Біорізноманіття рослин

 Що таке життєвий цикл, гаметофіт, спорофіт?

Які ви знаєте групи рослин?

Варто згадати, що, окрім одноклітинних еукаріотів, на планеті існують найрізноманітніші багатоклітинні еукаріотичні організми. Це, як відомо, рослини, тварини та гриби. Еволюція цих груп організмів, особливо рослин і тварин, відбувалася паралельно, але розглядати їх буде доречно окремо.

Особливості будови та життєдіяльності рослин. Нагадаємо особливості, що відрізняють клітини рослин від клітин інших багатоклітинних еукаріотів. Клітинна стінка містить полісахариди, насамперед целюлозу. Крохмаль слугує резервною речовиною. У цитоплазмі клітин є вакуоля з клітинним соком. У рослинних клітинах є пластиди. Одні з них - хлоропласти - містять хлорофіл. За участі цього пігменту в рослинах відбувається фотосинтез.

Тіла більшості рослин сформовані тканинами, що містять клітини різних типів. Виокремлюють кілька типів рослинних тканин (рис. 54). Клітини твірних тканин (меристема) здатні до поділу та перетворенння на клітини всіх інших тканин. Покривні тканини (епідерма, корок) захищають інші тканини від негативного впливу зовнішнього середовища й забезпечують зв’язок з ним. Провідні тканини (флоема й ксилема) відповідають за транспортування речовин в організмі. Клітини механічних тканин виконують опорну функцію. Основні тканини розташовані між іншими тканинами. Серед них - асиміляційна, що забезпечує фотосинтез. Рослини здатні до фотосинтезу, а тому мають вирішальне значення для існування життя на Землі, оскільки цей процес є основним джерелом органічних речовин. Кисень, що виділяється під час фотосинтезу потрібний для дихання й утворює озоновий шар планети.

Рис. 54. Тканини рослинного організму

Покривна тканина

Провідна тканина

Механічна тканина

Асиміляційна тканина

Поясніть взаємозв’язок будови та функцій тканин рослинного організму.

Вегетативні органи - корінь і пагін - забезпечують процеси обміну речовин, росту тощо. Генеративні органи - органи, за допомогою яких відбувається розмноження, - квітка та плід (рис.55).

Нестатеве розмноження відбувається з утворенням спор у спеціалізованих органах - спорангіях. Рослини також можуть розмножуватися вегетативними органами. Статеве розмноження відбувається за участі спеціалізованих клітин - гамет. У насінних рослин після запліднення формується насінина, що дозріває відкрито на лусках шишок у голонасінних рослин або захищена стінками плоду в покритонасінних рослин. Запліднення в покритонасінних відбувається всередині органа розмноження - квітки. У життєвому циклі рослин відбувається чергування статевого та нестатевого поколінь.

Еволюція рослин. Перші рослини з’явилися та розвивалися у воді. Такі водні автотрофні організми ми називаємо водоростями. Деякі з них - одноклітинні - ми розглянули раніше. Крім них існують багатоклітинні водорості, розміри яких можуть сягати десятків метрів. Існування у водному середовищі дозволяє запобігти пересиханню, унаслідок високої щільності вода підтримує тіло рослини, а також полегшує рух статевих клітин.

Із зростанням щільності життя у воді організми були змушені опановувати нове середовище існування - рослини вийшли на суходіл. Згідно із сучасними уявленнями, предками наземних рослин є зелені водорості. Одними з перших наземних рослин уважають риніофітів, у життєвому циклі яких переважав спорофіт. Ці рослини не мали виразного поділу тіла на органи, однак у них утворилися покривна й провідна тканини, що забезпечили їм захист від висихання в наземно-повітряному середовищі, а також транспортування поживних речовин. Подальше ускладнення будови органів і зміни в розмноженні призвели до появи наземних рослин, пристосованих до життя на суходолі.

Рис. 55. Особливості будови різних груп рослин

Поясніть відсутність органів у водоростей.

Чому в наземних рослин тіло поділене на органи?

Мохи стали розвиватися в напрямку переважання в життєвому циклі статевого покоління (гаметофіту), де спорофіт існує за рахунок гаметофіту (рис. 56). Так як у мохів немає коренів та провідних тканин, а запліднення залежить від наявності води, вони набули здатності пасивно всмоктувати воду, яку накопичують у водоносних клітинах.

Унаслідок подальшого пристосування до умов суходолу виникають папороті, хвощі і плауни. У них формується провідна тканина, великі пагони, а це збільшує площу поглинання сонячних променів і вуглекислого газу. Виникають корені, які не лише стали утримувати рослину в ґрунті, а й забезпечили ефективне всмоктування з неї води і мінеральних речовин. В життєвому циклі став переважати спорофіт, а гаметофіт редукувався до невеликої пластинки - заростка (рис. 57). В умовах суходолу це стало великою перевагою, тому що тканина гаметофіту дуже чутлива до нестачі вологи. Спорофіт стає самостійною рослиною та еволюціонував не лише в трав’янисті, але і в деревні форми - із давніх папоротеподібних рослин почали формуватися перші ліси на Землі. Але перепоною в опануванні більш посушливих місцин залишається залежність запліднення від наявності води.

