Сравните клетки животных и растений: Сравните строение клетки животных и клетки растений. Выявите различия.

Содержание

Митохондрии помнят, что они были бактериями – Наука – Коммерсантъ

21K

8 мин.

…

Внутреннюю организацию клетки животных и растений можно сравнить с коммуной, где все равны и каждый выполняет одну, очень специфическую роль, создавая сбалансированный ансамбль. И вот только одна структура, митохондрия, может похвастаться множественностью внутриклеточных функций, которые определяют ее уникальность и обособленность, граничащие с некоторой самодостаточностью.

До сих пор идут споры, существуют ли эукариотические (имеющие ядра) клетки без митохондрий. Пока четко доказанных подтверждений тому нет, считается, что ядерных клеток без митохондрий не существует

Эту структуру открыли в середине XIX века, и в течение 150 лет почти все считали, что ее единственная функция — быть энергетической машиной клетки. Грубо говоря, организм получает питательные вещества, которые после определенной деградации доходят до митохондрии и дальше происходит окислительная деградация питательных веществ, сопряженная с запасанием энергии в виде богатой энергией фосфорной связи в молекуле АТФ. Организм повсеместно использует энергию АТФ, расходуя ее на проведение нервного сигнала, мышечное сокращение, образование тепла, синтез нужных клеточных компонентов, уничтожение ненужных веществ и пр. В сутки в организме человека генерируется АТФ, весом равная весу самого человека, и в основном это заслуга митохондрий. До сих пор идут споры, существуют ли эукариотические (имеющие ядра) клетки без митохондрий. Пока четко доказанных подтверждений тому нет, считается, что ядерных клеток без митохондрий не существует.

Постулат доминирующей в клетке энергетической функции митохондрии как-то оставлял в тени уже давно высказанную и всеми поддерживаемую теорию бактериального происхождения митохондрий. В простой трактовке она выглядит так: около 600 млн лет назад в клетку т. н. гетеротрофов внедряется бактерия, которая умеет утилизировать кислород. Есть точка зрения, что появление внутри клетки нового типа бактерий было вызвано постоянным увеличением в атмосфере Земли кислорода, начавшим поступать из мирового океана в атмосферу около 2,4 млрд лет назад. Высокая окислительная способность кислорода представляла опасность для внутриклеточных органических и неорганических элементов, и появляются бактерии, уничтожающие кислород в присутствии ионов водорода с образованием воды. Таким образом внутри клетки содержание кислорода уменьшается, а с ним и уменьшается вероятность нежелательного окисления клеточных компонентов, что, наверно, полезно для клетки.

Однако попадание в ядерную клетку бактерий давало им и ряд преимуществ, в частности, оно дало им эволюционную нишу с ограниченным объемом и окруженную мембраной. Можно было обеспечить больший запас различных веществ, которые можно «складировать» не внутри ограниченного собственного объема, а снаружи, но в пределах своей «собственности», где они не будут разворованы другими организмами. Это соображение подтверждается в условиях, когда клетка вдруг перестает получать кислород и питательные вещества (например, при прекращении кровотока в участок ткани, что происходит при инфарктах и инсультах). Митохондрия в этих условиях уже не может быть энергетической машиной клетки (производить АТФ без кислорода трудно) и превращается в паразита — она начинает поглощать АТФ для того, чтобы обеспечить генерацию разницы мембранных потенциалов на своей мембране и поддержать свои собственные процессы. Для чего это нужно митохондрии — пока не понятно, но полуавтономный статус митохондрии в клетке тут проявляется особенно заметно — подобное поведение в кризисных условиях выглядит довольно эгоистичным. Не для того ли она производит АТФ в количествах, превышающих нужды клетки, чтобы обеспечить себе «подушку безопасности» в условиях кризиса?

Попадание бактерий во внутриклеточную нишу обеспечивало и защиту от внешних врагов (а основные враги для бактерии — вирусы, то есть фаги). При этом было позволено выпускать сигнальные защитные вещества в ограниченный внутриклеточный объем; когда же бактерии существовали в «океане», выпуск таких сигнальных веществ был нерациональным — они немедленного разбавлялись в нем. Жизнь внутриклеточных бактерий в этой нише дала определенные преимущества: бактерии производят энергию и организуют в своей мембране белок, который выбрасывает в цитоплазму клетки синтезированный АТФ, чем клетка и пользуется. В итоге вроде бы наступает баланс: клетка дает митохондрии питательные субстраты, митохондрия дает клетке энергию,— что укрепляет теорию симбиотического взаимоотношения бактерий (они уже становятся митохондриями) с остальными частями клетки. Основными аргументами, подкрепляющими бактериальное происхождение митохондрий, является большое сходство химического состава бактерий и митохондрий и сходство элементов биоэнергетики. Одним из родоначальников эндосимбиотической теории происхождения митохондрий можно считать русского ботаника Константина Мережковского, который в конце XIX — начале ХХ века предположил, что хлоропласты (структуры растительных клеток, отвечающие за фотосинтез) имеют бактериальное происхождение. Позже аналогичное предположение было сделано и для митохондрий.

