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3C: Jeopardy - Biología

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3C: peligro

La proteasa enteroviral 3C activa el inflamasoma NLRP1 humano en el epitelio de las vías respiratorias

Las proteínas del sensor inmunológico son fundamentales para la función del sistema inmunológico innato humano. El repertorio completo de factores desencadenantes afines para los sensores inmunitarios humanos no se comprende por completo. Aquí, informamos que la proteína 1 que contiene dominios NACHT, LRR y PYD humanos (NLRP1) es activada por proteasas 3C (3Cpros) de enterovirus, como el rinovirus humano (HRV). 3Cpros escinde directamente la NLRP1 humana en un único sitio entre Glu 130 y Gly 131. Esta escisión desencadena la degradación mediada por N-glicina del fragmento N-terminal autoinhibidor de NLRP1 a través del complejo cullina ZER1 / ZYG11B, que libera el fragmento C-terminal activador. La infección de las células epiteliales primarias de las vías respiratorias humanas por el VFC humano vivo desencadena la activación del inflamasoma dependiente de NLRP1 y la secreción de interleucina-18. Nuestros hallazgos establecen 3Cpros como un desencadenante derivado de patógenos para el inflamasoma NLRP1 humano y sugieren que NLRP1 puede contribuir a enfermedades inflamatorias de las vías respiratorias.


28/8: Aquí estamos & # 8230En el Centre du Media & # 8230De nuevo.

Entonces & # 8230 estoy compilando una lista de recursos en línea (con su ayuda & # 8230 gracias) que serán útiles en nuestro proyecto lobo.
Aquí está la lista: Proyecto Intet Resources-Wolf

Agregaré más a medida que los descubramos juntos, así que vuelva a consultar si lo desea.

Las hipótesis del laboratorio de chía deben entregarse el viernes, por favor.

ESTUDIOS SOCIALES:

  1. Estudia para tu cuestionario de mapas físicos & # 8230 tienes 10 minutos para esto.
  2. Haz la prueba.
  3. Completa tu guía de estudio
  4. Verifique las respuestas de la guía de estudio con esta clave: VER PUBLICACIÓN DEL LUNES 2 DE SEPTIEMBRE
  5. Juega Jeopardy y comprueba qué tan alto puedes anotar.

27 de agosto de 2014
por jblacher
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3C: Jeopardy - Biología

Mientras ha habido gente, ha habido tecnología. De hecho, las técnicas de modelado de herramientas se toman como la principal evidencia del comienzo de la cultura humana. En general, la tecnología ha sido una fuerza poderosa en el desarrollo de la civilización, tanto más cuanto que se ha forjado su vínculo con la ciencia. La tecnología, como el lenguaje, los rituales, los valores, el comercio y las artes, es una parte intrínseca de un sistema cultural y da forma y refleja los valores del sistema. En el mundo actual, la tecnología es una empresa social compleja que incluye no solo la investigación, el diseño y la artesanía, sino también las finanzas, la fabricación, la gestión, la mano de obra, el marketing y el mantenimiento.

En el sentido más amplio, la tecnología extiende nuestras habilidades para cambiar el mundo: para cortar, dar forma o juntar materiales para mover cosas de un lugar a otro para llegar más lejos con nuestras manos, voces y sentidos. Usamos la tecnología para intentar cambiar el mundo y adaptarlo mejor a nosotros. Los cambios pueden relacionarse con necesidades de supervivencia como alimentos, refugio o defensa, o pueden relacionarse con aspiraciones humanas como el conocimiento, el arte o el control. Pero los resultados de cambiar el mundo suelen ser complicados e impredecibles. Pueden incluir beneficios inesperados, costos inesperados y riesgos inesperados, muchos de los cuales pueden recaer en diferentes grupos sociales en diferentes momentos. Por lo tanto, anticipar los efectos de la tecnología es tan importante como mejorar sus capacidades.

Ciencia para todos los estadounidenses

En los Estados Unidos, a diferencia de la mayoría de los países desarrollados del mundo, la tecnología como asignatura ha sido ignorada en gran medida en las escuelas. No está vinculado a los requisitos de graduación, no tiene un lugar fijo en la educación primaria, está completamente ausente en el plan de estudios preparatorio para la universidad y no constituye parte del contenido de los cursos de ciencias en ningún nivel.

Sin embargo, esa situación ahora está cambiando. Existe una creciente conciencia de que la tecnología funciona en la vida cotidiana para moldear el carácter de la civilización. Los proyectos de diseño son cada vez más evidentes en los grados de primaria, y la transformación de las artes industriales y otras materias en educación tecnológica está ganando impulso. Y el énfasis de Ciencia-Tecnología-Sociedad (STS) en el plan de estudios está ganando adeptos.

La tarea que tenemos por delante es incorporar la educación tecnológica en el plan de estudios, así como utilizar la tecnología para promover el aprendizaje, de modo que todos los estudiantes estén bien informados sobre la naturaleza, los poderes y las limitaciones de la tecnología. Como empresa humana, la tecnología tiene su propia historia e identidad, muy aparte de las de las ciencias y las matemáticas. En la historia, precedió a la ciencia y solo gradualmente se ha basado en la ciencia y el conocimiento de cómo funciona el mundo natural para ayudar a controlar lo que sucede en el mundo. En los tiempos modernos, la tecnología se ha caracterizado cada vez más por las relaciones interdependientes que tiene con la ciencia y las matemáticas. Los puntos de referencia que siguen sugieren cómo los estudiantes deben desarrollar su comprensión de estas relaciones.

Este capítulo presenta recomendaciones sobre qué conocimientos sobre la naturaleza de la tecnología se requieren para la alfabetización científica y enfatiza las formas de pensar acerca de la tecnología que pueden contribuir a usarla sabiamente. Capítulo 8: El mundo diseñado presenta principios relevantes para algunas de las tecnologías clave del mundo actual. Capítulo 10: Perspectivas históricas, incluye una discusión sobre la Revolución Industrial. El Capítulo 12: Hábitos de la mente incluye algunas habilidades relevantes para participar en un mundo tecnológico.

A. Tecnología y ciencia

Tecnología es un término con exceso de trabajo. Alguna vez significó saber cómo hacer las cosas y más las artes prácticas o el estudio de las artes prácticas. Pero también ha llegado a significar innovaciones como lápices, televisión, aspirina, microscopios, etc., que las personas utilizan para fines específicos, y se refiere a actividades humanas como la agricultura o la manufactura e incluso a procesos como la cría de animales o la votación o guerras que cambian ciertos aspectos del mundo. Además, la tecnología a veces se refiere a las instituciones industriales y militares dedicadas a producir y utilizar invenciones y conocimientos técnicos. En cualquiera de estos sentidos, la tecnología tiene ramificaciones económicas, sociales, éticas y estéticas que dependen de dónde se use y de las actitudes de las personas hacia su uso.

Es probable que la solución de estos problemas ocurra durante muchos años a medida que los estudiantes se involucren en actividades de diseño y tecnología. Primero, deben usar diferentes herramientas para hacer diferentes cosas en la ciencia y para resolver problemas prácticos. A través de proyectos de diseño y tecnología, los estudiantes pueden participar en la resolución de problemas relacionados con una amplia gama de contextos del mundo real. Al realizar proyectos de diseño, los estudiantes pueden encontrar problemas de tecnología aunque no puedan definir la tecnología. Se les debe llamar la atención sobre el uso de herramientas e instrumentos en la ciencia y el uso del conocimiento práctico para resolver problemas antes de que se comprendan los conceptos subyacentes.