Подальшим кроком в опануванні суходолу стало виникнення насінного розмноження, коли зародок захищений покривами та забезпечений поживними речовинами для розвитку і проростання - на планеті виникають голонасінні та покритонасінні рослини. В життєвому циклі цих рослин переважає спорофіт, а гаметофіт зазнав ще більшої редукції. Крім того, статеві клітини стали формуватися у внутрішніх тканинах рослин, тому водне середовище перестала грати роль необхідної умови для протікання статевого процесу (рис. 58).

Рис. 56. Життєвий цикл мохоподібних

Пригадайте й опишіть життєвий цикл моху Зозулин льон.

Рис. 57. Життєвий цикл папоротеподібних

Пригадайте й опишіть життєвий цикл папороті Щитник чоловічий.

У покритонасінних рослин пристосуванням до запилення і запліднення, яке підвищує можливості для перехресного запилення і, відповідно, комбінативной мінливості, стає квітка. Перевагою також є подвійне запліднення, яке відбувається в зав’язі квітки (згадайте його біологічне значення). Унаслідок дивергенції утворилися різноманітні квітки, які пристосовують рослину до різних способів запилення (за допомогою комах, вітру, води тощо). Ще один генеративний орган - плід, забезпечив захист насіння та його поширення. Всі ці особливості дозволили покритонасінних зайняти панівне становище в рослинному покриві Землі.

Роль рослин в екосистемах та значення в житті людини. Рослини, акумулюючи в органічних речовинах енергію Сонця, забезпечують життя всього живого на Землі. Вони відіграють провідну роль у колообігу багатьох хімічних елементів (Фосфору, Карбону тощо) і хімічних сполук (вода, кисень тощо). Рослини впливають на клімат, формують температурний режим планети. Кисень, що виділяють рослини під час фотосинтезу, використовується для дихання і захищає біосферу від ультрафіолетового проміння (рис. 59). Саме рослини є первинною трофічною ланкою в ланцюгах живлення. Корисні копалини, наприклад кам’яне та буре вугілля, торф, утворені з рослин. Рослини сприяють утворенню боліт (сфагнові мохи) та беруть участь у формуванні ґрунтів. У житті людини рослини відіграють значущу роль. Харчові культури, наприклад рис, квасолю та капусту, людина вживає в їжу. Такі рослини, як конюшина, тимофіївка, слугують кормом для свійських тварин. Також існують технічні та лікарські культури. Декоративні рослини вражають своєю різноманітністю.

Рис. 58. Життєвий цикл покритонасінних

Рис. 59. Тропічні ліси - легені планети

Висловіть судження про переваги покритонасінних рослин.

Створіть просвітницькі проекти для учнів молодших класів:

1. «Значення покритонасінних рослин у житті людини».

2. «Рослини та утворення корисних копалин».

3. «Лікарькі рослини України».

4. «Рослини Червоної книги України».

5. «Що я можу зробити для збереження рослинного світу».

1. Сформулюйте означення рослинного організму.

2. Які тканини рослинного організму вам відомі?

3. Схарактеризуйте будову покритонасінної рослини.

4. Які основні риси еволюції рослин?

5. Яка роль рослин у природі та їх значення в житті людини?

«Сучасні погляди на систему еукаріотичних організмів. Еукаріотичні організми. Особливості їхньої організації та функціонування»

 «Сучасні погляди на систему еукаріотичних організмів.

Еукаріотичні організми. Особливості їхньої організації та функціонування»

 

Мета:

• освітня: ознайомити учнів з сучасними класифікаціями еукаріотів, основними таксонами, їх ієрархією; ознайомити учнів із сучасними системами еукаріотичних організмів і повторити Царства живої природи.
• розвивальна: розвивати увагу, пам'ять, уміння логічно мислити, аналізувати і узагальнювати;
• виховна: виховувати пізнавальний інтерес учнів, науковий світогляд, виховувати розуміння єдності всіх біологічних систем на планеті Земля.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою, основні компетентності у природничих науках, екологічна грамотність і здорове життя, інформаційно-цифрова, історична, уміння вчитися впродовж життя.

Методи і методичні прийоми: РОЗПОВІДЬ, БЕСІДА, РОБОТА З ПІДРУЧНИКОМ, КОНСПЕКТУВАННЯ.

Обладнання: падлет-дошка, таблиці.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

ХІД УРОКУ

І. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ

Перевірка знань про сучасну систематику, основні групи організмів та їхні спільні та відмінні риси.

Розповідь з елементами бесіди, обговорення епіграфу уроку.

Вчені стверджують, що протягом найближчих 20–30 років через техногенні зміни в навколишньому середовищі світ може втратити більш як

1 млн видів рослин і тварин. Швидкість вимирання видів сьогодні в 1000 разів перевищує природну. Близько 10 % видів рослин зони помірного клімату та

11 % видів птахів світу опинилися під загрозою зникнення. Така сама доля в найближчому майбутньому чекає на 130 тис. видів тропічної зони. Адже добре відомо, що одна з умов ефективного існування, виживання, пристосування до змін будь-якої екосистеми — наявність певної кількості видів живих організмів у ній, які еволюційно добре пристосувалися до існування й активно функціонують, взаємодіючи один з одним у процесах обміну речовиною, енергією, інформацією. Інакше кажучи, біологічна різноманітність — це запорука стійкості, витривалості як окремих екосистем, так і біосфери в цілому. Екологічні взаємодії різних видів живих істот із довкіллям формують екосистеми, від стану яких залежить життя людей. Зменшення біорізноманітності — це серйозна втрата біосфери, одна з головних екологічних проблем сьогодення.

ІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Еволюційні зв’язки між еукаріотами та прокаріотами

Еукаріотичні організми утворилися в процесі еволюції з прокаріотичних. Але про те, яка саме з груп прокаріотів була предком еукаріотичних організмів, дискусії тривали довго. Перші дані про спорідненість еукаріотів з археями з’явилися ще 1984 року. Але тільки після розвитку технологій молекулярно-біологічних досліджень удалося встановити це більш обґрунтовано. 2015 року група під керівництвом Аньї Спанг (A. Spang) виявила у Північному Льодовитому океані сліди ДНК невідомого раніше організму з домену архей, який був названий Lokіarchaeum і віднесений до самостійного відділу Локіархеї (Lokіarchaeota), що входить до складу надвідділу Асгардархеї (Asgardarchaea) (мал. 1).

Мал. 1

    Асгардархеї

 Ця група архей і виявилася найближчим родичем еукаріотів. Більш того, вона утворила з ними монофілетичну групу.

Саме тому зараз розглядають можливість змінити тридоменну систему органічного світу на дводоменну, бо, за правилами систематики, монофілетичні групи повинні утворювати один таксон.

У процесі еволюції предки еукаріотів виникли завдяки симбіогенезу бактеріальних клітин й формуванню двомембранних органел. Через те геном еукаріотичних клітин може бути ядерним, пластидним і мітохондріальним.

2. Система еукаріотів. Розповідь з елементами бесіди

Еукаріоти – одно- та багатоклітинні організми, які в своїх клітинах мають ядро та мембранні органели. До одноклітинних еукаріотів належать одноклітинні твариноподібні, одноклітинні водорості, одноклітинні грибоподібні організми, яких можна об’єднати в групу Протисти. Багатоклітинними еукаріотами є рослини, гриби і тварини.

Різноманітність рослин, грибів і тварин. Ознайомлення із схемою:

3. Поділ еукаріотів на субдомени

Нові технології досліджень, які з’являлися в другій половині XX ст., сприяли виділенню набагато більшого числа царств у межах групи еукаріотів. Така система найточніше відображає еволюційні зв’язки між окремими групами еукаріотів. Найбільший внесок у створення нової системи зробила група вчених під керівництвом Сайни Едла. Згідно з новою системою, домен Еукаріоти поділяється на три частини — субдомени, які, у свою чергу, діляться на кілька групп (надцарств). А вже надцарства поділяють на окремі царства живих організмів. Трьома субдоменами еукаріотів є Екскавати, Діафоретики (біконти) та Аморфеї (мал. 2).

Екскавати є винятково одноклітинними організмами, а серед діафоретиків та аморфеїв трапляються як одноклітинні, так і багатоклітинні форми.

Екскавати

Екскавати є найдавнішою групою еукаріотів. До них належать тільки одноклітинні організми. Вони можуть бути вільноживучими, вести паразитичний спосіб життя або ставати симбіонтами багатоклітинних організмів. До цієї групи належать збудники захворювань, небезпечних для людини. Це, наприклад, трихомонада (збудник трихомонозу), трипаносома (збудник сонної хвороби) і лейшманія (збудник лейшманіозу). Також до екскаватів належать евглени, типовим представником яких є евглена зелена, і гіпермастигіни (наприклад, трихонімфа) — одноклітинні організми з великою кількістю джгутиків. Гіпермастигіни є симбіонтами, які живуть у кишечниках термітів і тарганів.

Аморфеї

Аморфеї є найбільшою за кількістю видів групою еукаріотів. До складу цього субдомену входить кілька надцарств, найбільш значними з яких є Амебозої та Опістоконти. Амебозої представлено переважно одноклітинними формами. Але є серед них і колоніальні організми. А справжні слизовики здатні утворювати багатоклітинний плазмодій. Представниками амебозоїв є різноманітні амеби та справжні слизовики. Опістоконти можуть бути одноклітинними, колоніальними або багатоклітинними організмами. До цієї групи належать царства Справжні гриби та Справжні тварини. Справжніми грибами є представники таких груп, як Базидіоміцети (у тому числі шапинковігриби), Аскоміцети (трюфель, пеніцил тощо) та інші. Царство Справжні тварини об’єднує всіх багатоклітинних тварин (вони об’єднані в окреме підцарство), їх безпосередніх предків (хоанофлагелят) та їх близьких родичів.

Діафоретики

Діафоретики є дуже різноманітною за складом групою еукаріотів. До цього субдомену відносять кілька надцарств, найбільш значними з яких є Архепластиди та SAR. Архепластиди об’єднують фотосинтезуючих еукаріотів, пластиди яких виникли в результаті симбіозу з ціанобактеріями. Серед них є одноклітинні, колоніальні й багатоклітинні організми. Найбільш відомими представниками цієї групи є царство Червоні водорості й царство Зелені рослини. До царства Зелені рослини відносять кілька груп, у тому числі зелені водорості та всі судинні наземні рослини (як спорові, так і насінні).