Из сказанного видно, что понятие симбиоза и некоторого «эгоистического» поведения митохондрий довольно размыто. Да и идеалистическая картина симбиоза была «омрачена» в самом конце ХХ века открытием, что митохондрии, выпуская сигнальные молекулы, отдающие приказ на уничтожение клетки, отвечают за ее гибель. То есть вроде бы все по пословице «сколько волка ни корми…». Однако надо взглянуть на ситуацию с другой стороны. Нужна ли клеточная смерть организму? Да, но не для всех клеток. Это обязательный процесс для тех клеток, которые постоянно делятся — иначе будет разрастание ткани, которое может быть нежелательным. Принципиально это и для предотвращения и лечения различного опухолеобразования. А вот для тех клеток, которые не очень умеют делиться, например, для нейронов или кардиомиоцитов, смерть не полезна. Если же рассматривать этот вопрос с позиции самих митохондрий, это выглядит как почти неприкрытый шантаж: или ты обеспечиваешь меня всем, что я хочу, или я убью тебя. С позиции же организма, все хорошо, когда митохондрия убивает неправильную клетку, и плохо, если убивает хорошую и нужную.

Основными аргументами, подкрепляющими бактериальное происхождение митохондрий, является большое сходство химического состава бактерий и митохондрий и сходство элементов биоэнергетики

Приведенные выше рассуждения — это явный конфликт эволюционной стратегии и человеческой логики, пытающейся оценить ситуацию с позиции субъекта, внутри которого живут существа, способные из друзей превратиться во врагов. Этот конфликт не мешает исследователям понимать, что митохондрия, хоть она и «помнит», что была бактерией, активно участвует в функционировании клетки; важная роль митохондрий объясняет необходимость предоставления им привилегий. В определенных условиях они превращаются в источник наследуемых или приобретенных заболеваний — в частности, тех, которыми занимается митохондриальная медицина. Таких заболеваний — очень тяжелых и почти не поддающихся лечению — больше сотни. Да и помимо них есть великое множество болезней, предположительно обусловленных неправильным функционированием митохондрий. Существуют теории митохондриального происхождения рака, болезни Паркинсона, Альцгеймера и других — с весьма достойным научным подтверждением.

Сегодня выяснилось, что большинство болезней сопровождается сбоем в работе внутриклеточной машины проверки качества митохондрий, своеобразного ОТК, отбраковывающего плохие митохондрии и отправляющего их на внутриклеточное переваривание (митофагию). Сбой возникает, например, при старении организма, и ОТК пропускает неправильные митохондрии. В результате в клетке начинают сосуществовать хорошие и плохие митохондрии. Когда же доля плохих превышает некоторый порог, наступает т. н. «фенотипическое проявление» болезни, которая до сих пор носила невидимый, латентный характер.

Можно сделать два вывода. Во-первых, без митохондрий ядерные клетки существовать не могут. Во-вторых, чтобы защитить клетку от поражения (чем бы оно ни было вызвано: химией, физикой или просто временем), надо «договориться» с митохондриями, то есть обеспечить им «достойное» существование. Это означает не только постоянную подпитку их активности за счет доставки питательных субстратов и кислорода, но и предоставление им своеобразной медицинской страховки, которая при необходимости обеспечит восстановление их структуры и функций и/или правильную утилизацию поврежденных митохондрий. Отсутствие утилизации поврежденных митохондриальных структур может привести к «заражению» здоровых структур, что непременно повлечет за собой заболевание.