Kindergarten hasta el segundo grado

Los niños pequeños son usuarios veteranos de la tecnología cuando ingresan a la escuela. Viajan en automóviles, utilizan servicios domésticos, operan carritos y bicicletas, usan herramientas de jardín, ayudan a cocinar, operan el televisor, etc. Los niños también son exploradores e inventores naturales, y les gusta hacer cosas. La escuela debe brindar a los estudiantes muchas oportunidades para examinar las propiedades de los materiales, usar herramientas y diseñar y construir cosas. Las actividades deben enfocarse en los problemas y necesidades dentro y alrededor de la escuela que interesan a los niños y que se pueden abordar de manera factible y segura.

La tarea en estos grados es comenzar a canalizar la energía inventiva de los estudiantes y aumentar su uso intencionado de herramientas y & # 8212 en el proceso & # 8212 ampliar su comprensión de lo que constituye una herramienta (un recipiente, papel y lápiz, cámara, lupa, etc. .). Las actividades de diseño y tecnología se pueden utilizar para presentar a los estudiantes las herramientas y técnicas de medición de una manera natural y significativa. Por ejemplo, los niños de cinco años tienen pocos problemas para diseñar y hacer cosas para sus ositos de peluche a una escala adecuada. Las mediciones deben tratar con magnitudes que sean comprensibles para los niños de esta edad, lo que excluye, por ejemplo, la circunferencia de la tierra o el diámetro de un microbio.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del segundo grado, los estudiantes deben saber que

    Las herramientas se utilizan para hacer las cosas mejor o más fácilmente y para hacer algunas cosas que de otra manera no se podrían hacer en absoluto. En tecnología, las herramientas se utilizan para observar, medir y fabricar cosas. 3A / P1 Al intentar construir algo o hacer que algo funcione mejor, por lo general es útil seguir las instrucciones, si las hay, o pedir sugerencias a alguien que lo haya hecho antes. 3A / P2
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del segundo grado, los estudiantes deben saber que

    Las herramientas se utilizan para hacer las cosas mejor o más fácilmente y para hacer algunas cosas que de otra manera no se podrían hacer en absoluto. En tecnología, las herramientas se utilizan para observar, medir y fabricar cosas. 3A / P1 Al intentar construir algo o hacer que algo funcione mejor, por lo general es útil seguir las instrucciones, si las hay, o pedir sugerencias a alguien que lo haya hecho antes. 3A / P2

Grados 3 al 5

Estos años deben basarse en los anteriores aumentando la sofisticación de los proyectos de diseño que emprenden los estudiantes. Este enfoque implica que los estudiantes aumenten su repertorio de herramientas y técnicas y mejoren sus habilidades en medición, cálculo y comunicación. Las actividades que exigen el uso de instrumentos como microscopios, telescopios, cámaras y grabadores de sonido para realizar observaciones y mediciones son especialmente importantes para reforzar la importancia de la dependencia de la ciencia de la tecnología. Igual de importante, los estudiantes deben desarrollar la habilidad y la confianza en el uso de herramientas ordinarias para fines personales y cotidianos.

Los estudiantes deben comenzar ahora a escribir sobre tecnología, particularmente sobre cómo la tecnología ayuda a las personas. La mayoría de las complejidades de las consecuencias sociales del uso de la tecnología pueden esperar, pero los estudiantes deben comenzar a considerar formas alternativas de hacer algo y comparar las ventajas y desventajas.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del quinto grado, los estudiantes deben saber que

    A lo largo de toda la historia, la gente en todas partes ha inventado y utilizado herramientas. La mayoría de las herramientas de hoy son diferentes a las del pasado, pero muchas son modificaciones de herramientas muy antiguas. La tecnología 3A / E1 permite a los científicos y otras personas observar cosas que son demasiado pequeñas o demasiado lejanas para ser vistas de otra manera y estudiar el movimiento de objetos que se mueven muy rápidamente o que apenas se mueven. Los instrumentos de medición 3A / E2 se pueden utilizar para recopilar información precisa para hacer comparaciones científicas de objetos y eventos y para diseñar y construir cosas que funcionarán correctamente. La tecnología 3A / E3 amplía la capacidad de las personas para cambiar el mundo: cortar, dar forma o juntar materiales para mover cosas de un lugar a otro y llegar más lejos con sus manos, voces, sentidos y mentes. Los cambios pueden ser para necesidades de supervivencia como comida, refugio y defensa para la comunicación y el transporte o para adquirir conocimientos y expresar ideas. 3A / E4
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del quinto grado, los estudiantes deben saber que

    A lo largo de toda la historia, la gente en todas partes ha inventado y utilizado herramientas. La mayoría de las herramientas de hoy son diferentes a las del pasado, pero muchas son modificaciones de herramientas muy antiguas. La tecnología 3A / E1 permite a los científicos y otras personas observar cosas que son demasiado pequeñas o demasiado lejanas para ser vistas sin ellas y estudiar el movimiento de objetos que se mueven muy rápidamente o que apenas se mueven. Los instrumentos de medición 3A / E2 se pueden utilizar para recopilar información precisa para hacer comparaciones científicas de objetos y eventos y para diseñar y construir cosas que funcionarán correctamente. La tecnología 3A / E3 amplía la capacidad de las personas para cambiar el mundo: para cortar, dar forma o juntar materiales para mover cosas de un lugar a otro y llegar más lejos con sus manos, voces, sentidos y mentes. Los cambios pueden ser para necesidades de supervivencia como comida, refugio y defensa, para comunicación y transporte, o para adquirir conocimiento y expresar ideas. 3A / E4

Grados 6 a 8

Los estudiantes ahora pueden desarrollar una visión más amplia de la tecnología y cómo es a la vez similar y diferente a la ciencia. No distinguen fácilmente entre ciencia y tecnología, ya que consideran que ambas tratan de hacer que las cosas (incluidos los experimentos) sucedan de la manera que uno quiere. No es necesario insistir en las definiciones, pero se puede llamar la atención de los estudiantes cuando claramente están tratando de averiguar algo, claramente tratando de hacer que algo suceda o haciendo algo de cada uno.

Además, a medida que los estudiantes comiencen a pensar en sus propias ocupaciones posibles, se les debe presentar la gama de carreras que involucran tecnología y ciencia, incluida la ingeniería, la arquitectura y el diseño industrial. A través de proyectos, lecturas, excursiones y entrevistas, los estudiantes pueden comenzar a desarrollar un sentido de la gran variedad de ocupaciones relacionadas con la tecnología y la ciencia, y la preparación que requieren.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del octavo grado, los estudiantes deben saber que

    En épocas anteriores, la información y las técnicas acumuladas de cada generación de trabajadores se enseñaban en el trabajo directamente a la siguiente generación de trabajadores. Hoy en día, la base de conocimientos para la tecnología también se puede encontrar en bibliotecas de recursos impresos y electrónicos y, a menudo, se enseña en el aula. La tecnología 3A / M1 es esencial para la ciencia para fines tales como el acceso al espacio ultraterrestre y otras ubicaciones remotas, recolección y tratamiento de muestras, medición, recolección y almacenamiento de datos, computación y comunicación de información. 3A / M2 Los ingenieros, arquitectos y otros que se dedican al diseño y la tecnología utilizan el conocimiento científico para resolver problemas prácticos. También suelen tener en cuenta los valores y las limitaciones humanas. 3A / M3 *
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del octavo grado, los estudiantes deben saber que

    En épocas anteriores, la información y las técnicas acumuladas de cada generación de trabajadores se enseñaban en el trabajo directamente a la siguiente generación de trabajadores. Hoy en día, la base de conocimientos para la tecnología también se puede encontrar en bibliotecas de recursos impresos y electrónicos y, a menudo, se enseña en el aula. La tecnología 3A / M1 es esencial para la ciencia para fines tales como el acceso al espacio ultraterrestre y otras ubicaciones remotas, recolección y tratamiento de muestras, medición, recolección y almacenamiento de datos, computación y comunicación de información. 3A / M2 Los ingenieros, arquitectos y otros que se dedican al diseño y la tecnología utilizan el conocimiento científico para resolver problemas prácticos. Pero, por lo general, también deben tener en cuenta los valores y las limitaciones humanas. 3A / M3

Grados 9 a 12

Además de participar en importantes proyectos de diseño para profundizar su comprensión de la tecnología, ahora se debe ayudar a los estudiantes a desarrollar un sentido más rico de las relaciones que vinculan la tecnología y la ciencia. Eso puede provenir de la reflexión sobre las experiencias del proyecto y de un estudio de la historia de la ciencia y la tecnología. Ciertos episodios de la historia de la ciencia ilustran la importancia de la tecnología para la ciencia y la dificultad de separar claramente ciencia y tecnología. La Revolución Industrial es especialmente importante en este sentido.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al finalizar el duodécimo grado, los estudiantes deben saber que

    Los problemas y avances tecnológicos a menudo crean una demanda de nuevos conocimientos científicos, y las nuevas tecnologías hacen posible que los científicos amplíen su investigación de nuevas formas o emprendan líneas de investigación completamente nuevas. La propia disponibilidad de nuevas tecnologías a menudo genera avances científicos. 3A / H1 * Las matemáticas, la creatividad, la lógica y la originalidad son todas necesarias para mejorar la tecnología. 3A / H2 La tecnología generalmente afecta a la sociedad más directamente que la ciencia porque la tecnología resuelve problemas prácticos y sirve a las necesidades humanas (y también crea nuevos problemas y necesidades). 3A / H3a * Una forma en que la ciencia afecta a la sociedad es estimulando y satisfaciendo la curiosidad de las personas y ampliando o desafiando sus puntos de vista sobre cómo es el mundo. 3A / H3b * Los ingenieros utilizan el conocimiento de la ciencia y la tecnología, junto con las estrategias de diseño, para resolver problemas prácticos. El conocimiento científico proporciona un medio para estimar cuál será el comportamiento de las cosas incluso antes de que se hagan. Además, la ciencia a menudo sugiere nuevos tipos de comportamiento que ni siquiera se habían imaginado antes y, por lo tanto, conduce a nuevas tecnologías. 3A / H4 ** (SFAA)
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al finalizar el duodécimo grado, los estudiantes deben saber que

    Los problemas tecnológicos a menudo crean una demanda de nuevos conocimientos científicos, y las nuevas tecnologías hacen posible que los científicos amplíen su investigación de nuevas formas o emprendan líneas de investigación completamente nuevas. La propia disponibilidad de nuevas tecnologías a menudo genera avances científicos. 3A / H1 Las matemáticas, la creatividad, la lógica y la originalidad son todas necesarias para mejorar la tecnología. La tecnología 3A / H2 generalmente afecta a la sociedad más directamente que la ciencia porque resuelve problemas prácticos y sirve a las necesidades humanas (y puede crear nuevos problemas y necesidades). Por el contrario, la ciencia afecta a la sociedad principalmente estimulando y satisfaciendo la curiosidad de las personas y, en ocasiones, ampliando o desafiando sus puntos de vista sobre cómo es el mundo. 3A / H3

B. Diseño y sistemas

La ingeniería es el campo profesional más cercano, o al menos más deliberadamente, asociado con la tecnología. Los ingenieros resuelven problemas aplicando principios científicos con fines prácticos. Diseñan instrumentos, máquinas, estructuras y sistemas para lograr fines específicos, y deben hacerlo teniendo en cuenta las limitaciones impuestas por el tiempo, el dinero, la ley, la moralidad, la información insuficiente y más. En resumen, la ingeniería tiene que ver en gran medida con el diseño de sistemas tecnológicos.

Quizás la mejor manera de familiarizarse con la naturaleza de la ingeniería y el diseño sea haciendo algo. Al participar en tales actividades, los estudiantes deben aprender a analizar situaciones y recopilar información relevante, definir problemas, generar y evaluar ideas creativas, desarrollar sus ideas en soluciones tangibles y evaluar y mejorar sus soluciones. Para convertirse en buenos solucionadores de problemas, los estudiantes deben desarrollar habilidades de dibujo y modelado, junto con la capacidad de registrar sus análisis, sugerencias y resultados en un lenguaje claro.

Gradualmente, a medida que los estudiantes participen en proyectos más sofisticados, encontrarán limitaciones y la necesidad de hacer concesiones. El concepto de compensación en tecnología y mdasy más ampliamente en todos los sistemas sociales, es tan importante que los profesores deberían ponerlo en tantos contextos de resolución de problemas como sea posible. Los estudiantes deben ser explícitos en sus propias propuestas sobre qué se está intercambiando por qué. Deben aprender a esperar lo mismo de otros que proponen soluciones técnicas, económicas o políticas a los problemas.

Realimentación debería ser otro concepto fundamental aprendido en el estudio de los sistemas tecnológicos. Es probable que los estudiantes lo encuentren a menudo en biología, fisiología, política, juegos, conversación e incluso cuando operan herramientas y máquinas. Los estudiantes también deben aprender que las tecnologías siempre tienen efectos secundarios y eso todos los sistemas tecnológicos pueden fallar. Estas ideas pueden introducirse en forma simple al principio y gradualmente se vuelven más prominentes en los grados superiores. Al igual que con compensación y realimentación, estos nuevos conceptos deben encontrarse en una variedad de contextos. Los diarios ofrecen una inagotable fuente de ejemplos para analizar.

Desde jardín de infantes hasta segundo grado

Los niños deben diseñar y hacer cosas con herramientas simples y una variedad de materiales. Deben identificar una necesidad u oportunidad de interés para ellos y luego planificar, diseñar, realizar, evaluar y modificar el diseño con la ayuda adecuada. Es posible que necesiten ayuda para identificar problemas que sean interesantes para ellos y que estén dentro de sus capacidades. Después de ganar experiencia trabajando en un problema, pueden encontrar su próximo proyecto de diseño más fácil y sentirse más seguros de intentarlo.