Назва надцарства SAR утворена за першими літерами назв трьох царств, які входять до його складу (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria). Серед них є одноклітинні, колоніальні й багатоклітинні організми. Багато представників цього надцарства, як і архепластиди, є фотосинтезуючими еукаріотами. Але їхні хлоропласти утворилися завдяки симбіозу з іншими еукаріотами (частіше за все з представниками червоних або зелених водоростей). Найбільш відомими автотрофними представниками SAR є бурі, діатомові та золотисті водорості. Є серед представників SAR і гетеротрофні групи. До таких належать форамініфери, радіолярії, несправжні слизовики, інфузорії, споровики (у тому числі збудник малярії) тощо.

4. Особливості основних груп еукаріотів. Самостійна робота учнів з підручником, складання таблиці у зошиті.

Порівняння царств Гриби, Рослини, Тварини

Порівняльні ознаки	Царство Гриби	Царство Рослини	Царство Тварини
Клітинна стінка	З хітину	З целюлози	-
Наявність пластид	-	+	-
Кількість геномів	2	3	2
Запасаючий полісахарид	Глікоген	Крохмаль	Глікоген
Тип живлення	Гетеротрофність, осмотичне живлення	Фотоавтотрофний	Гетеротрофність
Спосіб життя	Прикріплений	Прикріплений	Активний

 

Особливості організації й функціонування еукаріотичних організмів

1) клітинність;

2) єдність принципів структурної організації і хімічного складу;

3) єдність принципів організації білок-синтезуючих систем;

4) наявність біомембран й компартментів;

5) наявність ядра як керівного центра клітин (и);

6) геном еукаріотичних клітин може бути ядерним, пластидним і мітохондріальним.

 

ІІІ. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ

Питання, на які учні не змогли дати відповіді, виносяться на самостійне опрацювання вдома.

1. Які організми належать до еукаріотів?
2. Чим характеризуються представники царства Гриби?
3. У чому полягає особливість клітинної організації тіла грибів?
4. Що спільного та відмінного між справжніми грибами та грибоподібними організмами?
5. Чому лишайники відносять до грибів, а не до водоростей чи ціанобактерій?
6. У яких багатоклітинних еукаріотів не формуються справжні тканини?
7. Чому величезні водорості, розмір яких сягає кілька десятків метрів і які складаються з мільярдів клітин, не вважають справжніми багатоклітинними організмами?
8. Чим тканинна організація в рослин відрізняється від організації тканин у тварин?
9. Чим гормони тварин відрізняються від фітогормонів?
10.  Які групи виділяють серед вищих рослин?
11.  Які особливості будови, життєдіяльності та еволюції рослин?
12.  Чим відрізняються первинні багатоклітинні та справжні багатоклітинні тварини?
13.  Порівняйте ознаки, притаманні представникам різних груп організмів.

1 бактерії  А мають глікокалікс

2 гриби  Б клітини мають лише один тип нуклеїнових кислот

3 рослини  В клітинна оболонка містить хітин

4 тварини  Г клітинна оболонка містить мурен

   Д у цитоплазмі відкладається крохмаль

14.  Чи є в рослин і грибів ембріональний розвиток? У чому відмінність між цими етапами життєвого циклу у тварин і рослин?
15.  Чому, на вашу думку, одноклітинні еукаріоти розглядають як окрему групу організмів?
16.  Чому тварин вважають більш досконалими істотами, ніж рослин чи грибів?

IV. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ: повторити матеріал теми. Вивч. к-т, прочит.

§ ___ (Соболь), § ___ (Тагліна)

Додаткове завдання: з’ясувати проблеми біологічного різноманіття на місцевому рівні. У яких умовах перебувають рослини і тварини у вашій місцевості? Чи відомі вам види, які зникли? Яким видам загрожує небезпека? Проведення яких заходів необхідне вашій області (району) для більш збалансованого ведення господарства та ефективного підтримання біологічного різноманіття?

V. ОЦІНЮВАННЯ НД УЧНІВ, АРГУМЕНТАЦІЯ ОЦІНКИ

«ПРОКАРІОТИЧНІ ОРГАНІЗМИ: АРХЕЇ ТА БАКТЕРІЇ. ОСОБЛИВОСТІ ЇХНЬОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ»

 Методична розробка

заняття по темі:

 

 

«ПРОКАРІОТИЧНІ ОРГАНІЗМИ: АРХЕЇ ТА БАКТЕРІЇ. ОСОБЛИВОСТІ ЇХНЬОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ»

 

 

                                                                                 

 

 

                                                                                 

                                                                                Підготували викладачі

                                                                       біології і екології

                                                                  Михалик І. П.

                                                                      Наконечна С. В.

 

 

 

 

 

 

 

Тема :  Прокаріотичні організми: археї та бактерії. Особливості їхньої організації та функціонування.

 

Мета заняття:

• освітня: розглянути особливості організації та функціонування архей та бактерій;
• розвивальна: навчити порівнювати археї та бактерії, аналізувати їхні схожі риси та відмінності;
• виховна: застосовувати знання про процеси життєдіяльності бактерій для профілактики інфекційних хвороб, запобігання бактеріальним захворюванням.

Обладнання і матеріали: таблиці або електронні зображення «Будова прокаріотичної клітини», «різноманіття бактерій», «Ціанобактерії».

Базові поняття і терміни: прокаріоти, археї, бактерії.

