Кейсы общая биология 9-11 класс

Министерство образования и науки Российской Федерации

Комитет образования и науки Курской области

Комитет образования города Курска

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа

с углубленным изучением отдельных предметов

 № 53» города Курска

«Современные образовательные технологии:

5 + 4  кейсов по общей биологии»

Афанасьева Маргарита Николаевна

заместитель директора

по учебно – воспитательной работе,

учитель химии и биологии

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа

 с углубленным изучением отдельных предметов

№ 53» города Курска

E – mail: [e-mail]

Сайт: http://nsportal.ru/afanasieva53/

Общая биология

1.                 Методы исследования в биологии………………………………….……3

2.                 Методы цитологии. Клеточная теория…………………………….…….12

3.                 Строение и функции белков…………………………………………..….18

4.                 Пищевые цепи……………………………………………….…………….22

5.                 Я б в ученые пошел (криобиология и не только) ……………………....28

+++

+ 1. Чистоплотная хозяйка (10-11 классы)……………………….……..……..43

+2. Загадка дачного участка (10-11 классы)……………………….……….…45

+3. Модифицированный друг (10 класс «Генетика»)…………….....….….…47

+4. Антропогенез (9, 11 классы «Происхождение человека») …………...…53

1.      «Методы исследования в биологии». 10 класс

Тема урока:  Методы исследования в биологии (10 класс)

Цель: создать условия для осмысления информации об основных методах биологических исследований.

Задачи:

1.                  Способствовать развитию у обучающихся  умений  работать с различными источниками информации: текстом учебника, схемой, рисунками, Интернет - источниками;

2.                  Способствовать развитию умений, работая в группе, действовать по инструкции, сообща, презентовать результаты работы;

3.                  Способствовать развитию умений выдвигать гипотезы, отвечать на  вопросы, находить пути решения проблемных ситуаций.

Используемые педагогические технологии: технология проблемного обучения; технология развития критического мышления; личностно-ориентированная технология; кейс – технология.

Методы: словесные, наглядные, практические.

ХОД УРОКА

Учитель. Много-много лет назад человек, который может, в шкурах ещё ходил и не умел добывать огонь, поднял глаза в небо и задумался. Почему каждый день выходит солнце? Что из себя представляют звёзды? Почему воды реки непрерывно текут в море и никогда не иссякают? Может быть, это он был первым? Он, придумавший потом себе богов, которые помогли ответить ему на его многочисленные вопросы? Помогли, но не избавили от сомнений. И вопросы множились, множились, множились…

Человек повзрослел, скинул с себя шкуру, оделся в меха и спрятался в каменных джунглях. А вопросы остались. Потому что осталось человеческое любопытство. Потому что осталась потребность заглянуть за грань понятного и обжитого пространства. А всё началось с простого вопроса: «Почему?»  «Почему на хлебе появляется плесень? И откуда она берётся?», «Почему дети похожи на своих родителей?» и еще очень много, много почему.

Итак, тема сегодняшнего урока: «Методы исследования в биологии».

Но сначала  - о науке  биологии (проверка домашнего задания):

Рассказать о значении и роли биологии:

·                   в медицине (изучение и борьба с инфекциями, паразитическими заболеваниями);

·                   в биотехнологии (биосинтез белков, синтез антибиотиков, витаминов, гормонов);

·                   в сельском хозяйстве (селекция высокопродуктивных пород животных и сортов растений);

·                   в селекции микроорганизмов;

·                   в охране природы (разработка и внедрение методов рационального природопользования).

Учитель: Прежде чем, мы перейдем к изучению нового материала, ответьте на вопрос: Какие методы исследования, применяемые в биологии, вы знаете?

И.П. Павлов говорил: "Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет".

В отличие от сплетни, научное знание проверяемо и касается реально существующих вещей и повторяющихся событий. Любой человек, при желании, может повторить любой научный эксперимент, то есть, убедиться в том, что на определенный вопрос природа «отвечает» именно таким образом. Из этого урока вы узнаете, откуда берутся научные знания, что такое научный факт, гипотеза и теория, познакомитесь с основными представлениями о научном методе, выясните, какими методами получения знаний пользуется биология.

Кейс 

Американские ученые восстановили сердечную мышцу, получив ее клетки из соединительной ткани. Соединительнотканные клетки были «перепрограммированы» с помощью вирусных векторов, в результате из них развились нормальные кардиомиоциты. Результаты этого исследования и некоторых других работ свидетельствуют об успехах регенеративных методов в биологии и медицине.

Задания:

1.                 Установите соответствие между основными методами исследования в биологии и примерами их использования:

1.1.          Научный;

1.2.          Сравнительный;

1.3.          Экспериментальный;

1.4.          Описательный;

1.5.          Исторический.

2.                 Какое значение имели эти методы для развития биологии как науки?

3.                 Предложите несколько своих вариантов путей развития биологии в XXI веке.

4.                 Какие болезни, по вашему мнению, будут побеждены человечеством при помощи методов молекулярной биологии, иммунологии, генетики в первую очередь.

Информационный материал:

§2 стр. 9-11       10-11 классы

Методы исследования

Научный факт -  (греч. factum - сделанное) является лишь тот, который можно воспроизвести и подтвердить. Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести или подтвердить. Наблюдения, которые не могу быть воспроизведены, отбрасываются, как ненаучные. Когда учёный делает открытие, он публикует информацию о нем в специальных журналах, благодаря публикации результаты могут быть проверены и перепроверены другими учёными – это служит стимулом для более тщательной проверки и анализа собственных экспериментов.

Метод – это путь, способ познания, исследования – способ практического и теоретического действия, направленного на овладение объектом.

Научный метод (греч. methodos – путь исследования) – совокупность приемов и операций, используемых при построении системы научных знаний.  Один из основных принципов научного метода – скептицизм – отказ от слепого доверия к авторитету. Учёный всегда сохраняет определённую долю скепсиса и проверяет любое новое открытие.

Методы:

·                   Описательный – сбор фактического материала и его описание.

Описательный метод является наиболее древним, потому что его использовали ещё учёные древности, в основе его лежит наблюдение. Примерно до 17 века он был основным в биологии, поскольку учёные занимались описанием животных и растений и их первичной систематизацией, но он не потерял актуальности в настоящее время, например, он используется для описания новых видов.

Новые виды животных, описанные учеными

·                   Сравнительный – выявление сходства и различия между организмами и их частями.  Он стал применяться с 17 века. Полученные с помощью этого метода сведения легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого сходства, открытого Карлом Бэром.

Сейчас очень сложно провести границу между описательным и сравнительным методом, потому что они комплексно используются для решения задач биологии.

·                   Исторический  – сопоставление фактов с ранее известными фактами. Он стал широко применяться со второй половины 19 века благодаря работам Чарльза Дарвина, который с его помощью обосновал закономерности появления и развития организмов, становление их структур и функций во времени и пространстве. Применение исторического метода позволило превратить биологию из описательной науки в объясняющую.

История эволюции человека

·                   Экспериментальный – изучение того или иного явления с помощью опыта. Применение этого метода связывают с именем Уильяма Гарвея, который его использовал в своих экспериментах по изучению кровообращения. Но широко использоваться этот метод стал именно с 20 века, прежде всего, при изучении физиологических процессов.

          Опыт У. Гарвея по изучению кровообращения

Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление с помощью опыта. Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Грегор Мендель, который, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы.

В 20 веке экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Это стало возможным благодаря появлению новых приборов, например, электронного микроскопа, использованию методов химии, физики и биологии.

Выделяют эксперимент полевой (естественный), который проводится в естественной среде и лабораторный (искусственный), проводимый в лабораторных условиях. 

Опыт Франческо Реди

Эксперимент	Условия	Результат	Сравнение результатов	Вывод
Опыт	Положил куски мяса в открытые горшки (мухи есть – доступ мух к мясу)	В открытых сосудах гнилое мясо кишело личинками мух личинки мух есть	Результаты опыта и контроля различны!!!	Личинки появи-лись в результате открытого доступа мух к мясу  мухи – причина появления «червячков» в мясе
Контроль	Положил куски мяса в горшки, закрытые кисеей (марля) мух нет нет доступа	В гнилом мясе никаких личинок не обнаружено личинок мух нет		Личинки не появились, так как кисея не позволила мухам проникнуть к мясу

Этапы научного исследования:

·                   постановка проблемы;

·                   формулирование темы, целей и задач исследования;

·                   выдвижение гипотез;

·                   планирование эксперимента, выбор методов эксперимента;

·                   проведение практической части исследования, регистрация качественных и количественных результатов;

·                   многократное повторение эксперимента для достоверности;

·                   обработка полученных результатов;

·                   анализ полученных результатов;

·                   формулировка выводов;

·                   определение круга нерешенных вопросов;

·                   оформление итогов исследования.

Эмпирические методы
эксперимент	наблюдения
Научный эксперимент – наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход исследуемого явления при повторении условий (подсчет пульса до и после дозированной нагрузки)	Наблюдение – целенаправленное восприятие природных объектов или явлений. В ходе наблюдения за живыми системами исследователь лишь фиксирует процесс,  не вмешиваясь в него (только описывает или измеряет).

Виды наблюдения

·                   структурированное наблюдение (по плану);

·                   неструктурированное наблюдение (незапланированное – определяется только объект наблюдения);

·                   полевое наблюдение (в естественное обстановке);

·                   лабораторное наблюдение (объект находится в естественно созданных условиях);

·                   непосредственное наблюдение (наблюдение невооруженным взглядом);

·                   опосредованное наблюдение (наблюдение с помощью прибора).

Проверка выполнения работы:

1.                 Устная проверка выполнения кейса.

2.                 Тест по изученному материалу:

o        Пример какого научного метода иллюстрирует сюжет картины голландского художника Рембрандта «Уроки анатомии доктора Николаса Тюльпа», написанной в 1662 году?

1) моделирование

2) эксперимент

3) наблюдение

4) измерение

o        Применение какого научного метода иллюстрирует сюжет картины голландского художника Я. Стена «Пульс», написанной в середине XVII века?

1) моделирование

2) эксперимент

3) наблюдение

4) измерение

o        В таблице представлен рацион питания млекопитающего. В какой среде обитания должно быть животное, чтобы так питаться?

Листья многолетних растений	травы	Водные растения
80%	15%	5%

А) почвенной

Б) организменной

В) наземно – воздушной

Г) водной

o        Ученый предположил, что некоторые насекомые похожи на ветки растений потому, что это спасает их от хищников. Как он может подтвердить или опровергнуть это предположение?

а) наблюдения

б) экспериментальным

в) описательным

г) сравнительным

o        Точно установить степень влияния удобрений на рост растений  можно методом:

А) эксперимента

Б) моделирования

В) сравнения

Г) эксперимента

o        Представьте, что вы обратили внимание, что на лугу больше зеленых кузнечиков, чем бурых, и выдвинули гипотезу, предполагающую, что зеленая окраска лучше защищает кузнечиков от врагов. Каким из научных методов вы надежнее проверите вашу гипотезу?

