Исследовательские лабораторные работы
статья по биологии (10 класс)

Исследовательские лабораторные работы по общей биологии

Принципы развивающего обучения биологии требуют включения теоретических знаний в содержание курса и организации продуктивной деятельности учащихся по их усвоению. Развитие умений учащихся применять изучаемые теории для объяснения явлений (выяснения их причин), прогнозирования следствий, формулирования выводов приводит к активному преобразованию ими учебного материала, поддержанию растущей потребности в самостоятельном приобретении знаний, становлению познавательного интереса. Школьники оперируют понятиями и фактами, совершая такие интеллектуальные действия, как сравнение, обобщение, умозаключение, формулирование выводов мировоззренческого характера.

Существенную роль в развивающем обучении играют лабораторные и практические работы, которые позволяют учащимся не только изучать биологические объекты, но и знакомиться с методами биологической науки, что способствует развитию исследовательских умений.

В состав исследовательских умений, развитие которых возможно и целесообразно на лабораторных работах по общей биологии, входят: понимание сущности проблемы и формулирование проблемного вопроса; формулирование и обоснование гипотезы; определение задач исследования; отбор и анализ литературных данных; проведение эксперимента или наблюдения; фиксирование и обработка результатов; формулирование выводов; оформление отчета о выполненном исследовании; рефлексия алгоритма решения проблемы.

Уровень самостоятельной деятельности учащихся при выполнении лабораторной работы зависит от вариативности, степени новизны заданий, наличия заданий проблемного характера, мотивированности учащихся. Трудно оспорить тот факт, что для проведения лабораторных работ  необходима серьезная и достаточно часто обновляемая материальная база. Однако в настоящее время в школах ощущается серьезный недостаток не только лабораторного оборудования, но и материалов для проведения учебной и исследовательской работы учащихся.

Решению обозначенной проблемы могут способствовать рабочие листы, содержащие иллюстрации и инструкции для выполнения лабораторных работ.

Включение в содержание каждой лабораторной работы проблемной ситуации позволит перевести их в разряд исследовательских работ и содействует концентрации внимания учащихся и активизации их поисковой деятельности.

Содержание предлагаемых рабочих листов позволяет не только создать проблемную ситуацию, но и организовать деятельность учащихся по осмыслению проблемы исследования, поиску учебной информации и проверке гипотезы, по получению, обсуждению и обобщению полученных результатов, стимулировать рефлексивную активность учащихся.

Лабораторные работы по общей биологии могут служить важной формой профориентации учащихся.

В ходе выполнения лабораторной работы учащимся возможно ознакомление с элементами профессиональной деятельности микробиологов, систематиков, биохимиков и т.д. Содержание лабораторной работы может быть направлено на ориентацию учащихся на ряд профессий, связанных с решением практических и прикладных задач (например, в области ландшафтоведения, цветоводства, сельского хозяйства, экологического мониторинга окружающей среды и т.д.). Развитие побуждений личности (ее потребностей, мотивов, целей, интересов, склонностей), служит созданию психологической основы для сознательного выбора учащимися будущей профессии или специальности.

Профессиональной ориентации при выполнении учащимися лабораторных и практических работ способствуют информационные методы и специальные методы формирования профессиональных умений.

К информационным методам относятся устное или текстовое осведомление учащихся об особенностях содержания труда, о необходимых качествах личности специалистов-биологов, о современных достижениях в области биологии, истории открытий и фактах биографии известных ученых-биологов. К методам формирования профессиональных умений можно отнести моделирование профессиональных операций, организацию решения проблемных, творческих заданий.

Включение заданий проблемного и исследовательского характера целесообразно в содержание лабораторных работ на такие темы, как: «Работа с микроскопом», «Изучение строения растительной, животной и грибной клеток под микроскопом», «Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в живых растительных клетках», «Изучение электронных микрофотографий эукариотических клеток», «Наблюдение действия каталазы в тканях организмов при различных условиях», «Составление родословных и их анализ», «Критерии вида», «Изучение приспособленности организмов к среде обитания», «Изучение модификационной изменчивости, построение вариационного ряда и кривой», «Описание фенотипов селекционных сортов растений», «Выявление ароморфных и идиоадаптационных черт организмов» и т.д.

В качестве примера проведения лабораторной работы, обладающей исследовательским проблемным характером, приведем работу на тему «Изучение приспособленности организмов к среде обитания».

Задачи данной лабораторной работы сводятся к следующему:

1. созданию условий для осознания учащимися понятий «приспособленность», «целесообразность», «адаптация», «относительность приспособленности»;
2. развитию интереса к учебной и научной информации, касающейся проблемы многообразия адаптационных особенностей у представителей живой природы;
3. формированию умений учащихся применять знания об эволюционных закономерностях  возникновения адаптаций (о направленности и специфике действия факторов эволюции) для объяснения механизма возникновения конкретной приспособленности, для прогнозирования следствий и формулирования выводов;
4. развитию рефлексивной активности учащихся на основе анализа алгоритма решения проблемы и оценивания значимости открытий, служащих доказательством эволюционного развития органического мира.

