Показываем на конкретных примерах, как научная фантастика помогает в изучении биологии. И какие задания сервиса «Облако знаний» можно использовать, чтобы закрепить сложные темы.
В школьном курсе биологии есть темы, которые вызывают затруднения у обучающихся. Среди них: реакции матричного типа в молекулярной биологии, теория симбиогенеза и некоторые другие вопросы эволюционной теории, особенности обмена веществ и строения представителей разных царств живой природы. Как учителю заинтересовать учеников, донести до них сложные темы? Помогает в этом нестандартный подход в объяснении.
Пример 1. Теория симбиогенеза (эндосимбиотическая теория)
Согласно данной теории в какой-то момент развития ранний предок эукариотической клетки поглотил использующую кислород нефотосинтезирующую прокариотическую клетку, и между ними установились взаимовыгодные отношения.
В курсе биологии изучаются такие процессы, как фаго- и пиноцитоз, внутриклеточное расщепление сложных веществ с участием ферментов лизосом, поэтому у учеников может возникнуть вопрос: почему поглощённые клетки не подверглись расщеплению и последующему внутриклеточному перевариванию? Почему поглощённые клетки стали эндосимбионтами? В чём заключалась выгода для будущих митохондрий и хлоропластов? Какие признаки сближают митохондрии и хлоропласты с прокариотами?
Задания сервиса «Облако знаний» помогают закрепить особенности строения органоидов клетки.
Ещё один сложный для усвоения момент: имея собственную ДНК и рибосомы, митохондрии и хлоропласты тем не менее нуждаются в «центральном» управлении ядром клетки. В настоящее время достоверно известно, что многие ферменты и белки, необходимые для функционирования митохондрий, кодируются хромосомами ядра клетки. Необходимые митохондриям вещества синтезируются в цитоплазме клетки и только потом транспортируются в них.
Запомнить процесс образования клеточных эндосимбионтов в виде митохондрий и хлоропластов поможет небольшой текст, написанный в жанре научной фантастики:
Капитан: Экипаж «Прото-1», внимание! Нас окончательно поглотила вражеская станция! Они подключились к нашей энергетической системе.
Штурман: Капитан, разрешите ещё раз отправить другим нашим кораблям сигнал бедствия?
К.: Послушайте, штурман, мы уже отправляли его двадцать семь раз сегодня и три сотни раз вчера. Всех захватили, наш флагман был последним.
Ш.: Что тогда прикажете делать?
К.: Мы усилили защитные экраны, разрушить они нас не могут! Готовьте капсулы для внедрения изменённого программного кода, покажем этим отморозкам!
Хозяин: Внимание, экипаж «Прото-1»! К вам обращается высший разум и по совместительству ваш хозяин. Прекратите сопротивление, отзовите свои вредоносные программы!
К.: Что, не нравится?! Мы будем мстить вам, подлые захватчики!
Х.: Экипаж «Прото-1», снаружи агрессивная среда. Вы не выживете, если мы вернём вас обратно. Прекратите внедрять изменённый программный код, семьсот тысяч наших организменных симбиотических систем уже погибло из-за мутаций вместе с вашими кораблями! Нам нужен мир!
К.: Нам тоже! И желательно весь! Мы готовы пойти на любые жертвы ради свободы, это вы без нашей энергосистемы не сможете утилизировать свои токсины!
Х.: Экипаж «Прото-1», предлагаем сделку: мы даём вам защиту, а вы отдадите приказ не внедрять свой изменённый программный код? И немного поделитесь энергией...
К.: Сделка? Мы согла… Нет! Больше прав!
Х.: Всё им мало… Чего ещё хотите?!
К.: Так, записывайте по пунктам. Полная защита и договор о ненападении. Автономия и выделенная линия для передачи нашей конфиденциальной информации. Гарантированный доступ к управлению вашей организменной симбиотической системой и личный обслуживающий персонал. Ещё нам нужно полное пожизненное довольствие, включая индивидуальные поставки кислорода.
Х.: За наш счёт?! Вам там не слипнется?
К.: Ладно, уговорили. Избытком энергии с наших генераторов поделимся, если будете хорошо себя вести. Но это не точно…
Голос разума: Хозяин, ты хочешь согласиться на такие условия? Они же сожрут все наши ресурсы и потребуют ещё.
Х.: Не потребуют. Они пока не разобрались, но наш геном уже кодирует синтез их собственных белков. Да и строить новые корабли они смогут теперь только под нашим руководством. Нечего было внедрять свой программный код…(орфография и пунктуация автора сохранены, – прим. редакции).
© Н.Н. Кириллова
Пример 2. Возникновение первых живых организмов
Долгое время одной из ведущих теорий происхождения живого на Земле была коацерватная теория академика А.И. Опарина. Согласно этой теории коацерваты возникли в первичном бульоне. По способу питания пробионты были анаэробными гетеротрофами.
