какие формы движения присущи органической живой природе
УРОК 63. ДВИЖЕНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ (Лекция)
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
УРОК 63. ДВИЖЕНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ (Лекция)
· обобщить и закрепить знания учащихся о движении живых ор- ганизмов;
· познакомить учащихся с различными видами движения в орга- ническом мире.
Планируемые результаты обучения
Личностны е: учащиеся осознают единство многообразия на примере механизма работы биологических моторов, которые обуслав- ливают практически все движения, наблюдаемые в живой природе.
регулятивные учебные действия — учащиеся умеют работать с опорным конспектом;
познавательные учебные действия — учащиеся умеют: анализиро- вать отдельные виды движений живых организмов, механизм работы биологического двигателя; синтезировать знания по отдельным со- ставляющим процесса сокращения мышц для полной его характери- стики; сравнивать механизмы мышечного сокращения, движения амёбы, движения при помощи жгутиков и ресничек; проводить
смысловой анализ текста параграфа, выделять в тексте определения понятий; переводить информацию о движении в живой природе из описательного формата в формат сравнительных таблиц;
коммуникативные учебные действия — учащиеся умеют продук- тивно общаться и взаимодействовать с учителем на основе диалога по теме лекции.
Предметны е: учащиеся осваивают понятия «белки — молеку- лярные моторы», «миозин», «актин», «миофибриллы»; осмысливают движение живых организмов на примере взаимодействия двух типов молекул: молекулы, изменяющей форму, и перемещаемой молеку- лы — и цикличности работы этого молекулярного комплекса.
Предполагаемый ход урока
Урок проводится в форме «Эффективная лекция» с использовани- ем материала § 63 учебника и дополнительного материала.
1 Вызов Учитель зачитывает эпи- граф и говорит о много- образии форм живого. Задаёт вопрос «Как осу- ществляется движение в живой природе?» Учащиеся чертят в тетра- ди заготовку таблицы
«Движение в живой при- роде»
2 Осмысление Учитель читает отдельные разделы § 63 учебника:
«Причины движения жи- вого», «Мышечное сокра- щение», «Универсальный характер биологического движения» Учащиеся заполняют та- блицу по материалам этих разделов, комменти- руя вносимые записи с учётом тех знаний, кото- рые они получили в ходе изучения данного пара- графа.
3 Рефлексия Учитель предлагает уча- щимся ответить на во- просы в конце § 63 учеб- ника Учащиеся отвечают на вопросы. Затем пишут эссе о движении в живой природе
4 Запись домашнего задания Учитель предлагает уча- щимся подготовить со- общения к § 65 учебника: Учащиеся записывают домашнее задание и спи- сок дополнительной ли-
«Движение в грозовой туче», «Движение в клет- ке: потоки энергии и ин- формации», «Движение нервного импульса»,
«Волны на поверхности воды» тературы, необходимой для его выполнения
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
§ 64. Движение в живой природе
Монада, точка малая средь вод,
Без ног, без членов плавает, снует,
Там вибрион, как угорь вьется,
Живым мерцает колесом Сувойка,
А там играет формами Протей,
То шар, то куб, то будто червь иль змей.
Э. Дарвин
Какой механизм лежит в основе движения живых организмов? Как действуют биологические моторы? Как работают мышцы? Каков механизм движения отдельных клеток и одноклеточных организмов?
Урок-лекция
МНОГООБРАЗИЕ ФОРМ ДВИЖЕНИЯ ЖИВОГО. Движение — одно из фундаментальных свойств живого. В повседневной жизни мы сталкиваемся в основном с движением, которое осуществляется благодаря работе мышц; это и бег коня, и полет бабочки, и ползание дождевого червя, и плавание карася. В основе этих внешне столь различных форм движения лежит активность мышечных волокон. Но не только сокращение мышц обеспечивает движение. Одноклеточные организмы, например амебы, жгутиконосцы, инфузории, тоже обладают способностью к перемещению в пространстве. Перемещения разного рода осуществляются и внутри самих клеток: движение вакуолей, транспортных пузырьков, содержащих выработанный клеткой секрет, расхождение хромосом делящейся клетки. Есть ли что-либо общее между всеми этими столь различными на первый взгляд процессами?
ПРИЧИНЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИВОГО. Из приведенных выше примеров следует, что движение живых организмов является механическим движением, а причиной любого механического движения являются силы. В частности, причиной движения планет является гравитационная сила Солнца. Причиной движения двигателей, построенных человеком, являются либо электромагнитные силы (электродвигатели), либо сила давления горячего газа на поршень (тепловые двигатели). Что же является причиной движения живых организмов?
Как вам уже известно, субстратом жизни служат полимерные молекулы белков и нуклеиновых кислот. Все процессы в живом организме происходят вследствие химических реакций между этими и другими молекулами, составляющими живой организм или поступающими в организм. Каким же образом химические превращения способны вызвать механическое движение?
Раскадровка движения балерины
Среди различных белков, составляющих организм, важную роль играют молекулы, получившие название белки — молекулярные моторы Характерным свойством таких молекул является способность изменять свою форму, т. е. взаиморасположение отдельных составляющих молекулы. Примером такого белка является молекула миозина, которая при наблюдении в электронный микроскоп видна как короткая толстая нить с утолщением-головкой на одном из концов. Эта головка способна поворачиваться относительно нити (рис. 73).
Рис. 73. Движение головки миозина
Если головку прикрепить к какой-либо другой молекуле, при повороте она способна совершать механическую работу. Откуда берется энергия для такой работы? Энергию поставляет молекула АТФ — универсальный источник энергии клеток всех живых организмов.
Однако при движении головки относительное изменение длины молекулы миозина оказывается незначительным. Мышцы, созданные из таких молекул, могли бы сокращаться на единицы процентов (реальное сокращение мышц может доходить до 50%). И природа «исхитрилась» создать мотор, работающий по циклу, подобно тепловым двигателям, созданным человеком. Правда, произошло это за миллиарды лет до создания человеком тепловых двигателей. Биологический двигатель состоит из двух молекул — миозина, осуществляющего движение, и актина, молекулы которого, соединяясь между собой, образуют длинные тонкие нити. Рабочий цикл актин-миозинового мотора схематично изображен на рисунке 74.
Рис. 74. Схема рабочего цикла актин-миозинового мотора
Следует отметить, что КПД такого двигателя (отношение совершенной механической работы к затраченной энергии) в несколько раз превосходит КПД тепловых двигателей, созданных человеком. Человек еще не достиг совершенства, имеющегося в природе; возможно, двигатели, подобные биологическим, будут изобретены в будущем.
Биологические моторы основаны на взаимодействии двух типов молекул: молекулы, изменяющей форму, и перемещаемой молекулы. Эти молекулярные комплексы ра-циклично и обусловливают все движения, которые наблюдаются в живой природе.
МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ. Рассмотрим работу мышцы. Схема мышцы приведена на рисунке 75. Мышечные волокна, имеющие диаметр порядка 50 мкм, состоят из отдельных цилиндрических структур — миофибрилл, которые имеют диаметр 1—2 мкм.
Рис. 75. Схема строения мышцы
Если сделать поперечный срез миофибриллы и взглянуть на него через электронный микроскоп, то можно увидеть правильно чередующиеся тонкие нити белка актина и толстые, связанные в пучок своими хвостовыми концами молекулы миозина. При зацеплении головки миозина за актиновую нить образуются поперечные мостики.
Основу работы мышцы составляет работа множества элементарных актин-миозиновых биологических моторов.
Схема работы отдельной сократимой единицы миофибриллы приведена на рисунке 76.
Рис. 76. Схема работы миофибриллы: расслабленное состояние (а), сокращенное состояние (б)
В расслабленном состоянии мышцы миозиновые и актиновые нити перекрываются незначительно. После нескольких циклов актин-миозиновых моторов актиновые нити оказываются втянутыми в промежутки между миозиновыми нитями, что приводит к сокращению мышцы.
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР БИОЛОГИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ. Описанные биологические моторы обусловливают различные движения живых организмов. Примерами таких движений являются изменение формы клетки и образование перетяжки между дочерними клетками в ходе клеточного деления, движение жгутиков и ресничек простейших живых организмов (жгутиконосцы, инфузории), амебовидное движение — один из самых распространенных способов перемещения клеток.
Исследование амебоидного движения показало, что в прилежащем к наружной плазматической мембране амеб слое цитоплазмы имеется сеточка из нитей актина и миозина. Сокращение и расслабление этой сеточки фактически изменяет упругость наружной оболочки, в результате чего цитоплазма перетекает в область, где эта упругость меньше. В этой области образуется вырост — псевдоподия, которая закрепляется на окружающих амебу телах. Затем вещество амебы постепенно перекачивается в область, где закрепилась псевдоподия, после чего цикл повторяется.
