Содержание
Почему организм — открытая система
☰
Живой организм — это сложная система, состоящая из взаимосвязанных органов и тканей. Но почему говорят, что организм — это открытая система? Для открытых систем характерен обмен чем-либо с внешней для них средой. Это может быть обмен веществом, энергией, информацией. И всем этим живые организмы обмениваются с внешним для них миром. Хотя слово «обмен» более уместно заменить на слово «поток», так как в организм входят одни вещества и энергия, а выходят другие.
Энергия поглощается живыми организмами в одной форме (растениями — в виде солнечного излучения, животными — в химических связях органических соединений), а выделяется в окружающую среду в другой (тепловой). Так как организм получает извне энергию и выделяет ее, то он является открытой системой.
У гетеротрофных организмов энергия поглощается вместе с веществами (в которых она заключена) в результате питания. Далее в процессе метаболизма (обмена веществ внутри организма) одни вещества расщепляются, а другие синтезируются.
При химических реакциях выделяется энергия (идущая на различные процессы жизнедеятельности) и поглощается энергия (идущая на синтез необходимых органических веществ). Ненужные организму вещества и образовавшаяся тепловая энергия (которую уже нельзя использовать) выделяются в окружающую среду.
Автотрофы (в основном растения) поглощают в качестве энергии световые лучи в определенном диапазоне, а в качестве исходных веществ ими поглощается вода, углекислый газ, различные минеральные соли, кислород. Используя энергию и эти минеральные вещества, растения в результате процесса фотосинтеза осуществляют первичный синтез органических веществ. При этом лучистая энергия сохраняется в химических связях. У растений нет выделительной системы. Однако они выделяют вещества своей поверхностью (газы), сбрасывая листву (удаляются вредные органические и минеральные вещества) и др. Таким образом, растения как живые организмы тоже являются открытыми системами. Они выделяют и поглощают вещества.
Живые организмы живут в характерной для них среде обитания.
При этом, чтобы выжить, они должны приспосабливаться к среде, реагировать не ее изменения, искать пищу и избегать угрозу. В результате в процессе эволюции у животных выработались специальные рецепторы, органы чувств, нервная система, которые позволяют получать из внешней среды информацию, обрабатывать ее и реагировать, т. е. воздействовать на среду. Таким образом, можно сказать, что у организмов происходит обмен информацией с внешней обитания. То есть организм — открытая информационная система.
Растения тоже реагируют на воздействия внешней среды (например, закрывают устьица на солнце, поворачивают листья к свету и др.). У растений, примитивных животных и грибов регуляция осуществляется только химическим путем (гуморальным). У животных, имеющих нервную систему, есть оба способа саморегуляции (нервный и с помощью гормонов).
Одноклеточные организмы также являются открытыми системами. Они питаются и выделяют вещества, реагируют на внешние воздействия. Однако в их организме-системе функции органов по-сути выполняют клеточные органеллы.
Конспект урока по познанию мира «Растение живой организм»
Ход урока:
I. Орг. момент.
Прозвенел уже звонок
Начинается урок
Но сначала повернитесь
И друг другу улыбнитесь
Улыбнитесь мне, гостям
И садитесь по местам!
— Добрый день!
— Приглашаю всех на очередной увлекательный урок. Не забудьте взять с собой
быстроту мысли, находчивость, смекалку и сообразительность.
— А начать наш урок предлагаю с разминки.
II. Разминка «Составление кластера».
— Отгадайте загадку.
«Дышит и растет, а ходить не умеет» (растение)
— Что такое растение?
Растения – это тела живой природы. На Земле встречаются самые различные растения по виду, высоте, возрасту.
— В прошлом году вы узнали, что растения делятся на три группы, чем они отличаются, в чем разница между лиственными и хвойными деревьями.
— Давайте эти знания отразим в кластере. Найдите в конвертах задание №1. Данные вопросы помогут вам при составлении кластера.
(в помощь группам на карточках вопросы) Приложение 1
1 группа Какие три группы растений вы знаете?
2 группа Распределите картинки по группам дерево, кустарник, травы.
3 группа Чем различаются деревья, кустарники, травянистые растения?
4 группа Чем различаются деревья лиственных и хвойных пород?
III. Новая тема.
— Перед вами объекты. Скажите, что объединяет их?
— Верно, это тела природы. Чем отличаются? Верно. Это живая и неживая природа.
— А семя фасоли живое?
— Попробуем доказать, что растение (и даже семя растения) живой организм.
Какие признаки живого организма вы знаете? (растёт, дышит, питается, размножается, развивается).
1. Докажем, что растение растёт и развивается.
(Подготовленные учащиеся раздают группам пророщенные семена фасоли).