Проблемный подход к изучению учебного содержания создает условия для выдвижения учащимися гипотез, версий, аргументов, для обобщений отдельных фактов в контексте общей картины событий или процессов; для доказательств их состоятельности или отказа от них. В ходе поиска информации по изучаемым проблемам учащиеся подводятся к самостоятельным выводам и обобщениям.

На лабораторных занятиях по этой теме возможно изучение приспособлений растений к опылению, к распространению семян и плодов, к обитанию в различных условиях существования, а также приспособлений животных к передвижению, питанию, самозащите и т.п.

Для организации деятельности учащихся по выполнению лабораторной работы целесообразно подразделить их на группы (малые группы состоят из 3-5 человек). Каждой группе учащихся выдается рабочий лист с иллюстрацией исследуемого типа приспособления организмов и изложением проблемной информации, обучающего текста, с заданием и алгоритмом выполнения практической части. Рассмотрим и прокомментируем предлагаемые для обсуждения проблемные ситуации:

Пример № 1 (см. рис. 1).

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ и среды их обитания. Ярким и интересным примером гармоничных взаимоотношений некоторых цветковых растений (пролески, гусиного лука, хохлатки, чистотела, фиалки и др.) и муравьев является мирмекохория (от греч. mýrmēx — муравей и chōréō — распространяюсь). Мирмекохория связана с поеданием муравьями придатков на семенах, остающихся при этом неповрежденными. В поиске пищи муравьи находят такие семена и волокут их в муравейник. После этого лакомство съедается, а оброненное семя благополучно прорастает в богатой питательными веществами почве. В обычных условиях от такого сотрудничества выигрывают обе стороны — у муравьев есть стабильный источник пищи, а семена растений распространяются далеко (одна колония муравьев разносит десятки тысяч семян за вегетационный период на расстояние до 1000 м от муравейника), что снижает конкуренцию между материнским растением и его потомством.

Опираясь на данные закономерности приспособленности организмов к условиям среды, исследователи установили, что размеры семян чаще всего определяются величиной запаса питательных веществ и связаны с особенностями их распространения, а также условиями прорастания. Так, крупные семена содержат большой запас питательных веществ, необходимых для всходов в условиях сомкнутого растительного покрова. В мелких семенах содержится меньший запас питательных веществ (в данном случае благодаря небольшим размерам семена этих растений легче переносятся ветром подальше от родительского растения). Очевидно, запас питательных веществ является необходимым условием для развития проростка. Однако в природе встречаются такие растения, семена которых настолько мелки, что похожи на пылинки! Это семена некоторых представителей семейства орхидных: венерина башмачка, ятрышника, любки и др., произрастающих в лесной зоне Северного полушария с умеренным климатом. В них запас питательных веществ практически отсутствует…    

Комментарий к работе учащихся над текстом.

Данная проблемная ситуация направлена на возникновение рассогласования между представлениями учащихся о питательных веществах в семени как необходимом условии его прорастания и новой информацией о практически полном отсутствии их в семенах наших северных орхидей.

Тем не менее, целесообразность такого положения дел обосновывается приспособленностью к распространению семян в условиях сомкнутого лесного сообщества, где практически отсутствует ветер. Минимального движения воздуха в лесу будет достаточно для того, чтобы легчайшие семена отлетели подальше от материнского растения, что обеспечит, скорее всего, их проросткам шанс на выживание.

Пример № 2 (см. рис.2).

Еще в начале палеозойской эры (более 570 млн. л. н.) предки нынешних членистоногих  предприняли массовый «десант» из водной среды – на сушу. Иссушающее действие солнца в новой среде обитания вызвало защитное отвердевание покровов (иначе они с неизбежностью погибли бы от обезвоживания тела). Это не могло не сказаться на резком снижении подвижности древних животных. Кроме того, в наземной среде они в полной мере испытали на себе почти непреодолимое действие гравитации. Такие «тяжелые» условия способствовали постепенному совершенствованию опорно-двигательного аппарата членистоногих. Конечности современных членистоногих, представляющие собой систему подвижно соединенных друг с другом рычагов с большим числом степеней свободы, способны к разнообразным и совершенным движениям. Практически у всех членистоногих захват пищи осуществляется конечностями. В процессе эволюции ближайшие ко рту ножки, утратив двигательную функцию, специализировались на проталкивании пищи в рот, а затем на ее захвате и измельчении. Это привело к развитию мощной мускулатуры в головном отделе тела и сосредоточении там большего (чем в остальном теле) скопления нервного вещества. У наиболее развитых из членистоногих – насекомых, такое скопление нервного вещества привело к формированию головного мозга!