Una consideración de diseño que se debe introducir de inmediato son las restricciones. La seguridad, el tiempo, el costo, la política escolar, el espacio, la disponibilidad de materiales y otras realidades restringen los proyectos de los estudiantes. Los profesores pueden señalar que los adultos también enfrentan limitaciones cuando diseñan cosas, y que el verdadero desafío, para adultos o niños, es idear soluciones que den buenos resultados a pesar de las restricciones. En los primeros grados, los niños pueden inclinarse a seguir su primera idea de diseño con poca paciencia para las pruebas o revisiones. Siempre que sea posible, se les debe animar a mejorar sus ideas, pero es más importante que desarrollen confianza en su capacidad para pensar y llevar a cabo proyectos de diseño. Cuando sus proyectos están completos, los estudiantes pueden decir lo que les gusta de los diseños de los demás.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del segundo grado, los estudiantes deben saber que

Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del segundo grado, los estudiantes deben saber que

Grados 3 al 5

Los estudiantes deben sentirse cada vez más cómodos desarrollando diseños y analizando el producto: "¿Funciona?" "¿Puedo hacer que funcione mejor?" "¿Podría haber usado mejores materiales?" Cuanta más experiencia acumulan los estudiantes, menos orientación directa necesitan. Deben darse cuenta pronto de que los esfuerzos cooperativos y la iniciativa individual son valiosos para detectar y solucionar problemas de diseño. Deben comenzar a disfrutar de los desafíos que requieren que aclaren un problema, generen criterios para una solución aceptable, sugieran posibles soluciones, prueben una y luego hagan ajustes o comiencen de nuevo con una nueva solución propuesta.

A medida que los estudiantes emprenden proyectos de diseño más extensos, se debe hacer hincapié en la noción de que, por lo general, no existe el mejor diseño para un producto o proceso, sino una variedad de alternativas y posibilidades. Una forma de lograr este objetivo es hacer que varios grupos diseñen y ejecuten soluciones para el mismo problema y luego discutan las ventajas y desventajas de cada solución. Idealmente, los problemas deberían ser "reales" y atractivos para los estudiantes.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del quinto grado, los estudiantes deben saber que

    No existe un diseño perfecto. Los diseños que son mejores en un aspecto (seguridad o facilidad de uso, por ejemplo) pueden ser inferiores en otros aspectos (costo o apariencia). Por lo general, algunas funciones deben sacrificarse para obtener otras. 3B / E1 * Incluso un buen diseño puede fallar. A veces, se pueden tomar medidas con anticipación para reducir la probabilidad de falla, pero no se puede eliminar por completo. 3B / E2 La solución a un problema puede crear otros problemas. 3B / E3
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del quinto grado, los estudiantes deben saber que

    No existe un diseño perfecto. Los diseños que son mejores en un aspecto (seguridad o facilidad de uso, por ejemplo) pueden ser inferiores en otros aspectos (costo o apariencia). Por lo general, algunas funciones deben sacrificarse para obtener otras. La forma en que se reciben tales compensaciones depende de qué características se enfatizan y cuáles se minimizan. 3B / E1 Incluso un buen diseño puede fallar. A veces, se pueden tomar medidas con anticipación para reducir la probabilidad de falla, pero no se puede eliminar por completo. 3B / E2 La solución a un problema puede crear otros problemas. 3B / E3

Grados 6 a 8

Una idea a desarrollar en los grados intermedios es que los sistemas complejos requieren mecanismos de control. La mayoría de los estudiantes conocen el termostato común para controlar la temperatura ambiente y puede servir como modelo para todos los mecanismos de control. Pero los estudiantes deben explorar cómo funcionan los controles en varios tipos de sistemas: máquinas, concursos atléticos, política, cuerpo humano, aprendizaje, etc. En algún momento, los estudiantes deben intentar inventar mecanismos de control, que no necesitan ser mecánicos o eléctricos, que realmente puede poner en funcionamiento.

El concepto de efectos secundarios puede plantearse en este momento, quizás mediante el uso de estudios de casos reales de tecnologías (antibióticos, automóviles, aerosoles, etc.) que resultaron tener efectos secundarios inesperados. Los estudiantes también deben encontrar restricciones más interesantes y desafiantes mientras trabajan en proyectos de diseño. Además, los estudiantes deben familiarizarse con muchos ejemplos reales de cómo se utilizan el sobrediseño y la redundancia para lidiar con la incertidumbre.

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al final del octavo grado, los estudiantes deben saber que

    El diseño generalmente requiere tener en cuenta no solo las limitaciones físicas y biológicas, sino también las económicas, políticas, sociales, éticas y estéticas. 3B / M1 * Todas las tecnologías tienen efectos distintos a los previstos por el diseño, algunos de los cuales pueden haber sido predecibles y otros no. 3B / M2a Los efectos secundarios de las tecnologías pueden resultar inaceptables para parte de la población y, por lo tanto, dar lugar a conflictos entre grupos. 3B / M2b Casi todos los sistemas de control tienen entradas, salidas y retroalimentación. 3B / M3a La esencia del control es comparar la información sobre lo que está sucediendo con lo que la gente quiere que suceda y luego hacer los ajustes necesarios. Este procedimiento requiere detectar información, procesarla y realizar cambios. 3B / M3bc En casi todas las máquinas modernas, los microprocesadores sirven como centros de control del rendimiento. Los sistemas 3B / M3d fallan porque tienen partes defectuosas o mal adaptadas, se usan de manera que exceden lo que se pretendía en el diseño o estaban mal diseñados para empezar. 3B / M4a Las formas más comunes de prevenir fallas son la prueba previa de piezas y procedimientos, el diseño excesivo y la redundancia. 3B / M4b
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al final del octavo grado, los estudiantes deben saber que

    El diseño generalmente requiere tener en cuenta las limitaciones. Algunas limitaciones, como la gravedad o las propiedades de los materiales a utilizar, son inevitables. Otras limitaciones, incluidas las económicas, políticas, sociales, éticas y estéticas, limitan las opciones. 3B / M1 Todas las tecnologías tienen efectos distintos a los previstos por el diseño, algunos de los cuales pueden haber sido predecibles y otros no. En cualquier caso, estos efectos secundarios pueden resultar inaceptables para parte de la población y, por lo tanto, dar lugar a conflictos entre grupos. 3B / M2 Casi todos los sistemas de control tienen entradas, salidas y retroalimentación. La esencia del control es comparar la información sobre lo que está sucediendo con lo que la gente quiere que suceda y luego hacer los ajustes necesarios. Este procedimiento requiere detectar información, procesarla y realizar cambios. En casi todas las máquinas modernas, los microprocesadores sirven como centros de control del rendimiento. Los sistemas 3B / M3 fallan porque tienen piezas defectuosas o mal adaptadas, se usan de manera que exceden lo que se pretendía en el diseño o estaban mal diseñados para empezar. Las formas más comunes de prevenir fallas son la prueba previa de piezas y procedimientos, el diseño excesivo y la redundancia. 3B / M4

Grados 9 a 12

Se debe dedicar tiempo suficiente a desarrollar los conceptos de recursos (herramientas, materiales, energía, información, personas, capital, tiempo), sistemas, control e impactos introducidos en grados anteriores. Los estudiantes también deben pasar a niveles más altos de pensamiento crítico y creativo a través de un trabajo de diseño y tecnología cada vez más exigente. Necesitan práctica como individuos y como miembros de un grupo para desarrollar y definir ideas usando dibujos y modelos.

Los nuevos conceptos que se introducirán en la escuela secundaria incluyen análisis de riesgo y evaluación de tecnología. Los estudiantes deben ser conscientes de que los sistemas diseñados están sujetos a fallas, pero que el riesgo de fallas se puede reducir mediante una variedad de medios: sobrediseño, redundancia, diseños a prueba de fallas, más investigación con anticipación, más controles, etc. reconocer que estas precauciones añaden costos que pueden volverse prohibitivos, por lo que pocos diseños son ideales.

Debido a que ninguna cantidad de precauciones puede reducir el riesgo de falla del sistema a cero, a menudo es necesario comparar los riesgos estimados de una tecnología propuesta con sus alternativas. La elección, por lo general, no es entre una opción de alto riesgo y una libre de riesgo, sino que se reduce a hacer un intercambio entre las acciones, todas las cuales implican algún riesgo.