Подобный способ движения характерен также для лейкоцитов — элементов крови человека и позвоночных животных — участвующих в иммунном ответе организма. Перемещаясь, как амебы, эти клетки скапливаются вокруг проникших в организм инородных объектов и нейтрализуют их вредное воздействие на организм,
Несмотря на огромное разнообразие форм движения живых существ, все они оказываются достаточно сходными и основанными на одних и тех же молекулярных механизмах.
Жгутики и реснички не содержат мышц. Под микроскопом видно, что жгутики и реснички состоят из микротрубочек, образованных молекулами белков. К каждой микротрубочке прикреплены ручки, образованные белком — молекулярным мотором (рис. 77).
Рис 77. Схема, иллюстрирующая механизм изгибания жгутиков и ресничек
Цикл движения состоит в том, что ручки микротрубочки цепляются за соседнюю микротрубочку, затем, изгибаясь, подтягивают соседнюю микротрубочку, после чего, отцепляясь, возвращаются в исходное положение. Таким образом, функцию актина в актин-миозиновом комплексе в данном случае выполняют микротрубочки. Если микротрубочки одним концом скреплены между собой, то при циклическом движении ручек происходит изгиб микротрубочек.
§ 64. Движение в живой природе
Монада, точка малая средь вод,
Без ног, без членов плавает, снует,
Там вибрион, как угорь вьется,
Живым мерцает колесом Сувойка,
А там играет формами Протей,
То шар, то куб, то будто червь иль змей.
Э. Дарвин
Какой механизм лежит в основе движения живых организмов? Как действуют биологические моторы? Как работают мышцы? Каков механизм движения отдельных клеток и одноклеточных организмов?
Урок-лекция
МНОГООБРАЗИЕ ФОРМ ДВИЖЕНИЯ ЖИВОГО. Движение — одно из фундаментальных свойств живого. В повседневной жизни мы сталкиваемся в основном с движением, которое осуществляется благодаря работе мышц; это и бег коня, и полет бабочки, и ползание дождевого червя, и плавание карася. В основе этих внешне столь различных форм движения лежит активность мышечных волокон. Но не только сокращение мышц обеспечивает движение. Одноклеточные организмы, например амебы, жгутиконосцы, инфузории, тоже обладают способностью к перемещению в пространстве. Перемещения разного рода осуществляются и внутри самих клеток: движение вакуолей, транспортных пузырьков, содержащих выработанный клеткой секрет, расхождение хромосом делящейся клетки. Есть ли что-либо общее между всеми этими столь различными на первый взгляд процессами?
ПРИЧИНЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИВОГО. Из приведенных выше примеров следует, что движение живых организмов является механическим движением, а причиной любого механического движения являются силы. В частности, причиной движения планет является гравитационная сила Солнца. Причиной движения двигателей, построенных человеком, являются либо электромагнитные силы (электродвигатели), либо сила давления горячего газа на поршень (тепловые двигатели). Что же является причиной движения живых организмов?
Как вам уже известно, субстратом жизни служат полимерные молекулы белков и нуклеиновых кислот. Все процессы в живом организме происходят вследствие химических реакций между этими и другими молекулами, составляющими живой организм или поступающими в организм. Каким же образом химические превращения способны вызвать механическое движение?
Раскадровка движения балерины
Среди различных белков, составляющих организм, важную роль играют молекулы, получившие название белки — молекулярные моторы Характерным свойством таких молекул является способность изменять свою форму, т. е. взаиморасположение отдельных составляющих молекулы. Примером такого белка является молекула миозина, которая при наблюдении в электронный микроскоп видна как короткая толстая нить с утолщением-головкой на одном из концов. Эта головка способна поворачиваться относительно нити (рис. 73).
Рис. 73. Движение головки миозина
Если головку прикрепить к какой-либо другой молекуле, при повороте она способна совершать механическую работу. Откуда берется энергия для такой работы? Энергию поставляет молекула АТФ — универсальный источник энергии клеток всех живых организмов.
Однако при движении головки относительное изменение длины молекулы миозина оказывается незначительным. Мышцы, созданные из таких молекул, могли бы сокращаться на единицы процентов (реальное сокращение мышц может доходить до 50%). И природа «исхитрилась» создать мотор, работающий по циклу, подобно тепловым двигателям, созданным человеком. Правда, произошло это за миллиарды лет до создания человеком тепловых двигателей. Биологический двигатель состоит из двух молекул — миозина, осуществляющего движение, и актина, молекулы которого, соединяясь между собой, образуют длинные тонкие нити. Рабочий цикл актин-миозинового мотора схематично изображен на рисунке 74.
