Лекція на тему: «СИСТЕМАТИКА – НАУКА ПРО РІЗНОМАНІТНІСТЬ ОРГАНІЗМІВ. ПРИНЦИПИ НАУКОВОЇ КЛАСИФІКАЦІЇ ОРГАНІЗМІВ. »

Ковельський фаховий медичний коледж

Волинської обласної ради

Методична розробка

заняття по темі:

«Систематика – наука про різноманітність організмів. Принципи наукової класифікації організмів. »

                                                                                Підготували викладачі

                                                                       біології і екології

                                                                  Михалик І. П.

                                                                      Наконечна С. В.

Тема: Систематика – наука про різноманітність організмів. Принципи наукової класифікації організмів. 

Лабораторна робота  №1

Визначення таксономічного положення виду в системі органічного світу.

Мета заняття:

• освітня: розглянути поняття «систематика», «номенклатура», «класифікація», «філогенетична систематика»; ознаки природних та штучних систем живого світу; навчити принципів сучасної біологічної систематики; з'ясувати переваги та недоліки різних підходів до систематики;
• розвивальна: проаналізувати класичні та сучасні методи й підходи до встановлення філогенезу різних систематичних груп; навчити встановлювати ієрархічні та еволюційні зв'язки міжтаксонами різних рангів;
• виховна: виховувати бережливе ставлення до біорізноманіття в живій природі.

Обладнання і матеріали: схеми, що ілюструють різні принципи класифікації організмів — від класичних до сучасних.

Базові поняття і терміни: систематика, номенклатура, класифікація, філогенетична систематика.

Тип заняття: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності:

Спілкування державною мовою:

Студент :

     уміє ставити запитання і розпізнавати проблему;

     міркувати, робити висновки на основі інформації, поданої в різних формах (у текстовій формі, таблицях, діаграмах, на графіках);

     має здатність розуміти, пояснювати і перетворювати тексти задач (усно і письмово)

     грамотно висловлюватися рідною мовою

Інформаційна компетентність:

Студент :

     уміє адаптуватися до різних життєвих ситуацій;

     працювати з інформацією;

     самостійно здобуває необхідні предметні знання для виконання практичних робіт;

     розвиває здібності до адаптації в мінливому інформаційному середовищі.

Математична компетентність:

Студент:

     уміє оперувати текстовою та числовою інформацією;

     самостійно розв’язує задачі, зокрема практичного змісту;

     має здатність будувати і досліджувати найпростіші математичні моделі реальних об'єктів, процесів і явищ;

     інтерпретує  та оцінює результати.

Комунікативна компетентність:

Студент : 

     виявляє гнучкість, мобільність, проникливість, толерантність, творчу ініціативність;

     критично мислить;

     виявляє комунікабельність у різних соціальних групах;

     самостійно працює над розвитком власного інтелекту, культури.

Здоров’язбережувальна компетентність

Студент :

     здатність застосовувати в умовах конкретної ситуації сукупність здоров'язбережувальних компетенцій, дбайливо ставиться до власного здоров'я та здоров'я інших людей

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ

Питання до бесіди

• Що таке систематика?
• Як називаються окремі систематичні категорії?
• Які таксони ви знаєте?
• Що таке вид?
• Чи є відмінності у систематиці рослин і тварин?
• На які групи поділяють царства Рослини і Тварини?
• За якими принципами класифікують живі організми?
• Хто з вчених запровадив подвійні назви організмів (бінарну номенклатуру)?

Гра «Так чи ні»

1. Загальна кількість видів рослин і тварин невідома. (Так.)
2. Місця існування більшості видів — вологі тропічні ліси. (Так.)
3. Учені дали назви приблизно 10 млн видів. (Ні. Учені дали назви менш як 1,4 млн видів. Більшість «непізнаних» видів живуть у тропіках.)
4. На Землі набагато більше видів, ніж це необхідно. (Ні.)
5. Більшість видів не дає прямої користі людям. (Ні. Ми не знаємо всіх задумів природи. Буває, вдається застосувати плісняву або непомітну рослину для лікування важких хвороб.)
6. В одних місцях існує більше видів, ніж в інших. (Так.)
7. Біологічне різноманіття включає генетичне різноманіття, різноманіття видів та екосистем. (Так.)
8. Створення заповідників та зоопарків — найкращий спосіб збереження біологічного різноманіття. (Ні. Заповідники та зоопарки допомагають зберігати багато видів. Але для радикального розв’язання проблеми необхідно позбутися основних причин втрати біологічного різноманіття.)
9. Двома основними причинами втрати біологічного різноманіття є збільшення кількості населення в деяких країнах та зростання споживання природних ресурсів. (Так.)
10.  Щойно біологічному виду починає загрожувати небезпека, він приречений до вимирання. (Ні. Види можна врятувати.)

ІІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ СТУДЕНТІВ

У наш час відомо понад 1,24 млн видів живих організмів. Крім того, існує чимало вимерлих видів. За підрахунками вчених, їхня кількість може бути у десятки разів більша за існуючі. Підрахувати біорізноманіття кількісно досить складно, навіть з використанням наявних сучасних інструментів та джерел даних. Але точні відповіді рідко необхідні для того, щоб в достатній мірі зрозуміти суть явища, те як воно змінюється, а також причини та наслідки будь-яких змін.

  Досліджуючи все живе, можна прослідити їх схожості, віднайти відмінності, з’ясувати залежність наслідуючи ознак від предків. Та звідки взагалі нам з вами відомо так багато різних видів, яких ми навіть не зустрічали?

ІV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

План :

1. Біорізноманіття. Чинники, які впливають на формування та розвиток біорізноманіття нашої Землі.

2. Основні методи, напрями та розділи сучасної біосистематики.

3. Принципи наукової класифікації організмів

Робота з підручником, розповідь викладача з елементами бесіди.

Колективне створення ментальної карти.

Термінологічна бесіда з елементами розповіді

1. Біорізноманіття. Чинники, які впливають на формування та розвиток біорізноманіття нашої Землі.

Біорізноманіття – це  різноманітність життя на Землі. Воно включає всі організми, види та популяції, генетичні варіації, комплексні сукупності спільнот та екосистем, а також їх зв’язки з навколишнім середовищем.

Поняття ввів Едвард Вілсон в 1988р.

Прийнято говорити про прояви  життя на  трьох  рівнях  організації  : молекулярному, популяційно-видовому та  екосистемному. Тому і біорізноманіття  ділять на три  види.

1. Генетична різноманітність – це все різні гени, що містяться у всіх живих організмах, включаючи рослини, тварин, гриби і мікроорганізми.
2. Різноманітність видів oхоплює  всі види, а також відмінності всередині окремих видів.
3. Різноманітність екосистем – це все різні місця існування, біологічні спільноти і екологічні процеси, а також відмінності в окремих екосистемах.

Які ж чинники впливають на біорізноманіття?

Причиною еволюції біорізноманіття є протиріччя між умовами середовища, що постійно змінюються, і спадковістю живої природи. Тому на формування біорізноманіття впливають зовнішні (наприклад, геологічні, кліматичні) та внутрішні (наприклад, рекомбінація генів, горизонтальне перенесення генів) чинники.

В еволюції живого на Землі постійно збільшувалося біорізноманіття біосистем різних рівнів організації під дією еволюційних чинників.

Шляхи еволюції:

 Ароморфоз.Супроводжується підвищенням рівня організації.

 Загальна  дегенерація. Якщо еволюція організмів певної систематичної групи супроводжується спрощенням їхнього рівня організації.

 Ідіоадаптації- формуються завдяки пристосуванням організмів до певних умов існування. При цьому рівень організації організмів не змінюється.

 Дивергенція.Її    шляхом  здебільшого  виникають нові види, роди, родини і т. д.    Нащадки видів, які беруть початок від предкового виду, самі можуть давати початок новим видам. Так поступово підвищувався ранг предкових таксонів.

Багато науковців стверджують, що еволюція біорізноманіття тісно пов’язана з еволюцією екосистем, через те окрім відомих еволюційних чинників на еволюцію біорізноманіття суттєво впливають екологічні (абіотичні, біотичні та антропічні) чинники.

Основними чинниками, що загрожують різноманіттю, є:

• скорочення ареалів через діяльність людини;

• надмірна експлуатація біоресурсів (н-д, рибальство знищило до 80% рибної біомаси);

• забруднене середовище (черепахи і пластик);

• вторгнення чужорідних видів (азійський короп у водоймах Європи).

Значення біорізноманіття:

• стійкість та розвиток біосфери;

• забезпечення колообігу речовин;

• регуляція клімату;

• забезпечення людини ресурсами: їжею, сировиною, ліками.

2. Основні методи, напрями та розділи сучасної біосистематики.

Які основні методи, напрями та розділи сучасної біосистематики?

Систематика – біологічна наука про різноманітність організмів, які

населяють нашу планету. За допомогою цієї науки описують, дають назви всім організмам, які мешкають на нашій планеті тепер або мешкали колись.

Основні галузі систематики: класифікація організмів та їхня номенклатура.

Класифікація – процес установлення і характеристики систематичних груп. Процес класифікації передує найменуванню таксонів, адже характер назви таксонів залежить від їхнього рангу.