Los estudiantes deben darse cuenta de que analizar el riesgo implica observar las probabilidades de los eventos y qué tan malos serían los eventos si sucedieran. A través de encuestas y entrevistas, los estudiantes pueden aprender que comparar riesgos es difícil porque las personas varían mucho en su percepción del riesgo, que tiende a estar influenciada por cuestiones tales como si el riesgo es gradual o instantáneo (calentamiento global versus accidentes aéreos), cuánto control las personas piensan que tienen un riesgo superior (fumar cigarrillos versus ser alcanzado por un rayo) y cómo se expresa el riesgo (el número de personas afectadas versus la proporción afectada).

Versión actual de las declaraciones comparativas

Al finalizar el duodécimo grado, los estudiantes deben saber que

    Al diseñar un dispositivo o proceso, se debe pensar en cómo se fabricará, operará, mantendrá, reemplazará y desechará y quién lo venderá, operará y se encargará de él. Los costos asociados con estas funciones pueden introducir aún más limitaciones en el diseño. 3B / H1 El valor de cualquier tecnología dada puede ser diferente para diferentes grupos de personas y en diferentes momentos. Los sistemas complejos 3B / H2 tienen capas de controles. Algunos controles operan partes particulares del sistema y algunos controlan otros controles. Incluso los sistemas completamente automáticos requieren control humano en algún momento. El análisis de riesgo 3B / H3 se utiliza para minimizar la probabilidad de efectos secundarios no deseados de una nueva tecnología. Sin embargo, la percepción pública del riesgo puede depender de factores psicológicos y científicos. 3B / H4 Cuantas más piezas y conexiones tenga un sistema, más formas puede fallar. Los sistemas complejos generalmente tienen componentes para detectar, respaldar, desviar o compensar fallas menores. 3B / H5 Para reducir la posibilidad de fallas en el sistema, las pruebas de rendimiento a menudo se llevan a cabo utilizando modelos a pequeña escala, simulaciones por computadora, sistemas análogos o simplemente las partes del sistema que se consideran menos confiables. 3B / H6
Versión de 1993 de las declaraciones de referencia

Al finalizar el duodécimo grado, los estudiantes deben saber que

    Al diseñar un dispositivo o proceso, se debe pensar en cómo se fabricará, operará, mantendrá, reemplazará y desechará y quién lo venderá, operará y se encargará de él. Los costos asociados con estas funciones pueden introducir aún más limitaciones en el diseño. 3B / H1 El valor de cualquier tecnología dada puede ser diferente para diferentes grupos de personas y en diferentes momentos. Los sistemas complejos 3B / H2 tienen capas de controles. Algunos controles operan partes particulares del sistema y algunos controlan otros controles. Incluso los sistemas completamente automáticos requieren control humano en algún momento. El análisis de riesgo 3B / H3 se utiliza para minimizar la probabilidad de efectos secundarios no deseados de una nueva tecnología. Sin embargo, la percepción pública del riesgo puede depender de factores psicológicos y científicos. 3B / H4 Cuantas más piezas y conexiones tenga un sistema, más formas puede fallar. Los sistemas complejos generalmente tienen componentes para detectar, respaldar, desviar o compensar fallas menores. 3B/H5 To reduce the chance of system failure, performance testing is often conducted using small-scale models, computer simulations, analogous systems, or just the parts of the system thought to be least reliable. 3B/H6

C. Issues in Technology

More and more, citizens are called on to decide which technologies to develop, which to use, and how to use them. Part of being prepared for that responsibility is knowing about how technology works, including its alternatives, benefits, risks, and limitations. The long-term interests of society are best served when key issues concerning proposals to introduce or curtail technology are addressed before final decisions are made. Students should learn how to ask important questions about the immediate and long-range impacts that technological innovations and the elimination of existing technologies are likely to have. But intelligent adults disagree about wise use of technology. Schooling should help students learn how to think critically about technology issues, not what to think about them. Teachers can help students acquire informed attitudes on the various technologies and their social, cultural, economic, and ecological consequences. When teachers do express their personal views (to demonstrate that adults can have well-informed opinions), they should also acknowledge alternative views and fairly state the evidence, logic, and values that lead other people to have those views.

Understanding the potential impact of technology may be critical to civilization. Technology is not innately good, bad, or neutral. Typically, its effects are complex, hard to estimate accurately, and likely to have different values for different people at different times. Its effects depend upon human decisions about development and use. Human experience with technology, including the invention of processes and tools, shows that people have some control over their destiny. They can tackle problems by searching for better ways to do things, inventing solutions and taking risks.

Case studies of actual technologies provide an excellent way for students to discuss risk. There is a vast array of topics: the Aswan High Dam, the contraceptive pill, steam engines, pesticides, public-opinion polling, penicillin, standardized parts, refrigeration, nuclear power, fluoridated water, and hundreds more. Teachers and students can assemble case-study material or use commercially developed case studies. Good design projects and case studies can help students to develop insight into experience.

Kindergarten through Grade 2

Design projects give students interesting opportunities to solve problems, use tools well, measure things carefully, make reasonable estimations, calculate accurately, and communicate clearly. And projects also let students ponder the effects their inventions might have. For example, if a group of the children in a class decides to build a large shallow tank to create an ocean habitat, the whole class should discuss what happens if the tank leaks, whether this project interferes with other projects or classroom activities, whether there are other ways to learn about ocean habitats, and so forth. More generally, young children can begin to learn about the effects that people have on their surroundings.

Students at this level are old enough to see that solving some problems may lead to other problems, but the social impact matters should not be pressed too hard now. That might overemphasize constraints and take much of the fun out of doing simple projects by requiring too much analysis.

Current Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 2nd grade, students should know that

    People, alone or in groups, are always inventing new ways to solve problems and get work done. The tools and ways of doing things that people have invented affect all aspects of life. 3C/P1 When a group of people wants to build something or try something new, they should try to figure out ahead of time how it might affect other people. 3C/P2
1993 Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 2nd grade, students should know that

    People, alone or in groups, are always inventing new ways to solve problems and get work done. The tools and ways of doing things that people have invented affect all aspects of life. 3C/P1 When a group of people wants to build something or try something new, they should try to figure out ahead of time how it might affect other people. 3C/P2

Grades 3 through 5

Students can become interested in comparing present technology with that of earlier times, as well as the technology in their everyday lives with that of other places in the world. They can imagine what life would be like without certain technology, as well as what new technology the future might hold. Reading about other civilizations or earlier times than their own will illustrate the central role that different technologies play. Students may get involved in current campaigns related to technology&mdashsaving energy, recycling materials, reducing litter, and the like. Waste disposal may be a particularly comprehensible and helpful topic in directing their attention to the side effects of technology.

