Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выпускная квалификационная работа

Методические и дидактические материалы для изучения общих закономерностей морфофункциональной организации организма любого ранга

Введение

Организм - это самостоятельно существующая единица органического мира, представляющая собой саморегулирующуюся систему, которая реагирует, как единое целое, на различные изменения внешней среды.

Характерным для любого организма является определенная организация его структур. В простейших живых организмах (вирусах) имеется только организация составляющих его молекул белка и нуклеиновых кислот. Более высокоорганизованные одноклеточные организмы, такие, как парамеция, характеризуются более сложной структурой: внутри клетки дифференцируются ядро, митохондрии, поверхностные и внутрипротоплазматические мембраны, вакуоли. Здесь уже имеется надмолекулярный, клеточный уровень организации, при котором происходит некоторое разделение, дифференциация функций разных внутриклеточных образований. Например, двигательная функция осуществляется внутриклеточными сократительными фибриллами, жгутиками и ресничками, а функции пищеварения и выделения в некоторых клетках осуществляются вакуолями и т.д.

В многоклеточных организмах в процессе их эволюционного развития происходит дифференциация клеток - появляются различия в размерах, форме, строении и функциях. Из одинаково дифференцированных клеток образуются ткани, свойством которых являются структурное объединение, морфологическая и функциональная общность и взаимодействие клеток. Различные ткани специализированы по своим функциям, т.е. приспособлены к выполнению разных процессов жизнедеятельности. Так, мышечная ткань специализирована на выполнении двигательной функции, и характерным ее свойством является сократимость, железистая ткань специализирована на образовании и выделении ее клетками некоторых химических соединений (гормонов, ферментов и др.). Будучи приспособлены к выполнению определенного вида деятельности, высокодифференцированные клетки тканей вместе с тем осуществляют общие для всех клеток функции: обмен веществ, питание, дыхание, выделение. Наличие взаимодействия между клетками, образующими ткань, сложность структуры и специализация функций тканей обусловливают их морфологическое и функциональное своеобразие, что является основой для выделения тканевого уровня организации живого организма.

На определенном этапе видового и индивидуального развития организмов образуются органы, построенные из различных тканей.

Органы - это анатомические образования, характеризующиеся своеобразным структурным и функциональным объединением разных тканей. Они представляют собой рабочие аппараты организма, специализированные на выполнении сложных видов деятельности, необходимых для существования целостного организма. Так, сердце выполняет функцию насоса, перекачивающего кровь из вен в артерии, почки - функцию выделения из организма конечных продуктов обмена веществ и функцию поддержания постоянства концентрации электролитов в крови, костный мозг - функцию кроветворения и т.д. Наличие структурно и функционально различных органов в организме позволяет говорить об органном уровне его организации.

Совокупности органов, участвующих в выполнении какого-либо сложного акта деятельности, образуют анатомические или функциональные объединения - системы органов. К их числу принадлежат нервная и эндокринная системы, регулирующие деятельность всех органов тела, и системы органов локомоции (перемещения в пространстве), дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения, размножения. Среди всех этих систем особое значение в целостном организме имеет нервная система, объединяющая и регулирующая состояние и деятельность всех остальных систем организма и определяющая его поведение во внешней среде. Наличие систем органов, каждая из которых специализирована на выполнении каких-либо видов деятельности организма как целого, определяет системный уровень организации.

Каждый из перечисленных уровней организации живых организмов характеризуется своими особыми, присущими ему физиологическими закономерностями, которые не могут быть поняты путем изучения других уровней. Для выяснения процессов, происходящих на разных уровнях организации живого организма, требуются различные методические приемы и разная инструментальная техника. Следует подчеркнуть, что для познания функций высших организмов необходимо изучение всех - молекулярного, клеточного, тканевого, органного и системного - уровней организации организма и синтезирование всех сведений, которые при этом получают исследователи. Это обусловлено тем, что, обладая сложной организацией, живой организм представляет собой единое целое, в котором деятельность всех его структур, клеток, тканей, органов и их систем - согласована и соподчинена этому целому.

Цель: Разработать методический и дидактический материал для изучения общих закономерностей морфо-функциональной организации организмов.