а) тщательным описанием

б) длительным наблюдением

в) теорией

г) воспроизводимым экспериментом

o        В зоопарке построена модель муравейника. Она достаточно точно показывает, как он устроен, какие функции выполняют разные группы особей. Какие методы исследования легли в основу строительства муравейника?

1)                наблюдение и моделирование;

2)                Наблюдение, описание и моделирование;

3)                Сравнение, эксперимент и моделирование;

4)                Сравнение и моделирование.

Рефлексия 

Домашнее задание: §2

o        Французский ученый Луи Пастер прославился как «спаситель человечества», благодаря созданию вакцин против инфекционных заболеваний, в том числе таких, как бешенство, сибирская язва и др. Предложите гипотезы, которые он мог выдвинуть. Каким из методов исследования он доказывал свою правоту?

2.                   «Методы цитологии. Клеточная теория» 10 класс

Кейс

Возле одной из клиник в Берлине стоит памятник ученому. Он известен как врач, ученый, основоположник теории патологии в медицине. После экспедиции со Шлиманом он основал в Берлине «Германский музей одежды и домашней утвари».  Мы же знаем его, прежде всего, как человека, который внес завершающие штрихи в клеточную теорию.

Задания

1.                  Как зовут этого ученого, какими работами в области биологии он известен?

2.                  История создания клеточной теории.

3.                  Какие постулаты клеточной теории были предложены М. Шлейденом и Т. Шванном?

4.                  Назовите основные пункты современной клеточной теории.

5.                  Основные методы исследования клеток.

Информационный материал

§5 стр. 22-25  10-11 класс

Маттиас Якоб Шлейден (1804 — 1881) — немецкий биолог (ботаник) и общественный деятель. Считается реформатором ботаники. Основные труды Шлейдена — по  эмбриологии  и анатомии растений. Шлейден использовал   и обосновал  онтогенетический способ изучения морфологии растений и был его активным пропагандистом. Работы Шлейдена сыграли важную роль при создании клеточной теории. Шлейден считался одним из предшественников и сторонников дарвинизма. 

Теодор Шванн (1810 — 1882) — немецкий  цитолог,  гистолог  и  физиолог,  автор клеточной теории. Труды Шванна относятся к различным областям биологии: действие  кислорода на развитие птиц из яйца, процесс гниения, брожение с участием дрожжевых грибов,  открыл  пепсин (пищеварительный фермент) в 1836 году, изучал клеточное строение  хряща  и хорды под микроскопом на личинках земноводных,  на базе работ М. Шлейдена  разработал клеточную теорию.

Ру́дольф Людвиг Карл Ви́рхов  - немецкий учёный  второй половины XIX столетия, врач, патологоанатом, гистолог, физиолог, один из основоположников  клеточной теории, основоположник  теории клеточной патологии в медицине.

Как патологоанатом, и в особенности гистолог, Вирхов самостоятельно впервые установил гистолого-физиологическую сущность весьма многих болезненных процессов: белокровия, тромбоза, эмболии, амилоидного перерождения органов, английской болезни, бугорчатки, большей части новообразований, трихиноза и проч.

Вирхов разъяснил нормальное строение многих органов и отдельных тканей; выяснил строение слизистых оболочек и промежуточной ткани нервной системы; доказал возможность новообразования серого вещества мозга, разъяснил зависимость формы черепа от сращения швов.

Как антрополог, Вирхов много содействовал своими работами установлению анатомических особенностей рас и имел смелость отстаивать идею обособленности элемента жизни как начала sui generis. Оттуда и его знаменитый тезис «omnis cellula e cellula» (клетка происходит только от клетки), завершивший собой долгий спор биологов о самозарождении организмов.

Вирхов приложил много усилий к собранию патологоанатомической коллекции: в 1899 году на территории клиники Шарите  им был организован Патологический музей, на основе которого, в 1998 году был создан Берлинский музей истории медицины.

Клеточная теория — одно из общепризнанных  биологических  обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.

Положения клеточной теории Шлейдена – Шванна

1. Все животные и растения состоят из клеток.

2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.

Основные положения современной клеточной теории

1.                 Клетка - это элементарная, функциональная единица строения всего живого. (Кроме вирусов, которые не имеют клеточного строения)

2.                 Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3.                 Клетки всех организмов гомологичны.

4.                 Клетка происходит только путём деления материнской клетки.

5.                 Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

 

Дополнительные положения клеточной теории

Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют.

1. Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу.

2. В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов — к  митохондриям,  хлоропластам,  генам  и хромосомам.

3. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

Методы исследования морфологии и анатомии клеток. Использование оптических приборов.

Разрешающая способность человеческого глаза составляет 100 микрометров (микрон). Размеры клеток и клеточных компонентов определяются микронами или долями микрон. Для того чтобы увидеть структуру такого масштаба и размера, необходимы оптические приборы.

1.  Световой микроскоп

Исторически сложилось, что первым оптическим прибором был световой микроскоп. Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0,2 микрометров, то есть 200 нанометров, что примерно в 500 раз улучшает возможности человеческого глаза.

Первые микроскопы были созданы в конце XVI в – начале XVII века, а первым человеком, который использовал микроскоп для изучения живых объектов, был Роберт Гук, это случилось в 1665 году.

Световые микроскопы очень широко применяются и в настоящее время, однако они имеют ряд недостатков. Одни из них заключаются в том, что с помощью светового микроскопа невозможно увидеть объекты, размеры которых меньше длины световой волны – 400-800 нанометров, поскольку световая волна не может быть отражена таким объектом, а огибает его.

 

2. Электронный микроскоп

В начале 30-х годов XX века был создан электронный микроскоп, который давал биологам возможность увидеть объекты размером 0,5 нанометров.

Сравнительная характеристика светового (сверху) и электронного (снизу) микроскопа

Клеточные органеллы и вирусы можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

В сущности, принцип действия электронного микроскопа такой же, как и у светового, в котором пучок световых лучей направляется линзой конденсатора через образец, а изображение увеличивается с помощью системы линз.

 

3. Принцип работы электронного микроскопа

Электронный микроскоп перевернут вверх дном по сравнению со световым микроскопом. Здесь у электронного микроскопа источник электронов находится в верхней части колоны, а сам образец – внизу.

 

Принцип работы светового (слева) и электронного (справа) микроскопа

4. Сканирующий электронный микроскоп

Для того что бы получить объемные изображения предметов, используют сканирующий электронный микроскоп.

 Объемные изображения пыльцы растений (справа), полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (слева)

В нем точно сфокусированный пучок электронов движется взад и вперед по поверхности образца, а отраженные от поверхности электроны собираются и формируют изображение, наподобие того, которое возникает на экране телевизора.

С помощью электронного микроскопа можно увидеть только неживые объекты. Процессы, происходящие в клетке, то есть живую клетку, можно наблюдать в мощный световой микроскоп при замедленной кинофотосъёмке.

 

5. Использование радиоактивной метки

Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического соединения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп. Тогда эта молекула будет иметь радиоактивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счетчика радиоактивных частиц или по способности засвечивать фотопленку.

 

6. Использование ультрацентрифугирования

Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод ультрацентрифугирования: разрушенные клетки в пробирке вращаются с очень большой скоростью в центрифугах. Так как разные составные части клеток имеют различные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно с разными скоростями. Таким образом, изучают митохондрии, рибосомы и другие органеллы.

3.                       «Строение и функции белков» 9, 10 классы

Кейс

Учитель русского языка и литературы Елена Евгеньевна дала задание: написать сочинение по теме «Что я знаю о белках». При этом должно было быть не меньше трех страниц текста. Открыв учебник биологии, Сергей увидел один параграф «Строение и функции белков». Этого было явно недостаточно для выполнения задания. Какую информацию по данной теме ты бы порекомендовал Сергею для того, чтобы он смог получить хорошую отметку за сочинение?

Задания:

1.                 К какой группе веществ относятся белки?

2.                 Чем они отличаются от других веществ?

3.                 Почему без них невозможна жизнь на Земле?

4.                 Почему белки являются незаменимой частью пищевого рациона?

Информационный материал

§11 «Строение и функции белков» 10-11 класс   стр. 40-48

Белки́ (протеи́н, полипепти́ды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью

История открытия и изучения белков

История целенаправленного изучения белков началась в XVIII веке, когда в результате работ французского химика Антуана Франсуа де Фуркруа и других учёных по изучению таких веществ как альбумин, фибрин и глютен, белки были выделены в отдельный класс молекул.

В 1836 году появилась первая модель химического строения белков. Эта модель была предложена Мулдером на основании теории радикалов, и до конца 1850-х она оставалось общепризнанной. А всего через 2 года в 1838 году белкам было дано современное название – протеины. Его предложил работник Мулдера Якоб Йенс Берцелиус.

К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, входящих в состав белков, что видимо и послужило толчком к тому, что в 1894 году немецкий ученый Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков.

В начале XX века предположение Косселя было экспериментально доказано немецким химиком Эмилем Фишером.

В 1926 году американский химик Джеймс Самнер доказал, что фермент уреаза, вырабатываемый в организме, относится к белкам. Своим открытием он открыл дорогу к осознанию важности роли играемой белками в организме человека.

В 1949 году Фред Сенгер получил аминокислотную последовательность гормона инсулина и тем самым доказал, что белки — это линейные полимеры аминокислот.

В 1960-х годах были получены первые пространственные структуры белков, основанные на дифракции рентгеновских лучей на атомарном уровне.

Научные работы по изучению этого высокомолекулярного органического вещества продолжается и в наши дни. Существует даже отдельная наука о протеинах – протеомика.

Почему вещество получило такое название

Большинство известных науке веществ при нагревании переходят из твердого вещества в жидкое. Но есть вещества, которые, наоборот, при нагревании переходят в твердое состояние. Эти вещества объединил в отдельный класс французский химик Пьер Джозеф Маке в 1777 г. По аналогии с яичным белком, который сворачивается при нагревании, эти вещества были названы белками.  Белки иначе называются протеинами. По-гречески протеин (протейос) означает «занимающий первое место». Это название белок получил в 1838 г., когда  голландский биохимик Жерар Мюльдер написал, что жизнь на планете была бы невозможна без некоего вещества, которое является наиболее важным из всех известных науке веществ и которое обязательно присутствует абсолютно во всех растениях и животных. Это вещество Мюльдер назвал протеин.

Первичная структура белка – последовательность чередования аминокислотных  остатков (все связи ковалентные, прочные) ойства белков
1. Разная растворимость в воде. Растворимые белки образуют коллоидные растворы.

Вторичная структура – форма полипептидной цепи в пространстве. Белковая цепь закручена в спираль (за счет множества водородных связей) и образование смеси аминокислот.
3. Денатураци

Третичная структура – реальная трехмерная конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная спираль (за счет гидрофобных связей), у некоторых белков – S–S-связи (бисульфидные связи)

сущей данной белковой молекуле. Денатурация происходит под действием:
- высо

Четвертичная структура – соединенные друг с другом макромолекулы белков образуют комплекс

Функции белков

1. Строительный материал – белки участвуют в образовании оболочки клетки, органоидов и мембран клетки. Из белков построены кровеносные сосуды, сухожилия, волосы.