Current Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 5th grade, students should know that

    Technology has been part of life on the earth since the advent of the human species. 3C/E1a Like language, ritual, commerce, and the arts, technology is an intrinsic part of human culture, and it both shapes society and is shaped by it. 3C/E1b The technology available to people greatly influences what their lives are like. 3C/E1c Any invention is likely to lead to other inventions. Once an invention exists, people are likely to think up ways of using it that were never imagined at first. 3C/E2 Transportation, communications, nutrition, sanitation, health care, entertainment, and other technologies give large numbers of people today the goods and services that once were luxuries enjoyed only by the wealthy. These benefits are not equally available to everyone. 3C/E3 Factors such as cost, safety, appearance, environmental impact, and what will happen if the solution fails must be considered in technological design. 3C/E4* Technologies often have drawbacks as well as benefits. A technology that helps some people or organisms may hurt others—either deliberately (as weapons can) or inadvertently (as pesticides can). 3C/E5* Because of their ability to invent tools and processes, people have an enormous effect on the lives of other living things. 3C/E6
1993 Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 5th grade, students should know that

    Technology has been part of life on the earth since the advent of the human species. Like language, ritual, commerce, and the arts, technology is an intrinsic part of human culture, and it both shapes society and is shaped by it. The technology available to people greatly influences what their lives are like. 3C/E1 Any invention is likely to lead to other inventions. Once an invention exists, people are likely to think up ways of using it that were never imagined at first. 3C/E2 Transportation, communications, nutrition, sanitation, health care, entertainment, and other technologies give large numbers of people today the goods and services that once were luxuries enjoyed only by the wealthy. These benefits are not equally available to everyone. 3C/E3 Scientific laws, engineering principles, properties of materials, and construction techniques must be taken into account in designing engineering solutions to problems. Other factors, such as cost, safety, appearance, environmental impact, and what will happen if the solution fails also must be considered. 3C/E4
    In the current version of Benchmarks Online, the first sentence of this benchmark has been moved to grades 6-8 and recoded as 3C/M8** Technologies often have drawbacks as well as benefits. A technology that helps some people or organisms may hurt others either deliberately (as weapons can) or inadvertently (as pesticides can). When harm occurs or seems likely, choices have to be made or new solutions found. 3C/E5 Because of their ability to invent tools and processes, people have an enormous effect on the lives of other living things. 3C/E6

Grades 6 through 8

To enrich their understanding of how technology has shaped how people live now, students should examine what life was like under different technological circumstances in the past. They should become aware that significant changes occurred in the lives of people when technology provided more and better food, control of sewage, heat and light for homes, and rapid transportation. Studying the past should engender respect for the inventions and constructions of earlier civilizations and cultures.

Both historical and literary approaches ought to be used to imagine what the future will bring and to reflect on people's somewhat limited ability to predict the future. Science fiction and novels set in future times suggest changes in human life that might occur because of yet uninvented technology. Stories selected for this purpose should raise many different issues regarding the impact of technology, and students should probe beneath the plot to analyze those issues. Student groups can formulate and compare their own scenarios for some future time—say, when they are adults.

Current Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 8th grade, students should know that

    Technology cannot always provide successful solutions to problems or fulfill all human needs. 3C/M2* Throughout history, people have carried out impressive technological feats, some of which would be hard to duplicate today even with modern tools. The purposes served by these achievements have sometimes been practical, sometimes ceremonial. 3C/M3 Technology is largely responsible for the great revolutions in agriculture, manufacturing, sanitation and medicine, warfare, transportation, information processing, and communications that have radically changed how people live and work. 3C/M4* New technologies increase some risks and decrease others. Some of the same technologies that have improved the length and quality of life for many people have also brought new risks. 3C/M5 Rarely are technology issues simple and one-sided. Relevant facts alone, even when known and available, usually do not settle matters. That is because contending groups may have different values and priorities. They may stand to gain or lose in different degrees, or may make very different predictions about what the future consequences of the proposed action will be. 3C/M6* Societies influence what aspects of technology are developed and how these are used. People control technology (as well as science) and are responsible for its effects. 3C/M7 Scientific laws, engineering principles, properties of materials, and construction techniques must be taken into account in designing engineering solutions to problems. 3C/M8** (BSL) In all technologies, there are always trade-offs to be made. 3C/M9** (BSL)
1993 Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 8th grade, students should know that

    The human ability to shape the future comes from a capacity for generating knowledge and developing new technologies—and for communicating ideas to others. 3C/M1 Technology cannot always provide successful solutions for problems or fulfill every human need. 3C/M2 Throughout history, people have carried out impressive technological feats, some of which would be hard to duplicate today even with modern tools. The purposes served by these achievements have sometimes been practical, sometimes ceremonial. 3C/M3 Technology has strongly influenced the course of history and continues to do so. It is largely responsible for the great revolutions in agriculture, manufacturing, sanitation and medicine, warfare, transportation, information processing, and communications that have radically changed how people live. 3C/M4 New technologies increase some risks and decrease others. Some of the same technologies that have improved the length and quality of life for many people have also brought new risks. 3C/M5 Rarely are technology issues simple and one-sided. Relevant facts alone, even when known and available, usually do not settle matters entirely in favor of one side or another. That is because the contending groups may have different values and priorities. They may stand to gain or lose in different degrees, or may make very different predictions about what the future consequences of the proposed action will be. 3C/M6 Societies influence what aspects of technology are developed and how these are used. People control technology (as well as science) and are responsible for its effects. 3C/M7

Grades 9 through 12

As suggested earlier, the real-world work of students as supplemented by case studies probably provides the most effective way to examine issues related to how society responds to the promise or threat of technological change—whether by adopting new technologies or curtailing the use of existing ones. What must be avoided by teachers is turning the case studies into occasions for promoting a particular point of view. People tend to hold very strong opinions on the use of technologies, and not only of nuclear reactors and genetic engineering. The teacher's job is not to provide students with the "right" answers about technology but to see to it that students know what questions to ask.

Students can also add detail to their awareness of the effects of the human presence on life. For instance, they should be able to cite several examples of how the introduction of foreign species has changed an ecosystem. Out of this should come an awareness that people can make some decisions about what life on earth will survive and a sense of responsibility about exercising power. Students also should learn that people cannot shape every aspect of life to their own liking.

For example, most Americans recognize that technology has provided new goods and services, but not that industrialization of agriculture, by eliminating the need for children to work in the fields, made it possible for them to attend school, thereby increasing the general educational level of the population. These kinds of social impacts should be studied as well as those that affect human health and the environment.

Current Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 12th grade, students should know that

    Social and economic forces strongly influence which technologies will be developed and used. Which will prevail is affected by many factors, such as personal values, consumer acceptance, patent laws, the availability of risk capital, the federal budget, local and national regulations, media attention, economic competition, and tax incentives. 3C/H1 Some scientists and engineers are comfortable working in situations in which some secrecy is required, but others prefer not to do so. It is generally regarded as a matter of individual choice and ethics, not one of professional ethics. 3C/H2* In deciding on proposals to introduce new technologies or curtail existing ones, some key questions arise concerning possible alternatives, who benefits and who suffers, financial and social costs, possible risks, resources used (human, material, or energy), and waste disposal. 3C/H3* The human species has a major impact on other species in many ways: reducing the amount of the earth's surface available to those other species, interfering with their food sources, changing the temperature and chemical composition of their habitats, introducing foreign species into their ecosystems, and altering organisms directly through selective breeding and genetic engineering. 3C/H4 Human inventiveness has brought new risks as well as improvements to human existence. 3C/H5 The human ability to influence the course of history comes from its capacity for generating knowledge and developing new technologies—and for communicating ideas to others. 3C/H6** (BSL)
1993 Version of the Benchmarks Statements

