Урок по биологии на тему Многообразие клеток. Прокариоты и эукариоты (10 профильный класс).
Многообразие клеток. Прокариоты и эукариоты.
(10 профильный класс)
Цели урока:
Образовательная: создать представление о двух уровнях клеточной организации; научить различать клетки по составу органоидов; обеспечить усвоение знаний об особенностях строения и процессах жизнедеятельности прокариот.
Развивающая: совершенствование навыков чтения схемных рисунков; умений самостоятельно получать информацию из учебника; навыков критического мышления; умений пользоваться лабораторным оборудованием; навыков сравнения, сопоставления, обобщения; овладение методикой постановки биологического эксперимента.
Воспитательная: гигиеническое воспитание, перенести знания о клетке в область знаний о сохранении здоровья человека.Оборудование: микроскопы, готовые микропрепараты, таблицы, иллюстрирующие строение и разнообразие клеток.
Ход урока:
Учитель: Для начала мы мысленно перенесёмся в очень далёкое прошлое вместе с героем фантастической повести Клиффорда Саймака «Кто там, в толще скал?»
Слово за кадром: Дышать было трудно…. Кислорода ещё хватало, хотя и с грехом пополам, из-за этого он дышал гораздо чаще. Отступи он в прошлое ещё на миллион лет – кислорода перестало бы хватать. Всмотревшись в береговую кромку, он приметил, что она населена множеством крохотных созданий, снующих туда-сюда, копошащихся в пенном прибрежном соре или сверлящих булавочные норки в грязи… Перед ним была первая жизнь. Эти существа ещё не были способны оторваться от подола ласковой матери – воды. Здесь происходило многое, что даст себя знать в грядущем, но происходило тайно. Снующие козявки и осклизлый налёт на скалах – отважные в своём неразумении предвестники далёких дней – внушали почтение.
Проблемно-поисковый этап.
Учитель:Этот текст оказался на ваших столах не случайно. Как вы думаете, о каком эволюционном событии идёт речь? (архейская эра, возникновение первых живых организмов – прокариот…).
Учитель: Прошло 3,5 млрд. лет. Возникло огромное многообразие форм жизни. В какие царства живой природы можно объединить живые организмы? (растения, животные, грибы, бактерии).
Какая структура объединяет все живые организмы? Кем это было доказано? (Клетка. Доказано в 1839 году создателями клеточной теории – М. Шлейденом и Т. Шванном на основании сходства клеток).Каково же научное и практическое значение клеточной теории? (Она доказывает взаимосвязь и единство происхождения живых организмов).
Мы знаем, что все живые организмы, исключая вирусы, имеют клеточное строение. Сходны по строению, составу и процессам жизнедеятельности.
Чем же тогда объяснить многообразие живых организмов? Какие гипотезы вы можете предложить для решения этой проблемы? (Гипотеза: причиной многообразия являются различия в строении клеток. И главное отличие – наличие или отсутствие ядра).Какие типы клеток вы знаете? (прокариотические и эукариотические). Учащиеся формулируют тему урока и цель исследования: Различие в строение клеток прокариот и эукариот.
Какие задачи должны быть решены сегодня на уроке для подтверждения этой гипотезы?
Учащиеся предполагают: Задачи: 1. Выявить характерные признаки прокариот и эукариот. 2. Сравнить клетки прокариот и эукариот.
Организуется работа в группах: (Выполнение практических работ).
Задание для 1-й группы:
Практическая работа «Изучение растительной клетки в сравнении с прокариотической клеткой».
Оборудование: микроскопы, готовый микропрепарат растительной клетки, текст учебника.
Цель: 1) развивать умение рассматривать готовые микропрепараты под микроскопом, находить особенности строения клеток растений, сравнивать между собой растительную и прокариотическую клетку; 2) закрепить умение выполнять биологические рисунки.
Ход работы:
Настройте микроскоп.
Рассмотрите микропрепарат растительной клетки, обратите внимание на внешние особенности клеток. Какие части клетки обнаружили?
Зарисуйте в тетради и на доске 1-2 клетки.
Укажите органоиды, видимые в микроскоп. Помните, что рисунки выполняются карандашом, части клетки указываются стрелкой с цифрой, а подписи располагаются ниже или сбоку от рисунка.
Подготовьте рассказ о внешних особенностях и структуре прокариотической клетки. Зарисуйте схематически в тетради и на доске прокариотическую клетку. Почему прокариоты считаются примитивными организмами?
Заполните таблицу ставя «+», «-»
Структуры клетки Прокариотическая(бактериальная) Эукариотическаярастительная животная
Плазматическая мембрана
Клеточная стенка
Цитоплазма
Ядро
Рибосомы
Митохондрии
Эндо-плазматическая сеть (ЭПС)
Аппарат Гольджи
Лизосомы
Пластиды
Вакуоли
Задание для 2-й группы:
Практическая работа «Изучение животной клетки в сравнении с прокариотической клеткой».