Номенклатура – розподіл назв між таксонами. Спочатку вчені здійснюють класифікацію. І лише після того, як вони переконаються, що досягли найкращої з можливих класифікацій, надають правильні назви виділеним таксонам.

2.Біологічна систематика — наука, що вивчає різноманіття всіх існуючих та вимерлих організмів і створює їх логічну впорядковану систему.

Основними завданнями систематики є:

• розподіл живих організмів за групами;

• найменування та опис цих груп;

• побудова з цих груп узагальнюючої класифікації організмів.

Відповідно до цього систематика має три розділи:

■ таксономія: наука про об’єднання живих істот у групи на основі аналізу притаманних їм ознак;

■ номенклатура: система правил найменування живих організмів;

■ система органічного світу: встановлює спорідненість організмів в історичному плані й хід історичного розвитку живих організмів загалом та окремих систематичних груп.

Найпоширенішим методом біосистематики є порівняльно-морфологічний.

Із арсеналу сучасних методів виокремимо:

     хемосистематику (вивчення складу речовин й особливостей обміну речовин),

     каріосистематику (дослідження хромосомного набору різних видів),

     геносистематику (вивчення нуклеотидного складу ДНК і РНК у різних організмів)

     молекулярна систематика, побудована на аналізі генетичного матеріалу. 

Основними напрямами сучасної систематики є

• цифровий (фенетика),
• еволюційний (філістика)
• та філогенетичний (кладистика).

     Фенетична систематика ґрунтується на загальній подібності організмів і може не відображати філогенетичні зв’язки.

Родовідне дерево у цьому випадку називається дендрограмою.

     Еволюційна систематика ґрунтується на знаннях еволюційних відносин між спорідненими групами й подібності багатьох ознак організмів.

     Філогенетична систематика – напрям біосистематики, що визначає еволюційні взаємини серед різних видів на Землі, як сучасних, так і вимерлих.

Інша назва цього напрямку – кладистика (від грец. кладос – гілка) через те, що організми класифікують у порядку їхнього відгалуження від  еволюційного дерева, незважаючи на морфологічну подібність. Засновником та автором кладистики є німецький ентомолог В. Хенніг

Ще у другій половині ХІХ ст. Е. Геккель запропонував відображати родинні зв’язки між різними групами організмів у вигляді філогенетичних дерев. Тепер дослідники для графічного відображення родинних зв’язків між різними групами організмів використовують спеціальні комп’ютерні програми, які аналізують різноманітні риси подібності та відмінності між ними й будують кладограми .

Мал. 1. Два варіанти сучасних кладограм, які відображають родинні зв’язки між трьома таксонами: А, В та С (D — предковий таксон, який дав початок таксонам А, В та С). Довжина осей, які ведуть до певного таксона, відповідає часу, який існує цей таксон: що довша вісь, то раніше виник таксон

Кладограма (від грец. кладон — гілка) — спосіб графічного відображення родинних зв’язків між окремими групами організмів.Вони графічно відображають процес еволюції певної систематичної групи, аж до системи органічного світу загалом.

Відповідно до завдань, що стоять перед систематикою, у її складі виокремлюють розділи – таксономію та номенклатуру.

Таксономія вивчає принципи, методи й правила класифікації.

Іншими словами, це теорія класифікації.

Головна мета біологічної таксономії – створення природної системи органічного світу та з’ясування філогенетичної спорідненості.

Біологічна номенклатура  вивчає систему наукових назв та правил найменування груп живих організмів, об’єднаних за певними спорідненими зв’язками.

3. Принципи наукової класифікації організмів

Класифікація (від лат. classis – розряд, facio – робити) – це розділ систематики, в якому живі організми розподіляють за певною системою ієрархічно організованих категорій-таксонів.

Класифікувати організм певного виду – це визначити ступінь його подібності й відмінності від інших організмів та вказати місце в системі органічного світу.

Основні систематичні категорії ввів шведський учений Карл Лінней (XVIII ст.). Він також запровадив бінарну номенклатуру. Її сутність полягає в подвійному найменуванні латинською мовою. Перше слово позначає родову назву, друге – видову:

Homosapiens – людина

Drosophilamelanogaster – дрозофіла

Violarostata – фіалка

Фундаментальною основою сучасної систематики є ідея про єдність походження живих організмів й еволюцію органічного світу, що призвела до існуючого різноманіття живих організмів. Керуючись цими ідеями, сучасна систематика будує природну систему на основі філогенетичного споріднення (спільності походження, близькості і дальності спорідненості між різними видами) аналізованих форм. Ступінь родинних відносин між порівнюваними видами базується на їх морфологічному, анатомічному, біохімічному, генетичному критеріях.