Сейчас трансплантация органов стала вполне рутинной процедурой, хотя все еще сложной и дорогостоящей. Развивается и клеточная терапия, то есть пересадка стволовых клеток. А вот о возможности пересадки здоровых митохондрий говорить только начинают. Проблем много, но ключевая роль митохондрий в жизнедеятельности клетки стоит того, чтобы их решить. Часто достаточно вылечить митохондрии — и вылечится клетка. Недавно для лечения последствий инсульта головного мозга оказалось достаточным обеспечить должное функционирование митохондрий почек. То есть налицо «разговоры» (по-английски это звучит более научно — cross-talk) между органами, и почка со своими митохондриями помогает восстановлению головного мозга.

На каком языке «общаются» органы, еще предстоит выяснить,— пока предполагают химический язык общения. Хорошая и здоровая почка со своими здоровыми митохондриями вырабатывает и посылает в кровь эритропоэтин (тот самый, приемом которого увлекались спортсмены и который не только стимулирует выработку эритроцитов, но и мобилизует общий метаболизм, что повышает выносливость). Эритропоэтин обладает сильными нейрозащитными свойствами. Стоит повредить почку, скажем, неумеренным приемом антибиотиков (антибиотики убивают и митохондрии, потому что они — бывшие бактерии), и последствия инсульта головного мозга становятся более драматическими. Так на базе фундаментальных открытий начинает просматриваться стратегия лечения болезней.

Есть великое множество болезней, предположительно обусловленных неправильным функционированием митохондрий

Возьмем, к примеру, сепсис — бактериальную инфекцию, одну из ведущих причин человеческой смертности. Сейчас уже можно — правда, пока шепотом — говорить и о «митохондриальном сепсисе», когда в кровь попадают компоненты митохондрий. Это не менее опасно, чем бактериальный сепсис, так как приводит к гиперактивации иммунного ответа (так называемый синдром системного воспаления, SIRS) и возможной гибели организма.

Как уже было упомянуто, естественными врагами бактерий являются вирусы. Это также верно и для митохондрий. Недавно открытая бактериальная система защиты от вирусов CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats), имеющая все признаки элементарно организованной иммунной системы, заставила задуматься: нет ли иммунной системы у митохондрий? У бактерий эта иммунная система устроена следующим образом: в бактериальном геноме (структурно очень похожем на митохондриальный) располагаются своего рода библиотеки, или антивирусные базы данных — куски генов тех вирусов, с которыми эта бактерия когда-либо встречалась. При считывании информации с этих участков синтезируются так называемые малые РНК. Эти РНК связываются с внедрившимися в бактерию вирусными нуклеиновыми кислотами, а затем такой комплекс расщепляется внутрибактериальными ферментами с нейтрализацией вируса. В чистом виде подобных структур в митохондриальном геноме обнаружено не было, кроме одного-единственного случая, описанного еще на заре исследования CRISPR-системы. Однако мы обнаружили отдельные случаи включения вирусных последовательностей в митохондриальный геном (вирусов гепатита B и гриппа), хотя и довольно редкие для того, чтобы говорить о системе. С другой стороны, наибольшее количество различных структур в геноме мы обнаружили в митохондриях растений, чей геном в разы больше митохондриального генома животных. Это особенно любопытно, учитывая, что растения в целом гораздо больше полагаются на противовирусную защиту на основе интерферирующих РНК, чем животные, поскольку не обладают особыми иммунными клетками, свободно перемещающимися по организму в кровотоке. Кроме того, не стоит забывать, что митохондрии делегируют значительную часть функций клетке, включая передачу части своего генетического материала в клеточное ядро, оставляя себе только «контрольный пакет акций», обеспечивающий их контроль над ключевыми функциями. Вполне возможно, что подобные клеточные библиотеки также были переданы в ядро — явление передачи малых РНК из цитоплазмы внутрь митохондрий известно. А значит, среди них могут быть и иммунные РНК. С другой стороны, возможно, что митохондрии полностью передали функции защиты клетке, довольствуясь возможностью убить клетку, которая их плохо защищает.

Приняв тезис «митохондрии помнят, что они были бактериями», мы можем поменять многое в стратегии базового научного мышления и практической медицинской деятельности, так или иначе связанных с митохондриями. А учитывая количество функций, выполняемых митохондриями в клетке, это большая часть всех биомедицинских задач: от рака до нейродегенеративных заболеваний.

Проблем много, но ключевая роль митохондрий в жизнедеятельности клетки стоит того, чтобы их решить. Часто достаточно вылечить митохондрии — и вылечится клетка

Дмитрий Зоров, доктор биологических наук, МГУ им. М.В. Ломоносова

Как клетки понимают, что одни должны стать волосами, другие костями, третьи мозгами и т. п.? И из какого центра подается команда?

