Урок представлен в виде Лаборатории Российской академии наук (по молекулярной генетике и эволюционным исследованиям).
На двери класса – «Лаборатория НИИ эволюционной биологии».
Оборудование: на столах – микроскопы и один микропрепарат (неподписанный – для определения ротового аппарата насекомого (комара); набор карточек – заданий; программа рабочего дня лаборатории; лист «Успешности»; лист самоконтроля; рефлексивный лист.
Ход урока.
Учитель:
Оглянемся назад!
Природа словно в прятки
Играет с человеческой судьбой
И любит нам загадывать загадки
Одну сложней загадку за другой!
Добрый день! Здравствуйте, уважаемые коллеги. Заглянем в будущее и представим, что наши одиннадцатиклассники все поступили в институт, успешно его окончили и теперь работают в НИИ молекулярной биологии. (Учащиеся все в белых халатах). Начнем свою работу. У нас накопилось много вопросов, на которые следует найти ответы. У вас на столах – «Программа работы Лаборатории эволюционной биологии» (Приложение 1). Ознакомьтесь с программой, и вы увидите, что в ней освещены вопросы, которые нам необходимо рассмотреть сегодня.
Учитель (обращается к классу): Давайте определим цели нашей работы.
Учащиеся, опираясь на программу, определяют цели урока.
Цели урока:
- выявить значение палеонтологии, молекулярной генетики, морфологии, сравнительной анатомии и эмбриологии в доказательстве эволюции органического мира;
- провести лабораторную работу;
- вспомнить направления и пути развития органической эволюции;
Учитель дополняет:
- воспитывать чувство бережного отношения к природе, нетерпимого отношения к негативным факторам, влияющим на здоровье человека;
- быть мудрыми хозяевами Земли.
Учитель: Нам необходимо, опираясь на научные факты, доказать эволюцию органического мира.
На столе палеонтологические находки: зуб мамонта, кусок окаменевшего дерева, конечность лошади (модель).
Учитель: Палеонтологи доставили нам в лабораторию конечность животного, есть ли у вас предположения?
Выходит учащийся (на доске слайд «Филогенетический ряд лошади») (Приложение 2). Рассказывает: Древнейший предок лошади — эогиппус, найденный в отложениях начала третичного периода, был высотой не более 30 см и имел по четыре пальца на передних конечностях и по три на задних. Эогиппус опирался на все фаланги пальцев, что было приспособлением к обитанию в болотистой местности. Пищей ему служили плоды и семена.
Далее в связи с изменением климата лесов становилось все меньше, и потомки эогиппуса все чаще оказывались в открытой местности типа степей. В результате этого наблюдалась последовательная смена форм. Появились изменившиеся животные, все более приспосабливающиеся к разнообразной растительной пище и более быстрому бегу. Сначала уменьшился IV палец, далее сохранились только три пальца, из которых наиболее крупным является средний. Так появилась новая прогрессивная форма — мезогиппус. Это трехпалое животное было высотой около 45 см.
В открытой степи животные могли спасаться от хищников лишь бегом. На твердом грунте преимущество в быстром беге было у тех, кто опирался лишь на один (III, т, е. средний) палец. Отбор был направлен на сохранение особей с хорошо развитым средним пальцем и уменьшенными остальными, которые перестали касаться земли. Так возникла следующая ступень эволюции лошади — меригиппус. У нее важные изменения произошли и в строении зубов. Обитание в открытой местности обусловило приспособление к питанию по преимуществу травой. Жевательная поверхность стала большей, приспособленной для перетирания жесткой растительной пищи (злаки).
Далее эволюция привела к появлению гиппариона, найденного в поздних третичных отложениях. У него был сильно развит только средний палец. Боковые пальцы атрофировались; от них сохранились лишь длинные добавочные кости. Возникло хорошо приспособленное к жизни в степях крупное (высотой приблизительно 120 см) однопалое животное.
Потомок гиппариона — ископаемая лошадь, как и современная, имела на каждой ноге лишь по одному пальцу, на кончик которого она опиралась. Высота увеличилась до 150 см и более. По своему строению поверхность зубов лошадей хорошо приспособлена для перетирания пищи. Зубы меригиппуса, гиппариона, ископаемой и современных лошадей способны к перетиранию жесткой растительной пищи еще и потому, что продолжают расти непрерывно в раннем и среднем возрасте. Прирост их приблизительно равен износу.
Эти исследования проводил В.О. Ковалевский.
Вывод: В эволюционном процессе следует различать две стороны – прогресс и специализацию, то есть общее повышение организации и приспособления к конкретным условиям среды.
Учитель: Кроме этих находок, у нас имеются и другие. Посмотрите на лист – задание № 3 (Приложение 3). Выскажите свои предположения в листах «Успешности» (Приложение 4). Учащиеся выполняют задания и заполняют листы.