— Рассмотрите внимательно то, что лежит на тарелочке. Что это такое? А что с ним произошло?
(Презентация учащихся) Приложение 2
— Давайте предположим, что же вырастит из этих семян?
(предположения групп)
— Проверим ваши предположения. (Просмотр видеоролика «Как прорастает семя»)
Приложение 3
Вывод: Семя – это зародыш растения. В нём есть все органы растения корешок, стебелёк, листочек, будущий цветочек. Значит мы доказали, что растение растет и развивается.
(вывешивается схема)
2.
Работа в группах.
— Давайте вспомним органы цветковых растений и их работу.
— Достаньте из конвертов задание №2.
(Через 2 минуты группы должны ответить на поставленные вопросы)
1. Какую роль в жизни растений играют органы?
2. Какие условия необходимы для жизни растений?
3. Докажем, что растение – питается.
— Мы едим растения и продукты, сделанные из растений. А чем же питаются сами растения?
— Оказывается, растения готовят пищу сами себе. Докажем это.
— Мы отправляемся с вами в виртуальную лабораторию. 1,2,3 группы будут просматривать фрагменты опыта без звука.
— Вы должны внимательно просмотреть опыт и попробовать его прокомментировать, то есть озвучить.
— 4 группа будут экспертами. Вы должны продумать критерии оценивания выступления групп.
1 группа — Видео-опыт 1 Приложение 4
2 группа — Видео-опыт 2 Приложение 5
3 группа — Видео-опыт 3 Приложение 6
(Выступление групп и оценивание их)
Вывод: растение питается.
Существует корневое питание и воздушное питание.
(к схеме добавляется вывод)
4. Докажем, что растение – дышит.
— Проведем опыт. Мы взяли два сосуда с крышками. Один оставили пустым, в другой положили семена фасоли (гороха или др.) и налили слегка воды им. Закрыли плотно крышкой. Поставили сосуды в темное место на 3 дня.
— И вот теперь зажжем лучину/спичку (только с помощью взрослых!). Опустим лучину в первый сосуд. Горит? Да, горит. Значит, сосуд не совсем пустой. Там есть…. Верно, воздух, а именно кислород. Горение происходит только при наличии кислорода.
— Теперь поднесем лучину во второй сосуд. Горит? Нет! Почему? Нет кислорода? А где же он? Семена дышат кислородом, как и все живые существа! И кислорода в сосуде не осталось!
Вывод: растения могут дышать!
(добавляем к схеме вывод)
5. Работа с учебником.
— Стр. 46, прочитайте внимательно статью и в группах определите, какое доказательство мы не привели?
6.
Работа с микроскопом.
(Рассмотреть клетки лука под микроскопом)
Вывод: живые организмы состоят из клеток, в них содержатся все вещества, необходимые для жизни организмов.
(добавить вывод к схеме)
IV. Обобщение.
Общий вывод по кластеру: Действительно, растение является живым организмом. Оно растет, развивается, питается, дышит, состоит из клеток.
V. Рефлексия.
— Возьмите в руки смайлики, которые лежат на ваших столах.
— Теперь дорисуем нос:
! – если вы хорошо поняли тему
? – если вы не совсем хорошо поняли тему и у вас есть вопросы.
— Теперь дорисуем рот:
— урок понравился и вы довольны своей работой,
— я не очень доволен своей работой.
Прочтите о трех характеристиках живых существ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ
Живые существа обладают тремя основными чертами: они растут, потребляют питательные вещества (то есть пищу и воду) и размножаются (то есть производят больше живых существ, подобных себе ).
Неживые существа не растут, не нуждаются в питательных веществах и не размножаются.
Чтобы лучше понять живое и неживое…
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ.
У живых существ есть три основные черты: они растут, потребляют питательные вещества (то есть пищу и воду) и размножаются (то есть создают больше живых существ, подобных себе). Неживые существа не растут, не нуждаются в питательных веществах и не размножаются.
Чтобы лучше понять живое и неживое…
ДАВАЙТЕ РАЗЪЯСНИМ!
Живые существа растут.
Животное, такое как котенок, становится все больше и больше и становится взрослой кошкой. Растение, такое как цветок, начинается с семени и становится все выше и выше. Неживое, как камень, не растет.
Живые существа растут. Животное, такое как котенок, становится все больше и больше и становится взрослой кошкой. Растение, такое как цветок, начинается с семени и становится все выше и выше. Неживое, как камень, не растет.
Живым существам нужна пища и вода.
В науке мы говорим, что они потребляют питательные вещества. Животное, как и котенок, набирает пищу и воду через рот. Растение, как и дерево, получает питательные вещества через корни и листья. Неживое не потребляет питательные вещества.
