Презентація до уроку на тему " Адаптивні біологічні ритми. Типи адаптивних біологічних ритмів"

Адаптивні біологічні ритми. Типи адаптивних біологічних ритмів. STEM-урок 11 клас опорний заклад нижньосірогозький ліцей

Усе на Землі, від клітини до біосфери, підвласне певним ритмам. Епіграф: У всіх ритмічно серце б’єтьсяІ вічно зранку сонце сходить. Мені усе життя здається,Що ритм у всьому верховодить. Проблема:-Доведіть, що дійсно живим організмам притаманні біоритми. Наведіть приклади власних спостережень!Ритми у живій природі-біоритми. У людини. У Рослин. У тварин

-Чи спостерігали ви за квітковими рослинами протягом весняного та літнього періоду? Що саме ви помічали?Чи можливо за відкриттям та закриттям квіток визначати час доби?У 1729 р. французький фізик й астроном Жан-Жак Дорту Де Меран (1678-1771) зацікавився властивістю мімози соромливої (Mimosa pudica) розкривати свої листки вранці й закривати їх уночі. Він провів експеримент, в якому рослину утримували цілодобово в темряві, але все одно вона продовжувала раз на добу закривати й розкривати листки, незважаючи на відсутність світла. Що ж було причиною таких періодичних змін?АДАПТИВНІ БІОЛОГІЧНІ РИТМИ - це регулярні зміни життєдіяльності біологічних систем, що збігаються за періодом із зовнішніми геофізичними циклами. За функціональним значенням біологічні ритми поділяють на адаптивні (екологічні) та функціональні (фізіологічні). На молекулярному рівні добова періодичність характерна для репарації й реплікації ДНК, Адаптивні біоритми властиві для усіх біосистем й відбуваються на усіх рівнях життя. На клітинному рівні - для поділу епітеліальних стовбурових клітинна популяційно-видовому рівні сезонна або річна періодичність властива «хвилям життя» 

Адаптивні біологічні ритми пов'язані з обертанням Землі навколо Сонця, Землі навколо своєї осі й Місяця навколо Землі. Під впливом цього обертання багато екологічних чинників, особливо світловий режим, температура, тиск й вологість повітря, океанічні припливи й відпливи, закономірно змінюються. На екологічну ритмічність живої природи впливають і космічні ритми (періодичні зміни сонячної активності) та електромагнітні поля. Чинники, що визначають ритмічність процесів живого, називають синхронізаторами («датчиками часу»). Крім циклічності абіотичних чинників для ритміки біосистем суттєве значення мають і періодичні зміни біотичних чинників (наприклад, добова активність у системі «хижак - жертва»). Біоритми, що формуються під дією зовнішніх синхронізаторів (світло, температура, атмосферний тиск, їжа, а для людини - ще й різні соціальні чинники), називаються зовнішніми (екзогенними).  Ритми, що виникають всередині біосистеми під дією внутрішніх синхронізаторів і відносно не залежать від зовнішніх чинників, називаються внутрішніми (ендогенними)). 

Будь-який адаптивний біологічний ритм має внутрішню спадкову програму і генетичну регуляцію, на які впливає складний комплекс зовнішніх та внутрішніх чинників-синхронізаторів. За сучасними уявленнями, основою адаптивних ритмів є внутрішня (ендогенна) програма. За це відкриття лауреатами Нобелівської премії з фізіології і медицини у 2017 р. стали Д. Холл, М. Росбаш і М. Янг (усі - США). Виявилось, що добові ритми мають молекулярно-генетичну природу, і за їхню періодичність відповідають гени, які назвали часовими. Майкл Росбаш. Майкл Янг