2. Каталитическая роль – все клеточные катализаторы – белки (активные центры фермента). Структура активного центра фермента и структура субстрата точно соответствуют друг другу, как ключ и замок.

3. Двигательная функция – сократительные белки вызывают всякое движение.

4. Транспортная функция – белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всем тканям.

5. Защитная роль – выработка белковых тел и антител для обезвреживания чужеродных веществ.

6. Энергетическая функция – 1 г белка эквивалентен 17,6 кДж.

Содержание белков в различных тканях человека неодинаково. Так, мышцы содержат до 80% белка, селезенка, кровь, легкие – 72%, кожа – 63%, печень – 57%, мозг – 15%, жировая ткань, костная и ткань зубов – 14–28%.

Белки – необходимые компоненты пищевых продуктов, они входят в состав лекарственных препаратов.койтемпераформальдегида

Белки - жизненно необходимые вещества. Они служат материалом для построения клеток, тканей и органов, образования ферментов, гормонов, гемоглобина и других особо важных соединений, в том числе обеспечивающих иммунитет к инфекциям. Участвуют в различных этапах усвоения жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов.

Классификация белков

Белки принято подразделять на растительные и животные группы. К белку животного происхождения можно отнести белок куриного яйца и белок молочной сыворотки. Куриный белок легко усваивается, является эталоном, поскольку на 100 % состоит из альбумина и желтка. Относительно куриного белка оцениваются и остальные белки. К белкам растительного происхождения можно отнести сою. Поскольку синтезирование нового белка в организме человека идет постоянно, то необходимо обеспечить постоянное поступление белка в организм в нужном количестве.

Занимательно о белках

Половина всех белков нашего тела заменяется в течение 180 дней, а белки печени за 17 -20 дней.

20 аминокислот, из которых состоят белки, могут давать 2500000000000000000 комбинаций различных белковых соединений.

Подсчитано, что человек за всю жизнь потребляет 2,5 т белка, 1,3 т жира, 17,5 т углеводов и 75 т воды.

4.                  «Пищевые цепи» 11 класс

Кейс

В 1953 г. в одном японском селении люди начали болеть какой-то непонятной болезнью. Она поражала нервную систему: у больных нарушалась координация движений, они теряли слух, зрение, рассудок.

Врачи поставили диагноз: отравление ртутью. Но откуда взялась эта ртуть? Правда, поселок находился рядом с морским заливом, куда химический завод сбрасывал свои отходы, в том числе и ртуть. Но содержание ртути в морской воде было ничтожным.

Задания:

1.                 Как можно объяснить причины этого происшествия?

2.                 Дайте определение пищевой цепи, назовите основные их типы.

3.                 Какая пищевая цепь включает в себя большее число звеньев: водная или наземная? Докажите это на примерах.

4.                 Каким образом происходит круговорот веществ в экосистеме, какие типы организмов играют основную роль в его поддержании?

Информационный материал:

§84 стр. 328 – 331        10-11 класс

Пищева́я (трофи́ческая) цепь — ряды  видов  растений,  животных,  грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями:  пища — потребитель.

Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80—90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4—5.

В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся  растения,  водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов в течение жизни, хотя после смерти могут служить пищей для редуцентов, которые не включаются в пищевую цепь, но могут замыкать круговорот вещества в биосфере.

Различают 2 типа пищевых цепей – пастбищную и детритную. Пастбищная цепь начинается с зелёных растений, идёт к пасущимся растительноядным животным (консументы 1-го порядка) и затем к хищникам, добывающим этих животных (в зависимости от места в цепи – консументы 2-го и последующих порядков). Детритная цепь начинается с детрита (продукт распада органики), идёт к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам (животные и микроорганизмы, вовлечённые в процесс разложения отмирающей органики).

Примером пастбищной цепи может служить многоканальная её модель в африканской саванне. Первичными продуцентами являются травостой и деревья, консументами 1-го порядка – растительноядные насекомые и травоядные животные (копытные, слоны, носороги и др.), 2-го порядка – хищные насекомые, 3-го – плотоядные пресмыкающиеся (змеи и др.), 4-го – хищные млекопитающие и хищные птицы. В свою очередь детритофаги (жуки-скарабеи, гиены, шакалы, грифы и т. д.) на каждом из этапов пастбищной цепи разрушают туши погибших животных и остатки пищи хищников. Количество особей, включённых в пищевую цепь, в каждом её звене последовательно уменьшается (правило экологической пирамиды), т. е. число жертв всякий раз существенно превышает число  их потребителей. Пищевые цепи не изолированы  одна от другой, а переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети.

Вершиной многих цепей питания является человек. Чем выше плотность населения какой-либо страны, тем короче здесь основная пищевая цепочка, т.е. людям приходится питаться преимущественно растительной пищей. Пища жителей Китая или Индии – преимущественно вегетарианская. В пищевом рационе населения стран Европы и Америки доля мяса и рыбы значительно больше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример пищевой сети

Пищевые связи пресного водоема

Цепи питания пресного водоема состоят из нескольких последовательных звеньев. Например, растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Почти все виды питаются не одним типом пищи, а используют разные пищевые объекты.

Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет, благодаря которому растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений.

Часто причиной низкой продуктивности естественных водоемов бывает недостаток минеральных веществ (в особенности азота и фосфора), необходимых для роста автотрофных растений, или неблагоприятная кислотность воды. Внесение минеральных удобрений, а в случае кислой среды известкование водоемов способствуют размножению растительного планктона, которым питаются животные, служащие кормом для рыб. Таким путем повышают продуктивность рыбохозяйственных прудов.

Пищевые связи леса

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих.

Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: ласка, горностай, куница, лиса, волк. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных наружных паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий.

Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: зубров, оленей, косуль, лосей - слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей.

Огромное значение в жизни леса имеют процессы разложения и минерализации массы отмирающих листьев, древесины, остатков животных и продуктов их жизнедеятельности. Из общего ежегодного прироста биомассы надземных частей растений около 3-4 т на 1 га естественно отмирает и опадает, образуя так называемую лесную подстилку. Значительную массу составляют также отмершие подземные части растений. С опадом возвращается в почву большая часть потребленных растениями минеральных веществ и азота.

Животные остатки очень быстро уничтожаются жуками-мертвоедами, кожеедами, личинками падальных мух и другими насекомыми, а также гнилостными бактериями. Труднее разлагается клетчатка и другие прочные вещества, составляющие значительную часть растительного опада. Но и они служат пищей для ряда организмов, например грибков и бактерий, имеющих специальные ферменты, которые расщепляют клетчатку и другие вещества до легкоусвояемых сахаров.

Как только растения погибают, их вещество полностью используется разрушителями.

Растения служат пищей для множества насекомых. Насекомые – основная добыча лягушек. Лягушки – излюбленная пища для некоторых змей, например ужей. Змеями питается орел-змееяд. У хищника нет заметных крупных врагов, но ему не дают покоя клещи и прочие паразиты.

Особенно длинны часто бывают паразитические цепи питания. В теле гусениц паразитируют личинки мух, в личинках мух – черви-нематоды, в червях – бактерии, а в бактериях – вирусы.

Ртуть, как и многие другие ядовитые продукты, может накапливаться в цепях питания от уровня к уровню. Содержание ртути неуклонно нарастает в пищевой цепи от бактерий и водорослей до рыб. Выше всего содержание ртути, как нетрудно догадаться, в организмах рыб-хищников: акул, щук, тунцов. Ртуть, выброшенная в водоем, в конце концов, «собранная по крупинке», вместе с выловленной рыбой оказывается на столе человека. Так и попала она в пищу жителей японской деревушки.

Вредные вещества, где бы и когда бы они ни были выброшены человеком в природу, пройдя по цепям питания, очень часто никуда не «исчезают», а «возвращаются» и бьют рикошетом по здоровью людей.

5.       «Я б в ученые пошел…» (итоговый урок по общей биологии), 11 класс

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний.

Вид урока: смешанный.

Цели: формирование образовательных результатов

предметные: изучение  материала о криобиологии, анабиозе, значении  для науки и повседневной жизни.

метапредметные:   развитие познавательных интересов, коммуникативных  качеств,  уверенности в своих силах. Создание  условий для развития умений работать с информацией; умений выделять главное, сравнивать, сопоставлять, анализировать; устанавливать  причинно-следственные связи между составом, строением, свойствами и применением веществ.

личностные:  воспитание культуры общения через работу в паре, группе, воспитание  у обучающихся внимания, инициативы,  культуры умственного труда; формирование  научного  мировоззрения.

Ход урока

Оргмомент

Все мы родом из детства. И знаменитости  в том числе. Они не всегда были такими очаровательными, уверенными в себе и успешными. Их известность — долгая и порой очень трудная дорога, о которой они и не помышляли в юности.

Как и у большинства из нас, у них в детстве были свои мечты на тему: «Кем я буду, когда вырасту».

Этого парня в детстве называли Франкенштейном из-за паралича, поразившего его лицо на год. Он мечтал стать адвокатом, несмотря на то, что вырос в семье, вращающейся в среде знаменитостей. Пробовал себя в бейсболе, но ему так и не предложили постоянный контракт.

Признание он получил на актерском поприще. Первой серьезной работой для Джорджа Клуни стали съемки в сериале «Скорая помощь».

   Сергей Трофимов мечтал стать водителем мусоровоза, а стал известным музыкантом.

Помните, в детстве вы мечтали стать космонавтами, врачами, учителями, музыкантами? Тогда не думали о деньгах, о мнении окружающих, о престиже. В детстве вы просто Хотели. Став старше,  стали понимать, что работа космонавта очень трудна – и физически, и психологически. Врачи и учителя мало получают. Чтобы стать популярным музыкантом или актером, нужно много заниматься, а крупные гонорары предлагают далеко не сразу. И ноги ведут нас по более надежным карьерным дорогам. Сегодня все из вас хотят продолжить образование в высших учебных заведениях.

Итак, тема нашего урока «Я б в ученые пошел…»

Прежде чем перейти к теме урока проведем небольшой блиц – опрос:

1.                 Почему вы считаете необходимым получение высшего образования?

2.                 Продолжите предложение – Я буду поступать в КГМУ (ЮЗГУ, КГУ, КГСХА) потому, что ….

Одним из самых престижных университетов в мире является Гарвардский университет. Был основан 8 сентября 1636 года. Гарвардский университет окончили 8 президентов США, 75 лауреатов Нобелевской Премии были связаны с университетом как студенты, преподаватели или сотрудники. Гарвардский университет занимает первое место в стране по числу миллиардеров среди выпускников, а его библиотека — крупнейшая академическая в США и третья по величине в стране.