Задачи:

1. Рассмотреть общие закономерности морфо-функциональной организации организмов

2. Подобрать дидактический материал для изучения закономерностей организмов

3. Составить методические рекомендации для изучения общих закономерностей морфо-функциональной организации организмов.

1. Основные свойства одноклеточных и многоклеточных организмов

Общее число известных видов одноклеточных превышает 30 000 видов, а многоклеточных более 1,5 миллионов видов. (Рис. 1).

Рис. 1. Многообразие животного мира

Одноклеточные и многоклеточные организмы выполняют определенные биологические свойства. Такие как: питание, размножение, дыхание, выделение, реакция на внешние раздражители, опора и движение.

1.1 Размножение

Это свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Существует два основных способа размножения - бесполое и половое.

Бесполое размножение (рис. 2.).

Бесполое размножение осуществляется при участии одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов - в специализированных органах. Различают следующие способы бесполого размножения: деление, почкование, фрагментация, вегетативное размножение.

Рис. 2. «Бесполое размножение»

1) Деление - способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус - амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.

2) Почкование - способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному существованию (гидра, дрожжи), а могут остаться прикрепленными к ней и образовать колонии (коралловые полипы).

3) Фрагментация (4) - новые особи образуются из частей (фрагментов), на которые распадается материнская особь (спирогира, кольчатые черви, элодея, морские звезды). В основе этого вида размножения лежит способность к регенерации.

4) Полиэмбриония - новые особи образуются из частей (фрагментов), на которые распадается эмбрион (многозиготные близнецы).

5) Клонирование - комплекс методов, используемых человеком для получения идентичных генетических копий клеток и особей. Клон - совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клонов лежит митоз (у бактерий - простое деление).

Половое размножение (рис. 3.). Осуществляется при участии двух родительских особей (женской и мужской), у которых образуются клетки - гаметы. Гаметы или половые клетки - репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие в гаметном, в частности, половом размножении. Процесс формирования гамет - гаметогенез, его основным этапом является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы - клетки, которая образовалась в результате слияния гамет. Этот процесс называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения. В зависимости от строения гамет можно выделить следующие формы полового размножения: изогамия, гетерогамия и овогамия.

Рис. 3. «Половое размножение»

1) Изогамия (1) - форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковую морфологию и размеры.

2) Гетерогамия (2) - гаметы являются подвижными, но женские крупнее мужских и менее подвижны.

3) Овогамия (3) - женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские. Такие гаметы называются яйцеклетки, а мужские сперматозоиды (если есть жгутики) или сперии. Овогамия характерна для большинства видов животных и растений.

4) Коньюгация (4) - происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая после периода покоя так же делится мейозом.

1.2 Реакция на внешние раздражители (раздражимость)

биологический морфофункциональный размножение дидактический

Это способность живых клеток, тканей или целого организма реагировать на внешние или внутренние воздействия - раздражители. Раздражимость проявляется на всех уровнях развития жизни и сопровождается комплексом неспецифических изменений, выражающихся в сдвигах обмена веществ, электрического потенциала, состояния протоплазмы, а у высокоорганизованных организмов связана с выполнением специфических функций, таких как проведение нервного импульса, сокращение мышц, выделение секрета железистой тканью и т.д.

У животных, не имеющих нервной системы, реакции на раздражения охватывают всю протоплазму и выражаются главным образом в форме двигательных реакций (таксисов). У многоклеточных животных нервная и мышечная ткани обеспечивают быстрые и точные ответные реакции на раздражения; развиваются формы опосредованной реактивной связи с раздражителем (рефлекторно) через высшую нервную деятельность и сознание. Способность нервных и мышечных клеток отвечать на раздражение называются возбудимостью. Иногда местные реакции тканей или клеток называются реактивностью, а возникновение волнообразного распространяющегося процесса - возбудимостью. [М.С. Гиляров и др., 1986 г.].

Раздражимость свойство живых организмов реагировать на различные воздействия (раздражители) соответствующими изменениями на уровне клетки, ткани или всего организма. Раздражимость связана с приспособлением организма к изменяющимся условиям внешней среды. У растений проявляется в реакциях на свет, гравитацию, в двигательных (как и у низших животных) реакциях. Многоклеточным животным и человеку свойственны более точные, быстрые и разнообразные реакции в ответ на раздражение. Их обеспечивают рефлексы и высшая нервная деятельность. Часто термин «раздражимость» используют как синоним «возбудимости». [А.П. Горкин; М.:Росмэн, 2006.].

1.3 Питание

Это совокупность питательных веществ и их способ поступления в организм. Питательные вещества - это продукты гидролиза жиров, белков и углеводов (мономеры - пластический и энергетический материал), а также вода, минеральные соли и витамины, которые являются только пластическими материалами.

Ассимиляция - совокупность процессов, обеспечивающих поступление питательных веществ во внутреннюю среду организма, и использование их для синтеза клеточных структур и секретов клеток.

Пищеварение - первый этап ассимиляции (расщепление белков, жиров и углеводов пищи с помощью гидролиза). Конечными продуктами гидролиза белков являются аминокислоты, нуклеотиды; углеводов - моносахариды; жиров - жирные кислоты, моноглицериды.

Анаболизм - заключительная часть ассимиляции, совокупность внутриклеточных процессов, обеспечивающих синтез структур и секретов клеток организма. Исходными продуктами анаболизма являются: мономеры (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, моноглицериды, нуклеотиды), а также вода, минеральные соли и витамины; конечными - полимеры: специфические белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Анаболизм обеспечивает восстановление распавшихся в процессе диссимиляции клеточных структур, восстановление энергетического потенциала, рост развивающегося организма.

Диссимиляция - процесс распада клеточных структур до мономеров и других соединений без высвобождения энергии. Исходными продуктами диссимиляции являются белки, жиры и углеводы клеток организма, конечными - аминокислоты, моносахара, жирные кислоты, нуклеотиды, содержащие энергию.

Способы питания живых организмов: Автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы никого не едят, органические вещества делают сами, из неорганических.

Автофототрофы - энергию получают из света (фотосинтез). К фототрофам относятся растения и фотосинтезирующие бактерии.

Автохемотрофы - энергию получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например, серобактерии окисляют сероводород до серы, железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты.

Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза

Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды - глюкоза).

Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе - из окислительно-восстановительных реакций.

Гетеротрофы получают органические вещества в готовом виде, с пищей. К гетеротрофам относятся животные, грибы и большинство бактерий.

Способы питания гетеротрофов:

1. Хищники - убиваю жертву, а затем съедают (лев, щука, оса).

2. Паразиты - поедают живую жертву (вирус гриппа, туберкулёзная палочка, дизентерийная амеба, аскарида и т.п.)

3. Cапрофиты (сапротрофы) - питаются мертвыми организмами (личинки мясных мух, плесневые грибы, бактерии гниения).

4. Cимбионты - получают питание от другого организма на взаимовыгодной основе. Например:

Микориза (грибокорень) - симбиоз гриба и растения. Растение дает грибу глюкозу (которую делает при фотосинтезе), а гриб дает растению воду и минеральные соли.

Лишайник - симбиоз грибов и водорослей. Водоросли дают грибу глюкозу, а гриб водорослям - соли и воду.

Клубеньковые бактерии живут в специальных утолщениях (клубеньках) на корнях растений семейства бобовых. Растения дают бактериям глюкозу, а бактерии дают растениям соли азота, которые они получают при фиксации азота воздуха.

1.4 Дыхание

Основная форма диссимиляции у животных, растений и многих микроорганизмов. Дыхание - это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие). В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем около 5 - 18 литров углекислого газа (СО2), и 50 граммов воды в час. А с ними - около 400 других примесей летучих соединений, в том числе и ацетон. В процессе дыхания богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.

Под внешним дыханием понимают газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма по системе дыхательных трубочек (трахейнодышащие насекомые) или в системе кровообращения.

Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.

У организмов, имеющих большие площади поверхности, контактирующие с внешней средой, дыхание может происходить за счёт диффузии газов непосредственно к клеткам через поры (например, в листьях растений, у полостных животных). При небольшой относительной площади поверхности транспорт газов осуществляется за счёт циркуляции крови (у позвоночных и других) либо в трахеях (у насекомых).