Типи й значення адаптивних біоритмів. Адаптивні ритми класифікують за різними критеріями: за родом процесів, що породжують ритми, власними характеристиками (наприклад, періодом), функціональним значенням, рівнями організації життя. За тривалістю періоду ритмічних змін адаптивні біоритми поділяють на добові, місячні, припливно-відпливні, сезонні (річні) та багаторічні. Добові біоритми виникають унаслідок обертання Землі навколо своєї осі й характеризуються періодом 24 ± 4 год. Так, добову періодичність мають процеси мітозу, світлової й темнової фаз фотосинтезу, періодичні рухи листків або квіток, періоди спокою - бадьорості у тварин, кровообігу або секреції гормонів у людини. Місячні біоритми зумовлені обертанням Місяця навколо Землі (з періодом 29,5 діб). Прикладами таких ритмів є розмноження палоло тихоокеанського, японської морської лілії. Припливно-відпливні біоритми синхронізовано обертанням Землі відносно Місяця. Упродовж місячної доби (24 год 50 хв) відбуваються по два припливи і два відпливи, що спонукає організми пристосовуватися до таких періодичних змін умов існування. Найбільш чітко вони виражені в мешканців припливно-відпливної зони. Під час припливу риба атеріна відкладає ікру, а під час відпливу закривають свої черепашки молюски, ховаються у ґрунт кільчасті черви, змінює забарвлення ваблячий краб тощо (іл. 38). Сезонні (річні) біоритми пов'язані з обертанням Землі навколо Сонця; їх період - 1 рік ± 2 місяці. З певними сезонами в організмів пов'язані періоди розмноження, розвитку, стану зимового спокою, у тварин - це також періоди линяння, міграцій, сплячки тощо, у листопадних рослин - періоди листопаду.

Біологічний годинник. Квітковий годинник. К. Ліннея

Різні типи біологічних ритмів є важливою пристосувальною ознакою організмів до змін у навколишньому середовищі. Завдяки адаптивним біоритмам найважливіші функціональні прояви життя біосистем різного рівня організації збігаються з найбільш сприятливими періодами довкілля. Так, нічний спосіб життя дає змогу видам пустельних тварин уникати негативного впливу денної спеки й зберігати воду в організмі. Види організмів, які в процесі еволюції виробили різні форми добової активності, змогли повніше освоїти природні місця існування і позбутися конкуренції за ресурси. Наприклад, яструби і сови можуть полювати на тому самому полі на один і той самий вид гризунів, не вступаючи в конфлікт. Багаторічні біоритми пов'язані зі зміною сонячної активності протягом кількох років (наприклад, масові розмноження перелітної сарани та деяких інших тварин). Звичайно періоди сонячної активності настають приблизно кожні 11 років.

Адаптивне значення фотоперіодизму. 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 однакова в певному місці в даний час, тоді як інші чинники змінюються 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). 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 тісно пов'язаний з явищем біологічного годинника. Фотоперіодичні реакції регулюються у живих організмів нервовою системою, гормонами (статеві гормони, мелатонін, тропні гормони), фітогормонами, рослинними фіторецепторами (фітохроми, кріптохроми, фототропіни). 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 даптивне 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, добова активність, линяння

Самостійна робота на зіставлення. Різноманітність адаптивних ритмів. Зіставте типи адаптивних біоритмів з наведеними проявами життєдіяльності. Визначте належність цих проявів до певного типу адаптивних біоритмів. А Добові1 Розмноження палоло. Б Припливно-відпливні2 Полювання сови вухатоїВ Місячні3 Линяння вивірки звичайноїГ Річні4 Осіннє опадання листя дуба. Д Багаторічні5 Розмноження перелітної сарани6 Популяційні хвилі миші польової7 Зимова сплячка бурого ведмедя8 Закривання квіток латаття на ніч9 Відкладання ікри атеріною10 Зміна забарвлення ваблячого краба

