Тема 7. Методы математической и статистической обработки материала.

Первичная обработка и оформление результатов биологических исследований. Матричные, табличные, диаграмм­ные, графические и другие способы обработки и представления материала. Сведения о статистике, применение коэффициентов.

Теоретические занятия – 4 часа. Зачётное занятие – 1 час.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Для обучающихся в Подготовительной группе разработаны и используются методические разработки по 8 темам и контрольные вопросы к ним.

Примеры разработок заданий для Подготовительной группы

ЗАДАНИЕ № 2

Тема: Растения и животные – не единственные живые организмы на Земле.

С древних времён люди изучали окружающий их мир живых существ. Постепенно складывались определённые представления о том, какие существа населяют нашу планету, есть ли среди них родственники и если есть, то по каким признакам относить живой организм к той или иной группе. Вы уже знаете, как различаются между собой два царства живой природы – растения и животные.

Попробуем охарактеризовать два других царства – бактерии и грибы. Царство архебактерий изучено ещё очень слабо, и его мы рассматривать не будем.

Началом изучения бактерий можно считать XVII век. До этого люди, конечно же, сталкивались с результатами жизнедеятельности этих организмов (брожение вина, скисание молока, различные болезни человека и домашних животных, растений), но самих бактерий увидеть не удавалось, так как размеры самых крупных из них не превышают сотых долей миллиметра.

Первым человеком, который увидел их, был голландский натуралист Антони Ван Левенгук (1632-1723). Он изобрёл микроскоп, с помощью которого можно было увидеть очень маленькие организмы, в том числе и бактерий. По мере их изучения стало ясно, что они очень сильно отличаются от всех других живых организмов, и в ХХ веке они были выделены в отдельное царство. К середине ХХ века был изобретён электронный микроскоп. Это позволило исследовать структуру клеток, из которых состоят все организмы, во много раз подробнее, чем раньше. В течение нескольких лет было открыто множество неизвестных ранее особенностей тонкой структуры клетки. Это привело к обнаружению одного принципиально важного признака внутренней архитектуры клетки, разделяющего организмы на две группы. Организмы, клетки которых имеют ядро (очень важная часть клетки), называются эукариотами (объяснение выделенных слов смотрите в конце задания).

Организмы, клетки которых не имеют ядра, а только лишь ядерное вещество, называются прокариотами. Прокариоты – наиболее примитивные и, как считают, наиболее древние существа. К ним относятся бактерии и архебактерии. Все остальные организмы относятся к эукариотам.

Таким образом, бактерии – это самые простые, мельчайшие и наиболее распространённые организмы. Они были единственной формой жизни на Земле, по крайней мере, в течение 2 млрд. лет. Бактерии в отличие от эукариот никогда не были многоклеточными организмами, тем не менее, некоторые из них образуют нити или скопления из нескольких клеток.

Размеры бактериальной клетки, как уже было сказано, колеблются от одной сотой до одной тысячной миллиметра. Форма бактерий может быть самой разнообразной: округлой, палочковидной, в виде спирали. Большинство бактерий синтезируют прочную клеточную стенку, которая окружает клетку со всех сторон. Клеточная стенка придаёт клетке прочность и защищает от внешних воздействий. Основной компонент клеточной стенки – особое вещество, называемое муреином.

Стенка – обязательный структурный компонент во всех основных группах прокариот, кроме микоплазм. Микоплазмы – мельчайшие бактерии, не имеющие клеточных стенок. Большинство микоплазм – паразиты, которые обычно развиваются в клетках или жидкостях организма животных или растений. Микоплазмы не могут активно двигаться. А многие бактерии, имеющие клеточную стенку, способны активно передвигаться. Одна из разновидностей активного движения – скольжение – проявляется только при контакте клетки с твёрдой поверхностью; оно осуществляется без участия каких-либо специальных структур. Вторая разновидность движения – активное плавание – свойственно клеткам, находящимся в жидкой среде, и осуществляется с помощью структур, называемых жгутиками. В группе прокариот, называемых спирохетами, за движение клетки ответственна особая сложная структура – осевая нить: она состоит из двух рядов бактериальных жгутиков, лежащих внутри клеточной стенки. Бактерии могут направленно двигаться к свету, источнику пищи, ориентироваться по сторонам света.