Для систематизації величезної кількості живих істот у біології використовуються систематичні категорії, або таксони. Вони складають свою ієрархію підпорядкування, де таксони більш низького рангу входять до складу таксонів більш високого рангу. В даний час використовуються наступні основні таксони

V. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ І УМІНЬ СТУДЕНТІВ

Завдання №1: у складі робочих груп проаналізуйте кладограму, що ілюструє родинні зв’язки між різними представниками типу Хордові (мал. 3).

Мал. 3. Кладограма, що ілюструє родинні зв’язки між різними представниками типу Хордові

2. Чому філогенетична система організмів має відображати хід їхньої еволюції?

3. Чому вчені були змушені переглянути систему еукаріотичних організмів?

4. Які є сучасні способи відображення родинних зв’язків між різними групами організмів?

Завдання №2: Віднесіть до одного царства

Тварини               Гриби              Рослини              Бактерії              Віруси    

Эвглена зелёная, Мартин сизий, Паличка Коха, Сорока звичайна, Звичайний прудовік, Парвовірус Б19, фітофтора, Балійський тигр, трутовик, Жако, Лисички, Ешеріхія колі, Сонечко семи крапкове, перлівниця, беззубка, слізень польовий, Тирлич безстебловий, лілія лісова, косарики італійські, пізньоцвіт осінній, робоча бджола, пальчатокорінник травневий, Шовковичний шовкопряд, білоцвіт весняний, зозулині черевички, рябчик, підсніжник білосніжний Метициллінрезистентний золотистий стафілококк, Лебідь-кликун, Півонія кримська, анемона, горицвіт весняний, тюльпан двоквітковий, зозулинець салеповий, зозулинець пурпуровий, сон-трава, ковила Лесінга, едельвейс, Вірус коровячої віспи, Дріжджі, Varicalle Zoster(герпесвирус), Стрептококк, Редька дика, Редька городня

Завдання № 3:  З яких відділів складається тіло таких тварин:

Група I. …………..….Павук-хрестовика

Група IІ ……….….….Зебра гірська

Група IІІ ……….……Гідри прісноводної

Група IV……………. Сорока звичайна

VI. Самостійна робота студентів.

Л. Р. № 1. Визначення таксономічного положення виду в системі органічного світу.

Вид – це сукупність особин, які морфологічно подібні, здатні схрещуватись між собою і давати плодюче потомство, населяють певний ареал, мають однакові вимоги та пристосування до умов навколишнього середовища і не схрещуються з особинами інших видів.

Критерії виду

     морфологічний — сукупність подібностей особин виду за будовою. До нього відносять усі матеріальні структури: від хромосом до особливостей будови органів та їхніх систем.

     фізіологічний — подібність або відмінність у процесах життєдіяльності особин одного чи різних видів.

     біохімічний — особливості хімічного складу та перебігу певних біохімічних реакцій, характерні для особин певного виду.

     географічний — полягає в тому, що популяції кожного виду заселяють певну частину біосфери (ареал), яка відрізняється від ареалів близьких видів, і площа та контури ареалів є видовою ознакою.

     екологічний — охоплює всі критерії, оскільки популяції кожного виду мають свою екологічну нішу в біогеоценозі.

     генетичний — Полягає у схожості ДНК окремих представників або груп особин.

     Історичні

Визначте систематичне положення виду Цибуля городня, Ведмідь бурий.

VII. ПІДСУМОК ЗАНЯТТЯ

Метод «Прес»

Cтуденти висловлюють свої думки стосовно заняття за алгоритмом.

Позиція:  « Я вважаю, що…»

Обґрунтування: «Тому, що…»

Приклад: «Наприклад…»

Зацікавило: «Нас зацікавило  …»

Висновки: «Отже, я вважаю …»

VIII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Опрацювати параграф §5.  В. І. Соболь Біологія і екологія 10 клас, вивчити конспект.

2. Підготувати опис одного виду рослин (за вибором студента) із зазначенням його положення за сучасною систематикою.

Лабораторна робота №1

Тема: Визначення таксономічного положення виду в системі органічного світу.

Мета: навчитися визначати таксономічне положення виду рослини або тварини в системі органічного світу.

Матеріали: зображення рослин та тварин.

Перебіг роботи

1. Розгляньте зображення рослини. Визначте таксономічне положення виду, зображеного на рисунку:

Домен ______________________________

Царство _____________________________

Відділ _______________________________

Клас _________________________________

Порядок _____________________________

Родина _______________________________

Рід __________________________________

Вид ________________________________

2. Розгляньте зображення тварини. Визначте таксономічне положення виду, зображеного на рисунку:

Домен ______________________________

Царство _____________________________

Тип _________________________________

Клас _________________________________

Ряд _________________________________

Родина _______________________________

Рід __________________________________

Вид _________________________________

3. Зробіть висновок з роботи