STEM урок. "Статеві клітини. Лабораторна робота 3. Вивчення будови статевих клітин людини. Особливості гаметогенезу» "

Конспект STEM-заняття

Тема: Статеві клітини. Особливості гаметогенезу у людини.
Мета: ознайомити учнів із будовою статевих клітин людини — сперматозоїда та яйцеклітини; пояснити процеси гаметогенезу: сперматогенез і овогенез; розвивати навички інтеграції знань із біології, математики, технологій та інженерії; формувати критичне мислення, вміння працювати з цифровими ресурсами та моделювати біологічні об’єкти.

Обладнання: презентація, інтерактивна дошка, відео-анімація мейозу, картки з будовою сперматозоїда та яйцеклітини, робочі STEAM – аркуші з математичними задачами, пластилін, фольга, кольоровий папір, ножиці, клей, маркери скоч, зубочистки, онлайн-форма Google Форма,   Доступ до сайтів:

• https://www.biodigital.com (BioDigital Human)
• https://www.thinglink.com
• Canva-презентацій

Структура заняття:

I. Організаційний момент.

II. Вступне пояснення. З використанням презентації.

1. Будова яйцеклітини.

Розгляньмо, як побудовані статеві клітини, що забезпечують статеве розмноження людини — яйцеклітини та сперматозоїди. Чи замислювалися ви, що риб’яча ікра та пташині яйця — це також яйцеклітини? Зокрема, куряче яйце — це одна велетенська яйцеклітина!Яйцеклітини більшості тварин мають велику, округлу форму і містять запас поживних речовин, необхідних для розвитку зародка. Яйцеклітина людини має діаметр близько 100 мкм і не містить жовтка у цитоплазмі (рис. 40.1, А). Дозріла клітина оточена фолікулярними клітинами, які утворюють навколо неї шар, що має гарну назву — «промениста корона». Поряд із яйцеклітиною знаходяться полярні тільця — клітини, які утворюються під час мейозу, але отримують мінімальну кількість цитоплазми, тому не беруть участі в заплідненні.

2. Будова сперматозоїда.

Сперматозоїд — це надзвичайно спеціалізована клітина, головне завдання якої — доставити свій генетичний матеріал до яйцеклітини. Для цього сперматозоїд має бути рухомим. У більшості тварин він має один або кілька джгутиків, за допомогою яких пересувається. Об’єм цитоплазми у сперматозоїда  мінімальний, адже майже весь внутрішній простір займає ядро. Будову сперма-тозоїда людини показано на рис. 40.1, Б.

Основні частини сперматозоїда людини:

1. Головка — містить ядро з генетичною інформацією. Перед ядром розташована акросома — мембранний пухирець, утворений з апарата Гольджі. Вона містить ферменти, що розщеплюють оболонку яйцеклітини під час запліднення, дозволяючи клітинам злитись.
2. Шийка — з’єднує головку з хвостом і містить мітохондрії, які утворюють спіральну структуру. Саме вони виробляють АТФ, що забезпечує рух джгутика.
3. Хвіст (джгутик) — основний руховий апарат сперматозоїда.

Оскільки в цитоплазмі сперматозоїда майже немає запасів поживних речовин, він отримує енергію з навколишнього середовища. У спермі міститься багато фруктози — саме вона є джерелом енергії для його руху. Різноманіття сперма-тозоїдів у природі.У живій природі спостерігається велике різноманіття форм і типів сперматозоїдів. У деяких організмів (наприклад, у річкового рака) сперматозоїди не мають джгутиків і пересуваються, як амеби. У голонасінної рослини гінкго сперматозоїди, навпаки, мають тисячі джгутиків, розташованих спірально. У покритонасінних рослин чоловічі гамети нерухомі — їх називають спермії. Вони потрапляють до яйцеклітини через пилкову трубку, утворену пилковим зерном.

3.Утворення яйцеклітин — оогенез.

У тварин гамети формуються внаслідок мейозу.
Процес утворення яйцеклітин називається оогенезом (рис. 40.2, А).

У людини більшість етапів оогенезу відбувається ще до народження — під час ембріонального розвитку. Попередниці яйцеклітин — оогонії — оселяються в яєчниках і активно діляться мітозом. Згодом вони втрачають здатність до мітозу й перетворюються на ооцити І порядку, які починають мейоз, але зупиняються на його першій стадії. У такому стані клітини залишаються до настання статевого дозрівання. Після цього під дією гормонів частина ооцитів відновлює поділ:

• утворюється ооцит II порядку (що отримує майже всю цитоплазму)
• та перше полярне тільце (яке містить лише ядро).

Другий поділ мейозу завершується після овуляції, у момент запліднення.

Овуляція і менструальний цикл.

Завершення оогенезу пов’язане з овуляцією — виходом яйцеклітини з яєчника.
Після цього фолікулярні клітини, що залишились у яєчнику, перетворюються на жовте тіло, яке виділяє гормон прогестерон.

Прогестерон:

• запобігає дозріванню нових яйцеклітин у цьому циклі;
• забезпечує підготовку слизової оболонки матки до імплантації ембріона.

Якщо запліднення не відбулося, жовте тіло поступово зникає, і цикл починається знову. Цей процес проявляється у вигляді менструації — відторгнення шару клітин епітелію матки.

4. Утворення сперматозоїдів — сперматогенез

У чоловіків гамети формуються під час сперматогенезу (рис. 40.3).

1. Рис. 40.3. Сперматогенез у людини

На відміну від оогенезу, цей процес починається після статевого дозрівання і триває все життя. Сперматогонії — попередники сперматозоїдів — розміщені у сім’яних канальцях яєчок і безперервно діляться мітозом. Під час дозрівання частина з них вступає в мейоз, утворюючи: сперматоцити І порядку, після поділу — сперматиди, а далі — зрілі сперматозоїди, які формують джгутики.

Фізіологічні особливості сперматогенезу.

Утворення сперматозоїдів у чоловіків відбувається постійно.
Вони накопичуються у сім’яних міхурцях, а під час статевого акту виводяться назовні. Важливу роль відіграє передміхурова залоза, яка виділяє рідину, що містить білки, вітаміни й мікроелементи, необхідні для життєдіяльності сперматозоїдів. Особливістю сперматогенезу є його залежність від температури: він можливий лише за температури, нижчої за температуру тіла. Тому у ссавців сім’яники розташовані в калитці (мошонці) — зовнішньому шкірному мішку, де прохолодніше. У птахів, де виносити сім’яники назовні неможливо, охолодження забезпечується повітряними мішками, які пронизують тіло і постійно подають прохолодне повітря до статевих органів.

III. Робота з робочим аркушем (20–25 хв)

Блок S — Science (Біологія)

Завдання 1. Анатомія клітин

• Підписування частин сперматозоїда і яйцеклітини на схемах

Рис. 1. Будова яйцеклітини (А) і сперматозоїда (Б) людини

Завдання 2. Біологічний тест (вибір правильної відповіді)

• Повторення основ біології гаметогенезу

IV. Інтеграція предметів (20 хв)  Додаток STEM аркуш.

Блок Mathematics – Математика

• Завдання 3: Обчислення:
  1. Визначення % сперматозоїдів, що досягають яйцеклітини
  2. Розрахунок тривалості репродуктивного періоду жінки на основі кількості яйцеклітин і тривалості циклу

Блок Engineering – Інженерія

• Завдання 4: Створення моделі статевої клітини (віртуальна або фізична)
  • Робота індивідуально або в парах

Кольори пластиліну для STEM-моделі статевих клітин, щоб вона була наочною, контрастною й біологічно коректною: