РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЇХНІЙ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО.

ДНЗ «Борщівський професійний ліцей.»

ТЕМА УРОКУ: РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЇХНІЙ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ  ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО.

Сучасне розуміння організації життя ґрунтується на системному підході, згідно з яким жива природа існує у формі біосистем. Будь-яка із живих природних систем є цілісною сукупністю взаємопов’язаних компонентів, що виконують особливі функції і забезпечують їхню єдність. Усі біосистеми є перервними й відокремленими одна від одної, мають певні розміри й структуру, тривалість існування й специфічні ознаки. Основними типами біосистем є клітина, організм, популяція, вид, екосистема та біосфера.

Підготувала викладач біології та хімії

вищої категорії, старший вчитель

Фургач Тетяна Йосипівна

ТЕМА УРОКУ: РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЇХНІЙ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ  ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО.

Мета: І.1. Дати сучасне визначення поняття біосистеми;

              2. Розглянути різні рівні організації біосистем.

              3.Показати у чому проявляється взаємозв’язок рівнів організації     

                 біосистем.

ІІ. Формування матеріалістичного світогляду на природу.

ІІІ. Виховання прагнення до оволодіння знаннями, накопичених людством.

Тип уроку: комбінований.

Базові поняття і терміни уроку: методи: описовий, порівняльний, історичний, статистичний, експеримент, моделювання, моніторинг; поняття гіпотеза, теорія, закон

Концепція уроку: на прикладах показати основні методи біологічних досліджень і таким чином підвести до розуміння етапів формування знань.

Обладнання й матеріали: фотографії, малюнки, таблиці, що ілюструють різні рівні організації біосистем. 

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Перевірка домашнього завдання

Фронтальне опитування

1. Що вивчає біологія?

2. Назвіть основні галузі застосування біологічних знань.

3. Що вивчає екологія?

4. Чому екологія є біологічною наукою?

5. Що таке біологічне пізнання?

6. Назвіть основні галузі застосування біологічних досліджень.

ІІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Проблемна бесіда:

Назвіть ознаки відмінності живих організмів від тіл неживої природи.

Що можна назвати системою?

Чи є системами: акваріум, смартфон, організм людини, автомобіль, біосфера?

Які системи ви знаєте.

ІV. Мотивація пізнавальної діяльності учнів.

 В основі світосприйняття лежить життєвий досвід людини. Перші кроки новонародженої дитини включають в себе падіння і підйоми, помилки і успіх. Помилки безрезультатні а то і приносять біль, підйоми і успіх - задоволення. Так поступово, поетапно формуються знання про навколишній світ. То ж сьогодні і розглянемо етапи формування біологічних знань, основні поняття, що лежать в їх основі.

 В дитячому віці ми легко відрізняли живі організми від тіл неживої природи. А з висоти знань першокурсника: чи зможете Ви назвати критерії життя, тобто ознаки відмінності живих організмів?

V. Вивчення нового матеріалу

1.Основні біосистеми.

Сучасне розуміння організації життя ґрунтується на системному підході, згідно з яким жива природа існує у формі біосистем. Будь-яка із живих природних систем є цілісною сукупністю взаємопов’язаних компонентів, що виконують особливі функції і забезпечують їхню єдність. Усі біосистеми є перервними й відокремленими одна від одної, мають певні розміри й структуру, тривалість існування й специфічні ознаки. Основними типами біосистем є клітина, організм, популяція, вид, екосистема та біосфера.

Клітина – біологічна система з найменшими розмірами й найпростішою структурою. Основними компонентами клітини є поверхневий апарат, цитоплазма і ядро (нуклеоїд), що побудовані із молекул хімічних речовин та їхніх комплексів. Клітини є основними елементами будови й життєдіяльності всіх  організмів нашої планети.

Організм – біологічна система, яка побудована із клітин і завдяки системам регуляції та пристосувальним механізмам може відносно самостійно існувати в певному середовищі. Організми поділяють на одноклітинні, колоніальні й багатоклітинні. Саме ці біосистеми є найрізноманітнішими формами живої природи.

Популяція – біологічна система із вільносхрещуваних між собою організмів одного виду, які проживають тривалий час на певній території й відносно ізольовані від інших таких самих груп. Компонентами популяцій є організми, а самі популяції є структурною одиницею видів. На рівні популяцій починаються еволюційні процеси, тому популяції є елементарними одиницями еволюції.

 Вид – біологічна система із сукупності популяцій особин, яким властиві:

 а) морфофізіологічна подібність;

б) вільне внутрішньовидове схрещування;

в) утворення плідного потомства;

 г) несхрещуваність з іншими видами;

 д) спільна територія існування – ареал;

 е) пристосованість до умов існування в межах ареалу;

є) спільне походження.

Вид є основною формою організації життя.

Екосистема – сукупність різних видів та середовища їхнього існування, що пов’язані обміном речовин, енергії та інформації. У межах біосистем цього рангу виокремлюють біотичний (біоценоз) та абіотичний (біотоп) компоненти, що пов’язані між собою колообігом речовин. Екосистеми існують унаслідок розподілу функцій між продуцентами, консументами й редуцентами.

Біосфера – біосистема найвищого порядку, склад, структура і властивості якої визначаються функціонуванням екосистем. Живий і неживий компоненти

 біосфери пов’язані між собою колообігом речовин у вигляді біогеохімічних циклів.

БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ (від грец. біо – життя, система – складена  із частин) – це сукупність взаємопов’язаних компонентів, діяльність яких визначають їхню єдність та існування в просторі й часі.

2. Основні властивості живих систем

Фундаментальні властивості життя:

•   самооновлення - пов’язане з потоком речовин і енергії
•   самовідтворення - наступність між генераціями
•   саморегуляція – підтримання гомеостазу.

Ці властивості зумовлюють основні ознаки життя:

Визначення життя

“Життям ми називаємо будь-яке живлення, ріст та занепад тіла, що народжується самим собою”

(Арістотель)

“Живі організми, що існують на Землі - це відкриті, саморегульовані та самовідтворювані системи, що складаються з білків, нуклеїнових кислот, жирів і вуглеводів, здатні самі синтезувати ці речовини, самостійно підтримувати і збільшувати свою високу упорядкованість в середовищі з меншим ступенем упорядкованості”

• Ентропія - енергія підтримання впорядкованості системи. Зміна енергії ентропії призводить до деградації системи. Лише живі організми здатні підтримувати свою впорядкованість. Монолітна скеля з часом перетворюється в пил і пісок, але з пилу і піску не утвориться знов скеля. Другий закон термодинаміки стверджує, що всі процеси в закритих, ізольованих від середовища системах,   спрямовані до зростання невпорядкованості.
• Живий організм - система. Властивості системи не зводяться до суми властивостей її складових. Так популяція, що складається зі смертних особин, є потенційно безсмертною.

Функціональна організація

1. Єдність хімічного складу (подібність біоелементів та біомолекул)

2. Клітинна будова

3. Рівневість організації (молекули – клітини –  організми – популяції – види – екосистеми – біосфера)

Основні властивості життя. Обмін речовин. Адаптивність. Ріст. Розвиток. Спадковість. Мінливість. Гомеостаз. Подразливість Процеси життя: опора, рух, живлення, дихання, транспортування речовин, виділення, розмноження, рух, ріст, регуляція процесів

Отже, ЖИТТЯ – це принцип існування біологічних систем,  які відрізняються від неживого складністю та високою структурною  й функціональною впорядкованістю, що підтримується завдяки  здатності поглинати, перетворювати та передавати енергію ззовні.

Фундаментальні властивості живого.

Усім живим істотам властивий обмін речовин — сукупність керованих хімічних реакцій, унаслідок яких організм одержує та перерозподіляє енергію, синтезує необхідні для життєдіяльності речовини. Варто зазначити, що речовини, утворені організмом, рано чи пізно розщеплюються на неорганічні складові, що зумовлює необхідність постійного самооновлення. В основі самооновлення лежать реакції синтезу, тобто утворення нових молекул і структур на основі спадкової інформації, збереження та реалізація якої забезпечується функціонуванням нуклеїнових кислот.

Самооновлення – властивість біологічних систем утворювати нові складові частини замість старих на основі спадкової інформації, збереження та реалізація якої забезпечується функціонуванням нуклеїнових кислот.