Этот вопрос — совсем не детский. Это на самом деле не один, а несколько вопросов, и они затрагивают все самые главные проблемы, решением которых занимается большая, очень сложная и быстро развивающаяся наука — биология развития. Хорошо и подробно ответить на эти вопросы в нескольких словах просто невозможно. Ответы на них содержатся в больших и толстых книгах и в тысячах научных статей. Многое в этой науке до сих пор остается неясным, и новые открытия совершаются чуть ли не каждый день.

Но некоторые общие принципы можно попытаться объяснить.

Начнем с «единого центра», без которого «возникнет хаос». Удивительно, но это не так. Множество делящихся клеток может вести себя вполне осмысленно и формировать сложные структуры, даже если у них нет единого управляющего центра. Такие процессы называют «самоорганизацией». К сожалению, человеческий разум так устроен, что ему ужасно трудно понять подобные процессы. Когда мы сталкиваемся с примерами самоорганизации, нам всегда это кажется каким-то необъяснимым чудом. Например, как из беспорядочно движущихся молекул водяного пара образуются красивые ледяные узоры на стекле или снежинки? Где хранится «программа создания снежинки» или ее «чертеж»? Чертежа нет нигде, а вот программа — существует, это те физические свойства молекулы воды, от которых зависит образование ледяных кристаллов.

Но вернемся к комочку клеток — крошечному зародышу, который образовался из яйцеклетки в результате нескольких первых делений. Каждая клетка зародыша имеет один и тот же геном (набор генов). Геном определяет все свойства клетки, это ее «программа поведения». Программа у всех клеток зародыша одинаковая. Однако вскоре клетки начинают вести себя по-разному: одни превращаются в клетки кожи, другие — в клетки кишечника, и так далее. Это происходит благодаря тому, что клетки обмениваются информацией — посылают друг другу химические сигналы и меняют свое поведение в зависимости от того, какие сигналы они получили от соседей. Сигналы могут быть и физическими: клетки могут «чувствовать» своих соседей, куда они ее тянут или толкают. Кроме того, кое-какие сигналы приходят и из внешнего мира. Например, клетки зародышей у растений чувствуют земное притяжение и принимают его в расчет, когда решают, как им себя вести. Например, те клетки, у которых клетки-соседи есть только сверху, начинают превращаться в корень, а те, у которых соседи только снизу, — в стебель. Наконец, яйцеклетка может с самого начала иметь простенькую «разметку»: один ее полюс может отличаться от другого по концентрации каких-нибудь веществ.

Программа поведения у всех клеток изначально одна и та же, но она может быть довольно сложной и состоять из нескольких отдельных наборов правил. То, какой из наборов правил данная клетка будет выполнять, зависит от получаемых клеткой сигналов. Каждое отдельное «правило» выглядит примерно так: «если выполняются такие-то условия, сделай такое-то действие». Основные действия, которые делают клетки, — это включение или выключение определенных генов. Включение или выключение гена меняет свойства клетки, и она начинает по-другому себя вести, по-другому реагировать на сигналы.

Как же получается, что клетки, имеющие одинаковую программу поведения и находящиеся, казалось бы, в одинаковых условиях, всё-таки ведут себя по-разному? Дело в том, что клетки зародыша на самом деле находятся в разных условиях — это просто само собой так происходит в процессе деления клеток. Кто-то оказался внутри, кто-то снаружи, кто-то снизу, кто-то сверху, в ком-то концентрация вещества А высокая (потому что данная клетка сформировалась из той части яйцеклетки, где этого вещества было много), а в ком-то вещества А мало.

Еще у клеток может быть «счетчик делений», который сообщает им, сколько раз яйцеклетка уже поделилась. Этот счетчик тоже химический: в яйцеклетке изначально были определенные вещества, запас которых не пополняется во время развития зародыша, и по тому, сколько в клетке осталось этих веществ, можно понять, сколько делений прошло с момента начала развития.

Программа поведения клетки может содержать, например, такие команды:

«Если ты снаружи,
и если концентрация вещества А в тебе такая-то (находится в таких-то пределах),
и если концентрация вещества Б вокруг тебя равна нулю,
и если с момента начала развития прошло уже 10 делений,
то начни выделять вещество Б».

К чему приведет выполнение такой команды? Оно приведет к тому, что на поверхности зародыша в определенный момент (после десяти делений) появится одна-единственная клетка, выделяющая вещество Б. Она будет расположена на строго определенном расстоянии от одного из полюсов зародыша, потому что в нашем примере вещество А служило для изначальной разметки яйцеклетки. Следовательно, по концентрации вещества А клетка может определить, на каком расстоянии от полюсов зародыша она находится. Почему такая клетка, выделяющая вещество Б, будет только одна? А потому, что была инструкция: «Если концентрация вещества Б вокруг тебя равна нулю». Как только первая клетка, в которой выполнятся поставленные условия, начнет выделять вещество Б, концентрация этого вещества перестанет быть равна нулю, и поэтому другие клетки не начнут его выделять.

А что будет, если мы уберем из программы инструкцию «Если концентрация вещества Б вокруг тебя равна нулю»? Тогда вещество Б начнет выделяться не одной-единственной клеткой, а целой полоской клеток, опоясывающей зародыш на определенном расстоянии от полюсов. Ширина пояска и его положение (ближе или дальше от того полюса, где концентрация А максимальна) будут зависеть от того, какие концентрации вещества А указаны в инструкции «Если концентрация вещества А в тебе такая-то».

Теперь наш зародыш размечен уже гораздо сложнее и интереснее, чем раньше. У него есть «передняя часть», в которой много А, а концентрация Б растет спереди назад; у него есть центральный поясок, где максимальна концентрация Б; и у него есть задняя часть, где мало А и где концентрация Б убывает спереди назад. Наш зародыш подразделился на резко отграниченные друг от друга части, в которых клетки находятся в разных условиях и поэтому будут выполнять разные подпрограммы своей исходной общей программы.

Мы подразделили зародыш на передний, средний и задний отделы. Они могут стать, например, головой, туловищем и хвостом. Но хотелось бы еще понять, где у него будет спина, а где живот. Как это сделать? А очень просто, мы уже это проходили. Нужна инструкция, приводящая к появлению только одной клетки или маленькой группы клеток, выделяющих какое-нибудь вещество (например, В) на любом «боку» зародыша, где-нибудь посередине между головой и хвостом. И пусть это вещество В запустит программу роста красивого зеленого спинного гребня там, где его много, и программу формирования мягкого розового животика там, где его мало.

Когда зародыш уже так хорошо и подробно «размечен», каждая группа клеток может без труда определить, где она находится, и активизировать заготовленную на этот случай подпрограмму (набор правил поведения).

В ходе развития зародыша действительно то тут, то там появляются особые «управляющие центры» — группы клеток, выделяющие то или иное вещество, которое служит для других клеток сигналом и влияет на их поведение. Но при этом все клетки по-прежнему ведут себя в строгом соответствии с изначальной генетической программой, которая у всех одна и та же. Управляющие центры возникают сами, путем самоорганизации, никто их нарочно туда не вставляет. И никакого «единого централизованного руководства», тем более осмысленного, разумного, для этого не требуется.

В развитии настоящих животных всё сложнее, чем в нашем воображаемом примере, но, как ни странно, ненамного. Например, у большинства животных для «продольной разметки» зародыша используется около десятка сигнальных веществ (в нашем примере мы обошлись двумя — А и Б). За производство этих веществ отвечает особая группа генов — так называемые «хокс-гены». А для разделения зародыша на ткани (нервную, мышечную, эпителиальную и т. д.) используется еще три десятка других сигнальных веществ — они называются микроРНК. Но это — только самые главные регуляторы развития, а есть еще очень много вспомогательных, и ученые пока еще не выяснили все их свойства и функции.

Сигнальные вещества, управляющие поведением клеток зародыша, очень могущественны. Например, если отрезать головастику хвост и капнуть на рану одно из этих веществ, то вместо нового хвоста у головастика вырастет пучок маленьких ножек. Такие жестокие эксперименты проводились в начале XX века. Потом за дело взялись генетики, которые научились менять работу генов в отдельных частях зародыша. В том числе и тех генов, которые производят вещества — регуляторы развития. Одно из самых интересных открытий генетиков состоит в том, что гены, управляющие развитием, оказались очень похожими у всех животных. Их даже можно пересаживать от одного животного к другому, и они будут работать. Например, если взять мышиный ген, который включает подпрограмму образования глаза у мыши, и заставить его работать в зачатке ноги у мухи, то на мушиной ноге начинает формироваться глаз. Правда, не мышиный глаз, а мушиный.