Университет является родоначальником нового метода обучения – метода кейсов. Впервые он был применён в учебном процессе на факультете права Гарвардского университета. Первые подборки кейсов были опубликованы в 1925 году в отчётах Гарвардского университета.

Кейс (с англ. — случай, ситуация) — это разбор ситуации или конкретного случая, деловая игра. Он может быть назван технологией анализа конкретных ситуаций, «частного случая».

Кейс, конечно, будет биологический. Но прежде, вспомним,  что нами было изучено в курсе общей биологии 10-11 классов:

·                   Методы исследования в биологии;

·                   Основы цитологии;

·                   Размножение и индивидуальное развитие организмов;

·                   Основы генетики;

·                   Основы учения об эволюции;

·                   Основы селекции и биотехнологии;

·                   Антропогенез;

·                   Основы экологии;

·                   Эволюция биосферы и человек.

Анкетирование:

1.                 Мне пригодятся знания по биологии, потому что я планирую изучать этот предмет дальше.

2.                 Мне пригодятся знания биологии в повседневной жизни.

3.                 Знания по биологии мне не пригодятся никогда.

Понятно, что любая наука актуальна, когда ее открытия можно использовать. Если проанализировать, кому были вручены Нобелевские премии по химии и медицине за последние 5 лет, то понятно, что речь идет о тенденции изучения клеточных структур, болезней и иммунных процессов на внутриклеточном уровне.

2010-е годы      медицина

Год	Портрет	Страна, лауреат	Обоснование награды
2010		Роберт Эдвардс	За технологию искусственного оплодотворения in vitro.
2011		Жюль Хоффман (1⁄4 премии)	За работы по изучению активации врожденного иммунитета.
		Брюс Бётлер (1⁄4 премии)
		Ральф Стайнман (1⁄2 премии; посмертно)	За открытие дендритных клеток и изучение их значения для  приобретённого иммунитета.
2012		Джон Гёрдон	За работы в области биологии развития и получения индуцированных  стволовых клеток.
		Синъя Яманака
2013		Джеймс Ротман	За открытия механизмов регуляции  везикулярного  транспорта — основной транспортной системы наших клеток
		Рэнди Шекман
		Томас Зюдхоф

2010-е  химия

Год	Портрет	Лауреат	Обоснование награды
2010		Ричард Хек	За палладий-катализируемые реакции кросс-сочетания в органическом синтезе
		Эйити Нэгиси
		Акира Судзуки
2011		Дан Шехтман	За открытие квазикристаллов
2012		Роберт Лефковиц	За исследования рецепторов, сопряженных с G-белками.
		Брайан Кобилка
2013		Мартин Карплус	За развитие многомасштабных моделей  комплексных химических систем
		Майкл Левитт
		Ари Варшель

Самыми популярными обсуждаемыми темами являются:

- искусственное оплодотворение (ЭКО);

- стволовые клетки;

- крионика и криотехнологии.

Рождение новой жизни, омоложение (как механизм продления жизни), замораживание (с целью последующего воскрешения). Алхимики искали философский камень, чтобы человек мог стать бессмертным. Прошло много сотен лет  - цели человечества не изменились.

(Мультфильм про мамонтенка)

Как вы думаете, возможно ли такое «воскрешение»?

Существует наука криобиология (от греч. κρύος — холод, bios — жизнь и logos — наука) — это раздел биологии, изучающий действие на живые системы низких и сверхнизких температур (от 0°С до близких к абсолютному нулю). Ученые - криобиологи методично исследуют  механизмы криоповреждений (разрушающих воздействий холода на биологические объекты), криозащиты (защиты от холода), природной устойчивости к холоду, регенерацию органов и тканей после низкотемпературных повреждений, вопросы применения криотехнологий  в производстве и медицине.

Научные основы криобиологии были заложены в конце XIX века Порфирием  Ивановичем  Бахметьевым - выдающимся русским ученым, изучавшим переохлаждение у насекомых и анабиоз у летучих мышей. С помощью своего уникального термометра он определял, как изменяется температура тела насекомых, при помещении в специальную холодную камеру с температурой от –12 до –22 °С. П. И. Бахметьеву удалось установить, что  насекомое могло ожить, если его извлечь из холодной камеры, несмотря на то, что оно уже было заморожено, выглядело мертвым и находилось в затвердевшем состоянии. Бахметьев считал, что в подобном состоянии насекомых нельзя считать живыми, поскольку процессы обмена веществ в их замерзшем теле практически прекратились, но они и не умерли, так как если их согреть, то они снова оживают. Химик Д. И. Менделеев убеждал, что заморозка влечет за собой неминуемую смерть. Бахметьев же в эксперименте показал, что выход из состояния холодового анабиоза возможен, если тканевые жидкости остаются в переохлажденном, но жидком состоянии.

Бахметьев первым в мире в эксперименте с переохлаждением вызвал анабиоз у млекопитающих (летучих мышей, впадающих в зимнюю спячку).

П. И. Бахметьев мечтал добиться анабиотического состояния у человека. В анабиозе П. И. Бахметьев видел возможность продления человеческой жизни. Этой проблеме он посвятил свыше 25 научных публикаций, вызвавшие большой общественный резонанс. В сочинении «Рецепт дожить до XXI века» («Естествознание и география», 1901) первым в мире высказал мысль об использовании открытого им явления холодового анабиоза для «путешествия человека в будущее».

Но еще задолго до Бахметьева явление анабиоза было исследовано многими учеными. Когда в 1705 г. знаменитый голландский ученый-самоучка Антони ван Левенгук случайно поместил под сконструированный им микроскоп высушенный песок, взятый из желоба около водосточной трубы на крыше его дома, он с удивлением заметил, что, после того как песок был увлажнен, произошло нечто необычайное — высохшие в нем микроорганизмы, выглядевшие погибшими, начали двигаться, то есть «оживали». Это были невидимые простым глазом микроскопические черви — красные коловратки (Philodina roseola).

В 1743 г. английский ученый Нидхем наблюдал подобное же странное явление в зернах пшеницы, зараженных пшеничной нематодой — Tylenchus tritici — мелким круглым червем. Его личинки оказались способны сохраняться более двух лет в так называемых галлах даже в высушенных зернах пшеницы.

В 1777 г. итальянский ученый аббат Ладзаро Спалланцани (получивший впоследствии всемирную известность благодаря своим знаменитым опытам по изучению способности летучих мышей ориентироваться в пространстве) подтвердил наблюдения Левенгука.

Так оформились три точки зрения на причины устойчивости организмов к высушиванию:

Левенгук считал, что коловратки защищены своей оболочкой, не позволяющей влаге полностью испариться. Он не допускал возможности сохранения жизни у существ, которые полностью потеряли влагу при высыхании.

Нидхем же считал, что высохшие коловратки сохраняют жизнь, протекающую по законам какого-то особого тайного способа жить без наличия в их организме воды и без кислорода, содержащегося в воздухе.

Точка зрения Спалланцани сводилась к тому, что жизнь коловраток, тихоходок (группа организмов, к которым относится и открытый им же Macrobiotus) и нематод пшеницы при высушивании прекращается, но после добавления воды снова возникает, и организмы как бы воскресают.

Проблема анабиоза стала рассматриваться на строго научной основе лишь в начале XX в.

В ХХ веке возникает крионика  - красивая идея, сформированная с использованием некоторых научных знаний. «Отцом крионики» стал учитель физики и математики Роберт Эттингер (1918–2011).

В 1962 году Эттингер написал свою знаменитую книгу «Перспективы бессмертия» (The Prospect Of Immortality). Этот труд вышел небольшим тиражом, и автор рассылал ее известным и знаменитым согражданам, стараясь привлечь внимание общественности к своим идеям. Эттингер развил концепцию «приостановленной смерти». По его мнению, процесс умирания не мгновенное событие, а имеет определенную протяженность во времени, и этот процесс может быть искусственно остановлен на обратимой стадии. Для погруженного в жидкий азот пациента — крионавта — останавливается процесс старения. Крионавт начинает свое «путешествия во времени» в будущее нашей цивилизации, когда благодаря научному прогрессу его, возможно, смогут оживить и сделать молодым и здоровым следующие поколения врачей и криобиологов. С тех пор The Prospect Of Immortality выдержала 16 изданий на пяти языках.

Эттингер оставался верен своему увлечению всю жизнь, стал президентом Института крионики и Общества бессмертия. Именно эти две организации, наряду с «Алькором», наиболее известны в современном мире как организации, развивающие идеи крионики и применяющие их на практике. Члены Фонда продления жизни «Алькор» заключают договора на длительное сохранение в жидком азоте в виде акта дарения своего тела для исследовательских целей, что соответствует всем законам США и подтверждает конституционное право американских граждан на криоконсервацию после юридической смерти.

Итак, 1967 год. Два человека, вошедших в историю науки.

 Роберт Нельсон (Robert F. Nelson), президент крионического общества Калифорнии, совершивший первое криосохранение

Джеймс Бедфорд (James Bedford; 1893–           

                             1967)

12 января 1967 года Роберт Нельсон заморозил профессора психологии Джеймса Бедфорда. Бедфорду было сделано несколько инъекций криопротектора (DMSO) и был применен насос, в попытке распространить DMSO непрямым массажем сердца по всему организму. 

Джеймс Хайрам Бедфорд — первый человек, крионированный после засвидетельствованной смерти. Бедфорд был профессором психологии Калифорнийского университета, специалистом в области профессиональной ориентации. Страдая от неизлечимого рака почек с метастазами в легкие, Бедфорд в 1965 году откликнулся на предложение специалистов по крионике «Алькора» стать первым добровольцем, тело которого бесплатно подвергнут заморозке. Его кандидатура в качестве первого в мире крионавта была утверждена. В 1967 году тело Бедфорда было крионировано.

Современные направления криобиологии следующие:

·                     Исследование адаптаций к холоду микроорганизмов, растений и животных;

·                     Криоконсервация клеток, тканей, гамет и эмбрионов животного и человеческого происхождения для длительного сохранения в медицинских целях;

·                     Сохранение органов в гипотермических условиях для трансплантации;

·                     Лиофилизация фармацевтических препаратов;

·                     Криохирургия — хирургия с использованием криогенных газов/жидкостей для разрушения тканей.

Перспективы развития очень оптимистичны. Объять необъятное мы, конечно, не сможем, но заглянуть в мир холода попробуем.

Кейс

Чарлз Абара, миллионер из Чикаго, после своей смерти в 2012 году, был заморожен в одной из американских клиник. Согласно завещания, его дети  -  Лиза и Гарри, получали все наследство только в том случае, если они создадут институт криобиологии, который будет заниматься научными исследованиями, диагностикой и лечением по данному направлению.

Наследники были продвинутыми молодыми людьми и объявили конкурс на создание бизнес – проекта института. Главным призом помимо денежного вознаграждения была возможность стать совладельцем данного предприятия.