По разнообразию биохимических процессов, которые они могут осуществлять, бактерии уникальны в живом мире. Учёные считают, что на Земле нет такого вещества, которое не может быть использовано и переработано бактериями. Некоторые группы бактерий способны к фотосинтезу. Однако он часто отличается от аналогичного процесса у растений и бывает нескольких типов. Кроме этого, некоторые бактерии способны использовать в качестве источника энергии различные неорганические вещества.

Они могут жить, например, на железной руде, потребляя только воду и воздух. Есть и гетеротрофные бактерии. Они могут разлагать различные органические вещества. Именно поэтому интенсивно исследуется их способность разлагать нежелательные синтетические вещества, а также нефть. Например, нейлон, впервые выпущенный в 1939 году, разлагается бактерией рода Flavobacterium, которая за такой короткий срок сумела научиться использовать вещества, которые до этого в природе не существовали.

По тому, как бактерии реагируют на кислород, их делят на аэробов (нуждающиеся в кислороде) и анаэробов (не нуждающиеся в кислороде). Некоторые бактерии являются облигатными анаэробами, то есть они живут только в отсутствии кислорода. Другие – факультативные анаэробы – могут существовать без кислорода, но лучше развиваются в его присутствии. Некоторые бактерии могут извлекать из воздуха азот и переводить его в форму, легко усваиваемую растениями (азот - химическое вещество, очень необходимое в жизни растений).

Бактерии размножаются делением клетки пополам. Время, за которое клетка делится, колеблется у различных бактерий от 15-20 минут до 5 часов.

Некоторые бактерии образуют толстостенные эндоспоры, которые устойчивы к нагреванию и обезвоживанию. Эндоспоры могут прорасти через десятки, даже сотни лет.

Бактерии способны вырабатывать антибиотики – органические вещества микробного происхождения, ядовитые для других организмов или подавляющие их рост. Способность вырабатывать антибиотики является у бактерий одним из путей борьбы с конкурентами. Эту способность использует человек для промышленного получения антибиотиков, необходимых для лечения многих заболеваний.

Кроме этого, бактерии используются для переработки отходов вредных производств; в пищевой промышленности при производстве сыра, простокваши. Многие бактерии необходимы для получения лекарств и других химических соединений. Во многих странах определённый вид бактерий выращивается для получения белковой добавки к пище человека и животных. Однако необходимо отметить, что многие бактерии являются возбудителями очень серьёзных заболеваний человека и животных, включая туберкулёз, холеру, сибирскую язву, дифтерит, столбняк; бактерии вызывают болезни растений, нанося экономический урон сельскому хозяйству.

Местообитания бактерий чрезвычайно разнообразны. Хотя каждая бактериальная клетка очень мала, тем не менее общая масса бактерий, обитающих на Земле, превышает массу всех других живых организмов вместе взятых. Бактерии обнаружены в самых удивительных местах; они действительно распространены по всему земному шару. Например, бактерия, найденная в горячих источниках США, может выдержать температуру, превышающую 78⁰ C. Известны бактерии, обитающие при высоком давлении около глубоководных вулканических кратеров при температуре выше 360⁰ C (столь высокая температура может поддерживаться лишь при высоком давлении, то есть на дне океана).

Разнообразные бактерии обнаружены в Антарктиде, например, в образцах пород и льда, взятых с глубины более 430 метров. Эти бактерии имеют возраст не менее 10.000 лет (а, возможно, и миллион лет). От -7⁰ до -14⁰ они пребывают в состоянии покоя, но при повышении температуры становятся активными. Подобные примеры свидетельствуют о том, что некоторые бактерии способны чрезвычайно долго пребывать в состоянии, при котором приостановлены процессы жизнедеятельности.

