Тема: Приспособленность организмов к разным средам обитания.
Биохимические закономерности адаптации человеческого организма.
Цели: расширить и углубить знания о среде обитания организмов и адаптации растений, животных; сформировать понятия об экологических факторах.; выявление сущности и значимости влияния космических факторов на живые организмы;
Задачи: раскрыть особенности экологических факторов, рассмотреть их влияние на живые организмы, сформировать знания о многообразии адаптаций организмов к условиям окружающей среды; рассмотреть биохимические адаптации человеческого организма к космическим полетам на примере полета В.Терешковой.
Оборудование: компьютерные презентации, задания для самостоятельной работы.
Основные понятия: среда обитания, экологические факторы ( абиотические, биотические, антропогенные), адаптация, лимитирующие факторы, космическая медицина.
Предварительная подготовка: дать опережающее задание – подобрать соответствующий материал к отдельным вопросам новой темы.
Тип: Урок ознакомления с новым материалом.
Продолжительность урока :1час 30минут
Ход урока:
“Органическая жизнь только там и возможна, где имеется свободный доступ космической радиации, ибо жить – это значит пропускать сквозь себя поток космической энергии в кинетической её форме”.
А. Л. Чижевский
1.Определение понятий.
Вводная беседа о таких понятиях как среда обитания, адаптация, экологические факторы.
Среда обитания – все то, что окружает живое существо в природе.
Экологические факторы подразделяются на три основные группы- абиотические, биотические и антропогенные.
Лимитирующие факторы— это факторы, сдерживающие развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностями.
Адаптация – это приспособление организма к определенным условиям среды, которое достигается за счет комплекса признаков – морфологических, физиологических, поведенческих. В результате адаптаций возникают организмы, приспособленные к различным условиям среды. Адаптациями объясняется различный состав экосистем разных экологических условий.
В эволюции крупных таксонов адаптация к лимитирующим факторам определяла наиболее крупные изменения морфологии и физиологии. Так выход позвоночных животных на сушу был невозможен без преодоления двух лимитирующих факторов – малой плотности среды и низкой влажности. В результате произошла замена «парящей» локомоции на развитие конечностей рычажного типа, способных обеспечить поступательное движение (возникновение «четвероногих») и активный полет птиц.
При выходе растений на сушу эти же лимитирующие факторы привели к возникновению высших растений. В условиях воздушной среды (исключая ту часть растений, которая сохранила связь с водной средой обитания) растения должны были решить комплекс адаптационных задач:
– не засохнуть (развить проводящую систему, корневую систему, покровные ткани с устьицами);
– не упасть (развить механические ткани, способные противостоять гравитационной силе и ветру);
– не умереть с голоду (сформировать мощную листовую поверхность для фотосинтеза и увеличивать всасывание корнями элементов минерального питания за счет симбиоза с грибами и бактериями);
– обеспечить условия для размножения – сформировать защищенные от высыхания органы бесполого и полового размножения – многоклеточные спорангии и гаметангии.
Как высшая форма адаптации к жизни в условиях наземной среды возникли семенные растения с «маленьким шедевром эволюции» – семенем и объединением спорофита и гаметофита в единый организм.
Адаптации животных к переживанию неблагоприятных условий в целом более разнообразны, чем у растений. Их можно свести к трем основным направлениям:
– уход от неблагоприятных условий (миграция птиц, кочевка оленей и других копытных в поисках корма, зарывание в песок, почву или снег и др.);
– переход в состояние анабиоза – резкого снижения активности процессов жизнедеятельности (покоящиеся стадии у беспозвоночных животных, прекращение активности рептилий при низких температурах, зимняя спячка млекопитающих и др.);
– развитие приспособлений для жизни в неблагоприятных условиях (шерстный покров и подкожный жир у животных в условиях холодного климата, экономное использование воды у пустынных животных и т.д.).
2.Приспособленность организмов к окружающей среде.