Итак, членистые конечности обеспечивали передвижение; наличие челюстей позволяло питаться иными способами, отличными от фильтрации (способа питания многощетинковых кольчатых червей – наиболее вероятных предков членистоногих). Но это только решение одной проблемы, тогда как, оказавшись на суше, предки членистоногих  столкнулись с еще бÓльшим количеством задач. Это и необходимость строжайшей экономии воды и более эффективного газообмена; сложности с наружным оплодотворением (половые продукты на воздухе быстро высыхают); невозможность быстрого роста из-за хитинизированного покрова и принципиальная невозможность достижения больших размеров тела; незначительные пищевые ресурсы и изобилие врагов и конкурентов в новой среде обитания и т.д.

Тем не менее, в ряду процветающих систематических групп организмов (так называемых «победителей эволюции») среди млекопитающих и покрытосеменных растений, ученые определили насекомых…

Комментарий к работе учащихся над текстом.

Противоречивый характер данной информации заключается в следующем: огромное количество препятствий, связанных с выходом членистоногих в совершенно новую среду обитания не остановило, а, наоборот,– ускорило  эволюционный процесс. Так, такой признак, как малые размеры членистоногих, позволил обеспечить эффективную экономию органического материала и возможность частого воспроизведения. Кроме того, малые размеры весьма выгодны в условиях жесткой конкуренции за пищевые ресурсы. Краткость жизненного цикла, быстрота генетического обновления популяций – одно из условий устойчивости систем надорганизменного уровня организации: популяции и вида. Благодаря данному преимуществу предки членистоногих «позволили» себе иметь большое разнообразие систем органов. Так, одним из эффективных органов дыхания стали сформированные за счет наружных покровов трахеи, имеющие вид узких, пронизывающих все тело хитинизированных трубок. Такое «изобретение» выгодно вдвойне: экономия воды (обычно дыхание должно осуществляться через влажную поверхность большой площади) и эффективный газообмен (кислород по трахеям доставляется практически каждой клетке). При освоении открытых наземных пространств оплодотворение от наружного через наружно-внутреннее переходит к внутреннему. По мере освоения суши яйца членистоногих приобретают большие запасы желтка и плотные покровы, предохраняющие яйца от высыхания. Таким образом, малые размеры, быстрота смены поколений, частота наследственных изменений позволили членистоногим, и их более совершенным представителям – насекомым приспосабливаться к самым разнообразным микроусловиям следы, о чем ярко свидетельствует разнообразие их конечностей, ротовых аппаратов и крыльев.

  Пример № 3 (см. рис. 3).

Вода – природный минерал (минерал – природное химическое соединение, образованное в земной коре естественным путем). Ценные свойства воды определили ее значительную роль в жизни организмов. Например, высокая теплоемкость, из-за которой ее температура при нагревании и охлаждении изменяется незначительно. Поэтому большинству водных обитателей не угрожает ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение. Сила сцепления между молекулами воды весьма велика, благодаря чему вода может подниматься по сосудам и трахеидам растений, хотя земное тяготение, противоборствуя этому, тянет ее вниз.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни. Интересен пример с растением под названием «стрелолист» (род семейства Частуховых). Это растение, относящееся к многолетним водным или болотным травам, растет почти повсеместно  в водоемах со стоячей или медленно текущей водой, по берегам. У водных форм стрелолиста встречаются листья трех типов: подводные – лентовидные; плавающие – длинночерешковые, овальные или яйцевидные; воздушные – стреловидные. Данное  явление носит название гетерофиллия (от лат. hetero – разный; греч. phýllon – лист) – различия в форме, размерах и структуре листьев на одном и том же растении. Такая уникальная способность стрелолиста и других растений к развитию листьев разных форм в различных условиях освещенности – наследуется.

Растения способны как к поглощению, так и к испарению воды. Транспирация (испарение растениями воды) происходит через устьица. Существует огромное разнообразие форм растений, обеспечивающее (в зависимости от дефицита или избытка воды в окружающей среде) усиленное или экономное ее испарение. Например, такие суккуленты (от лат. suсculentus - сочный), как агава, алоэ (имеющие сочные листья) или молочай, кактус (сочный стебель), накапливают большое количество воды, поэтому благополучно выживают в жаркий сезон года. Если растения теряют воду быстрее, чем корни подносят ее из почвы, то растение начинает увядать. Совершенно очевидно, что в условиях дефицита воды следует резко притормозить транспирацию. И действительно, устьица при этом несколько прикрываются. Однако полного прекращения испарения воды не происходит ни у одного растения! И даже в тех случаях, когда ее надо экономить…

Комментарий к работе учащихся над текстом.

Действительно, на первый взгляд в данном тексте сбивает с толку рассогласование: испарение происходит даже тогда, когда оно не должно происходить. Однако устьица закрывать контакт с окружающей средой не должны, т. к. растению грозит еще большая опасность: деструкция жизненных процессов из-за перегрева.

Кроме того, транспирация необходима для обеспечения продвижения воды с минеральными веществами по ксилеме растений. Корневое давление – только один из механизмов, благодаря которому вода поступает в сосуды и поднимается вверх. Продвижению воды и растворимых в ней солей способствует всасывающая сила всех коневых волосков (корневое давление), сила сцепления между молекулами воды (когезия) и стенками сосудов (адгезия), а также сосущая сила листьев, которые, постоянно испаряя воду, притягивают ее из корней.