Бактерии играют немаловажную роль в жизни биологических сообществ. Благодаря им, вещества, использованные когда-то живыми организмами, высвобождаются и становятся доступными для других поколений. Бактерии составляют 90 % всей биомассы океана. Если бы бактерии перестали существовать, то жизнь на Земле остановилась бы.

Вместе с гетеротрофными бактериями в высвобождении веществ в процессе разложения участвуют и грибы.

Рассмотрим кратко эту интересную и разнообразную группу организмов. Грибы были известны человеку давно. Их традиционно относили к низшим растениям, очевидно из-за внешнего вида. Это, конечно, были в основном плодовые тела шляпочных грибов. Трудно поверить, что и шляпочные грибы, и плесени, и ржавчины, и дрожжи относятся к одной и той же группе организмов. Грибы выработали совершенно особую биологическую организацию, которую можно рассматривать как приспособление к жизни в наиболее обычной для них среде – почве. Своеобразие грибов определяется сочетанием признаков как растений (неподвижность, неограниченный верхушечный рост, наличие клеточных стенок), так и животных (гетеротрофный тип питания, запасные вещества в виде гликогена), а также особым циклом развития.

Грибы – одноклеточные (дрожжи) или многоклеточные, разнообразные по размерам и строению организмы, аэробы.

Большинство грибов (кроме одноклеточных) имеет нитевидное тело, называемое мицелием. Мицелий (или грибница) состоит из системы разветвлённых гиф (нитей). Гифы заключены в жёсткие трубочки-оболочки, играющие роль клеточной стенки прокариот. Обычно мицелий образуется путем прорастания и разделения одиночной клетки – споры. При прорастании грибная спора даёт длинную нить, или гифу, которая, удлиняясь, может многократно ветвиться и образует целую систему нитей, то есть мицелий. Гифы развиваются на поверхности или в толще почвы, древесины или какого-либо другого материала и имеют с ним большую поверхность соприкосновения, что обеспечивает поглощение питательных веществ. Гифы растут только верхней частью, размеры одного мицелия не ограничены, рост может продолжаться до тех пор, пока хватает питательных веществ.

Отдельный гриб может за 24 часа образовать мицелий длиною более километра (термины «мицелий» и «микология», то есть наука о грибах, произошли от греческого слова myketos – «гриб»). Структуры, подобные шляпочным грибам, состоят из множества плотно упакованных нитей. Эти нити и образуют ложную ткань плодового тела.

Для грибов характерно размножение неподвижными спорами. Споры отшнуровываются на концах гиф или в плодовых телах или в других специальных органах размножения. Некоторые из этих спор очень малы и могут переноситься ветром на большую высоту и на огромные расстояния, что, вероятно, обеспечивает широкое распространение многих грибов. Споры ряда видов распространяются, прилипнув к телу насекомых или других животных. Спорами образованы яркие порошкообразные налёты, часто заметные на различных типах плесени. У нескольких видов споры с силой «выстреливаются» в воздух. Кроме того, у грибов существуют и другие, очень сложные формы размножения.

Все грибы гетеротрофы и являются сапробионтами (то есть обитают на мертвом органическом веществе) или паразитами (то есть питаются другими организмами). Некоторые грибы, в частности дрожжи, получают энергию в процессе брожения. Ряд почвенных форм – хищники. Это наиболее специализированные представители царства грибов. В процессе эволюции у них появился целый ряд приспособлений для захвата мелких животных, которых они используют в пищу. Некоторые грибы нападают на нематод (небольшие круглые черви) и поедают их. Например, вешенка обыкновенная растет на гниющей древесине, выделяя вещество, которое обездвиживает нематод. После этого гифы гриба опутывают этих крошечных червей и проникают в них. Некоторые микроскопические грибы выделяют на поверхности гиф липкое вещество, к которому прилипают мелкие животные. Более 50 видов грибов ловят нематод в своеобразные «силки». При появлении жертвы гифы образуют петли, которые быстро вздуваются, сжимаясь, как аркан, когда червь проползает по их внутренней поверхности.