Дослідити!Пояснити! Презентувати спостереження!Завдання №2. Підрахуйте частоту серцевих скорочень протягом доби у всіх членів родини. Зробіть висновок про причини змін ЧСС протягом доби у людей різної вікової категоріїЗавдання №3«Ідеї, винаходи, відкриття»Прослідкуйте реакцію фізіологічних процесів людини (ЧСС, частота дихання , тиск) у залежності від характеру їжі людини. Які рекомендації ви запропонуєте одноліткам щодо харчового раціону? Чи впливає на фізіологічні процеси в організмі сервіровка стола( Зробіть фото. Завдання №31. Прослідкуйте адаптації змін у ссавців у різні пори року, виявіть взаємозв»язок цих змін на рівні географічного, фізіологічного , екологічного критеріів виду. Створіть рекламний лист СТЕМ-проекту «Здоров»я у наших руках-активність ритмів» взаємозв»язку сервування стола із фізіологією людини. Завдання №1.1. Дослідити адаптаційні ритми у рослин у осінню пору року. Зробити фотоспостереження. Виявити , у яких видів рослин листопадний період починається раніше, у яких пізніше. Створіть таблицю спостережень за об»єктами рідного краю( своєї домівки, шкільного парку, прилеглих територій)2. Чи впливає цей процес на вік рослин того ж самого виду?3. Графічно зобразити (створити діаграму)періоду листопаду у різних видів рослин. Створіть рекламний лист СТЕМ-проекту «Музика зцілює серця»

Досліджую! Аналізую!Музикант та математик Елейн Чю передала характерні ритми електричних аномалій серця у нотному записі. Виявилося, що схожі ритми покладені в основу низки музичних творів, зокрема «Blue Rondo à la Turk» Дейва Брубека, чий ритм 2: 4: 3: нагадує ранні скорочення шлуночків, або ремікс «Le Grand Tango» Астора П’яццоли, що відтворює нерегулярні ритми фібриляції передсердь. А «Маленькі етюди для фортепіано» Елейн Чю, написані у співавторстві з кардіологом П’єром Ламбіазом, знайомлять слухача з електричною аберацією серця. Причина, через яку між музикою і кардіологією багато спільного, полягає у тому, що аномальні серцеві ритми схильні формувати прості співвідношення інтервалів між ударами. Характерні ритми в музиці Бетховена настільки схожі на порушення роботи серця, що кардіологи навіть припустили, що вони є транскрипцією аритмії композитора – інтероцептивним сприйняттям свого власного серцебиття, підсиленого глухотою. Музику і серце романтично пов’язає у масовій свідомості їхній спільний зв’язок з людськими емоціями. В історії було безліч прикладів, коли після бурхливих емоцій майже відразу наставала смерть. Хірург Джон Гантер якось сказав: «Моє життя в руках будь-якого мерзотника, який здатний викликати у мене пристрасті». Сам Гантер впав у непритомність і помер після бурхливої суперечки на нараді.

Міні-проект «Музика і ритм життя»Музика змінює частоту наших серцевих скорочень, дихання та кров’яний тиск, а також впливає на роботу мозку. Нейробіолог Психея Луї та її колеги простежили фізіологічні зміни під впливом музики у ділянці мозку, званій переднім острівцем, що відповідає за несвідому регуляцію функцій організму. Ця ділянка пов’язана з емпатичним відображенням зовнішніх і внутрішніх переживань та пов’язана з ділянками мозку, які відповідають за слух (схухова кора) і задоволення (дофамінергічна система винагород). Для пацієнтів з хворобами серця музика може бути частиною терапії. Вона здатна впливати на кровообіг в мозку, зменшити передопераційну тривогу та післяопераційний стрес, покращити результат операції та знизити рівень гормону стресу – кортизолу. Виявлено, що музична терапія суттєво впливає на частоту серцевих скорочень і артеріальний тиск у пацієнтів з ішемічною хворобою серця. Слухання розслабленої музики не тільки знижує частоту серцевих скорочень і дихання, але також і потребу серця в кисні у пацієнтів, які перенесли серцевий напад. Міні-проект « Музичні ліки»

Приклади оформлення проектів