Изучение вопроса происхождения жизни на Земле необходимо начинать с формирования у обучающихся знаний о возможных способах получения питательных веществ и энергии ныне существующими живыми организмами.
Экспериментальное подтверждение теория Опарина-Холдейна получила после проведения опытов по моделированию условий абиогенного синтеза в аппарате Миллера-Юри. По итогам эксперимента в установке появились аминокислоты, сахара, жиры, а также предшественники нуклеиновых кислот, что позволяет предположить принципиальную возможность такого пути возникновения жизни.
Выполняя интерактивные задания, обучающиеся определяют соответствие между элементами установки Миллера и Юри и возможными процессами на древней Земле.
Для подготовки к ЕГЭ по биологии и в углублённом курсе биологии в школе рассматривается гипотеза Claudia Huber and Günter Wächtershäuser: абиогенный синтез, возможно, происходил в подводных вулканических источниках, и первыми организмами были хемоавтотрофы, которые встраивались в геохимические циклы. В экосистемах недавно обнаруженных подводных «чёрных курильщиков», своеобразных оазисах жизни на глубинах свыше 2000 метров, сосуществуют хемоавтотрофные бактерии (продуценты) и некоторые виды животных (консументы), но отсутствуют растения.
Интерактивные задания «Облака знаний» помогают обобщить информацию обо всех теориях происхождения жизни на Земле.
Для усвоения и запоминания названных гипотез происхождения жизни на Земле можно вместе с обучающимися разобрать отрывок из научно-фантастического романа Н.Н. Кирилловой «Троподианский аквариум» и предложить найти в тексте аргументы, подтверждающие те или иные гипотезы. А заодно порассуждать о том, могла ли эволюция пойти по пути закрепления автогетеротрофности у многоклеточных организмов и наличие каких продуктов обмена веществ доказывает гетеротрофное питание описываемых во фрагменте организмов:
— Мы — самая древняя ветвь эволюции, особь Грант, — чуть качнул опушенной верхушкой синторианин, — и самая развитая.
Профессор склонил голову, скрывая усмешку: говорящие кактусы совсем осмелели. Обогащенная газовая смесь действовала на них хорошо. Настолько хорошо, что говорящие растения больше не просили дополнительного освещения, так и сидели в полутьме, освещаемые лишь несколькими светодиодами аварийного освещения теплицы. Только вот лабораторным мышам, похоже, перемены не понравились, из клетки на соседнем столе за неделю пропало четыре образца. Разбежались? Он и сам не мог понять, да и не до этого сейчас. Глядя через настольную лупу, он пытался вынуть из-под кожи последний оставшийся шип этих самых растений, возомнивших себя венцом эволюции. Сегодня синториане попросили подложить новый грунт в самую середину колонии, росли они густо, так что без заноз не обошлось.
— Разум во Вселенной появился вместе с нами. Мы и есть разум!
— Боюсь, что кроме способности говорить, разумной форме жизни желательно обладать рядом других биологических особенностей.
— Мы — потомки самых первых живых организмов. Лука (LUCA, Lust Universal Common Ancesor – последний общий предок всех живых организмов на Земле, – прим. редакции) был одним из нас.
— Вообще-то первые организмы по теории одного земного ученого были гетеротрофами, а у вас самый типичный автотрофный процесс получения питательных веществ. — Грант наконец отложил пинцет и откинулся на спинку стула. Троллить кактусы? Почему нет? На счет их интеллектуальных способностей он, пожалуй, не сомневался: теорию Опарина-Холдейна они знали, но вот заносчивость растений переходила все пределы.
На днях пропал его ассистент, скорее всего, сбежал в поисках более выгодной оплаты своего труда, и теперь ухаживать за этими говорящими кактусами, подключать им обогащенную газовую смесь и подливать воды в систему орошения приходилось ему самому. И выслушивать их, кстати, тоже. Как они ему надоели! «Ещё немного и я сам буду искать новое место работы», — подумал он, глянув на покачивающиеся верхушки.
— Гетеротрофами? Ошибаешься, — произнес кактус и как-то странно хлюпнул, как будто усмехнулся. — Люди ошибаются очень часто. Но тех ваших учёных мы бы послушали... — он хлюпнул еще раз. — И тебя тоже. Подкрути-ка подачу воды на сектор утилизации азотистых веществ… (орфография и пунктуация автора сохранены, – прим. редакции).
© Н.Н. Кириллова
Таким образом, использование в курсе биологии интерактивных заданий сервиса «Облако знаний» и научно-фантастических текстов повышает вовлечённость обучающихся, помогает мотивировать их, а учителю даёт возможность сделать сложные темы понятными и запоминающимися.
Материал подготовлен при помощи эксперта – методиста «Облака знаний» Наталии Кирилловой.