Біологічна система (клітина, організм, популяція, екосистема тощо) складається з відособлених або обмежених у просторі складових (органел, органів, особин, видів), які взаємодіють між собою. Але така взаємодія можлива лише за стану рівноваги внутрішнього середовища. Тому необхідною умовою стабільного розвитку та функціонування біологічних систем є підтримка гомеостазу – відносної сталості складу та властивостей внутрішнього середовища, у якому відбуваються біологічні процеси.

Складові біологічної системи взаємодіють не ізольовано від навколишнього середовища, тому сталість внутрішнього середовища безперервно порушується. Але й так само безперервно відновлюється завдяки здатності біологічних систем підтримувати гомеостаз – саморегуляції.

Саморегуляція – властивість біологічних систем підтримувати та відновлювати відносну сталість свого складу й перебігу функціональних процесів після їхньої зміни.

Сигналами для корекції гомеостазу є надлишок або нестача тих чи інших речовин, виведення системи з рівноваги тощо. Саморегуляція в біологічних системах завжди ґрунтується на принципі зворотного зв’язку і загалом відбувається за схожим сценарієм. Однак на кожному наступному рівні з’являються фактори, що ускладнюють процес. Прикладом саморегуляції на молекулярному рівні можуть слугувати ті ферментативні реакції, у яких кінцевий продукт впливає на активність ферменту – у такій біохімічній системі автоматично підтримується певна концентрація продукту реакції. Для клітини важливо збереження певного значення концентрації різних речовин. Прикладом саморегуляції є підтримка певної концентрації йонів у клітині внаслідок функціонування плазматичної мембрани (згадайте роботу натрій-калієвого насосу). На наступному рівні процес саморегуляції покликаний вирішувати набагато більше завдань. Тому в багатоклітинних організмів з’являються системи органів, що підтримують гомеостаз: дихання, виділення, кровообігу тощо. Вивчення еволюції тваринного і рослинного світу дає зрозуміти, як із ускладненням будови та впливу умов навколишнього середовища удосконалювалися механізми саморегуляції. На організмовому рівні добре вивчені нервові, гуморальні й імунні механізми, за допомогою яких, наприклад, у людини підтримуються на певному рівні показники внутрішнього середовища – температура, кров’яний тиск, рівень цукру в крові тощо. Саморегуляція на рівні екосистеми – підтримка сталості видового складу та чисельності організмів у мінливих умовах навколишнього середо вища. Найзгубніше впливають на гомеостаз надорганізмових біологічних систем фактори, інтенсивність дії яких неперіодично змінюється й виходить за межі витривалості біологічних систем. Зазвичай це стосується антропогенних факто рів. Нераціональна діяльність людини може порушувати баланс природних процесів, спричинюючи незворотні зміни в екосистемах.

Життя характеризується спадкоємністю та безперервністю, які забезпечуються здатністю біологічних систем до самовідтворення – відтворення собі подібних.

 Самовідтворення зумовлене здатністю живого передавати спадкову інформацію з покоління в покоління. Як ви вже знаєте, спадкова інформація закодована у вигляді послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Саме збільшення копій цієї молекули і є основою передавання спадкової інформації нащадкам. Процес подвоєння ДНК, під час якого на основі однієї молекули утворюються дві її копії, називають реплікацією. Цей процес відбувається на молекулярному рівні і забезпечує самовідтворення на всіх інших рівнях організації живого.

Самовідтворення – властивість біологічних систем відтворення собі подібних завдяки здатності молекули ДНК до реплікації, що забезпечує спадкоємність життя.

Завдяки реплікації органели клітин – мітохондрії, пластиди після поділу подібні до своїх попередниками (згадайте особливість будови двомембранних органел). Реплікація відбувається перед початком поділу соматичних клітин, тому кожна дочірня клітина отримує копію наборів молекул ДНК й після поділу схожа на материнську клітину. Соматичні та статеві клітини забезпечують відповідно нестатеве та статеве розмноження організмів, тобто самовідтворення на організмовому рівні. Розмноження є необхідною умовою існування будь-якого виду організмів, збільшуючи кількість особин. Відтворення організмів різних видів уможливлює існування екосистемного та біосферного рівнів організації живого. Негативний вплив діяльності людини на організми та середовище їх існування може порушувати здатність до самовідтворення на кожному рівні організації живого.

