Раздел 7 Бионика

Тема 7.1. Бионика.

Основные понятия и термины по теме: бионика, нейробионика, биологическая, техническая, теоретическая бионика.

План изучения темы

1. Понятие Бионика.

2. Основные направления работ

3. Моделирование живых организмов

Краткое изложение темы:

1. Био́ника - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.

Различают: биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах; теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов; техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

2. Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:

- изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);

- исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;

- изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

-исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

3. Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.

Сегодня бионика имеет несколько направлений.

- Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

- Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Какое значение имеет изучение особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно-технического прогресса?

2. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?

3. Приведите примеры «изобретений» природы, которые еще в глубокой древности помогали решать ряд технических задач.

4. Какие биологические рецепторные и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей? Приведите примеры.

5. Приведите примеры компенсаторных механизмов и способностей к

адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой надежности, биологических систем.

6. Какие природные конструкции и формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре? Приведите примеры.

КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Текущий контроль

Перечень точек рубежного контроля:

№ ТРК	Наименование ТРК (в соответствии с КТП)	Форма контроля знаний	Тематика разделов ТРК
1	Тестирование	Письменная работа	Учение о клетке
2	Тестирование	Письменная работа	Организм. Размножение и индивидуальное развитие организмов
3	Тестирование	Письменная работа	Основы генетики и селекции
4	Тестирование	Письменная работа	Эволюционное учение
5	Тестирование	Письменная работа	История развития жизни на Земле
6	Тестирование	Письменная работа	Основы экологии
7	Тестирование	Письменная работа	Бионика
8.	Дифференцированный зачет	Письменная работа	Зачет

Итоговый контроль по дисциплине

По итогам изучения дисциплины выставляется дифференцированный зачет на основании оценок за практические работы и точки рубежного контроля.

ГЛОССАРИЙ

ТЕРМИН	ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Автотрофы	Автотро́фы - организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.
АТФ	Аденозинтрифосфа́т— нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.
Альтернативные признаки	взаимоисключающие, контрастные признаки
Биополимеры	Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Биополимеры состоят из одинаковых (или разных) звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.
Витамины	Витами́ны (от лат. vita -«жизнь») — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи.
Гаметы	(от греч. «гаметес» – супруг) – половая клетка растительного или животного организма, несущая один ген из аллельной пары. Гаметы всегда несут гены в «чистом» виде, т.к. образуются путем мейотического деления клеток и содержат одну из пары гомологичных хромосом.
Ген	(от греч. «генос» – рождение) – участок молекулы ДНК, отвечающий за один признак, т.е. за структуру определенной молекулы белка.
Генотип	совокупность полученных от родителей наследственных признаков организма – наследственная программа развития.
Гетерозигота	(от греч. «гетерос» – другой и зигота) – зигота, имеющая два разных аллеля по данному гену (Аа, Вb). Гетерозиготная особь в потомстве дает расщепление по данному признаку.
Гомозигота	(от греч. «гомос» – одинаковый и зигота) – зигота, имеющая одинаковые аллели данного гена (оба доминантные или оба рецессивные). Гомозиготная особь в потомстве не дает расщепления.
Гетеротрофы	Гетеротро́фы— организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, то есть произведённые другими организмами.
Гормоны	Гормо́ны— биологически активные сигнальные химические вещества, выделяемые эндокринными железами непосредственно в организме и оказывающие дистанционное сложное и многогранное воздействие на организм в целом либо на определённые органы и ткани-мишени. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах.
ДНК	Дезоксирибонуклеи́новая кислота́— макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.
РНК	Рибонуклеи́новая кисло́та (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.
Липиды	Липи́ды— широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе
Мономеры	Мономе́р— это низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации. Мономерами также называют повторяющиеся звенья (структурные единицы) в составе полимерных молекул
Углеводы	Углево́ды (сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода» Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.
Ферменты	Ферме́нты, или энзи́мы— обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах.
Хемотрофы	Хемотрофы — организмы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, окисляя химические соединения, богатые энергией — хемосинтеза (как неорганические — например молекулярный водород, серу, так и органические — углеводы, жиры, белки, парафины и более простые органические соединения.
Природопользование	совокупность воздействий человечества на географическую оболочку Земли, рассматриваемая в комплексе (в отличие от отраслевых понятий — водопользование, землепользование, лесопользование и др.).

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основные источники (для студентов)

1. Е.И. Тупикин “Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности” М. 2010.

2. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10 кл. Рабочая тетрадь. – М., 2009.

Дополнительные источники (для студентов)

1. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н. И. Общая биология учебн., для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений.7-е изд.,стереотип.-М.:Дрофа,2009.-624с.: ил.

2. А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник «Биология. Общая биология». 10–11 классы. Учебник. - М. : Дрофа.

3. Андреева Н.Д. Биология. 10-11 классы. (базовый уровень) 4-е изд., испр. - М.: 2012. - 327 с.

4. Вертьянов С.Ю. Общая биология. 10-11 классы .Под ред. Ю.П. Алтухова. — М.: Свято-Троицкая Сергиева Лавра, 2012. — 352 c.

5. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 10 Класс. Учебник. – М., 2009.

6. Агафонова И.Б., Сивоглазов В.И. Биология (базовый уровень)

кл.М.Дрофа,2009-

7. Сухорукова Л.Н. Общая биология. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: профил. уровень / Л.Н. сухорукова, В.С. Кучменко, Т.Ф. Чернявская; Рос акад. Образования, изд-во «Просвещение». – 7-е изд. - М.: Просвещение, 2008;

8. Сухорукова Л.Н. Общая биология. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: профил. уровень / Л.Н. Сухорукова, В.С. Кучменко, Т.Ф. Чернявская; Рос акад. Образования, изд-во «Просвещение». – 7-е изд. - М.: Просвещение, 2008.

9. Википедия – свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/wiki 2.

10. http://slovo.ws/urok/biology/11/01/txt/55.html

11. Фестиваль педагогических идей «1 сентября»

12. Сеть творческих учителей

18