Для участия в 1 туре конкурса необходимо представить презентацию будущего проекта.

Задание:

1.                 Представьте проект создания института в виде презентации, включающей в себя следующую информацию:

а) название института

б) логотип, эмблема

в) основные  подразделения (не менее 4), направления работы

г) список специалистов, которых вы предполагаете привлечь для работы в институте

д) кто мог бы стать вашими первыми пациентами

Информация:

Криобиология (от греч. κρύος — холод, bios — жизнь и logos — наука) — раздел биологии, в котором изучаются эффекты воздействия низких температур на живые организмы. На практике, в рамках криобиологии занимаются исследованиями биологических объектов или систем при температурах ниже нормальных. В качестве объектов могут служить белки́, клетки, ткани, органы, или целые организмы. Используются диапазон температур от умеренно низких до криогенных.

Важнейшие направления исследований

·                Исследование адаптаций к холоду микроорганизмов, растений и животных

Спя́чка (зимняя — гибернация, летняя — эстивация) — период замедления жизненных процессов и  метаболизма  у  гомойотермных  животных  в периоды малодоступности пищи, когда невозможно сохранять активность и высокий уровень метаболизма. Характеризуется снижением температуры тела, замедлением дыхания и сердцебиения, торможением нервной деятельности (т. н. «глубокий сон») и других физиологических процессов.

В зависимости от регулярности различают следующие виды спячки:

·                     суточная спячка у колибри и летучих мышей;

·                     сезонная спячка — зимняя (гибернация) у насекомоядных и грызунов либо летняя (эстивация) у пустынных животных;

·                     нерегулярная — при внезапном наступлении неблагоприятных условий (енотовидные собаки, белки).

По степени глубины спячки различают:

·                     Сезонная или факультативная спячка. Характеризуется тем, что температура тела животного, частота дыхательных движений и общий уровень метаболизма (обмена веществ) снижаются мало. При беспокойстве сон легко может быть прерван. Характерна для медведей, енотов,енотовидных собак, барсуков.

·                     Настоящая непрерывная сезонная спячка. Характеризуется потерей способности к терморегуляции (гетеротермия), резким снижением частоты дыхательных движений и сердечных сокращений, снижением активности обмена веществ.

Список животных, впадающих в спячку

Грызуны; Малый карликовый лемур; Медведь; Ёж обыкновенный; Американский белогорлый козодой; Австралийская ехидна; Австралийский поссум-пигмей; Чилийский опоссум; Летучая мышь; Хомяк; Соня; Сурок; Бурундук; Суслик; Барсук; Лягушки

·                   Криоконсервация клеток, тканей, гамет и эмбрионов  животного и человеческого происхождения для длительного сохранения в медицинских целях.

Это обычно требует использования веществ, защищающих клетки во время замораживания и размораживания (криопротекторы).

Криоконсерва́ция (от греч. κρύος — холод и лат. conservo — сохраняю) — низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания.

Лишь некоторые клеточные культуры, а также бактерии могут быть эффективно криоконсервированы без предварительной подготовки. Для эффективной криоконсервации клетки замораживаемых объектов должны быть насыщены криопротекторами — веществами, уменьшающими криоповреждения. После размораживания необходимо удалить криопротекторы из клеток.

·                     Сохранение органов в гипотермических условиях для трансплантации

Трансплантация — в медицине пересадка какого-либо  органа  или  ткани, например, почки, сердца, печени, лёгкого, костного мозга, стволовых гемопоэтических клеток, волос.

Различают следующие виды трансплантации:

·                     аутотрансплантация, или аутологичная трансплантация — реципиент трансплантата является его донором для самого себя. Например, аутотрансплантация кожи с неповреждённых участков на обожжённые широко применяется при тяжёлых ожогах. Аутотрансплантация костного мозга или гемопоэтических стволовых клеток после высокодозной противоопухолевой химиотерапии широко применяется при  лейкозах, лимфомах  и химиочувствительных злокачественных опухолях.

·                     изогенная трансплантация — донором трансплантата является полностью генетически и иммунологически идентичный реципиенту однояйцевый  близнец реципиента.

·                     аллотрансплантация, или гомотрансплантация — донором трансплантата является генетически и иммунологически отличающийся человеческий организм.

·                     ксенотрансплантация, или межвидовая трансплантация — трансплантация органов от животного другого биологического вида.

·                     Лиофилизация фармацевтических препаратов

Лиофилизация (от др.-греч. λύω — растворяю и φιλέω — люблю) — способ мягкой сушки веществ, при котором высушиваемый препарат замораживается, а потом помещается в вакуумную камеру, где и происходит возгонка (сублимация) растворителя.

Преимущества такого способа высушивания — отсутствие воздействия высоких температур на препарат, сохранение дисперсной фазы препарата, возможность использования летучих растворителей. Метод лиофилизации позволяет получать сухие ткани, препараты, продукты и т. п. без потери их структурной целостности и биологической активности. При лиофилизации большинство белков не подвергается денатурации и может длительно сохраняться при умеренном охлаждении (около 0 °C). Лиофилизированные ткани и препараты при увлажнении восстанавливают свои первоначальные свойства.

Недостатками лиофилизации является необходимость тщательной подготовки препарата к сушке, создание высокого вакуума для полноты высыхания, длительность сушки и достаточно высокие энергозатраты.

·                     Криохирургия — хирургия с использованием криогенных газов/жидкостей для разрушения тканей

Криохирурги́я (греч. kryos холод + Хирургия)  - совокупность хирургических методов лечения, основанных на локальном замораживании тканей.

Обоснованием для распространения метода в различных областях клинической медицины послужили анестезирующий, гемостатический, коагулирующий, антисептический, абластический и другие эффекты криовоздействия, а также возможность контроля за объемом разрушаемой ткани. Теоретической основой воздействия низких температур на биологические объекты являются физические процессы замерзания воды — основного компонента клеточных структур всех живых организмов. 

Крионика в упрощенном виде часто определяется как практика криоконсервации людей вскоре после засвидетельствованной смерти. Почему только «после засвидетельствованной смерти»? Ответ прост. После замораживания оживить человека невозможно. То есть криоконсервация живого человека при настоящем уровне крионических технологий приведет его к биологической смерти. Может ли медицина сейчас оживить человека после биологической смерти? Нет. То есть,  криоконсервация живого человека при существующем уровне технологий не что иное, как убийство. Поэтому фактически замораживают только тела умерших. Что происходит при замораживании крупных биологических объектов? Тело животных и человека состоит преимущественно из воды (у взрослого человека — на 70%). При постепенном охлаждении до 3,98 °C вода уплотняется и ее объем уменьшается, что характерно для многих материалов и жидкостей. Но при дальнейшем охлаждении вода проявляет уникальные свойства. А именно начинает увеличивать свой объем, причем при падении температуры ниже нуля и образовании льда объем возрастает резко, скачком на 10%. Учитывая, что тело неоднородно и охлаждается неравномерно, от периферии к центру (градиент температуры), оно испытывает воздействие сил, разрывающих замерзшее тело. Многие обращали внимание, как замерзающая вода разрывает стеклянный сосуд, в котором она находится. То же происходит и с органами и тканями. Тело растрескивается. На клеточном уровне повреждающие факторы при замораживании связаны с формированием внутриклеточного льда и обезвоживанием. При охлаждении ниже точки замерзания воды в межклеточном пространстве образуются кристаллы льда, причем при росте кристаллов вода вытягивается из клеток — происходит обезвоживание клеток. При охлаждении теряется до 80–90% внутриклеточной воды. При этом разрушаются гидратированные комплексы макромолекул, что приводит к так называемой «криоденатурации» — потере биологическими полимерами (прежде всего белками и нуклеиновыми кислотами) третичной и четвертичной структуры. Это приводит к необратимой утрате функций этих полимеров. Клетки сморщиваются. Сами кристаллы своими острыми краями разрывают клеточные мембраны, разрушая структуру клеток. «Специалисты» говорят, что необратимые повреждения при замораживании и размораживании биологических объектов размерами больше нескольких миллиметров очевидны, проблема не имеет решения, а значит, и обсуждать нечего. А идеи о сохранении тел умерших до того момента, когда в будущем, может быть, станут доступны технологии восстановления клеток, тканей и органов и, соответственно, появится возможность восстановить все функции замороженного организма, — это из области сказок и фантастики. То есть,  нет смысла тратить средства и время на исследования, эксперименты. А замораживание тел умерших вообще шарлатанство и бесполезная затея.

Проверка презентаций

Послесловие:

Первым ребенком, родившимся из замороженного эмбриона, стала Зоуи Лейленд — она появилась на свет 28 марта 1984 года в австралийском городе Мельбурне.

Брат и сестра Рубен (справа) и Флорен Блейк (слева) родились из одной партии эмбрионов, подготовленных для процедуры ЭКО в Великобритании. Их родители Джоди и Саймон Блейк долго не могли иметь детей, и им пришлось прибегнуть к биотехнологиям. Один из полученных в пробирке эмбрионов был перенесен искусственным путем в матку Джоди, и через 9 месяцев родился Рубен. Остальные эмбрионы были заморожены. Через 5 лет из жидкого азота был извлечен и разморожен один из эмбрионов — Флорен. Он также был перенесен в матку матери, и через 9 месяцев естественным путем родилась здоровая девочка.

На сегодняшний день в мире не менее 600 000 детей были рождены после процедуры замораживания и длительного хранения при температуре жидкого азота.

Впервые в феврале 2007 года в Дании у Стинне Хольм Бергхольдт родился первый ребенок из замороженных половых желез — девочка, которую назвали Авиайа. Стинне Хольм было 27 лет, когда в 2004 году у нее была диагностирована редкая злокачественная опухоль кости —саркома Юинга. Перед химиотерапией, учитывая, что детей у пациентки на момент обнаружения опухоли не было, в виде эксперимента часть ее правого яичника была удалена, рассечена на тонкие полоски и заморожена. Это было сделано в надежде на то, что когда-нибудь в будущем, может быть, с помощью этих фрагментов органа способность к деторождению будет восстановлена. Лечение саркомы химиотерапией оказалось успешным, но, как обычно бывает после химиотерапии, лекарства убили не только опухоль, но и клетки яичников девушки. Через несколько лет после окончания курса лечения и полного выздоровления от рака эта молодая женщина решила родить ребенка. В декабре 2005 года было принято решение разморозить полоски ткани половой железы и пересадить обратно к тому, что осталось от ее правого яичника. На удивление врачей, яичник женщины начал регенерировать и нормально заработал. После краткого гормонального курса для стимуляции производства яйцеклеток Стинне Хольм смогла зачать естественным путем и родить собственного здорового ребенка. Удивительно, но скоро Стинне Хольм забеременела естественным путем второй раз и родила второго здорового ребенка — Лукку. У Бергхольд возобновились регулярные менструации, и сейчас ей приходится пользоваться контрацептивами, чтобы не забеременеть снова.