Еще одной причиной, объясняющей, казалось бы, противоречивый факт сохранения открытого положения устьичной щели даже при дефиците воды, является необходимость поступления углекислого газа для фотосинтетической деятельности растения. Тем не менее, нужно учесть, что существуют растения, фотосинтез у которых происходит даже при низких концентрациях углекислого газа (сахарный тростник, кукуруза и др.), т.к. в мезофилле содержится фермент его временной фиксации для последующей передачи его в цикл Кальвина. У других растений (молочайные) существует еще один путь фиксации углекислого газа. Этот путь имеет название «кислотного метаболизма толстянковых», при котором последний фиксируется в виде органических кислот.

Пример № 4 (см. рис. 4).

Разнообразны и весьма интересны примеры приспособления растений к опылению. Одним из наиболее ярких примеров является явление клейстогамии — (от греч. kleistos - запертый и gamos - брак), самоопыление и самооплодотворение у растений, происходящее в нераскрывающихся цветках (кислица, фиалка, арахис, ячмень, и др.). Клейстогамия является приспособлением, обеспечивающим развитие семян в неблагоприятных условиях. Например, резкие перепады температуры или влажности среды могут привести в негодность пыльцу или парализовать активность насекомых-опылителей. Кроме того, можно предположить, что предки клейстогамных растений в борьбе за опылителей проигрывали более успешным соперникам, обладающим способностью к эффективному нектарообразованию.

Так в процессе эволюции появился данный альтернативный способ опыления растений, надежно обеспечивающий им продолжение рода.  

Среди клейстогамных растений особое место занимает арахис. Это однолетнее травянистое растение семейства Бобовых. Культура арахиса возникла в Южной Америке — предположительно в горах Северо-Западной Аргентины или в предгорьях боливийских Анд. С открытием Америки арахис проник в другие части света. Через Тихий океан он был завезен на Молуккские и Филиппинские острова (по морскому пути, открытому Магелланом), а оттуда в Индию, Японию, Китай, Индокитай и т.д.

В Европу арахис был завезен португальскими мореплавателями в начале ХVI в., но не из Америки, а из Индии или Китая. Очевидно, поэтому арахис долгое время вначале и называли в Европе «китайскими орешками». В России арахис известен с конца ХVIII века, однако важной полевой культурой он стал лишь в начале XX века.

Как и все цветковые растения, арахис плодоносит (плод арахиса – боб). Известно, что плоды растений развиваются на месте его цветков. Однако плоды арахиса (арахисовые орешки) созревают глубоко в земле…

Комментарий к работе учащихся над текстом.

На лицо явное противоречие: трудно представить себе цветок, находящийся глубоко в земле. Кроме того, напрашивается аналогия с подземными побегами картофеля или корнеплодами батата. Картину еще больше запутывает иллюстрация цветущего арахиса, где его ярко-желтые или оранжевые, мотылькового типа цветки расположены традиционно на надземных побегах, в пазушных кистях. Проблему разрешает следующий факт: известно, что цветение продолжается лишь один день, а затем цветоножка, на которой сидит оплодотворенная завязь, начинает расти сначала вверх, а потом разворачивается на 180º, направляется вниз и углубляется в почву на глубину 8-10 см. Под землей из завязи цветков развивается плод – боб.

Пример № 5 (см. рис. 5).

В процессе эволюции животным, растениям, грибам и т.д. предстояло выдержать не только жесткую конкурентную борьбу с соперниками, но и «спасаться» от врагов. Интересный способ самообороны можно наблюдать у крапивы двудомной (жгучей): эпидермис растения сплошь покрыт особыми заостренными ядовитыми клетками с хрупкими стенками, пропитанными кремнеземом. Каждая такая клетка возвышается на специальном многоклеточном основании и содержит в основном муравьиную кислоту. При малейшем касании растения ядовитая клетка производит укол, ее  поверхностный хрупкий вырост обламывается и яд впрыскивается в посягнувшего на него «врага». Такое приспособление эффективно спасает крапиву от поедания травоядными животными.  

У кишечнополостных животных есть так называемые «крапивные» клетки. Они названы по аналогии с ядовитыми клетками крапивы. Такие клетки еще называют стрекательными или книдами. При раздражении проплывающим животным особого чувствительного волоска, клетка с силой выстреливает нитью, усаженной направленными назад, как у гарпуна, шипиками. Уколы нити ядовиты и мгновенно парализуют мелких животных. Данное приспособление является у кишечнополостных средством не только самозащиты, но и нападения (так как они практически все –  хищники).

Голожаберные моллюски – отдельная группа в классе брюхоногих. Утрата раковины чаще всего наблюдается у плавающих и наземных форм в связи с невыгодной для моллюска ее тяжестью тела. Хотя у голожаберных и нет тяжелой раковины, передвигаются они по субстрату очень медленно. При этом благодаря яркой окраске они хорошо заметны. Казалось бы, какая легкая добыча для рыб и прочих хищников, однако эти животные имеют серьезное средство самообороны. Так, у  моллюсков из семейства Эолид стрекательные клетки (книды) расположены на концах спинных жабр. Если хищник схватит моллюска, то получит ожог от выстрела ядовитыми нитями стрекательных клеток. Так эти моллюски спасаются от неминуемой гибели.  Но хорошо известно, что у самих моллюсков такие клетки никогда не образуются…

Комментарий к работе учащихся над текстом.

Проблему демонстрирует противоречие между информацией об отсутствии на теле голожаберных моллюсков семейства Эолид собственных стрекательных клеток и факте наличия у них этого своеобразного оружия. Но как может быть то, чего не может быть?

Правильным шагом к решению данной проблемы будет предположение о том, что данное «оружие» является трофеем.

И действительно, некоторые голожаберные моллюски используют гидроидных полипов в качестве пищи. Однако такая «острая» пища не только не ранит хищника (покровные ткани имеют особое строение и выделяют слизистое вещество, создающее своеобразный защитный слой против ударов стрекательных нитей). Стрекательные клетки с ядом не разрушаются в теле моллюска, а изолируются и превращаются в собственную оборонительную систему. В эпителии веточек печени, заходящих в щупальцевидные выросты (вторичные жабры) на спине моллюска – там, где они контактируют с внешней средой, имеются особые мешки, содержащие несколько невредимых стрекательных клеток с ядом. При воздействии на вырост прикосновением особая чувствительная ресничка передает раздражение подкожным мышцам моллюска, при сокращении которых происходит выдавливание стрекательных капсул. Достаточно небольшого сжатия капсулы, как она тут же выстреливает и жалит или поражает противника. Таким образом, яркая раскраска Эолид является предупреждающей.

Изложение проблемной ситуации заканчивается следующими вопросами и заданиями:

  Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Далее сообщается, что для компетентного ответа на проблемный вопрос учащимся поможет анализ текстовой информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

Предлагается:

1. Внимательно рассмотреть объекты исследования (натуральные и/или иллюстративный материал).
2. Определить условия сред обитания, вызывающие появление конкретных приспособлений у объектов.
3. Описать характерные черты исследуемых объектов, способствующие их адаптации к условиям среды.
4. Используя знания о движущих силах эволюции и об основных генетических закономерностях, проанализированную информацию, а также собственные наблюдения, описать возможный путь возникновения конкретных черт адаптации.
5. Оценить целесообразность черт приспособленности объектов исследования к условиям среды обитания и обосновать  свое мнение.

Для лучшей структуризации полученных результатов учащимся предлагается табличная форма записи результатов (см. табл. № 1):

Таблица № 1.

Особую важность по окончании лабораторной работы представляет обсуждение всеми учащимися класса проблемного задания для каждой группы, решения которых могут предложить также учащиеся из других групп.

По завершении лабораторных работ учащиеся должны оформить рефлексивные листы (см. пример рефлексивного листа по теме лабораторной работы) с предложением сформулировать проблемный вопрос, гипотезу, а также вывод.

Рефлексивный лист

Кроме того, рефлексивный лист может содержать вопросы о цели осуществления профессиональной деятельности, так или иначе связанной с содержанием проблемной ситуации; о значении соответствующей профессии или специальности в обществе; о биологических законах, знание которых необходимо при осуществлении техно логических процессов в конкретной профессиональной деятельности; о перспективах развития биологии.

И.Ю. Азизова,

кандидат педагогических наук,

РГПУ им. А.И. Герцена.

Е.В. Фадеева,

учитель экологии школы № 309, Санкт-Петербург

Лабораторная работа

«Изучение приспособленности организмов к среде обитания»

Инструктивная карточка № 1.

Цель работы: а) рассмотреть примеры приспособленности организмов к среде обитания, выяснить характер (специфику) адаптации; б) оценить степень ее целесообразности; в) использовать знания о движущих силах эволюции для объяснения механизма возникновения приспособленности. 

Материал для работы: набор семян и плодов растений, иллюстрации растений и их плодов (бузина красная, одуванчик обыкновенный, чистотел большой, представители семейства Орхидных).

Оборудование: лупа, пинцет, препаровальная игла.

Ход работы. Внимательно прочитайте следующую информацию.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни. Ярким и интересным примером гармоничных взаимоотношений некоторых цветковых растений (пролески, гусиного лука, хохлатки, чистотела, фиалки и др.) и муравьев является мирмекохория (от греч. mýrmēx — муравей и chōréō — распространяюсь). Мирмекохория связана с поеданием муравьями придатков (ариллоидов или карункулов) на семенах, остающихся при этом неповрежденными. В поиске пищи муравьи находят такие семена и волокут их в муравейник. После этого лакомство съедается, а выброшенное семя благополучно прорастает в богатой питательными веществами почве. В обычных условиях от такого сотрудничества выигрывают обе стороны — у муравьев есть стабильный источник пищи, а семена растений разносятся далеко (одна колония муравьев разносит десятки тысяч семян за вегетационный период на расстояние до 1000 м от муравейника), что снижает конкуренцию между материнским растением и его потомством.

Приспособленность организмов – свойство, позволяющее им существовать и размножаться в условиях среды. Целесообразность – максимальное соответствие формы (организации, структуры) или функции органа, системы органов или целостного организма его назначению.  

Приспособленность организмов к среде их обитания целесообразна.

Опираясь на данные закономерности приспособленности организмов к условиям среды, исследователи установили, что размеры семян чаще всего определяются величиной запаса питательных веществ и связаны с особенностями их распространения, а также условиями прорастания. Так, крупные семена содержат большой запас питательных веществ, необходимых для всходов в условиях сомкнутого растительного покрова. В мелких семенах содержится меньший запас питательных веществ (в данном случае благодаря небольшим размерам семена этих растений легче переносятся ветром подальше от родительского растения). Очевидно, запас питательных веществ является необходимым условием для развития проростка. Однако в природе встречаются такие растения, семена которых настолько мелки, что похожи на пылинки! Это семена некоторых представителей семейства орхидных: венерина башмачка, ятрышника, любки и др., произрастающих в лесной зоне Северного полушария с умеренным климатом. В них запас питательных веществ практически отсутствует…    

Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Для компетентного ответа на проблемный вопрос вам поможет анализ изложенной выше информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

                1                                2                                3                                         4

Рисунок № 1. Растения и их плоды. 1) Бузина красная; 2) Одуванчик обыкновенный; 3)Чистотел большой; 4) Венерин башмачок настоящий и Ятрышник пятнистый.

Лабораторная работа«Изучение приспособленности организмов к среде обитания»

Инструктивная карточка № 2.

Цель работы: а) рассмотреть примеры приспособленности организмов к среде обитания, выяснить характер (специфику) адаптации; б) оценить степень ее целесообразности; в) использовать знания о движущих силах эволюции для объяснения механизма возникновения приспособленности.

Материал для работы: коллекции и иллюстрации насекомых с разнообразными формами конечностей (жук-плавунец, медведка, саранча, богомол).        

Оборудование: лупа, пинцет, препаровальная игла.

Ход работы. Внимательно прочитайте следующую информацию.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни. Ярким и интересным примером является появление членистых конечностей у предков современных насекомых. Еще в начале палеозойской эры (более 570 млн. л. н.) предки нынешних членистоногих  предприняли массовый «десант» из водной среды – на сушу. Иссушающее действие солнца в новой среде обитания вызвало защитное отвердевание покровов (иначе они с неизбежностью погибли бы от обезвоживания тела). Это не могло не сказаться на резком снижении подвижности древних животных. Кроме того, в наземной среде они в полной мере испытали на себе почти непреодолимое действие гравитации. Такие «тяжелые» условия способствовали постепенному совершенствованию опорно-двигательного аппарата членистоногих. Конечности современных членистоногих, представляющие собой систему подвижно соединенных друг с другом рычагов с большим числом степеней свободы, способны к разнообразным и совершенным движениям. Практически у всех членистоногих захват пищи осуществляется конечностями. В процессе эволюции ближайшие ко рту ножки, утратив двигательную функцию, специализировались на проталкивании пищи в рот, а затем на ее захвате и измельчении. Это привело к развитию мощной мускулатуры в головном отделе тела. У наиболее развитых из членистоногих – насекомых, такое скопление нервного вещества привело к формированию головного мозга!

Приспособленность организмов – свойство, позволяющее им существовать и размножаться в условиях среды. Целесообразность – максимальное соответствие формы (организации, структуры) или функции органа, системы органов или целостного организма его назначению.  

Приспособленность организмов к среде их обитания целесообразна.

Итак, членистые конечности обеспечивали передвижение; наличие челюстей позволяло питаться иными способами, отличными от фильтрации (способа питания многощетинковых кольчатых червей – наиболее вероятных предков членистоногих). Но это только решение одной проблемы, тогда как, оказавшись на суше, предки членистоногих  столкнулись с еще бÓльшим количеством проблем. Это и необходимость строжайшей экономии воды и более эффективного газообмена; сложности с наружным оплодотворением (половые продукты на воздухе быстро высыхают); невозможность быстрого роста из-за хитинизированного покрова и принципиальная невозможность достижения больших размеров тела; незначительные пищевые ресурсы и изобилие врагов и конкурентов в новой среде обитания и т.д.

Тем не менее, в ряду процветающих систематических групп организмов (так называемых «победителей эволюции») среди млекопитающих и покрытосеменных растений, ученые определили насекомых…

Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Для компетентного ответа на проблемный вопрос вам поможет анализ изложенной выше информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

             1                                         2                                                3                                       4

Рисунок № 1. Типы конечностей насекомых. 1) Плавательные – у жука-плавунца; 2) Копательные – у медведки; 3) Ловчие – у богомола; 4) Прыгательные – у саранчи.

Лабораторная работа

«Изучение приспособленности организмов к среде обитания»

Инструктивная карточка № 3.

Цель работы: а) рассмотреть примеры приспособленности организмов к среде обитания, выяснить характер (специфику) адаптации; б) оценить степень ее целесообразности; в) использовать знания о движущих силах эволюции для объяснения механизма возникновения приспособленности.

Материал для работы: раздаточный растительный материал: живые формы и иллюстрации с изображением специализированных форм растений (кактус, агава, элодея, стрелолист).

Оборудование: лупа, пинцет, препаровальная игла.

Ход работы. Внимательно прочитайте следующую информацию.

Вода – природный минерал (минерал – природное химическое соединение, образованное в земной коре естественным путем). Ценные свойства воды определили ее значительную роль в жизни организмов. Например, высокая теплоемкость, из-за которой ее температура при нагревании и охлаждении изменяется незначительно. Поэтому большинству водных обитателей не угрожает ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение. Сила сцепления между молекулами воды весьма велика, благодаря чему вода может подниматься по сосудам и трахеидам растений, хотя земное тяготение, противоборствуя этому, тянет ее вниз.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни. Интересен пример с растением под названием «стрелолист» (род семейства Частуховых). Это растение, относящееся к многолетним водным или болотным травам, растет почти повсеместно  в водоемах со стоячей или медленно текущей водой, по берегам. У водных форм стрелолиста встречаются листья трех типов: подводные – лентовидные; плавающие – длинночерешковые, овальные или яйцевидные; воздушные – стреловидные. Данное  явление носит название гетерофиллия (от лат. hetero – разный; греч. phýllon – лист) – различия в форме, размерах и структуре листьев на одном и том же растении. Такая уникальная способность стрелолиста и других растений к развитию листьев разных форм в различных условиях освещенности – наследуется.

Приспособленность организмов – свойство, позволяющее им существовать и размножаться в условиях среды. Целесообразность – максимальное соответствие формы (организации, структуры) или функции органа, системы органов или целостного организма его назначению.  

Приспособленность организмов к среде их обитания целесообразна.

Растения способны как к поглощению, так и к испарению воды. Транспирация (испарение растениями воды) происходит через устьица. Существует огромное разнообразие форм растений, обеспечивающее (в зависимости от дефицита или избытка воды в окружающей среде) усиленное или экономное ее испарение. Например, такие суккуленты (от лат. suсculentus - сочный), как агава, алоэ (имеющие сочные листья) или молочай, кактус (сочный стебель), накапливают большое количество воды, поэтому способны переживать высокие температуры. Если растения теряют воду быстрее, чем корни подносят ее из почвы, то растение начинает увядать. Совершенно очевидно, что в условиях дефицита воды следует резко притормозить транспирацию. И действительно, устьица при этом несколько прикрываются, что уменьшает потерю воды. Однако полного прекращения испарения воды не происходит ни у одного растения! И даже в тех случаях, когда ее надо экономить…

Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Для компетентного ответа на проблемный вопрос вам поможет анализ изложенной выше информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

             1                                         2                                3                                                        4

Рисунок № 1. 1) Кактус карнегия; 2) Агава сизаль; 3) Элодея; 4) Стрелолист обыкновенный (фотография и схематический рисунок).

Лабораторная работа

«Изучение приспособленности организмов к среде обитания»

Инструктивная карточка № 4.

Цель работы: а) рассмотреть примеры приспособленности организмов к среде обитания, выяснить характер (специфику) адаптации; б) оценить степень ее целесообразности; в) использовать знания о движущих силах эволюции для объяснения механизма возникновения приспособленности.

Материал для работы: раздаточный растительный материал: живые и гербарные экземпляры растений, иллюстрации цветков и соцветий (горох посевной, арахис, рожь посевная, шиповник садовый).

Оборудование: лупа, пинцет, препаровальная игла.

Ход работы. Внимательно прочитайте следующую информацию.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни.

Разнообразны и весьма интересны примеры приспособления растений к опылению. Одним из наиболее ярких примеров является явление клейстогамии — (от греч. kleistos - запертый и gamos - брак), самоопыление и самооплодотворение у растений, происходящее в нераскрывающихся цветках (кислица, фиалка, арахис, ячмень, и др.). Клейстогамия является приспособлением, обеспечивающим развитие семян в неблагоприятных условиях. Например, резкие перепады температуры или влажности среды может привести в негодность пыльцу или парализовать активность насекомых-опылителей. Кроме того, можно предположить, что предки клейстогамных растений в борьбе за опылителей оказывались проигравшими более успешным соперникам, обладающим способностью к эффективному нектарообразованию.

Так в процессе эволюции появился данный альтернативный способ опыления растений, надежно обеспечивающий им продолжение рода.  

Приспособленность организмов – свойство, позволяющее им существовать и размножаться в условиях среды. Целесообразность – максимальное соответствие формы (организации, структуры) или функции органа, системы органов или целостного организма его назначению.  

Приспособленность организмов к среде их обитания целесообразна.

Среди клейстогамных растений особое место занимает арахис. Это однолетнее травянистое растение семейства Бобовых. Культура арахиса возникла в Южной Америке — предположительно в горах Северо-Западной Аргентины или в предгорьях боливийских Анд. С открытием Америки арахис проник в другие части света. Через Тихий океан он был завезен на Молуккские и Филиппинские острова (по морскому пути, открытому Магелланом), а оттуда в Индию, Японию, Китай, Индокитай, на Мадагаскар и распространился по всему югу Азии.

В Европу арахис был завезен португальскими мореплавателями в начале ХVI в., но не из Америки, а из Индии или Китая. Очевидно, поэтому арахис долгое время вначале и называли в Европе китайскими орешками. В России арахис известен с конца ХVIII века, однако важной полевой культурой он стал лишь в начале XX века.

Как и все цветковые растения, арахис плодоносит (плод арахиса – боб). Известно, что плоды растений развиваются на месте его цветков. Однако плоды арахиса (арахисовые орешки) созревают глубоко в земле…

Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Для компетентного ответа на проблемный вопрос вам поможет анализ изложенной выше информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

             1                                         2                                                3                                       4

Рисунок № 1. Растения и способы их опыления. 1) Горох посевной; 2) Арахис; 3) Рожь посевная; 4) Шиповник садовый.

Лабораторная работа

«Изучение приспособленности организмов к среде обитания»

Инструктивная карточка № 5.

Цель работы: а) рассмотреть примеры приспособленности организмов к среде обитания, выяснить характер (специфику) адаптации; б) оценить степень ее целесообразности; в) использовать знания о движущих силах эволюции для объяснения механизма возникновения приспособленности. 

Материал для работы: раздаточный растительный материал: живые формы, гербарные экземпляры и иллюстрации (бодяк крупноголовый, крапива двудомная, божья коровка, мухомор обыкновенный).

Оборудование: лупа, пинцет, препаровальная игла.

Ход работы. Внимательно прочитайте следующую информацию.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими их условиями жизни.

В процессе эволюции животным, растениям, грибам и т.д. предстояло выдержать не только жесткую конкурентную борьбу с соперниками, но и «спасаться» от врагов. Интересный способ самообороны можно наблюдать у крапивы двудомной (жгучей): эпидермис растения сплошь покрыт особыми заостренными ядовитыми клетками с хрупкими стенками, пропитанными кремнеземом. Каждая такая клетка возвышается на специальном многоклеточном основании и содержит в основном муравьиную кислоту. При малейшем касании растения ядовитая клетка производит укол, ее  поверхностный хрупкий вырост обламывается и яд впрыскивается в посягнувшего на него «врага». Такое приспособление эффективно спасает крапиву от поедания травоядными животными.  

Приспособленность организмов – свойство, позволяющее им существовать и размножаться в условиях среды. Целесообразность – максимальное соответствие формы (организации, структуры) или функции органа, системы органов или целостного организма его назначению.  

Приспособленность организмов к среде их обитания целесообразна.

У кишечнополостных животных есть так называемые «крапивные» клетки. Они названы по аналогии с ядовитыми клетками крапивы. Такие клетки еще называют стрекательными или книдами. При раздражении проплывающим животным особого чувствительного волоска, клетка  с силой выстреливает нитью, усаженной направленными назад, как у гарпуна, шипиками. Уколы нити ядовиты и мгновенно парализуют мелких животных. Данное приспособление является у кишечнополостных средством самозащиты и нападения (так как они практически все –  хищники).

Голожаберные моллюски – отдельная группа в классе брюхоногих. Утрата раковины чаще всего наблюдается у плавающих и наземных форм в связи с невыгодной для моллюска ее тяжестью. Хотя у голожаберных и нет тяжелой раковины, передвигаются они по субстрату очень медленно. При этом благодаря яркой окраске они хорошо заметны. Казалось бы, какая легкая добыча для рыб и прочих хищников, однако эти моллюски имеют серьезное средство самообороны. Так, у  моллюсков из семейства Эолид стрекательные клетки (книды) расположены на концах спинных жабр. Если хищник схватит моллюска, то получит ожог от выстрела ядовитыми нитями стрекательных клеток. Так эти моллюски спасаются от неминуемой гибели.  Но хорошо известно, что у самих моллюсков такие клетки не образуются…

Как вы думаете, в чем здесь заключается проблема и как бы вы сформулировали проблемный вопрос? Сформулируйте гипотезу, объясняющую данное противоречие. Как бы вы проверили истинность собственного суждения?

Для компетентного ответа на проблемный вопрос вам поможет анализ изложенной выше информации, иллюстративный и раздаточный материал, а также осуществление исследования. 

            1                                          2                                               3                                                          4

Рисунок № 1. 1) Бодяк крупноголовый; 2) Крапива двудомная; 3) голожаберный моллюск Эолис; 4) Мухомор обыкновенный.