Живым существам нужна пища и вода. В науке мы говорим, что они поглощают питательные вещества. Животное, как и котенок, набирает пищу и воду через рот. Растение, как и дерево, получает питательные вещества через корни и листья. Неживое не потребляет питательные вещества.
Живые существа размножаются.
Кошка-мать и кошка-папа дадут больше котов. Растения также размножаются. Они начинаются с семени, растут, а затем производят собственные семена. Неживые предметы не размножаются.
Живые существа размножаются. Мать-кошка и отец-кот сделают больше кошек. Растения также размножаются. Они начинаются с семени, растут, а затем производят собственные семена.
Неживые предметы не размножаются.
На Земле много живых существ.
К живым существам относятся котята, рыбы, птицы, насекомые и даже люди. Все они имеют нечто общее: они растут, нуждаются в питательных веществах и размножаются!
На Земле много живых существ. К живым существам относятся котята, рыбы, птицы, насекомые и даже люди. Все они имеют нечто общее: они растут, нуждаются в питательных веществах и размножаются!
Растения тоже живые существа.
Растения живут, потому что они растут, поглощают питательные вещества и размножаются. Деревья, кусты, кактус, цветы и трава являются примерами растений.
Растения тоже живые существа. Растения живут, потому что они растут, поглощают питательные вещества и размножаются. Деревья, кусты, кактус, цветы и трава являются примерами растений.
ЖИЗНЬ ПРОТИВ. НЕЖИВОЙ СЛОВАРЬ
Живой
Организм (животное или растение), который растет, получает питательные вещества и размножается.
Неживой
Объект, который не растет, не потребляет питательные вещества и не размножается.
Питательные вещества
Вещество, обеспечивающее питание для роста и производства энергии.
Размножение
Создание другого организма (животного или растения), подобного первому организму.
Мертвый
Нечто, что когда-то было живым, но больше не живое.
Еда
Вещество, которое живое существо может потреблять для получения энергии и для своего роста.
ВОПРОСЫ О ЖИЗНИ VS. НЕЖИВЫЕ ВЕЩИ
Что мы имеем в виду, когда говорим, что что-то растет?
Когда что-то растет, оно изменяется и обычно становится больше по мере роста.
Что мы подразумеваем под словом «питательные вещества»?
Питательные вещества — это то, что необходимо живым существам для роста, например пища и вода.
Что мы имеем в виду, когда говорим, что что-то воспроизводится?
Когда что-то воспроизводится, оно становится больше.
Например, у млекопитающих рождаются живые детеныши, птицы и рептилии откладывают яйца, а растения производят семена, из которых вырастают новые растения.
Назовите несколько примеров живых существ.
Некоторыми примерами живых существ являются собаки, куры, лягушки, деревья, розы и т. д.
Назовите несколько примеров неживых существ.
Некоторыми примерами неживых предметов являются тарелки, столы, лампы и т. д.
Живой или неживой мертвый таракан?
Нет, мертвый таракан когда-то был живым, но его уже нет. Неживой объект никогда не был живым.
Вернуться к уроку
Растения — загадочные живые организмы
Чудо хранения воды для роста
Ёсихиса Ода
Ассистент,
Департамент биологических наук,
Высшая школа естественных наук
Еще предстоит определить, как на самом деле живут растения.
Растительные клетки выглядят как черви или рисовые зерна.
Они кажутся длинными, тонкими, прозрачными живыми существами, источающими красивые цвета. Некоторые растительные клетки окружены синими нитями, а другие — фиолетовыми нитями. Однако при ближайшем рассмотрении видно, что хотя некоторые клетки либо только фиолетовые, либо синие, некоторые клетки окружены как синими, так и фиолетовыми нитями. Что именно это говорит нам о клетках?
Клетки растений намного крупнее клеток животных. Хотя некоторые различия появляются в зависимости от клеток, клетки тела растений обычно длинные и тонкие (некоторые из них 100 мкм), тогда как средняя длина клеток тела животных составляет 10 мкм. Растения, особенно деревья, обычно крупнее животных. Например, взрослый жираф, самое высокое животное на земле, имеет рост 6 м, но некоторые секвойи в Северной Америке вырастают до 100 м. Хотя они оба являются живыми организмами, в чем причина этой разницы? Ёсихиса Ода, адъюнкт-профессор Лаборатории клеточной биохимии Департамента биологических наук, говорит: «О растениях, таких как цветы, трава или деревья, известно немногое, хотя они всегда были рядом с людьми.
В нашей лаборатории мы работают над выяснением того, как живут растения».
Твердые клеточные стенки и отверстия, проницаемые для воды, существуют бок о бок
Клетки культивируемых растений превращаются в клетки ксилемы:
Синяя волокнистая структура представляет собой цитоскелет, называемый актиновым волокном.