By the end of the 12th grade, students should know that

    Social and economic forces strongly influence which technologies will be developed and used. Which will prevail is affected by many factors, such as personal values, consumer acceptance, patent laws, the availability of risk capital, the federal budget, local and national regulations, media attention, economic competition, and tax incentives. 3C/H1 Technological knowledge is not always as freely shared as scientific knowledge unrelated to technology. Some scientists and engineers are comfortable working in situations in which some secrecy is required, but others prefer not to do so. It is generally regarded as a matter of individual choice and ethics, not one of professional ethics. 3C/H2 In deciding on proposals to introduce new technologies or to curtail existing ones, some key questions arise concerning alternatives, risks, costs, and benefits. What alternative ways are there to achieve the same ends, and how do the alternatives compare to the plan being put forward? Who benefits and who suffers? What are the financial and social costs, do they change over time, and who bears them? What are the risks associated with using (or not using) the new technology, how serious are they, and who is in jeopardy? What human, material, and energy resources will be needed to build, install, operate, maintain, and replace the new technology, and where will they come from? How will the new technology and its waste products be disposed of and at what costs? 3C/H3 The human species has a major impact on other species in many ways: reducing the amount of the earth's surface available to those other species, interfering with their food sources, changing the temperature and chemical composition of their habitats, introducing foreign species into their ecosystems, and altering organisms directly through selective breeding and genetic engineering. 3C/H4 Human inventiveness has brought new risks as well as improvements to human existence. 3C/H5

During the development of Atlas of Science Literacy, Volume 2 , Project 2061 revised the wording of some benchmarks in order to update the science, improve the logical progression of ideas, and reflect the current research on student learning. New benchmarks were also created as necessary to accommodate related ideas in other learning goals documents such as Science for All Americans ( SFAA ), the National Science Education Standards ( NSES ), and the essays or other elements in Benchmarks for Science Literacy ( BSL ). We are providing access to both the current and the 1993 versions of the benchmarks as a service to our end-users.

The text of each learning goal is followed by its code, consisting of the chapter, section, grade range, and the number of the goal. Lowercase letters at the end of the code indicate which part of the 1993 version it comes from (e.g., “a” indicates the first sentence in the 1993 version, “b” indicates the second sentence, and so on). A single asterisk at the end of the code means that the learning goal has been edited from the original, whereas two asterisks mean that the idea is a new learning goal.

Copyright © 1993,2009 by American Association for the Advancement of Science


Métodos

Recruitment and spawning stock biomass indices

The 0-group polar cod data were sampled on annual surveys run between late August and early October in the period 1990 and 2017, covering almost the entire Barents Sea within a regular grid of

65 km. At each station the upper water layer (0–60 m) was sampled by three pelagic trawls with a 20 × 20 m opening, keeping the headlines at 0 m, 20 m, and 40 m. The pelagic trawls were towed at a speed of 3 knots over a time interval of 10 min, corresponding to a tow length of 0.5 nautical miles (≈0.93 km). If dense concentrations of fish appeared on the echo-sounder deeper than 40 m, additional tows were performed at 60 and 80 m. During the study period of 27 years 8302 of these depth-integrated trawl hauls were done. Due to the selectivity of the gear 37 , the catches were adjusted for capture efficiency using a stratified sample mean method 38,39 . As a proxy for total stock biomass (TSB) we estimated the total mass of polar cod found in echo-sounder transects and pelagic trawls throughout the Barents Sea 17 , identical to the method used for estimating capelin (Mallotus villosus) stock size in the Barents Sea 40 .

Ocean circulation model and ice module

The hydrodynamic model used to represent the currents and oceanographic conditions (i.e. temperature, salinity, and ice concentration/cover) in the study area was based on the Regional Ocean Modeling System (ROMS, http://myroms.org), a free-surface, hydrostatic, primitive equation ocean general circulation model 41,42 . The ROMS model was run with a horizontal resolution of 4 × 4 km in an orthogonal, curvilinear grid covering parts of the North Atlantic and all the Nordic and Barents seas (see inset in Fig. 1 for extent of ROMS model) over the time period 1960–2017 20,43,44,45 . The output from ROMS contained velocity fields, ice concentration, temperature, and salinity in 32 terrain following vertical layers, and a temporal resolution of 24 h.

Drift simulations and search algorithm

The advection of particles in the horizontal plane was modelled by the Runge-Kutta fourth order scheme LADIM 46,47 . As early life stages of polar cod are usually found close to the surface 13 , particles were uniformly distributed in the upper 10 meters with a fixed depth throughout the drift phase from 1 January to 30 September. In an exhaustive search for potential spawning areas of polar cod in the Barents Sea, particles were released in a regular grid (≈40 km equidistance, 537 positions in total) across the entire Barents Sea shelf shallower than 400 m that had been covered by an ice concentration of more than 15% in the period 1990–2017 (see extent of release grid in Fig. 2). A new ensemble of 100 particles were released at every point in the grid, every day from 1 January to 30 April, repeated for every year between 1990 and 2017 (yielding a total of 639,030 particles each year). Subsequently, an objective search algorithm identified drift trajectories that intersected the 0-group observations of the autumn survey within a three-week period of the surveys. The ability of the drift trajectories to explain the observed 0-group abundance and distribution was thus interpreted as a confirmation of spawning at a given release point and a high larval survival integrated over the drift phase. To allow a direct comparison between number of simulated drift intersections and 0-group abundance, both indices were log-transformed and scaled between 0 and 1. In line with the hypothesis of ice as a prerequisite for spawning, the drift trajectories’ ability to predict the observed 0-group abundance was weighted by ice concentration at drift start point (i.e. at spawning area). To elucidate on the possible effects of heating on recruitment we extracted temperature profiles from all individual drift trajectories, and to decrease the effect of minor cold spells or heat waves on the subsequent analysis we applied a 10-day moving average filter on the temperature profiles.

Statistical modelling

A probabilistic map of 0-group polar cod presence was calculated by using a two-dimensional binomial GAM smoother, based on the geographical coordinates of pelagic trawls, presence-absence of polar cod larvae in the pelagic trawls, and using the logit-link function as implemented in R-package “mgvc” 48 . Moreover, to quantify the effect of environmental conditions on larval survival/recruitment strength, we fitted a linear regression model with recruitment strength as independent variable with the covariates Barents Sea ice cover (area of the Barents Sea covered by ice concentration higher than 15%, extracted from the ROMS model), maximum temperature encountered by larvae (10-day mean-filtered over 100 larvae released from the most likely spawning area for a given year), and estimated TSB. This regression model was fitted separately for the north-western (Svalbard) and south-eastern (Pechora Sea) spawning areas as implemented in the base R-package “stats” 49 . In the model selection phase, we applied a stepwise model selection scheme with the initial inclusion of all relevant variables, where only the variables deemed significant was included in the final model. Due to the high degree of collinearity between some of the variables, we also did a variance partitioning analysis to disentangle the separate and/or common effects of the variables 50 .

Reporting summary

Further information on research design is available in the Nature Research Reporting Summary linked to this article.


Discusión

Marine mammals are threatened both directly and indirectly by different human activities, such as fishing, whale watching, vessel collisions, acoustic disturbance, pollution, and modification or loss of available habitats 64 . Consequently, 37% of marine mammals are already included in the IUCN Red List (3 species are labeled as critically endangered, 13 as endangered and 12 as vulnerable 65 ). However, the marine mammal vulnerability to global warming has never been assessed at the species and global levels. Here, using a species-level trait-based approach, we showed that many marine mammal species distributed across the northern hemisphere and belonging to different taxonomic groups (e.g., whales, dolphins and seals) were highly vulnerable to global warming (Fig. 3), even under a strong mitigation scenario (i.e., RCP2.6), which, according to the CMIP5 simulations, gives a two in three chance of limiting global warming to below 2 °C. A key finding from our study was that the North Pacific, which has already been identified as a hotspot of human threats for marine mammals 19,64 , is also a hotpot of vulnerability to global warming for this group. This implies that marine mammals in this region face double jeopardy from both human activities (e.g., marine traffic, pollution and offshore oil and gas development) and global warming, with potential additive or synergetic effects and as a result, these ecosystems face irreversible consequences for marine ecosystem functioning.