2. Рівні організації живої матерії

Усі рівні взаємоповязані один з одним, нижчі рівні входять до складу вищих рівнів.

Молекулярний рівень життя пов'язаний з організацією специфічних для живих організмів органічних сполук, їхньою взаємодією між собою і з неорганічними речовинами. При цьому відбуваються хімічні реакції й фізичні процеси перетворення енергії, речовин та інформації. На молекулярному рівні організації перебувають неклітинні форми життя (віруси, пріони, віроїди).     

Клітинний рівень життя представлений вільноживучими одноклітинними організмами й клітинами багатоклітинних організмів. Компонентами структури клітин є хімічні елементи, речовини та їхні комплекси. На клітинному рівні відбуваються процеси поділу й передачі інформації, анаболізму й катаболізму.

 Організмовий рівень життя визначається клітинами в одноклітинних й колоніальних  організмів, тканинами, органами й системами органів – у багатоклітинних організмів. Елементарною одиницею рівня є окремі клітинні організми з певними особливостями будови, життєдіяльності (живлення, дихання, виділення, розмноження тощо) та поведінки.

 Популяційно-видовий рівень життя представлений популяціями й видами, що є надорганізмовими біологічними системами. Структурними компонентами  є групи споріднених особин, об'єднаних певним генофондом і специфічною  взаємодією з навколишнім середовищем. На цьому рівні формуються мікроеволюційні процеси адаптаціогенезу, регуляції чисельності популяцій, видоутворення тощо.

Екосистемний (біогеоценотичний) рівень життя представлений різноманітністю природних і штучних екосистем. Компонентами є живі угруповання (біоценози) й умови середовища існування. На цьому рівні здійснюються взаємодія організмів різних популяцій між собою, а також вплив екологічних чинників, що визначають їх чисельність, видовий склад і продуктивність. Біосферний рівень життя об’єднує усі екосистеми Землі. На цьому рівні відбуваються біогенна міграція живої речовини, біологічний кругообіг речовин та перетворення енергії. Основою взаємозв’язку всіх рівнів організації біосистем є потоки речовин, енергії та інформації та принцип структурної ієрархії систем, згідно з яким будь-яка біосистема є компонентом біосистеми вищого рангу, і, в свою чергу, складається з підпорядкованих їй біосистем нижчого рангу.

Отже, рівні організації біосистем – це певний тип взаємодії  структурних й функціональних складників біологічних систем.

3. Основні методи біологічних досліджень. Завдання сучасної біології

 Існують різні класифікації методів наукового дослідження.

Прикладом найпростішої є:  наукове дослідження

• За підручником основними методами наукових досліджень є:

Актуальні завдання сучасної біології:

1. Встановлення контролю над самовідновленням біоресурсів;
2. Розробка методик боротьби з хворобами століття: онкологічними хворобами, СНІДом, туберкульозом;
3. Вивчення енергетичних і синтетичних процесів клітин для перетворення їх у промислові біотехнології;
4. Моделювання екосистем з метою отримання довготривалих прогнозів змін природи та клімату.
5. Встановлення контролю над самовідновленням біоресурсів;
6. Розробка методик боротьби з хворобами століття: онкологічними хворобами, СНІДом, туберкульозом;
7. Вивчення енергетичних і синтетичних процесів клітин для перетворення їх у промислові біотехнології;
8. Моделювання екосистем з метою отримання довготривалих прогнозів змін природи та клімату.

4. Основні наукові поняття

Різні способи аргументації: (прийом «Незакінчені речення»)

• упередженість (наша... - краща у світі);
• посилання на авторитети;
• здоровий глузд (виходячи з того, що...);
• інтуїція (гадаю що...).

VI. Узагальнення та систематизація знань учнів.

Самостійна робота з ілюстраціями. Характеристика біосистем

Розпізнайте на малюнках біосистеми різних рівнів організації. Назвіть їх компоненти та наведіть приклади процесів, характерних для зображених біосистем.

Домашнє завдання: §2-3 .

 Додатково: "Про які сучасні методи біологічних досліджень Ви чули?*