Розовый рисунок — твердая клеточная стенка, характерная для клеток ксилемы.
Как только эта клеточная стенка сформирована, клетка растворяет свое содержимое, и актиновое волокно (клетка в середине) исчезает.
Как деревья могут стоять на земле по мере взросления, даже если у них нет костей, как у животных? Знания о том, как живут растения, могут быть полезны для улучшения сельского хозяйства в будущем и могут помочь в создании лучшей среды для роста растений. Более того, поскольку его лаборатория принадлежит Научной школе, исследования Оды, естественно, также играют роль в научном поиске истины о мире природы.
Мы можем узнать о жизни растений, наблюдая за их клетками. Решающее различие между клетками животных и растений заключается в том, что клетки растений увеличиваются в размерах за счет поглощения воды. Вода может храниться в месте, называемом вакуолью, которое находится в клетке и имеет вид мешочка. Клетки растений также делятся, как и клетки животных. Ода концентрируется на механизмах, которые позволяют растениям расти больше за счет поглощения воды.
Дерево состоит из твердых клеток, называемых клетками ксилемы. Поверхности клеток называются клеточными стенками. Они такие же твердые, как настоящие стены, и они эквивалентны костям животных. Они становятся твердыми и поддерживают дерево. Однако есть элементы, проницаемые для воды в клетках ксилемы; эти элементы соединены между собой в длинные трубки, называемые сосудами ксилемы. Процесс их роста хорошо известен. В то время как в молодых тканях развиваются тонкие клеточные стенки с большими отверстиями, так что клетки могут увеличиваться в размерах, в развитых тканях отверстия становятся меньше, и клетки становятся твердыми.
Старые деревья, которым несколько десятков лет, становятся тверже и крепче по мере накопления в них клеток ксилемы. Тем не менее, вода может доставляться к верхушкам деревьев благодаря сосудам ксилемы, которые позволяют воде проходить через них.
Как образуются клетки ксилемы с отверстиями, когда есть и другие клетки, не имеющие отверстий? Какие клетки ксилемы растут с большими отверстиями и какие гены эффективно работают для этого? Ключом к ответу на эти вопросы является белок, называемый фактором транскрипции, который воспроизводит клетки ксилемы. Группа Оды заметила, что факторы транскрипции превращают нормальные клетки в клетки ксилемы. Поэтому они думали, что могут заставить клетки ксилемы реплицироваться в клетках с помощью факторов транскрипции. Им удалось создать факторы транскрипции путем дозирования животных гормонов на модифицированные гены.
Клетки ксилемы образуют твердые клеточные стенки и водяные отверстия по мере своего роста
Цвета клеток, которые на изображении выглядят как черви, можно наблюдать в процессе образования клеточной стенки ксилемы.
Команда Оды культивирует клетки ксилемы в своей лаборатории. При культивировании клетки распадаются на части; они не образуют каких-либо растительных форм. Однако рост клеток можно четко наблюдать, поскольку деление клеток легко происходит в культуральной жидкости.
При делении клеток растений, в отличие от деления клеток животных, клеточная мембрана и клеточная стенка разделяют каждую клетку на две части. В то время как животная клетка делится на две после сужения в середине, растительная клетка образует клеточную стенку в центре. Кроме того, образуются две клеточные стенки, которые образуют сэндвич-подобную структуру с клеточными мембранами. Затем, с клеточными стенками в центре, образуются две разные клетки.
Когда факторы транскрипции продуцируются путем добавления животных гормонов к этим культивируемым клеткам, клетки ксилемы постоянно образуются одна за другой. Волокнистая форма на фотографии, похожая на синюю нить, представляет собой белковый полимер, называемый актиновым волокном; это своего рода цитоскелет.
Актиновое волокно стимулирует рост клеток ксилемы, в результате чего образуются твердые клеточные стенки. На этом изображении мы видим, что стенки розовых клеток постепенно увеличиваются.
На изображении одна ячейка стала совсем розовой и перемежается черными пробелами. Эти пространства, которые не стали розовыми, станут дырами, впитывающими воду. Цитоскелеты исчезают, когда клетки ксилемы растворяют свое содержимое; они становятся полыми и по ним течет вода. Если клетки ксилемы полностью превращаются в сосуды ксилемы, они умирают как клетки, точно так же, как мертвые клетки в годичных кольцах деревьев и срубленных ветвях. Деревья пропускают через себя воду, и они становятся очень жесткими.
Мы можем менять деревья по своему желанию
Подробности о том, как нормальные клетки превращаются в клетки ксилемы, еще не выяснены. Ода полагает, что твердость клеток можно будет контролировать, а свойства дерева свободно изменяться, если этот механизм будет полностью выяснен.