В результате естественного отбора сохраняются особи с полезными для них признаками. Эти признаки обуславливают приспособленность организмов к тем условиям, в которых они живут. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров.
1). Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности.
2). У животных приспособительной является форма тела.
3). У животных ведущих скрытый, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды – маскировка.
4). Часто у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая. Такая форма приспособления называется предупреждающая окраска.
5). Мимикрия – это подражание менее защищённого организма одного вида более защищённому организму другого вида
6). Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение.
Вывод:
1.Общая приспособленность организмов к условиям среды складывается из множества отдельных адаптаций самого разного масштаба.
2.Все приспособления возникают в ходе эволюции в результате естественного отбора.
3.Любое приспособление относительно.
3.Выполнение лабораторной работы “Приспособленность организмов
к среде обитания и её относительный характер” (приложение-1)
- Биохимические закономерности адаптации человеческого организма.
1).Полет в космос В.В.Терешковой.
16 июня 1963-го года весь мир узнал, что Советский Союз отправил на орбиту космический корабль «Восток-6» с первой женщиной на борту. За потоком поздравлений и напыщенных фраз совершенно затерялось множество подробностей и интересных фактов, сопровождавших путь Валентины Терешковой к мировой популярности.
(Приложение 2. Сообщение студента о космическом полете Валентины Терешковой. Презентация)
В Москву Валентина Терешкова вернулась героем. И не только для своей страны — для всего мира. Первая женщина-космонавт. Она ещё и единственная женщина, которая совершила одиночный полет в космос. После неё, все другие представительницы слабого пола, для которых она открыла звезды, летали в составе экипажей.
Валентина Владимировна пробыла в космосе почти трое суток и вернулась героем ― не только для своей страны, для всего мира. Полет Терешковой повлиял не просто на стремление женщин из разных стран в космос, но и на интерес всего мира к России. Не случайно первую женщину-космонавта, героя Советского Союза поздравляли ученые и дипломаты из разных стран в Австрии, в Венском штабе ООН. 14 июня с Терешковой и с другими выдающимися деятелями советской и российской космонавтики встретился президент России Владимир Путин.
2).Влияние космоса на живые организмы.
При полете в космическое пространство живые организмы сталкиваются с целым рядом условий и факторов, резко отличных по своим свойствам от условий и факторов биосферы Земли. Факторы космического полета, которые способны оказать влияние на живые организмы, делят на три группы.
К первой относятся факторы, связанные с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучение воздействия их на живые организмы — важная задача космической биологии.
Ко второй группе относятся факторы космического пространства. Космическое пространство характеризуется многими особенностями и свойствами, которые не совместимы с требованиями земных организмов к условиям окружающей среды. Это прежде всего почти полное отсутствие газов, входящих в состав атмосферы, в том числе молекулярного кислорода, высокая интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучения, ослепляющая яркость видимого света Солнца, губительные дозы ионизирующих (проникающих) излучений (космические лучи и гамма-кванты, рентгеновское излучение и др.), своеобразие теплового режима в условиях космоса и т. д. Космическая биология изучает влияние всех этих факторов, их комплексное воздействие на живые организмы и способы защиты от них.
К третьей группе относятся факторы, связанные с изоляцией организмов в искусственных условиях космического корабля. Полет в космическое пространство неизбежно связан с более или менее длительной изоляцией организмов в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей.
3).8 фактов о жизни В.В.Терешковой.
(Приложение-3. Сообщение студента.)
4).Кровообращение в космосе
(Приложение-4 Сообщение студента)
5).Заключение.
Биохимические и физиологические механизмы адаптации к физическим нагрузкам сформировались в ходе длительной эволюции животного мира и зафиксированы в структуре ДНК. Поэтому у каждого человека имеются врожденные механизмы адаптации, унаследованные от родителей. Такая врожденная адаптация называется генотипической.
Таким образом, организм изначально обладает способностью адаптироваться к выполнению физической нагрузки и другим перегрузкам.
Структурно-функциональная перестройка организма, обеспечивающая адаптацию к физической работе, перегрузкам включает разнообразные процессы, касающиеся всех уровней организации организма, начиная от химических реакций и кончая высшей нервной деятельностью.
После длительных полётов у космонавтов происходит снижение общей иммунологической реактивности организма, что проявляется: — уменьшением содержания в крови и реактивности Т-лимфоцитов. Эти изменения могут способствовать повышению вероятности развития аутоиммунных заболеваний, а также заболеваний бактериальной, вирусной и аллергической природы. Изменения иммунологических реакций и устойчивости к инфекциям сопровождаются возрастанием восприимчивости к заболеваниям, что может привести к возникновению критической ситуации во время полета. В кратковременных полетах значительных изменений со стороны иммунологической реактивности не отмечалось.
Невесомость влияет на баланс жидкости в организме, обмен белков, жиров, углеводов, минеральный обмен, а также на некоторые эндокринные функции. Наблюдаются потери воды, электролитов (в частности, калия, натрия), хлоридов и другие изменения в обмене веществ.
4.Итог урока.
Закрепление по теме урока, составление таблицы:
| Космический фактор | Воздействие на живые организмы | |
| положительное | отрицательное | |
Рефлексия:
- Узнали ли вы на уроке что-то новое для себя? (оцените по 5-балльной системе)
2. Какие факты вызвали наибольший интерес?
3. Как, по-вашему, имеет ли полученная информация практическое значение?
Вывод:
Наряду с общей приспособленностью, зависящей от генотипа в целом и измеряемой выживаемостью и успехом в размножении, в процессе эволюции возникают приспособления, или адаптации, для решения организмом экологических задач, предъявляемых средой обитания.
Приложение 1.
Лабораторная работа “Приспособленность организмов
к среде обитания и её относительный характер”
Оборудование: открытки растений и животных различных мест обитания, презентация по лабораторной работе.
Ход работы (выполняется в парах).
- Определите среду обитания растения и животного, предложенного вам для исследования.
- Выявите черты приспособленности к среде обитания.
- Выявите относительный характер приспособленности.
- На основании знаний о движущих силах эволюции объясните механизм возникновения приспособлений, опираясь на теорию Ч.Дарвина.
Приложение-2. Полет в космос В.В.Терешковой
16 июня исполнилось 50 лет со дня полета в космос Валентины Терешковой.
Вместе с Терешковой к этому знаменитому полету готовились ещё четыре девушки. Валентина Понамарева — одна из них. Она вспоминает, что каждая хотела полететь. Но выбор пал на Терешкову.
«Она проявила мужество, проявила выдержку, проявила волю и выполнила всю программу целиком. Она могла запроситься на посадку, ей было там не очень хорошо, она невесомость неважно переносила, но тем не менее она до конца что было запланировано, то она и сделала» , — говорит Валентина Понамарева, дублер Валентины Терешковой.
На время полета Терешкова получила позывной «Чайка». И 16 июня на корабле «Восток 6» стартовала в космос.
«Передайте, пожалуйста, всем, что у меня все в порядке Показания приборов без изменений. Самочувствие отличное Я -… Чайка Прием!». Эти слова о самочувствии Терешкова говорила на вторые сутки полета. На самом деле, это был шифр. Если бы свое состояние она назвала удовлетворительным, для Центра управления это бы означало срочное прекращение полета и возвращение космонавта на землю. Но этого не произошло.
В космосе Терешкова пробыла почти трое суток. И 19 июня совершила посадку в Алтайском крае. При посадке она получила травму.
«Порывы ветра, когда я приземлилась, были порядка 17 метров. Это приличный ветерок и купол огромный. Поэтому немного протянуло, а поскольку у гермошлема есть обрез, то нос попал как раз на этот обрез во время этого порыва. Поэтому синяк был отменный. Потом женщины помогали его замазывать, чтобы прилететь в Москву без синяка », — вспоминает Валентина Терешкова.
«Если бы не было Валентины Владимировны Терешковой, которая совершила этот героический полет, этот подвиг, я думаю, что не было бы в дальнейшем возможности летать женщинам в космос И, безусловно, я, возможно, не смогла бы попасть в отряд.», — сказала космонавт-испытатель Елена Серова.
Волею судьбы, для Терешковой это был единственный полет, хотя в составе космического отряда она проработала еще не одно десятилетие. И даже в начале восьмидесятых чуть было снова не полетела в космос.
О звездах Валентина Владимировна мечтает до сих пор. И даже спустя 50 лет после полета не оставляет надежду оказаться к ним ближе.
Приложение-3. 8 фактов о жизни В.В.Терешковой.
- Позывной «Чайка», который Терешкова получила на время полета, придумал Юрий Гагарин.
2. Валентина Терешкова — единственная женщина в мире, которая имеет звание генерал-майора авиации. Она десятый космонавт в мире и шестой – в СССР. - Некоторые испытания, которые во время подготовки к полету проходила команда девушек полвека назад, сегодня значительно упрощены. «Нас вращали на центрифуге с перегрузкой 12 единиц. Сейчас ― 8, ― вспоминает Валентина Терешкова. ― Мы сидели в термокамере при температуре 80 градусов в полном летном обмундировании. Нам, видите, больше досталось!»
- Спустя 30 лет после триумфа «Чайки» стало известно, что она была на волосок от трагедии. В момент спуска Терешкова отчаянно пыталась понять, почему «Восток-6» вдруг наоборот начал набирать высоту. Позже выяснилось, что это была ошибка автоматики. К счастью, ее удалось вовремя исправить, и посадочный модуль смог пойти на спуск.
- После легендарного полета был план: создать женский отряд космонавтов. Его нарушила череда трагедий. В 1966 году умер Королев, в 1968 году разбился Гагарин, а еще через несколько лет при возвращении на землю погибли космонавты Волков, Добровольский и Пацаев. Из-за этого женский экипаж расформировали. Для Терешковой же смерть Гагарина обернулась не только личной трагедией, но и закатом карьеры космонавта. «Мне запретили летать даже на самолетах: настолько была велика потеря первого космонавта, что решили сохранить меня», — поясняет она.
- «Поехали!» — эти слова, произнесенные первым космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным, когда ракета пошла ввысь, облетели весь мир. Валентина Терешкова сказала не менее замечательную фразу: «Эй, небо, сними шляпу! Я к тебе иду». По словам Валентины Владимировны, она эти слова не подбирала специально. «Как только пошла команда пуск, пошла ракета — невольно вырвалось».
- Любимая планета Терешковой — Марс, куда она готова полететь. «После космического полета я работала вместе со специалистами Института имени Вернадского по изучению планеты Марс. Конечно, это мечта — побывать на Марсе, узнать, была ли там жизнь. Если была, то почему ее не стало? Какая катастрофа произошла с этой планетой? Наверное, специалисты работают над этой проблемой, нужен корабль. Скорее всего, первые полеты на Марс будут в одну сторону, я так думаю. Но я готова полететь».
- Что касается личной жизни, то, к сожалению, после развода с первым мужем космонавтом Николаевым и смерти от рака второго мужа, по-настоящему близких людей у первой женщины-космонавта почти не осталось. Горячо любимый ею младший брат Володя, работавший кинооператором в Звездном, несколько лет назад умер. Давно нет в живых и мамы. Очень долго искала Валентина Владимировна могилу отца, погибшего на Карельском перешейке. Нашла братское захоронение, заросшее лесом. Поставила памятник и регулярно бывает там.
Приложение-4. Кровообращение и другие изменения организма человека в космосе.
1.Первое, с чем сталкивается космонавт при взлете, это ускорение, когда космический корабль быстро набирает скорость.
Вес космонавта во время старта может достигать семикратной величины. Однако, трудность выполнения различных движений при увеличении веса космонавта- эта лишь одна сравнительно легко переносимая сторона воздействия ускорений в космическом полете. Самые значительные изменения при воздействии ускорения возникают в системе кровообращения.
Если ускорение направлено от таза к голове, действие инерционных сил приводит к оттоку крови из сосудов головы к органам нижней части туловища. В результате возможны расстройства зрения и даже обмороки. Все эффекты ускорений в системе кровообращения связаны с высокой растяжимостью стенок кровеносных сосудов; благодаря этой растяжимости изменение давления крови может изменять объем кровеносных сосудов и содержащейся в них крови. Как обеспечить нормальное кровообращение у космонавта и пилота реактивного самолета при действии ускорений?
Самое простое решение- это расположить человека так, чтобы его размеры в направлении ускорения были минимальны. Тогда артериальное давление в разных частях тела будет различаться незначительно и перераспределения крови не будет. Вот почему космонавты стартуют и приземляются в полулежачем положении.
2.В космосе любая жидкость тела (кровь, лимфа) равномерно распределяется по телу (на нее перестает действовать земная гравитация). Это вызывает отёк лица и закупоривание носового канала. В связи с этим также кости утрачивают кальций и появляется почечная недостаточность, атрофируются мышцы, тем самым замедляя работу кишечника и учащается сердцебиение.
- У побывавших в космосе людей увеличивается рост. Это вызвано тем, что на позвоночник в невесомости воздействует пониженное давление. В среднем рост космонавта за время пребывания в космосе увеличивается на 5 сантиметров.
- В космос запрещается отправлять женщин с грудными имплантантами, так как в космосе они могут лопнуть.
- Соль и перец для пищи у космонавтов есть, но – в виде жидкости, так как крупинки соли и перца двигаясь хаотично в безвоздушном пространстве могут попасть в органы дыхания и вызвать затруднение дыхания.
- В случае нарушения герметичности защитного костюма при пребывании в открытом космосе категорически запрещается задерживать дыхание, так как это может привести к разрыву лёгких в виду резкого понижения давления. Но взрыва человека, как показывают в некоторых фильмах, не произойдёт. Человека может убить недостаток кислорода в крови, но для этого должно пройти не менее 2 минут пребывания человека в вакууме. Так же в вакууме происходит интенсивное испарение влаги, которая содержится в носовой полости человека, глазах и на языке.
7.Сразу после возвращения на Землю космонавтам помогают передвигаться потому что их мышцы за время пребывания в космосе атрофируются из-за низкого давления и отсутствия силы тяжести. Поэтому возвращение на Землю многие космонавты называют «вторым рождением». Также вернувшимся на Землю космонавтам вновь приходится привыкать к тому, что всё роняемое – падает.
8.За всё время исследования космоса человечеством непосредственно во время пребывания в космосе ни один человек не погиб. Все 18 космонавтов погибли либо при взлёте космического корабля, либо при его возвращении с орбиты.
- Ученые нашли семь генов, которые способствуют продлению жизни, они влияют на восприятие окружающей среды и начинают адаптировать организм, и в это время один генов контролирует выработку инсулина, который связан с продолжительностью жизни и метаболизмом.
Ученые утверждают, что в космическом пространстве мышцы тела человека сокращаются в объеме, но это не патология, а своеобразная реакция организма на условия окружающей среды и это в основном вызвано невесомостью.
Поэтому в результате адаптации увеличивается продолжительность жизни. Ученые выяснили, что обменные процессы белков в организме, в космическом пространстве в невесомости вырабатывают токсинов намного меньше, чем в земных условиях. Поэтому организм меньше тратит энергии на защиту от этих токсинов, а в это время новые клетки, образовываясь в организме, не подвергаются воздействию токсинов, что ведет к обновлению и омолаживанию клеток человека.
