Адаптивні біологічні ритми

Тема: Адаптивні біологічні ритми біологічних систем різного рівня організації.

Осавелюк Оксана Петрівна

                                                                       викладач біології

ПТУ №36 смт Новгородка

Цілі: формування ключових компетентностей:

•   Основні компетентності у природничих науках;  
•   Спілкування державною мовою;
•   Уміння вчитися впродовж життя;

формування предметних компетенцій:

освітня: поглибити знання про адаптивні біологічні ритми організмів; розвивальна: розвивати вміння логічно мислити та використовувати теоретичні знання для пояснення адаптивних ритмів представників різних груп організмів; виховна: виховувати розуміння значення адаптивних біологічних ритмів для збереження видового біорізноманіття та власного здоров’я.

Наскрізна змістовна лінія  «Здоров'я і безпека»

Обладнання: підручник (рівень стандарту) : підруч. для 10 кл. закл.заг. серед. освіти / С. Г. Кобернік, Р. Р. Коваленко. – Кам’янець-Подільський : Абетка, 2018. – 256 с. : іл..; комп’ютер.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку.

 Девіз уроку: «Розум людський має

три ключі, які все відчиняють:

 знання, думка, уява – усе в цьому.

 (В. Гюго).
 

І. Організаційний момент та психологічне налаштування учнів.

Учні заходячи до класу обирають кольорові жетони.

•          Діти який сьогодні чудовий день! Давайте посміхнемося один одному і налаштуємося на роботу.

ІІ. Актуалізація наявного навчального досвіду.

  ( Учні отримують спили гілки дерева та пригадують, про що свідчить малюнок кілець, пригадують листопад, біологічний годинник, циклічність процесів.)

 

ІІІ. Актуалізація потрібного навчального досвіду.

Завдання. Відгадати ребус.

 

IV.Мотивація навчальної діяльності.

У всіх ритмічно серце б'ється

І вічно зранку сонце сходить.

Мені усе життя здається,..

Що ритм у всьому верховодить.

(автор: Володимир Кухарчук)

Проблемне питання уроку:  - Чи всі погоджуються з автором вірша?  - Чому саме так відбувається? - Яка причина цих ритмів?

Повідомлення теми та мети уроку.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

План уроку.

1. Адаптивні біологічні ритми.
2. Типи і значення адаптивних біоритмів.
3. Людина та її біоритми.
4. Фотоперіодизм.

1. Викладач разом з учнями формують поняття про адаптивні біологічні ритми.

Адаптивні біологічні ритми – це регулярні зміни життєдіяльності біосистем, що збігається за періодом із зовнішніми геофізичними циклами.

Адаптивні біоритми властиві для всіх біосистем й відбуваються на всіх рівнях життя:

•          Молекулярний – реплікація та репарація ДНК;
•          Клітинний – поділ епітеліальних клітин;
•          Популяційно-видовий – зміна чисельності популяції.

2. Вправа «Ажурна пилка».

 (групова робота, учні об’єдналися в групи відповідно до кольорів жетонів, нагадування про правила роботи в групі).

Завдання І групі. Опрацюйте додатковий матеріал та підручник  «Добові біоритми»

Завдання ІІ групі. Опрацюйте додатковий матеріал та підручник « Припливно-відпливні біоритми»

Завдання ІІІ групі. Опрацюйте додатковий матеріал та підручник  «Місячні біоритми».

Завдання І V  групі. Опрацюйте додатковий матеріал та підручник  «Сезонні (річні) біоритми».

Завдання V групі. Опрацюйте додатковий матеріал та підручник  «Багаторічні біоритми».

(Організація роботи: спочатку учні опрацьовують матеріал в «домашніх групах», потім розходяться по інших «кольорових групах», так щоб в кожній групі був представник із «домашньої»; після завершення роботи учні повертаються «додому» та діляться інформацією. Результатом роботи є складена таблиця «Типи адаптивних біоритмів».

 

Тип біоритму	Період коливань	Приклади в природі

 Учні виконують вправу  https://learningapps.org/display?v=p1w494n3t26                                                

3. Бесіда викладача з учнями.