Итак, мы поняли, что в геноме нет «чертежа» взрослого организма, а есть только программа поведения отдельной клетки. Взрослый организм «самоорганизуется» просто за счет того, что каждая клетка строго следует одной и той же программе поведения. Математики говорят, что закодировать в геноме чертеж взрослого животного было бы намного сложнее, чем такую программу. Эта программа, как ни странно, сама по себе гораздо проще, чем получающийся в результате организм. А еще, если бы наше развитие шло не путем самоорганизации на основе программы, а по чертежу, нам было бы гораздо труднее эволюционировать.

Лет сто назад, когда ученые еще не знали законов развития эмбриона, многое в эволюции казалось им непонятным. Например, некоторые ученые удивлялись, как могут в процессе эволюции удлиниться все четыре ноги одновременно — ведь для этого, рассуждали они, нужно, чтобы мутации одновременно изменили длину сразу всех четырех ног! Действительно, если бы в геноме был записан чертеж взрослого организма, то потребовалось бы внести в этот чертеж целых четыре поправки, чтобы увеличить длину четырех ног. Теперь-то мы знаем, что развитие идет по программе, в которую достаточно внести всего одно изменение, чтобы длина всех четырех конечностей изменилась, причем изменилась одинаково.

Ответил: Александр Марков

Сравнение растительных и животных клеток

В этом уроке Мередит Уильямс, Boxlight MimioMaster, рассказывает, как она использовала MyStemKits Cells: Plant Kit и Cells: Animal Kit , чтобы помочь своим ученикам повторить ключевые концепции.

Сравнение растительных и животных клеток

Поставки STEM:

MyStemKits Клетки: Набор для животных
MyStemKits Клетки: набор растений

9Карточки 0027: один набор с изображением органеллы, один набор с изображением функции

Уровень класса: 8

Цели: Учащиеся будут —

Сравнивать сходство между органеллами клеток животных и клеток растений
Определите различные функции органелл животных и растительных клеток

Сроки: одно занятие

Расходные материалы на группу из 3–4 учащихся

Набор ячеек и функциональных карточек
Набор напечатанных на 3D-принтере клеток животных, растительных клеток

*Для описания этих наборов ячейки посмотрите видео:

Описание урока

Этот Сравнение ячейки для животных и растений выровнен:

SC.6.L.14.4444. Сравните и сопоставьте структуру и функции основных органелл растительных и животных клеток, включая клеточную стенку, клеточную мембрану, ядро, цитоплазму, хлоропласты, митохондрии и вакуоли.
См. также Научные стандарты следующего поколения ( NGSS ) MS-LS1 От молекул к организмам: структуры и процессы

Студенты были организованы в небольшие группы. Группы должны были посетить две станции и выполнить задание на каждой. Станция 1 представляла собой сортировку карточек, в которой учащиеся работали вместе, чтобы сопоставить органеллу с определенной функцией. Станция 2 была сосредоточена на создании и сравнении растительных и животных клеток с использованием 3D-печатных материалов. Наряду с выполнением каждой задачи на станции студенты должны были использовать информацию, полученную на станции, для заполнения лабораторных листов.

Результаты и отзывы

Выполнив задание по сортировке карточек и идентификации клеток с использованием материалов, напечатанных на 3D-принтере, студенты смогли визуализировать органеллы и увидеть, как они взаимодействуют, чтобы клетка оставалась живой, аналогично тому, что происходит с нашими органами. делать в наших телах.

3D-печатные материалы пользовались огромным успехом у всех студентов! Они стремились строить клетки, работая вместе, чтобы выполнить задание. Пока я ходил по комнате, я слышал, как многие студенты говорили: «Это так круто!», «Подождите… это то, что внутри нас? Ух ты!» Это было удивительно!

Как правило, учащимся может быть трудно понять клетки, потому что это не тот объект, который каждый может легко увидеть. Чтобы полностью понять, что клетки являются основой жизни, этот крошечный объект представляет собой сложную концепцию. Наборы ячеек MyStemKits дают учащимся интерактивный практический опыт, который помогает закрепить эти концепции. В то время как учащиеся могли рассматривать клетки под микроскопом, наличие предметов, которые можно брать, внимательно рассматривать и анализировать, расширяет опыт.

В целом, этот урок удался всем участникам.