Тип заняття: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності:

Спілкування державною мовою:

Студент :

    уміє ставити запитання і розпізнавати проблему;

    міркувати, робити висновки на основі інформації, поданої в різних формах (у текстовій формі, таблицях, діаграмах, на графіках);

    має здатність розуміти, пояснювати і перетворювати тексти задач (усно і письмово)

    грамотно висловлюватися рідною мовою

 

Інформаційна компетентність:

Студент :

    уміє адаптуватися до різних життєвих ситуацій;

    працювати з інформацією;

    самостійно здобуває необхідні предметні знання для виконання практичних робіт;

    розвиває здібності до адаптації в мінливому інформаційному середовищі.

 

Математична компетентність:

Студент:

    уміє оперувати текстовою та числовою інформацією;

    самостійно розв’язує задачі, зокрема практичного змісту;

    має здатність будувати і досліджувати найпростіші математичні моделі реальних об'єктів, процесів і явищ;

    інтерпретує  та оцінює результати.

Комунікативна компетентність:

Студент : 

    виявляє гнучкість, мобільність, проникливість, толерантність, творчу ініціативність;

    критично мислить;

    виявляє комунікабельність у різних соціальних групах;

    самостійно працює над розвитком власного інтелекту, культури.

Здоров’язбережувальна компетентність

Студент :

    здатність застосовувати в умовах конкретної ситуації сукупність здоров'язбережувальних компетенцій, дбайливо ставиться до власного здоров'я та здоров'я інших людей

 

Хід заняття

 

1. Організаційний  етап
2.  Актуалізація опорних знань студентів.

 

1. Вправа на концентрацію уваги «Впізнай форму життя!»

 

1. Існують організми, у яких усі функції живого виконує одна клітина.

2. У них немає оформленного ядра і багатьох інших органел.

3. Ці організми мають малі розміри (тому вони дістали назву мікроорганізми) та збереження генетичного матеріалу у формі кільцевої молекули ДНК (нуклеотиду).

4. Їх вивчає наука мікробіологія.

5. До них належать бактерії та ціанобактерії, які раніше називали синьо-зеленими водоростями. Що це за організми?

        

  Висновок: ПРОКАРІОТИ

 

 ІІI. Мотивація вивчення навчального матеріалу.

 

Ці організми вважаються одними з найдавніших організмів на Землі. Вони населяють, переважно, середовища з екстремальними умовами. За організацією є примітивними прокаріотами, але при цьому генетично ближчі до еукаріотів і є їхніми безпосередніми предками. Хто ж ці дивовижні одноклітинні?

 

   

ІV. Вивчення нового матеріалу.

 

План:

1 . Особливості будови  архей, бактерій та еукаріотів.

2.  Процеси метаболізму характерні для архей.

3.  Поширення архей.

4.  Особливості будови  бактерій.

5.  Горизонтальне перенесення генів між організмами різних видів.

6.  Взаємодія бактерій між собою та іншими організмами.

1 . Особливості будови  архей, бактерій та еукаріотів.

 Які особливості відрізняють архей від бактерій та еукаріотів?

АРХЕЇ (Archaea) – прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми з біохімічними особливостями, що відрізняють їх від бактерій та еукаріотів. Це найдавніші організми, предки яких з’явилися на Землі близько 3,8 млрд років тому. Розміри архей – від 0,4 до 15 мкм у діаметрі. Найменшими серед археїв є наноархеї (0,4 мкм), які паразитують в клітинах інших архей.

Археї були відкриті у 1977 році К.  Воузом.

Археї мають свою незалежну еволюційну історію і характеризуються багатьма рідкісними властивостями, що відрізняють їх від бактерій та еукаріотів. Які ж це особливості?

1. Геном археїв представлений дволанцюговою ДНК у нуклеоїді та кільцевими плазмідами. Містить білки-гістони, унікальні інтрони, що відрізняються від еукаріотичних. Гени тРНК та рРНК археїв різняться між собою специфічним складом й послідовністю нуклеотидів.

2. Клітинна оболонка архей не містить муреїну, в багатьох видів утворена поверхневими білками (так званий S-шар) та псевдомуреїном. Оболонка здійснює ефективний захист, і тому, можливо, археї ніколи не утворюють спор для існування за несприятливих умов, як то є у бактерій.

3. Клітинні мембрани різняться структурою й хімічним складом, що визначають їхню більшу стійкість за екстремальних умов існування. У археїв мембрани одношарові, утворені з особливих фітанолгліцеридів, а не фосфоліпідів, як в інших клітинних організмів.

4. Рухи забезпечуються джгутиками, відмінними від джгутиків бактерій: ростуть шляхом приєднання субодиниць флагеліну від основи, джерелом енергії для їхнього руху є АТФ тощо.

5. Розмноження нестатеве (бінарний поділ, множинний поділ, фрагментація й

брунькування).

6. Живлення хемоавтотрофне й хемогетеротрофне з використанням найрізноманітніших джерел енергії: світла, органічних сполук, амоніаку, йонів металів, водню та ін. Археям притаманні унікальні метаболічні процеси: бактеріородопсиновий фотосинтез і метагенез.

Отже, археї є самостійним доменом живої природи і відрізняються від

бактерій й еукаріотів низкою ознак на молекулярному рівні організації.

2.  Процеси метаболізму характерні для архей.

Які особливі процеси метаболізму характерні для архей?