Рис. 74. Схема рабочего цикла актин-миозинового мотора
Следует отметить, что КПД такого двигателя (отношение совершенной механической работы к затраченной энергии) в несколько раз превосходит КПД тепловых двигателей, созданных человеком. Человек еще не достиг совершенства, имеющегося в природе; возможно, двигатели, подобные биологическим, будут изобретены в будущем.
Биологические моторы основаны на взаимодействии двух типов молекул: молекулы, изменяющей форму, и перемещаемой молекулы. Эти молекулярные комплексы ра-циклично и обусловливают все движения, которые наблюдаются в живой природе.
МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ. Рассмотрим работу мышцы. Схема мышцы приведена на рисунке 75. Мышечные волокна, имеющие диаметр порядка 50 мкм, состоят из отдельных цилиндрических структур — миофибрилл, которые имеют диаметр 1—2 мкм.
Рис. 75. Схема строения мышцы
Если сделать поперечный срез миофибриллы и взглянуть на него через электронный микроскоп, то можно увидеть правильно чередующиеся тонкие нити белка актина и толстые, связанные в пучок своими хвостовыми концами молекулы миозина. При зацеплении головки миозина за актиновую нить образуются поперечные мостики.
Основу работы мышцы составляет работа множества элементарных актин-миозиновых биологических моторов.
Схема работы отдельной сократимой единицы миофибриллы приведена на рисунке 76.
Рис. 76. Схема работы миофибриллы: расслабленное состояние (а), сокращенное состояние (б)
В расслабленном состоянии мышцы миозиновые и актиновые нити перекрываются незначительно. После нескольких циклов актин-миозиновых моторов актиновые нити оказываются втянутыми в промежутки между миозиновыми нитями, что приводит к сокращению мышцы.
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР БИОЛОГИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ. Описанные биологические моторы обусловливают различные движения живых организмов. Примерами таких движений являются изменение формы клетки и образование перетяжки между дочерними клетками в ходе клеточного деления, движение жгутиков и ресничек простейших живых организмов (жгутиконосцы, инфузории), амебовидное движение — один из самых распространенных способов перемещения клеток.
Исследование амебоидного движения показало, что в прилежащем к наружной плазматической мембране амеб слое цитоплазмы имеется сеточка из нитей актина и миозина. Сокращение и расслабление этой сеточки фактически изменяет упругость наружной оболочки, в результате чего цитоплазма перетекает в область, где эта упругость меньше. В этой области образуется вырост — псевдоподия, которая закрепляется на окружающих амебу телах. Затем вещество амебы постепенно перекачивается в область, где закрепилась псевдоподия, после чего цикл повторяется.
Подобный способ движения характерен также для лейкоцитов — элементов крови человека и позвоночных животных — участвующих в иммунном ответе организма. Перемещаясь, как амебы, эти клетки скапливаются вокруг проникших в организм инородных объектов и нейтрализуют их вредное воздействие на организм,
Несмотря на огромное разнообразие форм движения живых существ, все они оказываются достаточно сходными и основанными на одних и тех же молекулярных механизмах.
Жгутики и реснички не содержат мышц. Под микроскопом видно, что жгутики и реснички состоят из микротрубочек, образованных молекулами белков. К каждой микротрубочке прикреплены ручки, образованные белком — молекулярным мотором (рис. 77).
Рис 77. Схема, иллюстрирующая механизм изгибания жгутиков и ресничек
Цикл движения состоит в том, что ручки микротрубочки цепляются за соседнюю микротрубочку, затем, изгибаясь, подтягивают соседнюю микротрубочку, после чего, отцепляясь, возвращаются в исходное положение. Таким образом, функцию актина в актин-миозиновом комплексе в данном случае выполняют микротрубочки. Если микротрубочки одним концом скреплены между собой, то при циклическом движении ручек происходит изгиб микротрубочек.
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 43. «Движение в живой природе»
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Биологические моторы, моторные белки или молекулярные моторы (англ. biological motors или motor proteins, molecular motors) — белковые комплексы, генерирующие механическое усилие для осуществления движения клеток, внутриклеточного транспорта и других биологических процессов.
Миозин – ( от греч. mys, род. падеж myos-мышца), белок сократит. волокон мышц. Его содержание в мышцах ок. 40% от массы всех белков (в др. тканях и клетках 1-2%). Обладает каталитической активностью: расщепляет аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) с освобождением энергии, которая используется при мышечном сокращении.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 189 – 192.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Одним из проявлений жизнедеятельности организмов является движение. Оно позволяет живым существам не только активно взаимодействовать с окружающей средой, добывать пищу, осваивать новые территории, защищаться. Так же перемещения разного рода встречаются внутри клетки. Они обеспечивают функционирование ее как целостной системы: расхождение хромосом при делении, движение вакуолей и др. В основе такого многообразия форм движения лежит механическое движение.