Об авторе: Мередит Уильямс, учитель естественных наук 8-го класса в средней школе Freedom (Орландо, Флорида), специализируется на интеграции решений MimioSTEM в преподавание естественных наук. Чтобы побудить своих учеников к критическому и творческому осмыслению проблем посредством научных исследований, Уильямс использует различные манипуляторы, напечатанные на 3D-принтере, чтобы у ее учеников было что-то практическое, чтобы наблюдать, анализировать и формировать идеи. Уильямс также регулярно внедряет и предоставляет отзывы об уроках и занятиях MyStemKits, которые она использует вместе со своим 3D-принтером.

Чтобы получить бесплатную пробную версию отмеченной наградами платформы для уроков MyStemKits, перейдите по ссылке mimio.boxlight.com/mystemkits.

Сравнение простой структуры клеток растений и животных

Кэтрин Колб
Общественная школа Восточного Вефиля
Сидар, Миннесота
Используя оригинальные задания из учебника Harcourt, Living Things, Unit A and B, Lesson 1, «Что такое клетки?», Delta Science Module, Small Things and Microscopes, а также оригинальные компоненты урока.

Профиль автора

Резюме

Учащиеся проведут научное исследование, используя коллекцию примеров простых животных и растительных клеток и наблюдая, чтобы сравнить их характеристики. Они создают модель клетки, чтобы начать изучение основных частей клетки. Они наблюдают различные образцы частей клеток растений и животных с иллюстраций и используют микроскопы для наблюдения за реальными клетками растений и животных. Они собирают данные о частях / характеристиках клеток растений и животных из модели, иллюстраций и своих наблюдений за клетками с помощью микроскопов. Они создают рисунок или модель, показывающую простую клетку растения или животного с указанием частей клетки, которые будут использоваться для оценки. Это занятие следует за уроками с использованием микроскопов и приводит к урокам о потребностях живых существ. Это упражнение хорошо подходит для того, чтобы представить или усилить использование научных журналов.

Цели обучения

Учащийся будет использовать направленное научное наблюдение с использованием коллекции моделей, визуального материала и предметных стекол микроскопа для определения следующих частей клеток растений или животных: клеточной мембраны, цитоплазмы, ядра, клеточной стенки, хлоропластов, митохондрий и вакуолей.

Учащиеся будут использовать управляемое структурированное научное исследование для сбора и записи данных о частях/характеристиках животных и растительных клеток, а затем рисовать или создавать модель простой растительной или животной клетки, правильно обозначая части.
Учащийся будет использовать журнал для записи наблюдений и рисунков по мере сбора данных.
Учащиеся продемонстрируют свое понимание частей/характеристик клеток растений и животных, идентифицируя рисунки/модели клеток своих одноклассников как растения или животного.

Контекст для использования

Это задание используется в автономном классе четвертого класса. Необходим доступ к набору микроскопов в классе, достаточно мощных для наблюдения за клеточной структурой. Лучше иметь по микроскопу на каждых двух учеников, а учащиеся должны закончить уроки и уметь пользоваться микроскопом. Информация о том, как построить клеточную модель и использовать микроскопы, необходима для справки учителю. У вас должен быть набор коммерчески подготовленных или приготовленных учителем предметных стекол для микроскопа, на которых показаны различные виды клеток, а также изображения или иллюстрации клеток. Студенты должны иметь опыт использования микроскопов и ведения журнала. Это займет дополнительное время, но это может быть хорошим занятием для знакомства с ведением дневника, если они не вели его раньше. Это занятие займет около пяти 45-минутных сеансов, но может продолжаться и дольше.

Предмет : Биология
Тип ресурса : Виды деятельности: Лабораторные работы, Работа в классе
Уровень : Средний (3-5)

Описание и учебные материалы

Учащиеся начинают исследование, сравнивая клетки, используя учебник Harcourt, Living Things Unit A and B, Lesson 1, «Что такое клетки?» Этот урок начинается с создания вопроса (вопросов) для использования в исследовании, которое приводит к тому, что учащиеся создают модель клетки. В этом упражнении создается модель с использованием желатиновой формы/цитоплазмы, шарика/ядра из солодового молока, изюма/митохондрий и желатиновых конфет/вакуолей. Они должны нарисовать и описать свою клетку в дневнике. Они решают, как собирать и систематизировать свои данные для дальнейших исследований.

Используя микроскопы, учащиеся подготовят и рассмотрят слой луковой шелухи толщиной с бумагу и найдут части клеток. Я использую Упражнение 7 из Модуля Delta Science, Мелкие вещи и микроскопы, на страницах 43-48. Вы должны проверить каждую пару микроскопов учащихся, чтобы убедиться, что они на самом деле правильно сфокусировались. Спросите их, какие части они могут видеть и как они узнают, что это именно эта часть. Если у одной пары есть хороший пример, попросите остальных проверить его. Используя заметки или рисунки, попросите их записывать наблюдения в свои журналы.