Учитель: Своим открытием, которое является неоспоримым доказательством эволюции, поделится кафедра молекулярной генетики.
На доске слайд «Филогенетические соотношения разных организмов» (Приложение 5). Рассказ учащегося:
Генетические методы изучения эволюции разнообразны. Это и прямое определение генетической совместимости сравниваемых форм, и анализ цитогенетических особенностей организмов. Анализ числа и особенностей строения хромосом в группах близких видов часто позволяет выявлять направления возможной эволюции генома таких форм, т. е. выяснять их эволюционные взаимоотношения.
Уже Ч. Дарвин сделал успешные попытки использовать биохимические показатели для установления систематической принадлежности тех или иных форм. Однако только начиная с середины 20 века, молекулярнобиологические методы вышли на передовые рубежи в изучении эволюционного процесса.
На молекулярном уровне процесс эволюции связан с изменением состава нуклеотидов (в ДНК и РНК) и аминокислот (в белках). На современном этапе развития молекулярной биологии можно анализировать число различий в последовательностях элементов нуклеиновой кислоты или белка разных видов, судить по этому показателю о степени их отличий.
На слайде показан результат изучения филогенетических отношений 20 разных организмов на основе определения минимального числа возможных нуклеотидных различий между генами, кодирующими синтез белка цитохрома-С. Можно видеть, что в общем эти данные хорошо совпадают с выводами классической систематики.
Учитель: Анатомы и эмбриологи озадачили нас своими вопросами. Они у вас на столах в виде карточек № 2 и № 4 (Приложение 6). Выполните их и занесите ответы в листы «Успешности».
На доске слайд - «Явления зародышевого сходства» (Приложение 7).
Учитель: Объясните, какие законы вы наблюдаете на данном слайде? (Закон рекапитуляции Геккеля и Мюллера). В чем он проявляется? (Учащиеся отвечают.) Ребята, но вы должны помнить, что в ходе эмбриогенеза могут происходить нарушения. Каковы причины?
На доске слайд - «Уродства – генетический груз популяции» (Приложение 8). Рассказ учащегося:
Любое воздействие, нарушающее нормальный ход эмбриогенеза, может вызвать пороки развития зародыша. Развитие многих зародышей человека нарушается рано. Примерно 5% всех родившихся детей имеют явные уродства. Наука о врожденных аномалиях называется тератологией. Агенты, которые вызывают аномалии, называются тератогенами. Существует очень много тератогенов. Одни факторы вызывают генные мутации. Ионизирующая радиация, лекарственные препараты приводят к разрыву хромосом и изменению структуры ДНК. Другие врожденные заболевания обусловлены наличием лишних хромосом. Например, синдром Клайнфельтера (наличие лишней Х-хромосомы у мужчин, приводящей к недоразвитию семенников, стерильности и небольшой задержке умственного развития)
Большой вред на развивающийся эмбрион оказывает алкоголь и курение. При употреблении алкоголя в количестве, большем 50-85 г в сутки, у детей наблюдается отставание в физическом и умственном развитии. У женщин - злостных курильщиц (20 и более сигарет в день) - часто рождаются дети с меньшей массой, чем у некурящих. Курение значительно понижает количество и подвижность сперматозоидов в семенниках у мужчин, которые выкуривают по меньшей мере 4 сигареты в день.
Учитель: Зоологи представили нам неизвестный вид насекомого. Они затрудняются определить, по какому эволюционному пути идет развитие данного природного объекта. Задание № 5 - Лабораторная работа (Приложение 9). Изучите объект и заполните лист «Успешности».
Учитель: Из наших исследований сделаем вывод (предлагает учащимся поработать фронтально).
Учащиеся отвечают на вопросы учителя:
- Эволюцию доказывают науки…
- Эволюция продолжается?
- Различают два направления эволюции, которые идут рядом, это …
- Пути прогресса – это …
Учитель: Эволюция носит необратимый характер. Что это означает?
Учащиеся: Каждый вид уникален и неповторим. Однажды исчезнув, он никогда вновь появиться не может, даже если потомки попадают в прежние условия существования. На доске слайд - « Виды, навсегда исчезнувшие с лица Земли» (Приложение 10)
Учащийся:
Пред нами нынче 21 век:
Свои проблемы и свои невзгоды.
Пусть будет мудр и славен человек -
Разумное творение природы!
Учитель: Заполните листы «Успешности»: поставьте себе оценки по количеству набранных баллов, используя для проверки лист «Самоконтроля» (Приложение 11) . В «Рефлексивном» листе (Приложение 12) ответьте на заданный вопрос и опишите свои впечатления об уроке.
Домашнее задание: решить задачи «Карточка № 1, №3» (Приложение 13)