Описывая любое механическое движение можно выявить силы, вызвавшие его. В частности, движение автомобиля вызывает сила давления газов на поршень в моторе, яблоко падает под действием силы притяжения Земли. Причиной механического движения живых организмов являются специфические химические реакции. Главную роль в которых играют специализированные белки – молекулярные моторы.
Отличительной особенностью белков-молекулярных моторов является возможность изменять свою форму, используя энергию АТФ. К числу таких биологических моторов относится белок миозин. Внешне вид молекулы миозина можно представить как нить с головкой на одном из концов, которая способна к перемещению относительно нити. Молекулы миозина имеют рецепторы к нитям другого белка – актина. Вместе они образуют актин-миозиновый комплекс. Молекулы миозина могут перемещаться вдоль нитей актина. При чем это перемещение может быть значительным, благодаря цикличности в их взаимодействии, поэтому их называют актин-миозиновым мотором. КПД такого микромоторов значительно превышает КПД макромоторов, создаваемых человеком. Регуляцию работы этого моторы осуществляют ионы Ca 2+.
Основу работы мышцы составляет работа множества элементарных актин-миозиновых моторов. Мышечные волокна представлены пучками сократительных белков – миофибриллами. При сокращении мышцы миозина стягивают длинные нити актина, в результате чего сокращение мышц может достигать 50%.
Подобные механизмы биологических моторов позволяют осуществлять многообразие форм движения на клеточном уровне. В том числе изменение формы клетки (амеба, лейкоциты), перемещение макромолекул и органелл внутри клеток. Альтернативными формами движения обладают клетки, перемещающиеся с помощью жгутиков и ресничек. В этом случае биологические моторы перемещаются по микротрубочкам, приводя их в движение. Некоторые моторы осуществляют работу с ДНК (ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы), перемещают рибосому вдоль м-РНК.
Несмотря на огромное разнообразие форм движения живых существ, все они оказываются достаточно сходными и основанными на одних и тех же молекулярных механизмах.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
1. Выберите один ответ.
В основе работы мышц лежит:
Ответ: работа актин-миозиного мотора;
Пояснение: мышечные волокна представлены пучками актин-миозиновых белков – миофибрилл. Движение миозиновых волокон относительно актиновых волокон приводит к сокращению мышц.
2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.
«Механическая работа при действии биологического мотора осуществляется за счет энергии химических связей углеводов и АТФ, а также световой энергии у растений.»
Ответ: «Механическая работа при действии биологического мотора осуществляется за счет энергии химических связей углеводов и АТФ, а также световой энергии у растений.»
Пояснение: Универсальным источником энергии для биохимических процессов в клетке являются молекулы АТФ.
Естествознание. 10 класс
Что такое движение?
Движение – одно из свойств живого. Оно позволяет живым существам активно взаимодействовать с окружающей средой, добывать пищу, защищаться и др. Также перемещения разного рода встречаются внутри клетки, которые ее обеспечивают функционирование. Есть ли что-либо общее между всеми этими столь различными на первый взгляд процессами?
Цели и задачи
— обобщить и закрепить знания учащихся о движении живых организмов.
— уточнить причины движения живого;
— осмыслить работу биологических моторов;
— рассмотреть механизм мышечного сокращения;
— осмыслить универсальность механизмов разнообразных форм движения живых организмов.
Узнаем, научимся, сможем
— какой механизм лежит в основе движения живых организмов;
— как действуют биологические моторы;
— как работают мышцы;
— каков механизм движения отдельных клеток и одноклеточных организмов.
— сравнивать механизмы движения при мышечном сокращении, движении амёбы, движении жгутиков и ресничек.
Живая и неживая природа
Выделите оранжевым цветом наиболее полное утверждение.
В чём проявляются отличия движения объектов живой природы от движения объектов неживой природы?
1. Движение живых организмов осуществляется под действием только внешних сил, в этом проявляется единство живого и неживого
2. Движение живых организмов осуществляется только самостоятельно и целенаправленно, поскольку живые организмы обособлены от неживой природы
3. Движение в различных формах является фундаментальным свойством живого, поскольку наряду с движением под действием внешних сил, живые организмы способны осуществлять различные формы движение самостоятельно