На початкових етапах розвитку життя археї були домінуючими формами життя і відігравали ведучу роль у біологічній міграції елементів. У ті часи особливе значення мали процеси отримання енергії за умов високого вмісту молекулярного водню й відсутності кисню та органічних речовин. Ці процеси збереглися в архей до теперішнього часу.

Метагенез – процес отримання енергії у безкисневих умовах з утворенням

метану. Серед метаногенних архей є автотрофні види, які здатні до фіксації вуглекислого газу, й гетеротрофні види, які продукують метан завдяки здатності до метанового бродіння. Автотрофним археям-метаногенам для життя достатньо водню, вуглекислого газу й води. Унікальна в живому світі реакція синтезу метану слугує для них джерелом енергії для синтезу власних органічних сполук:

CO2  + 4 H2 → CH4  + 2H2O + Е

Ці істоти можуть виживати навіть в умовах Марсу чи Венери. Близько 1,5 %

Карбону, що бере участь у біосферному колообігу, проходить через стадію метану за участі метаногенних архей. Утворення метану відбувається на дні морів й прісних водойм, у болотах, ґрунтах тундри й рисових полів. Метаногени є внутрішньоклітинними симбіонтами деяких твариноподібних організмів, входять до складу кишкової мікрофлори, термітів, жуйних тварин, приматів й людини.

Бактеріородопсиновий фотосинтез відкритий у солелюбних архей-галофілів, які мають фіолетовий світлочутливий пігмент – бактеріородопсин. Галофіли існують за рахунок використання органічних сполук, вони можуть рости за наявності кисню й без нього. За відсутності кисню й наявності яскравого світла в них утворюються пурпурові фотомембрани, що містять пігмент, подібний до людського родопсину. За участі цього пігменту енергія світла перетворюється в енергію АТФ, що допомагає їм пережити періоди нестачі кисню. Галофільні археї є основою екосистем з екстремальними умовами життя. Так, у водах Мертвого моря в складі бактеріальних матів виявлено 20 видів солелюбних архей. Там їхня кількість досягає десятків мільйонів клітин на 1 мл.

Отже, археї у наш час посідають у біосфері своєрідне місце, здійснюючи метаболічні процеси в умовах, недоступних для інших організмів.

3. Поширення архей.

Де поширені археї?

Археї поширені повсюдно – від гідротермальних джерел, кратерів вулканів, й дна Північного Льодовитого океану до травної системи людини й термітів. На сьогодні описано вже понад 50 видів археїв, адаптованих до найрізноманітніших умов. За оцінками вчених, археї у сучасній біосфері становлять близько 20 % від її загальної біомаси .

Представники архей: 1 - нітрозопумілус, який має паличкоподібну форму;2 - метанобревібактер Сміта - найпоширеніша метаногенна архебактерія кишечнику людини; 3 - сульфолобус, якого атакують бактеріофаги; 4 -галоквадратум, який можежити в дуже солоній воді

Відомо, що серед архей є велика кількість видів-екстремофілів, які живуть за дуже високих температур, часто вище від 100 °C, як ті, котрих знайшли в гейзерах і чорних курцях (так звані археї-термофіли). Інших виявлено в надзвичайно солоному (археї-галофіли), кислому (археї-ацидофіли) або лужному (археї-алкалофіли) середовищі.

 Так, архея піролобус (Pyrolobus fumarii) живе біля підводних гідротермальних джерел, температура води яких +106 °C і рН 5,5. Вижити за таких умов вони можуть завдяки особливостям клітинних мембран та великій кількості нуклеотидних пар гуанін – цитозин, сполучених трьома водневими зв’язками.

Ще одна архея метанопірус (Methanopyrus kandleri) існує за температури +122 °C.

Архея термококус (Thermococcus gammatolerans) витримує впливи радіації, що перевищують летальну дозу для людини в 3 000 разів.

Серед архей є й види-мезофіли, які живуть за звичайних умов водного чи

ґрунтового середовища. Багато археїв є симбіотрофними видами різних організмів.

Так, мутуалістичні метаногенні археї беруть участь у розщепленні целюлози

в кишечнику термітів та жуйних тварин. Описано види архей-коменсалів,

які живуть на шкірі, у травній системі людини.

4. Особливості будови  бактерій.

Чим бактерії відрізняються від архей?

БАКТЕРІЇ (Bacteria) – прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми. В процесі еволюції бактерії адаптувались до життя у ґрунті, воді, повітрі, на поверхні й у всередині живих організмів. Бактерії є найчисельнішими й найпоширенішими організмами нашої планети.

У них:

    проста будова клітини

    високі темпи розмноження

    велика різноманітність типів й способів живлення

    здатність впадати у анабіоз (стан організму, за якого біологічні процеси в ньому припиняються або настільки сповільнені, що відсутні всі видимі прояви життя).

    утворювати спори для перенесення несприятливих умов

    висока мінливість завдяки мобільним генетичним елементам та горизонтальному перенесенню генів

    наявність механізмів захисту від вірусів та ін.

Особливості будови клітин бактерій.

 

Пригадайте, що собою становлять клітини прокаріотів та які їхні основні відмінності від клітин еукаріотів?