1.5 Выделение

Это процесс освобождения организма от конечных продуктов метаболизма - экскрементов.

У человека и животных процесс выделения происходит несколькими путями: выведение с мочой через почки, с желчью и калом через кишечник, путём испарения пота с поверхности кожи, а также путём удаления газообразных и / или легко испаряющихся веществ через органы дыхания.

Почки - парный бобовидный орган, выполняющий посредством функции мочеобразования регуляцию химического гомеостаза организма. Входит в систему органов мочевыделения (мочевыделительную систему) у позвоночных животных, в том числе человека.

Сократительная вакуоль - мембранный органоид, осуществляющий выброс излишков жидкости из цитоплазмы. Представляет собой наиболее заметную часть согласованно работающего комплекса, в котором выступает в роли периодически опорожняющегося резервуара. Жидкость поступает в сократительную вакуоль из системы пузыревидных или трубчатых вакуолей, называемой спонгиом. Работа комплекса позволяет поддерживать более или менее постоянный объём клетки, компенсируя постоянный приток воды через плазматическую мембрану, вызываемый высоким осмотическим давлением цитоплазмы.

Сократительные вакуоли распространены в первую очередь среди пресноводных протистов, однако отмечены также и у морских форм. Сходные структуры обнаружены в клетках пресноводных губок из семейства Бадяговых.

Выделительную систему ланцетников сравнивают с нефридиальной системой кольчатых и плоских червей. Она представляет собой нечто среднее между протонефридиальной и метанефридиальной системой.

Около 100 пар нефридиев метамерно расположенных над полостью глотки. Они имеют вид короткой, круто изогнутой трубки, открывающейся отверстием в атриальную полость. Почти всей остальной частью нефридии входят в целом (надглоточные каналы). Эта часть трубки имеет нефростомы - немногочисленные отверстия, замкнутые группой соленоцитов, специализированных клеток с «мерцательным пламенем» - постоянно работающим жгутиком. К стенкам трубки нефридия прилегают капиллярные клубочки, через стенки которых продукты обмена попадают в целом. Из целома продукты распада проникают в соленоцит, а оттуда - в просвет нефридиальной трубки, по которой они движутся при помощи биения жгутиков соленоцитов и клеток мерцательного эпителия, выстилающих трубку. Оттуда, через отверстие нефридия, отходы попадают в околожаберную полость и выводятся из тела ланцетника.

Кроме сериально расположенных в каждом метамере нефридиев, у ланцетника имеется непарный (левый) нефридий Гатчека, который первым появляется в онтогенезе. По своему строению он напоминает остальные нефридии.

В течение десятилетий оставалось невыясненным происхождение протонефридиев ланцетника. Старые авторы (Гудрич и др.) склонялись к мнению об их эктодермальном происхождении (так, Гудрич описал их развитие из одноклеточных зачатков, которые, по его мнению, принадлежали к эктомезодерме). Таким образом, предполагалось, что нефридии ланцетника не гомологичны мезодермальным нефронам (почкам) позвоночных. В последнее время накапливаются молекулярно-биологические данные, подкрепляющие мезодермальное происхождение нефридиев ланцетника.

1.6 Движение и покровы тела

Самые примитивные - корненожки, у которых нет опорной системы, двигаются медленно, перетекая с помощью ложноножек, при этом постоянно меняют форму.

Впервые скорость движения изменяется у жгутиконосцев и инфузорий.

Наружный скелет сформировался у ракообразных, паукообразных и насекомых. Он представлен хитиновой кутикулой, хитиновым панцирем, который пропитан известью. К данному покрову прикрепляются мышцы, что позволяет передвигаться этим животным довольно быстро. В настоящее время членистоногие являются самым распространенным типом животных. Надо отметить, что наружный скелет имеет и свои недостатки: он не растет вместе с животным, и во время роста необходимо несколько раз линять животному, при этом животное становится совершенно беззащитным и становится легкой добычей для врагов.

Внутренний скелет лишен таких недостатков - он растет вместе с животным и позволяет еще более специализировать отдельные мышцы и их группы, достигая при этом рекордных скоростей перемещения тела. У всех хордовых внутренний скелет.