 Біоритми людини (біологічні ритми) — це регулярні періодичні коливання інтенсивності та характеру життєвих процесів в організмі. Вони є результатом еволюційної адаптації до циклічних змін у навколишньому середовищі (зміни дня і ночі, пір року тощо).

 Головним координатором усіх біоритмів в організмі виступає наш мозок, а саме гіпоталамус (супрахіазматичне ядро), який реагує на рівень освітленості та синхронізує внутрішні процеси із зовнішнім світом.

 Виділяють такі основні види біоритмів за походженням:

- Внутрішні (ендогенні): Зумовлені внутрішніми процесами саморегуляції організму. Це ритм серцебиття, частота дихання, перистальтика кишечника тощо.

- Зовнішні (екзогенні): Виникають як відповідь на регулярні зміни в довкіллі. До них належать добові та сезонні коливання активності.

Також, ритми класифікують за тривалістю циклу:

- Циркадні (добові) ритми: Вони регулюють цикли сну і неспання, температуру тіла, виділення гормонів (наприклад, кортизолу та мелатоніну).

- Місячні ритми:  Яскравим прикладом в організмі жінки є менструальний цикл.

- Сезонні та річні ритми: Вони впливають на імунітет, емоційний стан (наприклад, осіння хандра) та обмін речовин.

 Виділяють типи активності (хронотипи) людини залежно від піків активності протягом доби: «Жайворонки», «Сови», «Голуби».

(Учням пропонується пройти тест «Хто Ви: “жайворонок” чи “сова”?» Додаток 1).

 Близько 20% людей мають яскраво виражений ранковий або вечірній хронотип. Він успадковується, оскільки це також генетично запрограмований показник, як, наприклад, колір очей або колір волосся. Із хронотипом можуть бути пов’язані певні риси характеру й показники здоров’я. Наприклад, «сови» більшою мірою, ніж «жайворонки», схильні до ризику виникнення серцево-судинних захворювань, проте їхні біоритми більш гнучкі й вони краще пристосовуються до нових умов життєдіяльності. У «жайворонків» деякі показники здоров’я дещо кращі, ніж у «сов», але вони важче переносять зміни звичного режиму життя.

Повідомлення учня: «Значення сну для підлітків».

 У популярній психології та хронобіології часто виділяють три цикли, які ведуть свій відлік прямо від моменту народження людини:

•     Фізичний цикл (23 дні) — впливає на витривалість, енергію, імунітет та швидкість відновлення.
•     Емоційний цикл (28 днів) — керує настроєм, чутливістю, творчим потенціалом та інтуїцією.
•     Інтелектуальний цикл (33 дні) — відповідає за пам'ять, логіку, концентрацію уваги та здатність до навчання.

 Кожен цикл має позитивну фазу (підйом), негативну (спад) та критичні дні (перехід через нуль), коли ймовірність помилок чи знесилення є найвищою.

Тому, знаючи ці біоритми ви завжди зможете визначити сприятливий час для занять та відпочинку, спланувати свою роботу.

(Учням пропонується визначити свої цикли використовуючи  калькулятор біоритмів https://biorytmus.zaujimave.info/?lang=uk )

4. Фотоперіодизм — реакція організмів на співвідношення тривалості дня і ночі, що проявляється в періодичній зміні процесів життєдіяльності.

 Тривалість світлового дня є найстабільнішим з екологічних чинників, оскільки завжди є однакові в певному місці у конкретний час, тоді як інші чинники можуть змінюватися в значних межах.

 Фотоперіодизм як сукупність спадкових реакцій організмів проявляється лише за певного поєднання тривалості світлового дня з іншими екологічними чинниками, передусім з температурою (термоперіодизм). Фотоперіодичні реакції регулюються у живих організмів нервовою системою, гормонами (статеві гормони, мелатонін, тропні гормони), фітогормонами, рослинними фіторецепторами (фітохроми, кріптохроми, фототропіни).

 Фотоперіодизм тісно пов’язаний з явищем біологічного годинника.

Біологічний годинник — здатність організмів реагувати на плин часу.