После того, как у них будет время посмотреть на свой слайд и записать свои наблюдения, обсудите полученные результаты вместе с классом. Предложите им посмотреть в микроскопы друг друга, чтобы увидеть, как они выглядят по сравнению со своими. Вы можете попросить нескольких человек нарисовать свою ячейку на прозрачном пленке или на доске, чтобы помочь в групповом обсуждении. Во время группового обсуждения вы должны нарисовать модель, чтобы они могли скопировать ее в свои журналы, а также убедиться, что у них есть все части и что они правильно подписаны. Вы также должны предоставить диаграмму, которую они могут вклеить в свои журналы.

Выполните ту же процедуру, используя клетки, которые учащиеся соскоблили с внутренней стороны щеки (осторожно соскоблите клетки плоской зубочисткой). Я использую Упражнение 9 из Модуля Delta Science, Мелкие вещи и микроскопы, на страницах 55-60. Предоставьте учащимся коллекцию иллюстраций и слайдов с изображением клеток растений и животных и/или видеороликов, чтобы они могли закрепить понимание того, что клетки состоят из сходных частей.

В качестве заключительного задания используйте Т-образную диаграмму или диаграмму Венна и предложите учащимся классифицировать части клеток растений и животных. Это можно делать всем классом, в малых группах или индивидуально. Если вы делаете это в небольшой группе или индивидуально, важно, чтобы вы выполняли одно задание вместе с классом, чтобы убедиться, что у каждого есть точная таблица или диаграмма. Это можно сделать на диапозитиве, белой доске, диаграммной бумаге и т. д., чтобы смоделировать правильную информацию. Вы также можете предоставить им рабочий лист для маркировки деталей.

Учебные заметки и советы

Мы используем учебник Harcourt Science, модули A и B по естественным наукам (авторское право 2005 г.). Перед этим уроком учащиеся должны были попрактиковаться в использовании микроскопов и понять назначение микроскопов. Вам понадобится ресурс с инструкциями по подготовке слайдов и использованию микроскопа. Я использую модуль Delta Science, мелкие предметы и микроскопы. Подготовьте заранее несколько слайдов на случай, если некоторые учащиеся не смогут подготовить свои слайды — наблюдение — самая важная часть. Вам необходимо определить четкие правила передвижения по классу, если у вас есть микроскопы на студенческих столах. Важно, чтобы вы предоставили точные диаграммы, которые должны быть включены в дневники учащихся, поскольку четвероклассники имеют разную степень навыков в рисовании диаграмм. Это помогает, если у вас есть коллекция изображений, слайдов и/или видео, которые показывают разные ячейки, но действие будет работать, если вы пропустите это. Метод использования рисунков моделей учащихся как части оценивания отличается тем, что вы используете их не только как индивидуальную оценку, но и как элементы/примеры для бумажно-карандашного теста. Я использовал «Атлас научной грамотности», том I, и «Эталонные показатели научной грамотности», опубликованные Американским обществом содействия развитию науки, проект 2061, в качестве основы для целей и концепций обучения. Эти ресурсы должны быть в каждом районе!

Оценка

В качестве оценивания после урока каждый учащийся самостоятельно создаст модель или рисунок клетки растения или животного, правильно пометив все части. На обороте рисунка или на листе бумаги под моделью должны указать, растительная это клетка или животная. Если это должно действовать как оценка, модель или рисунок должны быть выполнены в классе в течение учебного периода. Они должны использовать информацию в своих журналах. Если вы решите иметь модели в качестве опции, вам потребуются доступные материалы.

После того, как вы проверили отдельные ячейки с помощью контрольного списка, пусть каждый учащийся положит свой рисунок или модель на парту. Наклейте на каждый стол стикер с буквой алфавита. Дайте каждому учащемуся рабочий лист, на котором написаны буквы. Пусть они переходят от стола к столу, записывая каждую букву на своем рабочем листе, если это клетка растения или животного (они должны переходить к каждому столу по вашему сигналу, чтобы он оставался организованным). После того, как они вернутся за свои парты, вместе проверьте листы в классе, чтобы увидеть, сколько из них они правильно определили. Это может быть включено в вашу оценку, и, как ученые, они также могут видеть чертежи/модели каждого.