Скелет большинства позвоночных животных образован костями, хрящами, сухожилиями. Кости скелета могут соединяться либо неподвижно - срастаясь, либо подвижно - с помощью сустава. Мышцы к костям прикрепляются таким образом, что кости приводятся в движение. В скелете различают следующие части:

1) Осевой скелет;

2) Скелет конечностей;

3) Скелет черепа.

У рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих хорошо развит позвоночник, который состоит из позвонков. Каждый позвонок состоит из тела, верхних и нижних дуг. Концы срастаются и образуют канал, в котором располагается спинной мозг. Хорда сохраняется на протяжении всей жизни у белуги и осетра.

Позвоночник рыб состоит из туловищного и хвостового отделов.

У земноводных в связи с водно-наземным образом жизни осевой скелет усложнился и представлен шейным отделом, состоящим из одного позвонка, туловищного - из семи позвонков с ребрами, которые оканчиваются свободно. Крестцовый отдел состоит из одного позвонка, к нему прикреплены кости таза. Хвостатые амфибии имеют несколько позвонков в хвостовом отделе.

Позвоночник пресмыкающихся имеет пять отделов:

1) шейный;

2) грудной;

3) поясничный;

4) крестцовый;

5) хвостовой.

В шейном отделе позвонки соединены подвижно. Они обеспечивают подвижность головы - необходимое условие существования на земле. Грудные и поясничные позвонки несут ребра. У некоторых ребра соединяются с грудиной, образуя грудную клетку, обеспечивает защиту органам и лучшее поступление воздуха в легкие. Крестцовый отдел состоит из двух позвонков. Хорошо развит хвостовой отдел. У змей все отделы позвоночника несут ребра, кроме хвостового. Надо отметить, что ребра заканчиваются свободно, что позволяет им заглатывать крупную пищу.

Позвоночник птиц имеет пять отделов, как и у пресмыкающихся. В шейном отделе от 9 до 25 позвонков, соединенных подвижно. Сросшиеся грудные позвонки и ребра, соединенные с грудиной, образуют грудную клетку. Грудина многих птиц имеет особый выступ - киль. К килю прикрепляются мышцы, активно работающие при полете. Конечный грудной, поясничный, крестцовый и первый хвостовой позвонки срослись, создав мощный крестец, служащий для опоры задних конечностей, что повышает прочность скелета - приспособленность к полету. Кости птиц легкие, многие из них полые внутри.

Позвоночник млекопитающих также состоит из пяти отделов. Скелеты парных конечностей позвоночных животных имеют сходное строение. Передние конечности состоят из плеча, предплечья, кисти. Задние конечности состоят из бедра, голени, стопы. Плечевая кость передней конечности прикрепляется к грудной клетке с помощью пояса передних конечностей, у некоторых животных он состоит из ключицы и лопаток (приматы), у других только лопатки, так как ключицы отсутствуют (собаки и непарнокопытные). При помощи пояса задних конечностей, состоящего из тазовых костей, сросшихся с крестцовым отделом позвоночника, задние конечности прикрепляются к позвоночнику. Череп состоит из мозгового и лицевого отделов. В мозговом отделе располагается головной мозг.

Несмотря на некоторые различия, скелет выполняет сходные функции:

1) опора тела;

2) защита внутренних органов;

3) перемещение тела в пространстве.

2. Методические и дидактические материалы по морфофункциональным закономерностям одноклеточных и многоклеточных организмов

Организм может существовать как на уровне одной клетки, так и на многоклеточном уровне. Но одна клетка выполняет функции целого организма. На методическом и дидактическом материале сделана попытка это доказать.

Задания бывают продуктивные и репродуктивные.

Репродуктивные задания - это задания, результат выполнения которых (ответ на вопрос) содержится в учебнике в готовом, легко воспроизводимом виде. Они помогут получить предметные знания и умения.

Продуктивные задания - это задания, результат выполнения которых (ответ на вопрос) не содержится в учебнике в готовом, легко воспроизводимом виде, в тексте и иллюстрациях есть подсказки, помогающие их выполнить. Они часто проверяют, сможет ли ученик в жизни воспользоваться полученными знаниями, и поэтому они, как правило, более интересные.

2.1 Размножение