 

Ознаки	Бактерії	Еукаріоти
1. Зовнішня клітинна мембрана 2. Ядро вкрите ядерною мембраною 3. Генетичний апарат 4. Ендоплазматична сітка 5. Рибосоми 6. Клітинний центр 7. Мітохондрії 8. Комплекс Гольджі 9. Лізосоми 10. Джгутики	Є (муреїн) Немає Одна нитка ДНК Немає Є Немає Немає Немає Немає Є	Є Є Парні хромосоми Є Є Є Є Є Є Є

 

На сучасному етапі відбувається переважно біохімічна еволюція, завдяки чому вони здатні опановувати нові екологічні ніші, виробляючи нові ферменти для засвоєння нових поживних речовин.

В сучасній системі органічного світу ці організми поєднані в домен Бактерії.

Особливості організації та функціонування Архей.

 

 Наприкінці 1970-х років групою вчених під головуванням Карла Вейза із Ілінойського університету (США), після детальних досліджень рибосомальної РНК різних прокаріотів, було оголошено про відкриття живих істот, які дуже відрізняються від усіх інших.

Систематика архей. 

    Однак знадобилось ще  два десятиліття їх було виокремлено у новий

домен Археї. Вчені виділяють серед них дві великі групи — протеоархеї та еуархеї. До групи протеоархей належать нещодавно (2015 року) відкриті локіархеї. Їх вважають групою, яка є предковою для еукаріотів.

    Фома клітин архей.

Археї є одноклітинними орґанізмами, зовні схожими на бактерій, однак із доволі незвичною формою клітини, наприклад, деякі їх види мають вигляд куба, паралелепіпеда, а декотрі навіть амеби. Одначе, найбільш типовими є паличкоподібні та сферичні форми клітин.

    Розміри клітин архей.

Археї є дрібними істотами, найменші із них досягають 50 мікрометрів у довжину, а найбільші – 150 мкм.

    Вчені вважають Археїв дуже давніми орґанізмами, однак, прямих

доказів цього не існує. Низка непрямих фактів, як то особливості їх будови та метаболізму, наводять на думку, що Археї виникли приблизно у той же час, що і бактерії, можливо трохи пізніше.

 

Характерні ознаки архей

Ознака	Археї	Особливості будови, процесів
Кількість клітин	Тільки одноклітинні
Будова клітинної мембрани	У археїв мембрани одношарові, утворені не фосфоліпідів, як в інших клітинних організмів.	Клітинні мембрани різняться структурою й хімічним складом, що визначають їхню більшу стійкість за екстремальних умов існування
Клітинна стінка	Складається із псевдомуреїну таспецифічних білків.	Оболонка здійснює ефективний захист, і тому, можливо, археї ніколи не утворюють спор для існування за несприятливих умов, як це є у бактерій
Особливості геному	Геном археїв представлений дволанцюговою ДНК у нуклеоїді та кільцевими плазмідами. Містить білки-гістони.	Розмноження нестатеве (бінарний поділ, множинний поділ, фрагментація й брунькування)
Органели	Мають прокаріотичну будову клітини (з цитоплазматичних органел — лише нуклеоїд та рибосоми)	Археї відрізняються від бактерій особливостями РНК та біохімімічними процесами.
Особливості джгутиків	джгутик є суцільною білкової ниткою, обертається ліворуч, росте від основи, рухається з використанням енергії АТФ;	Рухи забезпечуються джгутиками, відмінними від джгутиків бактерій
Живлення.	Хемоавтотрофне й хемогетеротрофне з використанням найрізноманітніших джерел енергії: світла, органічних сполук, амоніаку, йонів металів, водню та ін.	Археям притаманні унікальні метаболічні процеси: бактеріородопсиновий фотосинтез і метагенез

 

 

Значення архей для людини

Значення для людини	Приклад
Нещодавно, вчені відкрили антибіотики, які виробляють Археї.	Ці речовини суттєво відрізняються від грибних і синтетичних, тому успішно можуть бути застосовані у боротьбі із багатьма недугами людини.
Є частиною мікробіоти кишечнику людини	Метаногенні архебактерії товстого кишечнику
Важливе джерело ферментів, які використо- вуються в наукових дослідженнях і промисловості	ДНК-полімеразу архебактерій, які живуть у гарячих джерелах, використовують для полімеразної ланцюгової реакції
Збагачення руд металів під час видобування	Архебактерій використовують для видобутку золота, міді й кобальту
Виробництво продуктів харчування за високих температур	Ферменти архей використовують у виробництві молока з низьким умістом лактози, яке відбувається за високої температури

5. Горизонтальне перенесення генів серед архей та бактерій

Статеве розмноження у бактерій відсутнє, оскільки не утворюються гамети і не відбувається злиття клітин. Але найголовніша подія статевого відтворення, а саме обмін генетичним матеріалом, в наявності. Суттєву роль у цьому процесі відіграє горизонтальне перенесення генів між організмами різних видів.

Горизонтальне перенесення генів – процес, в якому організм передає генетичний матеріал іншому організму, який не є його нащадком. Серед архей та бактерій горизонтальне перенесення генів досить звичайне, навіть між віддаленими видами. Завдяки цьому явищу у доядерних організмів забезпечується комбінативна мінливість і здатність пристосовуватися до умов довкілля.

Існують три загальні механізми горизонтальної передачі генів:

    трансформація

    трансдукція

    кон’югація.

Трансформація (лат. transformatio  – перетворення) – передача генетичного від донора до реципієнта за допомогою ізольованої ДНК. При трансформації не потрібен безпосередній контакт між клітиною-донором і клітиною-реципієнтом.