В 2010 году английские врачи на несколько дней охладили до 30-33⁰С четырехмесячного Финли Бертона, чтобы после сложнейшей операции вернуть его сердце к нормальной работе.

«Смерть и воскресение суть естественные феномены, которые наука обязана исследовать и которые она в силах выяснить. Воскрешение есть возможная задача прикладной науки, которую она вправе себе поставить». Валерий Брюсов

И в заключение те же вопросы, которые были в начале урока:

1.                 Мне пригодятся знания по биологии, потому что я планирую изучать этот предмет дальше.

2.                 Мне пригодятся знания биологии в повседневной жизни.

3.                 Знания по биологии мне не пригодятся никогда.

+1

Кейс «Чистоплотная домохозяйка»:

«Алевтина Григорьевна всегда отличалась аккуратностью, благодаря чему она заслужила титул самой чистоплотной домохозяйки в своём подъезде. И вот однажды она обнаружила на кафеле в ванной неприятный налёт.

- Что это?!! – с ужасом спрашивала Алевтина Григорьевна у соседки по лестничной клетки.

Соседка сказала, что, скорее всего это грибы».

  Задание:

•  Могут ли это быть грибы?

•  А другие организмы?

•  Предложите способы, с помощью которых можно было бы выяснить природу этого налёта.

  Примерный ход рассуждений обучающихся:

Налёт на кафеле могут образовывать грибы, а могут и другие организмы. Наиболее вероятные кандидаты - бактерии и водоросли. Вполне возможно, что налёт будет состоять из сообщества нескольких видов организмов (хотя вряд ли их будет много).

Чтобы разобраться, кто это может быть, для начала стоит обратить внимание на цвет налёта. Если он имеет зелёный оттенок, можно предположить, что на кафеле живут фотосинтезирующие организмы. Для этого кафель должен находиться на освещённом месте. Такими организмами могут являться как сине-зеленые водоросли (прокариотические, безъядерные организмы), так и зеленые водоросли (эукариоты, клетки которых имеют ядро). Если кафель находится внутри дома, появление каких-то других фотосинтетиков маловероятно. Если это кафель на садовой дорожке или на наружной стене дома, то список кандидатов расширяется. Например, это могут быть лишайники. А уж если это кафель на дне садового бассейна, то тут могут появляться и другие водоросли.

Если налёт не имеет зелёного оттенка, и особенно если он растёт в тёмном помещении, можно предположить, что входящие в него организмы питаются гетеротрофно, то есть потребляют готовые органические вещества. Тогда это, вероятно, бактерии или грибы.

Для более подробного анализа нужно соскрести налёт (кстати, стоит поскрести и в том месте, где налета нет. Это пригодится в качестве контроля.) Ещё лучше взять несколько проб похожего налёта в разных местах. Тех организмов, что оказались в налёте, можно попробовать разглядеть в световой микроскоп.

Многим школьникам кажется, что посмотреть в микроскоп достаточно, чтобы сразу стало понятно, кто перед нами. К сожалению, все не так просто. Даже увидеть, есть ли в клетках ядро, часто бывает проблемой. Особенно если речь идет о зелёных организмах - в них ядро обычно замаскировано хлоропластами (у водорослей вместо них хроматофоры) и совершенно не видно. Поэтому отличить, имеем мы дело с прокариотами (бактериями и сине-зелёными водорослями) или с эукариотами (водорослями или грибами) может оказаться непросто.

Сине-зелёных можно отличить от зелёных водорослей по более темной, синеватой окраске. У нитчатых сине-зелёных в состав нити часто включены особые клетки - гетероцисты - которые отличаются от основных клеток нити округлой формой и крупным размером. Часто нить сине-зелёных одета слизистым чехлом.

Вообще же клетки прокариот обычно значительно мельче клеток прокариот. При обычном увеличении светового микроскопа 10х40 (в 400 раз) клетки большинства бактерий видны как очень мелкие точки и чёрточки, а клетки эукариот видны хорошо.

Гифы грибов будут видны как длинные нити. Если вам попались низшие грибы (вроде плесени), то иногда можно увидеть органы спороношения - торчащие из нитей "головки", "кисточки" и т.п. Кстати, споры часто можно заметить и невооружённым глазом как специфическую "пыль" на поверхности налета.

Можно попробовать посадить содержимое налета на питательную среду и сравнить результаты роста с тем, что вырастет из соскоба там, где налёта не было. В настоящее время разработана целая система отбора организмов на питательных средах разного состава. Таким образом можно получить культуры бактерий или примитивных грибов. Организмов из таких культур можно значительно надёжнее определить как по внешнему виду отдельных клеток и колоний, так и после окраски специальными красителями. Однако эти, как и другие современные методы, вряд ли доступны простой хозяйке, не имеющей доступа в научные лаборатории.

+ 2

 Кейс «Загадка дачного участка»:

«Смирнов Виталий Петрович давно мечтал о небольшом дачном участке. Купив участок земли недалеко от города, ему стало ужасно интересно, какие животные и растения жили на этом участке прежде. Он обратился за советом к своему школьному товарищу – Волкову Михаилу Ивановичу – доктору биологических наук. Михаил Иванович вначале удивился необычной просьбе друга, но затем задал один уточняющий вопрос, на который Виталий Петрович не смог ответить. Тогда Михаил Иванович предложил «пытливому» землевладельцу несколько способов, позволяющих удовлетворить его любопытство».

Задание:

•  Какой вопрос задал Михаил Иванович Виталию Петровичу?

•  Какие способы исследования дачного участка предложил Михаил Иванович своему школьному товарищу?

Примерный ход рассуждений обучающихся:

Для того чтобы выяснить, какие животные и растения жили раньше на каком-то участке, стоит понять, какой именно промежуток времени интересует нашего землевладельца. От ответа на этот вопрос существенно зависит способ поиска ответа на основной вопрос.

Если землевладельца интересует, что было на месте его участка в прошлом году или в течение последних десяти лет, он может ориентироваться на те растения, которые сохранились на участке. Например, если на месте участка был лес, который недавно свели, расчистив землю под участок, вероятнее всего на участке сохранились типично лесные растения, по которым можно определить не только сам факт наличия леса, но и тип его (березняк, сосняк, смешанный лес и т. п.).

Если же участок разбит на месте осушенного болота, состав растений на нём будет совершенно иной. Если же земля в этом месте была окультурена достаточно давно, на участке скорее всего будут найдены в основном сорняки и культурные растения или их одичавшие потомки. По типу растительного сообщества можно примерно определить и какие животные в нем могли обитать. Возможно, удастся найти и какие-то остатки этих животных (кости, перья и т. п.) или следы их жизнедеятельности (погрыза, подолбы, норы и др.). Когда речь идёт о недавнем прошлом, довольно эффективным методом получения информации может стать опрос местных жителей, а также работа с документами. Можно попытаться найти в архивах землеустроительные карты разных лет, на которых показано, кому принадлежала земля и что на ней находилось.

Поиск документов в архивах и работа с ними могут оказаться очень полезными и при изучении более давнего прошлого участка - последних десятков и сотен лет (иногда можно найти документальные свидетельства и более ранней истории данной местности). Может оказаться, что при рытье погреба, прокладке траншеи или других земляных работах будут вскрыты более-менее глубокие слои почвы, и в них могут оказаться кости животных, живших когда-то на этом месте. Правда, землевладельцу будет нелегко понять, когда именно эти животные обитали в данной местности - ведь можно найти как останки животных, умерших совсем недавно, так и кости доисторических существ. Чтобы разобраться с этим, нашему землевладельцу придётся прибегнуть к помощи специалистов. Для оценки того, какие растительные сообщества существовали на месте участка, можно попытаться взять пробы почвы и провести (тоже с помощью специалистов) спорово-пыльцевой анализ. Пыльца и споры растений очень устойчивы и могут долго сохраняться в земле, а их форма так же видоспецифична, как строение листьев, стеблей, цветов.

Поэтому по составу пыльцы, найденной в почве на определенной глубине, можно судить о составе давно исчезнувших растительных сообществ. Правда, к сожалению, этот метод имеет определённые ограничения и не на любом участке даст достаточно полную информацию.

Если же землевладельца интересует совсем древняя история данного места, ему придётся заняться палеонтологией и попробовать найти на своём участке окаменелые остатки животных или растений. Имеет смысл разузнать о геологической истории этой местности и прикинуть, какие геологические пласты могут оказаться на поверхности. Некоторых любознательных землевладельцев ждёт интересное открытие - давным-давно на месте их участка было море. Об этом будут свидетельствовать окаменелые остатки морских животных, например кораллов или головоногих моллюсков. Чтобы понять, к какому времени относятся найденные окаменелости, нашему землевладельцу придётся разобраться, в каком периоде жили соответствующие организмы. Это можно сделать либо по книгам, либо по экспозиции в краеведческом музее, либо, опять-таки, прибегнув к помощи специалистов. В любом случае любознательный землевладелец узнает много нового и интересно проведет время.

+ 3.

Урок биологии с использованием технологии обучения на примере конкретных ситуаций по теме «Генетика» в 10-м классе.

Кейс «Модифицированный друг».

Разработан магистром 2 курса факультета биологии РГПУ им. А.И.Герцена Берестецкой С.О. в 2005 году под руководством к.п.н., доц. Даутовой О.Б.

1. Подготовительный этап.

Педагог подготавливает ситуацию, дополнительные информационные материалы, определяет место урока в системе предмета, задачи урока
2. Ознакомительный этап.

На данном этапе происходит вовлечение обучающихся в живое обсуждение реаль­ной профессиональной ситуации.

2.1. Введение в ситуацию.

Действие разворачивается на молочном комбинате «Ленмол». Действующие лица:

-директор «Ленмола»

-рабочий Уваров Константин Николаевич

-два друга К. Н. Уварова, сотрудники института питания Российской академии медицинских наук

-компания «ММ»

-компания «Монсанто»

2.2. Описание ситуации.

Один из сортов трансгенного картофеля «Ньюлиф», полученного компанией «Монсанто», был закуплен для производства крахмала компанией «ММ». Полученный модифицированный крахмал был продан затем молочному комбинату «Ленмол» для использования его в производстве новых йогуртов, однако в накладной умалчивалось о происхождении исходного материала.

Молочный комбинат в этот момент готовился к выпуску по современной технологии новой серии йогуртов «Летняя сказка». День презентации был уже назначен. Ожидалось, что в этот день комбинат посетят городские чиновники во главе с губернатором А. А. Сергиенко, иностранные гости и простые горожане, что будет способствовать формированию имиджа предприятия и продвижению новой продукции предприятия на внутреннем и внешних рынках, а также привлечению иностранных инвестиций. Поэтому проведения презен­тации являлось очень важным событием для предприятия. 