Оборудование: микроскопы, готовый микропрепарат животной клетки, текст учебника.
Цель: 1) развивать умение рассматривать готовые микропрепараты под микроскопом, находить особенности строения клеток животных, сравнивать между собой животную и прокариотическую клетку; 2) закрепить умение выполнять биологические рисунки.
Ход работы:
Настройте микроскоп.
Рассмотрите микропрепарат животной клетки, обратите внимание на внешние особенности клеток. Какие части клетки обнаружили?
Зарисуйте в тетради и на доске 1-2 клетки.
Укажите органоиды, видимые в микроскоп. Помните, что рисунки выполняются карандашом, части клетки указываются стрелкой с цифрой, а подписи располагаются ниже или сбоку от рисунка.
Подготовьте рассказ о внешних особенностях и структуре прокариотической клетки. Зарисуйте схематически в тетради и на доске прокариотическую клетку. Почему прокариоты считаются примитивными организмами?
Заполните соответствующие графы таблицы ставя «+», «-»
Структуры клетки Прокариотическая(бактериальная) Эукариотическаярастительная животная
Плазматическая мембрана
Клеточная стенка
Цитоплазма
Ядро
Рибосомы
Митохондрии
Эндо-плазматическая сеть (ЭПС)
Аппарат Гольджи
Лизосомы
Пластиды
Вакуоли
Совместно с учащимися формулируется вывод:
Прокариоты, это ……., не имеющие оформленного….. и многих ……. (ЭПС, аппарата Гольджи, ………...). Наследственная информация хранится в ……- кольцевой молекуле …
Организуется работа в группах с научным текстом по вопросам:
Многообразие бактерий:
По форме клетки:
Кокки (шарообразные): 1 – стафилококки; 2- диплококки, 3 – стрептококки.
Палочковидные: (бацилла)
Спириллы,
В виде запятой – вибрионы
По типу дыхания:
бактерии
анаэробы
(живут при отсутствии атмосферного кислорода)
аэробы
(дышат с использованием кислорода атмосферы)
По способу питания:
бактерии
сапрофиты
бактерии гниения
бактерии брожения
Автотрофные
(синтезируют из неорганических веществ органические)
Гетеротрофные
(используют для питания готовые органические вещества)
фотосинтетикизеленые
пурпурные
хемосинтетикижелезобактерии
серобактерии
нитрифицирующие бактерии
паразиты
холерный вибрион
столбнячная палочка
Учитель: Происхождение прокариот науке доподлинно неизвестно. Предлагаю провести научную дискуссию о происхождении первых эукариот.
(Класс был разбит на 2 группы. Представители каждой группы в кратком выступлении изложат суть той или иной точки зрения на каждую из обсуждаемых проблем, а затем ответят на вопросы, замечания, возражения как своих научных «противников», так и всех присутствующих в классе. Проблема происхождения мембранных органоидов и ядра эукариотической клетки относится к наиболее актуальным дискуссионным темам современной цитологии. Для решения этой проблемы учащимся предложено несколько различных гипотез). Познакомимся с двумя важнейшими из них.
Аутогенная гипотеза происхождения эукариотической клетки
Выступление представителей первой группы учащихся
Первые эукариоты появились на Земле 1,1–1,4 млрд лет назад (в протерозойскую эру). Это было следующим важнейшим рубежом в докембрийской эволюции после возникновения фотосинтеза. Аутогенная, или сукцессионная, гипотеза утверждает, что сложная эукариотическая клетка развилась прямо из прокариотической: в результате впячивания плазматической мембраны с последующей ее перестройкой для выполнения тех или иных функций возникли важнейшие органоиды. А такие сложные органоиды, как митохондрии и пластиды, ведут свое начало от имеющихся у прокариот внутриплазматических мембранных структур трубчатого строения.Вопрос:
Чем подтверждается подобная точка зрения? Есть ли переходные формы, т.е. прокариотические клетки с «зачатками» органоидов эукариот?
Ответ. Среди ныне живущих организмов подобных реликтовых форм нет. Но вспомним о наличии в клетках бактерий мезосом. Вполне возможно, что именно на основе мезосом постепенно возник и дифференцировался мембранный комплекс, давший начало различным органоидам эукариотической клетки.
Известно, что биохимический состав ряда органоидов, в частности митохондрий и хлоропластов, сильно отличается от состава плазматической мембраны цитоплазмы. Разве это не указывает на их происхождение не от исходной клеточной мембраны?
Ответ. Действительно, белковый состав митохондрий и хлоропластов своеобразен. Но это своеобразие могло быть вторично приобретенным, могло стать результатом приспособленности к выполнению этими органоидами определенных функций.