Кон’югація (лат. conjugatio – поєднання) – передача генетичного матеріалу від клітини-донора в клітину-реципієнта при безпосередньому контакті клітин. Необхідною умовою кон'югації є наявність в клітині-донорі плазміди.

Трансдукція (від лат. transductio – переміщення) – передача генетичного матеріалу від однієї клітини до іншої за допомогою віруса. Явище трансдукції відкрите американськими вченими Д. Ледербергом і Н. Циндером у 1952 році.

Отже, розмноження архей та бактерій відбувається нестатево, а визначальним процесом комбінативної мінливості є горизонтальне перенесення генів.

6.  Взаємодія бактерій між собою та іншими організмами

Як бактерії взаємодіють між собою та з іншими організмами?

Часто бактерії співпрацюють, формуючи  біоплівки  та змінюючи швидкість росту завдяки відчуттю кворуму. Ці взаємини можуть бути істотними для зростання всієї групи організмів.

Біоплівки (біофільми) – спільний слизовий шар із зануреними у нього колоніями бактерій. Біоплівки захищають їх від несприятливих умов середовища, а також забезпечують умови для обміну між окремими клітинами поживними речовинами, ДНК, ферментами, продуктами життєдіяльності тощо. Біоплівки утворюють спільне стабільне середовище існування бактерій, завдяки чому останні можуть виживати у дуже важких і малопридатних для інших орґанізмів умовах. Перебуваючи в угрупованнях бактерії спілкуються і координують свою поведінку за рахунок секреції молекулярних сигналів.  Це явище називається відчуття кворуму. Його вперше спостерігали у біолюмінецсентної бактерії (Vibrio fischeri), що живе як симбіонт у світлових органах-фотофорах одного з видів гавайських кальмарів.

Взаємозв’язки між бактеріями й іншими організмами можуть бути симбіотичними та антибіотичними.

Пригадаємо, що найпоширенішими видами симбіозу є мутуалізм, коменсалізм, паразитизм.

• Прикладами мутуалістичних взаємовідносин у бактерій є:

 а) відносини між водневими анаеробними бактеріями, які споживають органічні кислоти і виробляють Н2, та метаногенними археями, які його споживають;

б) співіснування бульбочкових бактерій і коренів бобових рослин (бактеріориза);

в) співіснування з організмом людини молочнокислих бактерій.

• Прикладом коменсалізму можуть бути відносини організму людини з біфідобактеріями й кишковою паличкою.

 

• Прикладом паразитизму є співіснування хвороботворних бактерій (чумна паличка, холерний вібріон, золотистий стафілокок, туберкульозна паличка) з організмом людини чи тварин.

Антибіозом є взаємовідносини, за яких спостерігається пригнічення розвитку або повне відмирання одних видів під впливом продуктів обміну, які утворюються іншим видом. Найчастіше ці продукти називають антибіотиками. Так, Луї Пастер ще в 1877 році описав конкуренцію бактерій грунту і бактерій – збудників сибірської язви. Є серед бактерій і справжні хижаки. Такими є бактерії бделовібріони, тератобактери, диктіобактери та ін.

Отже, взаємовідносини між бактеріями й організмами в різних угрупованнях є складними, динамічними й залежними від змін умов середовища.

V. Узагальнення, систематизація знань і умінь студентів

Метод «Мікрофон»

1. Хто такі археї?

2. Що таке метагенез?

3. Що таке бактеріородопсиновий фотосинтез?

4. Хто такі археї-екстремофіли?

5. Наведіть приклади симбіозу серед архей.

6. Які особливості відрізняють архей від бактерій та еукаріотів?

7. Які особливі процеси метаболізму характерні для архей?

8. Де поширені археї?

9. Оцініть значення архей для існування біосфери.

10. Назвіть способи розмноження прокаріотів.

11. Що таке горизонтальне перенесення генів?

12. Що таке біоплівки?

13Наведіть приклади симбіозу та антибіозу між бактеріями

14. Які особливості відрізняють архей від бактерій та еукаріотів?

15. Назвіть способи розмноження та обміну спадковою інформацією у бактерій.

16. Як бактерії взаємодіють між собою та з іншими організмами

17. Оцініть позитивне й негативне значення бактерій для організму людини.

Самостійна робота з таблицею

Назвіть особливості будови й життєдіяльності архей та заповніть у зошиті таблицю «Особливості організації та функціонування архей». Що є причиною особливостей організації архей?

Особливості організації та функціонування архей

Ознака	Особливості
Поверхневий апарат
Цитоплазма
Нуклеоїд
Живлення
Дихання
Рух
Розмноження
Спороутворення

 

Самостійна робота з таблицею

За допомогою таблиці на конкретних прикладах (галоквадратум і кишкова паличка) порівняйте архей та бактерій. Сформулюйте висновок про причини подібності та відмінностей.

Ознака	Археї	Бактерії
Кількість видів
Клітинна оболонка
Клітинні мембрани
Живлення
Особливості геному
Утворення спор

 

VI. ПІДСУМОК ЗАНЯТТЯ

Виставлення оцінок. Коментарі помилок. Пояснення, на що треба звернути увагу при вивченні цієї теми.

 

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати §9, 10 с. 34- 41. Відповісти письмово на запитання 7-10 с.40,44.