За неделю до презентации один из рабочих «Ленмола» Уваров Констан­тин Николаевич предложил своему директору провести экспертизу йогурта «Лет­няя сказка», чтобы представить сертификат качества новой продукции. Так как у Уварова были личные связи с сотрудниками института питания РАМедН (там рабо­тали два его друга детства), он пообещал проведение оценки в наикратчайшие сро­ки. Директор с трепетом ждал результатов анализа. Конечно, как любому предпри­нимателю, ему не чужды были слова опасение, риск, сомнение, однако здесь он был уверен на 90% в успехе предстоящей кампании. Каково же было его удивление, когда он прочитал в заключении о качестве йогурта «Летняя сказка» о том, что в этом йогурте обнаружен генетически модифицированный крахмал (генетически мо­дифицированный компонент составлял 1,1%). 

Директор был хорошо осведомлен о современных достижениях генной инженерии, проблемах биобезопасности и имею­щейся законодательной базе в данной области, но также он прекрасно понимал, что такие результаты анализа его новой продукции могут негативно повлиять на даль­нейшее продвижение не только этого продукта, но и всей продукции предприятия, так как ученые до сих еще не пришли к единому мнению относительно влияния генетически модифицированных компонентов на организм человека, общественное мнение явно склоняется не в пользу их использования в продуктах питания. 

Рабочий Уваров, несмотря на свои добрые отношения с учеными из Института питания, был некомпетентен в данном вопросе и искренне удивлялся озабоченности своего шефа. Заметив это, директор принял окончательное решение: он попросил сотрудников института питания через Константина Николаевича о сохранении конфиденциальности (оба сотрудника, будучи нравственными людьми, негативно отнеслись к такого рода просьбе, но из-за уважения к другу согласились), а что касается этикеток, то решил ничего не менять в описании состава йогуртов серии «Летняя сказка» и оставить все на прежних местах.

Проанализируйте описанную ситуацию. Выявите моменты, когда действующие лица преступают закон и моральные принципы. Аргументируйте свой ответ. Как бы Вы поступили на месте директора «Ленмола»? Какие бы внесли изменения в работу пред­приятия?

2.3. Информационный материал.

Последние два десятилетия характеризуются выдающимися достижениями биотехнологий, в частности по конструированию трансгенных растений. Как и всякое новое достижение человечества, трансгенные растения привносят в нашу жизнь, как пользу, так и определенные опасения возможных негативных последствий для окру­жающей среды и здоровья человека.

Преимущества трансгенных растений:

1) устойчивость к пестицидам, инсектицидам, вредителям, болезням - обеспечивается снижение потерь сельхозпродукции при выращивании, хра­нении и улучшении качества;

2) создаются продукты с улучшенной или измененной пищевой ценностью, ус­тойчивых к воздействию климатических факторов, имеющих улучшенные вкусовые качества.

Опасения ученых:

1) Наличие во многих генетически модифицированных продуктах (ГМП) генов устойчивости к антибиотикам. Считают, что эти гены могут передаваться в желудке человека эндогенной флоре, в том числе и патогенной, в результате чего она приоб­ретает устойчивость к данному антибиотику. В настоящее время разрабатываются новые подходы, которые исключают применение маркерных генов устойчивости к антибиотикам на другие, безопасные для человека.

2) Возможность проявления у потребителей аллергических реакций, которые могут проявляться в виде сенной лихорадки, бронхиальной астмы, крапивницы и др. В настоящее время проводится предварительное выявление аллергических свойств организма - источника гена.

3) Источники генов часто являются микроорганизмами, а сам процесс осущест­вляется посредством патогенных бактерий, особенно агробактерий.

4) Сообщения о неблагоприятном воздействии трансгенных растений, содер­жащих ген инсектицидности от бацилл (Bacillus thuringiensis), на пищеварение жи­вотных, подавление иммунитета и другие расстройства.

5) ГМП недавно начали использовать в пищу, поэтому еще мало фактов об от­даленных последствиях потребления ГМП на здоровье детей, которое может про­явиться через несколько лет.

6) Известный ученый сэр Пол Нерс считает, что "дефекты" ДНК могут стать од­ной из причин дискриминации общества, так как примерно через 20 лет появится возможность выяснить полный набор генов у каждого новорожденного. Это, конечно, "+", так как люди будут вести более здоровый образ жизни, но и "-": при поступлении на работу предпочтительны будут люди без дефектов. В случае расшифровке гено-ма в частном порядке, т. е. теми, кто может финансово это себе позволить, возникнет ге­нетически низший класс.

В настоящее время изучением и испытанием генетически модифицированных (ГМ) растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным доходом более 100 млрд. долларов в год.

Одной из ведущих мировых компаний является компания «Монсанто» (США), образованная в 1901 году. С начала 80-х годов ученые компании работают над по­лучением трансгенных растений (первые трансгенные растения были созданы в США, Германии и Бельгии в 1983 году). Одним из новых растений компании «Мон­санто» является картофель «Ньюлиф», который не повреждается колорадским жуком. Трансгенный картофель разрешен для выращивания и применения в пищу в США, Канаде, Мексике, Японии, Румынии. Два сорта картофеля «Ньюлиф» проходят испы­тания в России для получения разрешения на выращивание в соответствии с требо­ваниями российских законов.

Все пищевые продукты, впервые разрабатываемые и внедряемые в производ­ство, а также впервые ввозимые на территорию России подлежат государственной регистрации, ключевым этапом которой для ГМП является проведение комплексной санитарно-эпидемиологической экспертизы. Безопасность ГМП, поступающих на российский рынок обеспечивают 4 научных центра: институт питания и институт вакцин и сы­вороток РАМедН, научный центр «Биоинженерия» РАН и Московский государствен­ный институтт прикладной биотехнологии. Контроль за пищевыми продуктами, поступив­шими на прилавки магазинов, осуществляет Госсанэпиднадзор.

В России и странах ЕС введена обязательная маркировка: при содержании в продуктах питания более 0,9% ГМ компонентов необходимо указывать их наличие. 

2.4. Глоссарий.

Агробактерии - почвенные бактерии, природные генные инженеры. Умеют встраивать свои гены в геном двудольных растений. Ученые "обманывают" бакте­рию, заменяя часть ее генов на те, которые хотят ввести в растение.

Бактерии Bacillus thuringiensis широко распространены в природе и вырабаты­вают кристаллы белкового токсина против насекомых.

Маркерный (селективный} ген - ген, благодаря которому отбирают трансфор­мированные экспланты.

Трансгенные (генетически модифицированные) растения - растения с изме­ненной наследственностью, вызванной включением в их геном чужеродных генов из любых организмов с помощью генно-инженерных методов.

Трансгенез (трансгеноз) - это целенаправленный перенос генов от одних ор­ганизмов к другим. При конструировании трансгенных растений посредниками являются микроорганизмы, а также они могут быть, на ряду с растениями и животными, донорами "полезных" генов.

Эксплант - кусочек ткани растения, культивируемого в стерильных условиях для последующей регенерации.

3. Основной (аналитический) этап. 

3.1. Раунды.

1) вступительное слово учителя; распределение обучающихся по группам (4-5 человек в каждой); организация работы групп: краткое изложение членами групп прочитанных материалов и их обсуждение; выявление проблемных моментов; определение док­ладчиков.

2) первый раунд дискуссии - обсуждение проблемных моментов в малых груп­пах, поиск аргументов и решений.

3) второй раунд дискуссии - представление результатов анализа, общегруппо­вая дискуссия, подведение итогов дискуссии и найденных решений.

3.2. Указания по проведению анализа конкретной ситуации

«Модифицированный «друг».

После знакомства обучающихся с предоставленными фактами начинается их ана­лиз в групповой работе. Этот процесс выработки решения, составляющий сущность метода, имеет временные рамки, которые определяет учитель.

Продуктивность групповой аналитической работы обеспечивается путем сле­дования определенному алгоритму:

анализ ситуации – целесообразно начинать с выявления и формулировки про­блемы;

выработка различных способов действия в данной ситуации - альтернатив;

выбор лучшего решения (альтернативы) с опорой на анализ по­ложительных и отрицательных последствий каждого, а также на анализ необходи­мых ресурсов для их осуществления; составление программы деятельности с ориентацией на перво­начальные цели и реальности их реализации.

4. Итоговый этап.

заключительная презентация результатов аналитической работы (обучающиеся могут узнать и сравнить несколько вариантов решений одной проблемы); обобщающее выступление учителя – анализ ситуации; оценивание учителем обучающихся.

+ 4.

Урок по биологии с использованием кейс-метода

                                                                    Учитель  биологии высшей категории
                                                                     КГУ «Малоубинская средняя школа»
                                                                Глубоковский район ВКО
                                                                        Оразканова  Гульнар  Хакимовна

Поисковая тема учителя: «Компетентностный подход к преподаванию биологии и химии через современные образовательные технологии»

Тема: «Антропогенез»

 9 класс

Тип урока: Урок  изучения нового материала  с  элементами исследовательской деятельности.

Форма учебного занятия: моделирование мышления обучающихся   с использованием  обучающего  кейс-метода, с использованием цифровых образовательных ресурсов, ИКТ, технологии  ЛОО-личностно-деятельной развивающей модели обучения, элементов технологии критического мышления.

 Особенность урока-кейса (Case –study  method)

1.Определяется проблемное направление в изучении темы.

2.Учитель готовит начальный кейс, содержащий  некоторую информацию

3.Обучающиеся предлагают выстроить собственное решение, для обоснования  дополнить кейс.

Место в системе уроков

Второй урок из главы «Происхождение человека», рассчитанной на 4 часа. Обучающиеся имеют представление о

·                   классификации человека;

·                   доказательствах происхождения человека; 

·                   сходстве и различии человека и  человекообразных обезьян;

·                   предпосылках антропогенеза.

Цели урока:

Обучающая- продолжить формирование у обучающихся основных общеучебных образовательных компетенций;  компетенций в процессе  осмыления  учебно-научной  информации о происхождении человека, его становления как биологического вида.

Развивающая- продолжать развивать у обучающихся - абстрактно-ло-гическое, структурированное мышление умений осознанно      интегрировать и организовывать  индивидуальную        познавательную деятельность

Воспитывающая-

·                   Воспитывать чувство коллективизма, умение обучающихся работать самостоятельно, в группах малого состава;

·                   Формировать гуманные качества личности обучающихся;

·                   Совершенствовать навыки общения;

·                   Создавать условия для реальной самооценки обучающихся. 

Методы:           Общедидактические-

·                   Личностно-ориентированный;

·                   Интерактивный;

·                   Частично-поисковый;

·                   Объяснительно-иллюстративный;

·                   Проблемный.

Задачи  Способствовать развитию у обучающихся ключевых образовательных компетенций, таких как:

·                   умение работать с  различными информационными источниками (текстовым материалом, мультимедийной  презентацией, электронным учебником, схемами, рисунками, демоверсиями Эколаборатории);

·                   развитие  способности принимать решения;

·                   развитие биологического мышления;

·                   развитие ценностно-смысловой компетенции, отражающей  индивидуальное  мировоззрение  при раскрытии темы;

·                   развитие коммуникативных умений при работе в группе;

·                   развитие умений презентовать материал.  

