으로 결합한다는 결론을 도출하였다. 이 결과는 DNA의 복제 메커니즘을 설명할 수 있는 중요한 발견이었다.