Основою цієї здатності є чітка періодичність фізичних і хімічних процесів у клітинах. І що особливо цікаво, ця періодичність не залежить від температури довкілля. Фотоперіодизм властивий для всіх систематичних груп, але не для всіх видів організмів. Світло не має провідного сигнального значення для екваторіальних видів, рослин-ефемерів, ендопаразитів, мешканців глибин морів, печер тощо.

 Адаптивне значення фотоперіодизму полягає в світловій регуляції біологічних ритмів і можливості заздалегідь пристосовуватися до періодичних змін умов існування.

 Завдяки фотоперіодизму відбуваються:

•          настання цвітіння;
•          перехід до зимового спокою;
•          листопад;
•          ростові процеси;
•          настання шлюбного періоду;
•          перехід до сплячки;
•          міграції тварин;
•          добова активність;
•          линяння.

 А де ви можете застосувати знання про фотоперіодизм, з огляду на ваші майбутні професії?

Задача  (усно).

Умова: Дослідники вирощували два види рослин у закритій теплиці з контрольованим освітленням.

• Рослина А (північний сорт пшениці) є рослиною довгого дня з критичною довжиною дня 14 годин.

• Рослина Б (південний сорт кукурудзи) є рослиною короткого дня з критичною довжиною дня 12 годин.

Учені встановили в теплиці стабільний режим: 13 годин світла та 11 годин повної темряви на добу.

Запитання:

1. Яка з цих рослин зацвіте в таких умовах, а яка залишиться у вегетативному стані (не зацвіте)?

2. Обґрунтуйте свою відповідь.

(Відповідь:

1. Рослина А (пшениця) не зацвіте, оскільки 13 годин світла менше за її критичну норму (14 годин). Рослина Б (кукурудза) зацвіте, оскільки 13 годин світла — це більше ніж 12 годин, але для рослин короткого дня головним є тривалий безперервний період темряви. У цьому випадку період темряви (11 годин) є достатнім для запуску гормональних процесів цвітіння короткоденних рослин.

2. Цвітіння залежить від того, чи перевищує (або не досягає) тривалість дня генетично закладений поріг конкретного виду.)

V. Закріплення вивченого матеріалу.

1) Завдання «Уяви»

Якби ми перенесли земні організми на Марс, де доба триває 24 години і 39 хвилин, чи змогли б їхні адаптивні біологічні ритми підлаштуватися під новий марсіанський графік?

(ймовірна відповідь: Так, більшість людей та деякі пластичні тварини змогли б адаптуватися до марсіанської доби, оскільки  24 години  39 хвилин лежать у межах норми реакції нашого внутрішнього годинника. Проте для багатьох спеціалізованих видів рослин і комах така зміна стала б фатальною через неможливість перебудувати жорсткі генетичні цикли.)

2) Учні дають відповіді на проблемні питання уроку.

VІ. Оцінювання та підсумки уроку.

Адаптивні біологічні ритми та фотоперіодизм дозволяють живим організмам підлаштовувати свої життєві процеси під регулярні зміни навколишнього середовища. Це забезпечує їм максимальні шанси на виживання та розмноження.

VІІ. Рефлексія

•     На уроці я дізнався що…
•     Мені було цікаво (не цікаво) …
•     Мені сподобалося (не сподобалося) ...

VІІ. Домашнє завдання .

1. Опрацювати параграф 18 ( підручник Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 11 кл. закл. Заг. Серед. Освіти /СобольВ.І.) та завдання після параграфу.

2. Завдання за бажанням.

Написати реферат на тему: «Як обертання Землі синхронізує адаптивні біологічні ритми організмів»(вибрати: комах, птахів, ссавців та ін.)

 

 Додаток 1

Тест «Хто Ви: “жайворонок” чи “сова”?»

Дайте відповіді на запитання й підрахуйте кількість отриманих балів.

1.   У який час Ви прокинетеся, якщо лягли спати на 4 години пізніше, ніж зазвичай? Тривалість Вашого сну ніщо не обмежує.

Як завжди — 1 бал;

•       на годину пізніше — 2 бали;
•       на 2 години пізніше — 3 бали;
•       на 3 години пізніше — 4 бали;
•       на 4 години пізніше — 5 балів.