Методический пакет

o        Учебник «Биология 9 класс» под  общей редакцией М.К.Гильманова;

o        Электронный учебник «Биология «9 класс»;

o        Текстовая  информация (Википедия);

§     Схема «Эволюция»;

o        Демоверсия «Эво_лаб» -Интернет ресурс  -ЦОР;

o        Анимированный атлас;

o        Видеролик «Эволюция жизни за 5 минут»;

o        Схема классификация живых организмов;

o        Классификация человека;

o        Мультимедийные презентации:

·                   «  Происхождение человека»;

·                   «Доказательства эволюции  Человека»

Средства обучения: аудиовизуальный мультивидеопроектор,электронно-обучающие

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, мультимедиапроектор, Интернет, учебники

Приемы работы:  постановка проблемных вопросов, выполнение комплексного задания,

Работа с методическим пакетом

Структура урока.

Этапы УПД обучающихся в соответствии с моделью ЛОО

ООД-ориентированно-обучающая деятельность

1.Актуальность темы урока

Преамбула

Вопрос о происхождении человека сегодня практически решен. Ученые считают нашими предками древних вымерших приматов. Пока речь идет о животных, многие охотно верят теории Дарвина. Но как только речь заходит о происхождении   человека, сторонников теории естественного отбора становится значительно меньше. Конечно, непросто смириться с мыслью, что обезьяны – наши сородичи. Кроме того,  с учетом религиозных понятий вопрос о происхождении человека плавно  выходит из рамок учебных и становится скорее вопросом мировоззрения.

Так Римская католическая церковь признает (с 1967 года , что теория Дарвина «верно трактует вопросы происхождения человеческого тела». Вера и знание –разные категории, не стоит противопоставлять вопросы духовности материальным доказательствам.                 

2.Этап  « целеполагания» от ученика»  - (исходя из преамбулы - элемент технологии критического мышления)

(тема достаточно актуальна, интересна, имеет альтернативные взгляды, поэтому обучающимся предлагается, используя приемы ассоциации, раскрыть самостоятельно цель урока).  Данный этап способствует развитию у обучающихся информационных компетенций, стимулирующих такие когнитивные процессы,  как восприятие, осознание, понимание, овладение приемами трансформации информации.

3.Этап актуализации знаний 

Антропогенез – происхождение  человека. (греч. anthropos – человек) – процесс происхождения и формирования  человека как биологического вида 

Гипотезы  возникновения человека- рассматриваем иллюстрации-высказываемся

космогенные гипотезы

 

креационизм                                                                   эволюционные                                                       

                                                                                                гипотезы  

4. Этап   работа с терминами «Глоссария»

Обучающимся были даны домашние опережающие задания по повторению основных понятий темы.

Сообщение, демонстрация слайдов обучающихся

Дарвинизм

Эволюция

Органический мир

Антропогенез

Антропология                           

Дарвинизм

Чарльз Роберт Дарвин (1809-1882) - английский естествоиспытатель, создатель дарвинизма, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1867).
В основном труде "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859), обобщив результаты собственных наблюдений, произведённых во время плавания на "Бигле" (1831-1836) и достижения современной ему биологии и селекционной практики, Ч.Дарвин вскрыл основные факторы эволюции органического мира. В труде "Изменение домашних животных и культурных растений" (1868) Дарвин изложил дополнительный фактический материал к основному труду. При этом он писал, что Бог создал живых существ, гораздо более простых, чем современные, но эволюция усложнила их и привела к существующему разнообразию.

В книге "Происхождение человека и половой отбор" (1871) Дарвин обосновал гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка. Учёный также работал в области геологии, ботаники и зоологии, написал автобиографию.

Дарвин считается одним из самых значительных учёных XIX века.

Эволюция

Понятие «Эволюция более полно повторяется в комплексе информации электронного учебника (гиперссылка №1,демоверсии – гиперссылка №2)

Гиперссылка №1

Электронный учебник   определение  «антропология»
элеkтронный учебник-  Биоl9—Web-Word  antropos

Гиперссылка №2-«Демо версия»

Демоверсия
Эколаборатория

Анимированный атлас

«Интернет----

единая коллекция цифровых образовательных ресурсов

--Предмет –

класс----

эволюционная лаборатория

Органический мир

Обучающийся дает объяснение по классификации   органического мира (раздаточный материал). Предлагает вспомнить основных ученых, в своих трудах, касающихся данной темы

 Карл Линней  поместил человека в класс Млекопитающие

                                  Ламарк предположил происхождение   

                                                   человека  от обезьян.

 Роль социальных факторов, на которую также указывал Ч.Дарвин, была раскрыта Ф.Энгельсом в работе  «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» (1896).

Классификация органического мира

Проблемный вопрос.

В системе органического мира человек стоит на его вершине. Объясните, почему человека относят к классу млекопитающих, отряду приматов. Почему человека не выделяют в особое царство?

    Какие  существуют доказательства происхождения человек?

Обучающиеся просматривают слайды презентации «Доказательства  эволюции человека» (приложение 1 к уроку). В ходе самостоятельной познавательной деятельности, работе в группах, происходит повторение   информационного материала.

Антропология

Гиперссылка на электронный учебник

Электронный учебник   определение  «антропология»
элеkтронный учебник-  Биоl9—Web-Word  antropos

Этап проверки домашнего задания

Составление бумажного кластера «Классификации человека»

Проверка по слайду презентации.

Империя:       клеточные

Надцарство:  эукариоты

Царство:        Животные
Тип:                Хордовые
Подтип:           Позвоночные
Надкласс:        Четвероногие
Класс:              Млекопитающие
Подкласс:       Звери  Или Плацентарные
Отряд:             Приматы
Подотряд:       Обезьяны или  Человекоподобные  приматы
Надсемейство: Человекообразные обезьяны
Семейство:       Гоминиды
Род:                    Люди

Вид:          Homo sapiens (Человек  разумный)

Подвид:     Современный человек

ИД-  Исполнительская деятельность

Учитель:  Ребята, мы постарались упорядочить свои знания по теме, выложив их в логически правильную структурированную систему. При анализе  мы столкнулись с  проблемными вопросами, они не могли нас не заинтересовать, ведь это о нас-людях идет разговор. Сейчас мы переходим ,непосредственно  к анализу имеющейся на уроке информации и я предлагаю следующий кейс.

          Кейс
Взгляд на человека как «особое» существо   

1. Практически все мировые религии, а также большинство материалистов ставят человека на вершину эволюционной лестницы, однако эволюция – дерево, каждая ветвь которого (вид) тянется вверх, к большему совершенству, и человек вряд ли представляет вершину древа. Никто не возьмется утверждать, что организм человека устроен качественно лучше и сложнее. Так система обоняния собаки работает значительно лучше. Мы уступаем насекомым по физической выносливости, восприятию окружающего мира. Рудименты и атавизмы также свидетельствуют о несовершенстве.

2. Точка зрения на Homo sapiens как на самый лучший, полезный и приспособленный вид живых существ, принципиально отличающийся от всех других организмов, нуждается в коррекции. Правильнее утверждать, что человек – не вершина эволюции, а часть органического мира.

Задания  к кейсу

1. Анализируя основные характеристики этапов становления человека, выявить закономерность эволюционных  изменений.

2. Ваше мнение на информацию из текста Учебника «Биология»9 класса (стр.170).

«По одной из версий, 20-30 тыс. лет назад человечество вышло из Африки и заселило планету сразу в образе кроманьонца-человека современного типа. А все предыдущие эволюционные модели: австралопитек, питекантроп и неандерталец –просто эволюционный тупик».

3. Если бы вам предложили изменить эволюционное дерево становления человека как биологического вида, как бы вы его нарисовали (нарисуйте).

Работа в группах

·                   Поддержка работы в группах, использование методического пакета;

·                   Составление списка приоритетов собственных предложений для решения данной проблемы;

·                   Составление схем, таблиц, дающие обоснование для «собственного решения»;

·                   Выбор оптимального решения

КД-Коррекционная деятельность

·                   Внимательно выслушав мнения групп, учитель фиксирует на доске ключевые моменты выступлений.

·                   По окончанию, обучающиеся сами находят общие точки соприкосновения  по анализу темы.

·                   Обучающиеся единодушно  соглашаются с одной из версий, что «По одной из версий, 20-30 тыс. лет назад человечество вышло из Африки и заселило планету сразу в образе кроманьонца-человека современного типа. А все предыдущие эволюционные модели австралопитек, питекантроп и неандерталец – просто эволюционный тупик»

Решение.

·                   Правильнее утверждать, что человек – не вершина эволюции, а часть органического мира.

·                   Учитель предлагает для подтверждения решения просмотреть слайды, несущие научную информацию  и  дополняющие  их решение, к которому они пришли самостоятельно.

Ветвистое древо наших предков

Свой вклад внесли молекулярная биология и генетика.

Современные методы доступа к эволюционным файлам ДНК.

Молекулярный анализ митохондриальной ДНК (передается только по материнской линии) 16,5 тысяч буквенных ген кода (53 добровольца,14 основных языковых групп). Выделено 167 особых маркеров, соответствующие географии проживания и волны миграции (у японцев особая группа маркеров, ни у кого больше нет).

Генетики свидетельствуют, что митохондриальная  ДНК, выделенная из костей неандертальцев,  очень сильно отличается от ДНК современных людей.

Антропологические находки с точки зрения генетики свидетельствуют о многом:

прямохождение не связано с развитием мозга;

не связано с изготовлением орудий труда.

Генетические изменения «обгоняют» изменения структуры черепов.

Волны миграции из Африки

Генетики рассчитали момент генетического расхождения человека и обезьян по скорости мутаций ДНК-6 млн. лет назад.

Три волны расселения из Африки

1,8-1,6 млн. лет назад - питекантроп

800-400 тыс. лет назад - неандерталец

100 тысяч лет назад  - кроманьонец

Кроманьонец и неандерталец некоторое время существовали параллельно.

Кроманьонец вытеснил  и существует поныне.

Эволюция Нomo sapiens длится уже  пять миллионов лет!!!

Этап Рефлексии

Методика 6 шляп (обучающимся предлагается, используя прием жеребьевки, вытянуть «шляпу» и образно одев на себя, ответить на вопросы «шляпы».

1.                 Информация. Какой мы овладели  информацией? Нужна нам такая информация?

2.                 Эмоции. Какие у меня по этому уроку возникают чувства?

3.                 Преимущества. Почему стоит  проводить такие уроки?

4.                 Осторожность. Суждение. Оценка. Почему необходимо быть деликатным в своих суждениях по этой теме?

5.                 Творчество. Различные идеи. Какие новые предложения возникли у тебя в ходе урока?

6.                 Организация мышления. Мышление о мышлении. Чего мы достигли? Что нужно сделать дальше?

Домашнее задание.

1.Параграф №35,стр.163 (для дополнительного чтения)

2.Творческий рисунок: Создать свое древо эволюции человека