The marine mammals that are the most sensitive to climate change generally show marked feeding and habitat specialization, as well as reduced or fragmented geographical ranges (e.g., the dugong Dugong dugon and the walrus Odobenus rosmarus), which is consistent with the results of earlier studies that focused on diverse terrestrial and marine organisms 25,40,66,67,68 . Dependence on sea ice also seems to be a common denominator for many of the most sensitive marine mammals that are most sensitive to climate change 25 (e.g., the polar bear Ursus maritimus and the beluga whale Delphinapterus leucas).

By definition, the vulnerability index was higher for species that were both sensitive and exposed to global warming. The most vulnerable species according to both future RCP scenarios was the North Pacific right whale (Eubalaena japonica). This species has already been identified by the IUCN as an endangered species because of the absence of evidence of a recovering trend and the extremely low estimated number of individuals (

400 in the Okhotsk Sea and

100 in the rest of the North Pacific) 69 . While historically common in many areas of the North Pacific and Bering Sea, the North Pacific right whale was strongly depleted by intensive whaling in the mid-19 th century 70 . The second most vulnerable species was the gray whale (Eschrichtius robustus), which is classified as least concern by the IUCN, as its population size has been estimated to be above the threshold for the threatened category and the eastern subpopulation has increased over the last three generations 71 . However, the gray whale subpopulations in the western North Pacific are listed as critically endangered by the IUCN. Indeed, decades of commercial whaling led to the complete collapse of this subpopulation in much of its historical range. The Pacific right whale and the gray whale were also found to be functionally unique, i.e., with unique combinations of functional traits. Their potential extinction could have large consequences on marine ecosystem functioning 72 . For example, the gray whale can resuspend large amounts of sediment and nutrients in the water column, which in turn enhances nutrient cycling and brings some benthic crustaceans that serve as food for seabirds to the ocean surface 73 . For this species, a recent study showed that dispersal occurred between the eastern North Pacific and the North Atlantic during the Pleistocene and Holocene warming periods 63 , following the opening of the Bering Strait. While this study suggests that climate warming may create favorable thermal conditions in the North Atlantic, where the gray whale was historically present, it remains uncertain if the eastern Pacific population will be able to establish a persistent population in the North Atlantic over a long time period. As suggested by 74 , the northern limit of the range of this species is only occupied during the summer months, and individuals following the traditional migratory routes may have limited movement through the Bering Strait. Then, the ongoing opening of the Northwest Passage, which is a consequence of climate warming, has created new opportunities for marine traffic and gas and oil activities, which may negatively impact gray whale migrations 73,74 . Overall, the gray whale and the Pacific right whale should be of particular concern for conservation prioritization given their high levels of vulnerability to climate change, their high functional originality and the current threats that they are facing.

For some species, such as the dugong or the walrus, the level of vulnerability differed between the RCP2.6 and the RCP8.5 scenarios. Both species were shown to be highly sensitive to climate change but not highly exposed, according to the RCP2.6 scenarios (see Appendices 6 and 7). In contrast, under the RCP8.5 high emission scenario, these two species would be intensively exposed to global warming and hence would be highly vulnerable (see Appendices 6 and 7). This result highlights that economic and political decisions towards the reduction of CO2 emissions and the mitigation of global warming can have serious consequences for the level of threat a species will face. This is particularly important because these species, while not classified in the top 20 most vulnerable species, were shown to be highly distinct in their evolutionary histories, in the case of the dugong (Fig. 2b), and in their traits, in the case of the walrus (Fig. 2c). Thus, the extinction of these species could provoke the loss of unique and important evolutionary lineages as well as a disruption in ecosystem functioning.

Among the top 20 most vulnerable species to climate change, some are still abundant within their geographical ranges and have shown no evidence of population declines, according to the IUCN. This is particularly the case for the spotted seal (Phoca largha) or the Pacific white-sided dolphin (Lagenorhynchus obliquidens), which are classified as least concern (Fig. 2a). Several species are also classified as data deficient, such as Baird’s beaked whale (Berardius bairdii). For these species, we recommend considering their potential vulnerabilities to climate change when setting their IUCN statuses. This is even more critical than the potential extinction of the most vulnerable species within the least concern IUCN category, which may lead to a disproportional loss of functional diversity (Fig. 4b) and could ultimately disrupt marine ecosystem functioning 75 . More generally, it would be particularly useful to consider the level of vulnerability to climate change when evaluating the IUCN statuses of marine mammals to implement mitigation actions on species that are not currently threatened (or have insufficient data) but that could be threatened in the near future 76 .

Scaling up our vulnerability analysis to the species assemblage level showed that, regardless of the RCP scenario, the North Pacific Ocean, Greenland Sea and Barents Sea (Fig. 3c,d) hosted the marine mammals that were most vulnerable to global warming. Indeed, these regions might face the strongest effects from global warming under both emissions scenarios (Fig. 3a,b) and have already undergone temperature increases 2–3 times higher than the changes to the global mean surface temperature over the past 150 years 1 . These regions should therefore be of particular concern for spatial monitoring for the conservation of marine mammals. Indeed, there are multiple threats to the marine mammals 77 in the North Pacific Ocean, the Greenland Sea and the Barents Sea, such as marine traffic and offshore oil and gas exploitation that are known to impact cetaceans, such as through ocean noise pollution. These current threats could have additive or synergetic effects with climate change, which may therefore increase the overall vulnerability of marine mammals. In that context, future studies should focus on evaluating whether the combined effects of habitat loss, marine pollution and climate change are greater than the effects of each threat individually, which is challenging but crucial for providing effective conservation actions for marine mammals. In addition, these studies should consider the use of a finer spatial resolution to account for the species-habitat relationships (e.g., 78 ), which is required to evaluate the potential impacts of climate change on the regional spatial distributions of marine mammals.

Our results also suggested that the potential extinction of the marine mammals that are most vulnerable to global warming may lead to a disproportionate loss of functional diversity in the global marine mammal fauna (Fig. 4a) many of the most vulnerable species displaying a high level of functional originality (see Fig. S6). This projected loss of functional diversity may ultimately threaten marine ecosystem stability and service provisioning 33,75 . Similar findings have been reported for birds 77,79 and marine fishes 80 under climate change scenarios. These findings have a particular resonance in the context of the recent geological past. During the Plio-Pleistocene, large climatic oscillations and sea level changes caused numerous extinctions among the global marine megafauna, which directly induced an important loss of functional diversity that was not fully compensated by the evolution of new genera 81 . Marine megafauna have therefore been more sensitive to past environmental changes than previously assumed 82 , which implies that future climate change could pose a great challenge for large marine animals, especially mammals. However, our findings should be extended by downscaling our approach to a finer spatial resolution to assess the potential effects of climate change on the functional trait compositions of the local assemblages (for marine fishes 80 and for birds 79 ), which could have useful applications for prioritization in spatial conservation planning.


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