2.   Скільки часу Вам буде потрібно, щоб заснути о 23 годині, якщо протягом усього попереднього тижня Ви лягали і вставали, коли хотіли?
   •       Не більше 10 хвилин — 1 бал;
   •       15 хвилин — 2 бали;
   •       20–30 хвилин — 3 бали;
   •       55–60 хвилин — 4 бали;
   •       понад годину — 5 балів.
3.   Якщо протягом тривалого часу Ви будете лягати спати о 23 годині, а вставати о 7 ранку, на який час припадатиме максимум Вашої фізичної активності й працездатності?
   •       Ранок — 1 бал;
   •       ранок і день — 2 бали;
   •       ранок і вечір — 3 бали;
   •       день — 4 бали;
   •       друга половина дня і ввечір — 5 балів.
4.   На який час Ви призначали б схід сонця на своєму незаселеному острові, якби це від Вас залежало?
   •       До 5 години — 1 бал;
   •       6 година — 2 бали;
   •       7 година — 3 бали;
   •       8 година — 4 бали;
   •       9 година — 5 балів.
5.   Протягом тижня Ви лягали спати і вставали, коли хотіли. Зранку Ви повинні прокинутися о 7 годині ранку без будильника. У який час Ви прокинетеся?
   •       До 6.30 — 1 бал;
   •       6.30–6.50 — 2 бали;
   •       6.50–7.00 — 3 бали;
   •       7.00–7.10 — 4 бали;
   •       після 7.10 — 5 балів.
6.   Вам потрібно викроїти в робочому розкладі 3 години для надзвичайно відповідального проекту. Який час Ви оберете?
   •       8–10 година — 1 бал;
   •       9–12 година — 2 бали;
   •       10–13 година — 3 бали;
   •       11–14 година — 4 бали;
   •       12–15 година — 5 балів.
7.   Якщо Ви не спите у звичний для Вас час, то коли Ви відчуваєте брак сил (млявість, сонливість)?
   •       Тільки перед сном — 1 бал;
   •       після сну й після обіду — 2 бали;
   •       у пообідній час — 3 бали;
   •       після обіду й перед сном — 4 бали;
   •       тільки після сну — 5 балів.
8.   Якщо Ви можете спати, скільки хочете, то в який час зазвичай прокидаєтеся?
   •       О 7 ранку чи раніше — 1 бал;
   •       о 8 годині — 2 бали;
   •       о 9 годині — 3 бали;
   •       о 10 годині — 4 бали;
   •       об 11 годині чи пізніше — 5 балів.

Тепер підрахуйте кількість отриманих балів.

Менше 16 балів — типовий «жайворонок» (ранковий тип). Виконуйте важливі справи в першій половині дня, а вечірні години присвятіть відпочинку. Рішучо відмовтеся від понаднормової роботи й намагайтеся не працювати вночі: у Вашому випадку це може призвести до внутрішніх захворювань.

16–20 балів — помірний «жайворонок» (ранково-денний тип). Період максимальної працездатності й пристосувальні можливості ширші, ніж у типових «ранніх пташок». І все-таки не переоцінюйте запас міцності свого організму — перехід на нічний спосіб життя може вибити Вас із колії й несприятливо позначиться на здоров’ї.

21–27 балів — «голуб» (денний тип). Ви можете жити за будь-яким розпорядком, однак різка зміна режиму небажана. Щоб поступово перейти на новий розклад, потребуватиметься не менше місяця.

28–32 бали — помірна «сова» (вечірньо-денний тип). Блискучі ідеї починають приходити у Вашу голову увечері. Було б непогано планувати свою роботу, враховуючи це.

Понад 32 бали — типова «сова» (вечірній тип). Із Вас вийшов би ідеальний черговий лікар, астроном, журналіст і диспетчер нічних польотів. Але навіть під загрозою розстрілу Ви не зможете приходити вчасно на роботу, яка починається до 2 години дня! Якщо Вам будуть докоряти через це, виправдайтеся словами Френсіса Бекона: «Природу найлегше підкорити, підкоряючись їй».