Учитель: Выслушаем доводы сторонников симбиогенного происхождения эукариот и определим, какая гипотеза более популярна.
Симбиогенная гипотеза происхождения эукариотической клетки
Выступление представителей второй группы учащихся
Симбиогенная гипотеза исходит из того, что эукариоты представляют собой результат симбиоза между различными прокариотами. Согласно этой гипотезе, первичная клетка крупной прокариотической бактерии, вступив в симбиоз с клетками сине-зеленых водорослей, приобрела пластиды. Симбиоз с гетеротрофными прокариотическими клетками привел к их преобразованию в митохондрии. Некоторые клетки, будучи гетеротрофами, захватывали других, более мелких бактерий, которых они по неизвестным причинам не переваривали. Захваченные мелкие клетки прокариот были способны поглощать кислород. Это свойство было выгодным фактом для клетки, поглотившей бактерию, так как давало ей гораздо больше энергии, аккумулированной в молекулах АТФ.
Вопросы
Какие же доказательства приводятся в пользу симбиогенного происхождения пластид и митохондрий?
Ответ. Доказательства этой точки зрения следующие. 1. Митохондрии и хлоропласты окружены двойной мембраной. 2. Эти органоиды размножаются путем деления. 3. Митохондрии и хлоропласты имеют свой генетический материал, в котором закодированы только их собственные белки. 4. ДНК этих органоидов имеет кольцевую структуру, как у прокариот, а не линейную, как у эукариот. 5. Митохондрии и хлоропласты имеют свой собственный аппарат для синтеза РНК и белков, и их рибосомы больше похожи на прокариотические, чем на эукариотические. 6. Некоторые белки этих органоидов похожи по своей первичной структуре на аналогичные белки бактерий и не похожи на соответствующие белки цитоплазмы.
Известно, что не все белки митохондрий и хлоропластов синтезируются по их собственной ДНК, часть белков этих органоидов закодирована в ДНК ядра. Как вы можете объяснить этот факт?
Ответ. Действительно, в собственной ДНК митохондрий и хлоропластов закодирована только часть их белков, а остальные закодированы в ДНК ядра клетки. По-видимому, в ходе эволюции происходило «перетекание» части генетического материала из геномов митохондрий и хлоропластов в ядерный геном. Геном хлоропластов более объемный, чем геном митохондрий, а геном митохондрий низших эукариот (например, дрожжей) более объемный, чем у млекопитающих, что косвенно подтверждает высказанное предположение.
Как, согласно симбиогенной гипотезе, могло возникнуть ядро, окруженное двойной мембраной?
Ответ. Допускается, что и ядро развилось вследствие обособления ДНК из цитоплазмы путем впячивания плазматической мембраны и обволакивания ядерного вещества.
Вы привели биохимические, генетические, электронно-микроскопические данные последних лет в пользу симбиогенетического происхождения клетки эукариот. Но существуют ли эволюционные реликты, так называемые живые ископаемые, указывающие на связи между прокариотами и эукариотами?
Ответ. Такие связи наблюдаются среди растительных и животных организмов. Например, свободноживущая амеба (пеломикса болотная) не имеет митохондрий, но содержит в себе симбиотические бактерии, которые обеспечивают ей дыхание.
Учитель: Мне кажется, что вопросов представителям второй группы было задано достаточно. Сторонники, какой гипотезы высказали, на ваш взгляд, более убедительные аргументы и какая гипотеза находит большее признание в науке? Действительно, симбиогенная гипотеза находит большое количество сторонников. Но следует помнить, что высказанные в пользу симбиогенной гипотезы соображения не имеют экспериментального подтверждения, поэтому ее нельзя считать теорией. На мой взгляд, важно помнить также, что симбиоз сыграл выдающуюся, но не единственную роль в возникновении эукариотической клетки. Важное значение в становлении эукариот имели и процессы саморазвития прокариотических клеток.
Домашнее задание:
§ 5.1
Подумать и ответить на вопрос «Можно ли эритроциты человека, не имеющие ядра, считать эукариотическими клетками?».
Написать эссе на тему «Бактерии в моей жизни».
Рефлексия:
Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:
Какие знания, полученные на уроке, понадобятся тебе в будущем?
Где ты применишь полученные знания?
В какой момент урока ты чувствовал себя особенно успешным?
Благодаря каким инструментам ты нашел решение?
Какие способы и приемы работы ты использовал на уроке (составлял таблицу, рисовал схему, составлял тезисы и т.д.)?
С кем тебе было интереснее всего работать в паре/группе? Почему?
За что бы ты себя похвалил на уроке?
Что изменил бы в своих действиях на уроке?
Что бы ты изменил на уроке в последующем?
Что тебе понравилось на уроке больше всего?