Грибы способны вступать в тесные взаимоотношения с другими организмами. Некоторые грибы образуют микоризу с корнями растений. Грибные гифы тесно оплетают корни или даже проникают в клетки корней. Гифы грибов поставляют корням воду и минеральные соли, а взамен получают из корней органические вещества. Некоторые грибы объединены с водорослями в сложные организмы – лишайники, представляющие симбиоз гриба и водоросли.

Микроскопические грибы, так же как и бактерии, способны вырабатывать антибиотики. Кроме того, человеком используются дрожжи, сырные плесени и, конечно же, шляпочные грибы. Правда, очень часто грибы наносят существенный урон, разрушая продукты питания, постройки, ткань, краску, реактивное топливо, фотоплёнку и даже линзы оптических приборов.

Как и бактерии, грибы играют огромную роль в живых системах, разрушая мертвое органическое вещество. Почвенные бактерии играют главную роль в образовании почвы.

Рекомендуемая литература

1. Жизнь растений. Т. 1-2. – М., 1989.

2. де Крюи П. Охотники за микробами. – М., 1987.

Словарь терминов

эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядра

прокариоты – организмы, клетки которых не содержат ядра

клеточная стенка бактерий – специфическая по химическому составу оболочка, окружающая клетку

муреин – химическое вещество, входящее в состав клеточной стенки

микоплазмы – группа бактерий, лишённых клеточной стенки

спирохеты – группа бактерий с винтообразно закрученными клетками и осевыми нитями, ответственными за движение

аэробы – организмы, способные жить и развиваться только при наличии кислорода

анаэробы – организмы, способные жить и развиваться при отсутствии кислорода

облигатные анаэробы – не способны жить в присутствии кислорода

факультативные анаэробы – способны жить и в присутствии кислорода

эндоспора – новая клетка, образующаяся в бактериальной клетке; одета толстыми, многослойными, труднопроницаемыми покровами; в каждой бактериальной клетке обычно образуется только одна эндоспора; после созревания эндоспоры выходят наружу, а материнская клетка разрушается

местообитания – участок суши или водоёма, занятый организмами одного вида и обладающий всеми необходимыми для их существования условиями

мицелий (грибница) – вегетативное тело гриба, состоящее из тонких ветвящихся нитей-гифов

гифы – микроскопические ветвящиеся нити, образующие мицелий; у низших грибов гифы не имеют перегородок, у высших на равном расстоянии образуются одна за другой поперечные перегородки (у большинства грибов оболочка гиф бесцветная, у некоторых окрашенная)

сапробионты (сапротрофы) – гетеротрофные организмы, использующие для питания органические соединения мёртвых тел

паразиты – организмы, использующие другие организмы в качестве среды обитания или источника пищи

микориза (грибокорень) – способ совместной жизни мицелия гриба и корня растения, при котором и тот, и другой получают взаимную выгоду

Вопросы к заданию № 2

1. Каких учёных, изучавших мир бактерий, Вы знаете?

2. Предположите, каков может быть механизм «скользящего» движения бактерий?

3. Является ли образование бактериями эндоспор размножением? Почему?

4. Опишите ситуацию в природе, если бы исчезли все бактерии.

5. Какова роль трутовиков в жизни леса? Ответ поясните.

6. Почему в книгохранилищах строго следят за температурой и влажностью?

7. Попробуйте объяснить названия грибов «подберёзовик», «подосиновик», «боровик» и т.д. Имеют ли эти названия биологическое обоснование и какое именно?

Срок сдачи работы _____________________________