Czynności życiowe organizmów i ich odkrywanie
Uprawianie nauk przyrodniczych wymaga użycia specjalistycznych przyrządów i stosowania ustalonych metod, które zapewniają wiarygodność prowadzonym badaniom i obserwacjom. Dziś sporo już wiemy o budowie istot żywych i ich potrzebach życiowych, świat przyrody wciąż jednak skrywa jeszcze przed nami wiele tajemnic.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Film przedstawia widok z mieszkania na podwórko w mieście. Na zewnętrznym parapecie stoi karmnik dla ptaków wypełniony pokarmem. Do karmnika przylatują wróble i sikory i sie odżywiają.
1. Obserwacja i doświadczenie
W naukach przyrodniczych powszechnie stosuje się metodę naukową, której podstawą jest wyznaczanie problemów badawczych i stawianie hipotez oraz zapewnienie powtarzalności wyników. Poszukując odpowiedzi na zadawane pytania, biolog wykorzystuje najczęściej obserwację i doświadczenie.
Obserwacja to celowe gromadzenie informacji o organizmach i zjawiskach. Prowadząc obserwację, badacz posługuje się narządami zmysłów i specjalistycznymi przyrządami, jak lupa, mikroskop czy lornetka, ale nie ingeruje w jej przebieg.
Doświadczenie polega na prowadzeniu badania w ściśle określonych i kontrolowanych warunkach, możliwych do wielokrotnego powtarzania. Podczas doświadczenia celowo zmienia się jeden z czynników wpływających na organizm lub przebieg zjawiska.
Etapy schematu postępowania | Obserwacja | Doświadczenie |
problem badawczy | Co się stanie ze świeżym mlekiem, jeśli przez kilka dni nie będzie przechowywane w lodówce? | Jaki jest wpływ niskiej temperatury na świeże mleko? |
hipoteza | Mleko zmieni smak na kwaśny. | Niska temperatura spowalnia kwaśnienie mleka. |
materiał badawczy | świeże mleko | |
zmienna niezależna | temperatura mleka | |
zmienna zależna | kwasowość mleka | |
próba kontrolna | próbka mleka przechowywana w temperaturze pokojowej (20°C) | |
próba badawcza | próbki mleka przechowywane w temperaturach niższych niż pokojowa: 15°C, 10°C, 5°C | |
warunki badania | naturalne | ściśle określone – wszystkie próbki mleka przechowywane w tych samych warunkach (z wyjątkiem zmienianego czynnika – temperatury) |
zbieranie wyników | na początku obserwacji i po jej zakończeniu | co 12 godzin przez trzy dni |
sposób gromadzenia wyników | sprawdzenie smaku mleka lub zmierzenie jego kwasowości za pomocą papierków wskaźnikowych lub pehametru | zmierzenie kwasowości mleka za pomocą papierków wskaźnikowych lub pehametru |
wyniki i ich interpretacja | opisanie właściwości mleka przechowywanego w temperaturze pokojowej | porównanie kwasowości różnych prób w ustalonych odstępach czasu |
wnioski | W tym przypadku brak – obserwacja ta kończy się podaniem wyniku, który nie jest interpretowany. Gdyby celem obserwacji było na przykład porównanie zawartości tłuszczu w mleku krowy, kozy i owcy, wówczas po przeprowadzeniu badania i ustaleniu wyników – przedstawionych na przykład w procentach – sformułowalibyśmy wniosek. Wskazalibyśmy w nim zwierzę dające mleko najbardziej i najmniej tłuste. | ustalenie zależności między temperaturą mleka a zmianą jego kwasowości |
2. Dyfuzja i osmoza
Dwa zjawiska fizyczne – dyfuzja i osmoza, która jest szczególną odmianą dyfuzji – mają bardzo duże znaczenie biologiczne. Dzięki nim jest bowiem możliwe samorzutne przemieszczanie się cząsteczek między komórkami oraz pobieranie i wydalanie substancji.
Wszystkie cząsteczki są w ciągłym ruchu. Ruch ten jest przypadkowy i zachodzi we wszystkich kierunkach, jego prędkość jest zaś większa w wyższych temperaturach. Jeśli w danej przestrzeni rozmieszczenie cząsteczek jest nierównomierne, to z czasem, w wyniku samorzutnych ruchów, cząsteczki będą rozmieszczone równomiernie. W wypadku osmozy cząsteczki rozdziela przegroda biologiczna, która zatrzymuje duże drobiny, ale przepuszcza wodę.
Przykłady dyfuzji:
wymiana gazowa między organizmem a otoczeniem;
wydalanie pary wodnej przez liście;
rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń gazowych w powietrzu;
rozprzestrzenianie się nawozów mineralnych w wodzie, którą jest nasiąknięta gleba;
wysychanie gleby.
Przykłady osmozy:
wnikanie wody do korzeni;
przenikanie wody z korzenia do roztworu wody i soli mineralnych w glebie w wypadku użycia zbyt dużej dawki nawozów;
pęcznienie nasion w wilgotnej glebie;
ucieczka wody z owoców umieszczonych w roztworze cukru;
napływ wody do organizmu ryby słodkowodnej.
3. Porównanie budowy komórek organizmów jądrowych i bezjądrowych
Komórka jest podstawowym elementem budulcowym i funkcjonalnym organizmu, zdolnym do prowadzenia procesów życiowych. Komórki są zbudowane z żywych i martwych elementów. Wszystkie komórki można podzielić na bezjądrowe i jądrowe. Do bezjądrowych należą komórki bakterii, do jądrowych – komórki protistów, grzybów, roślin i zwierząt.
4. Przemiana materii i energii w komórkach i w organizmie
Całość procesów energetycznych i chemicznych, jakie przebiegają w komórkach i organizmach, określa się mianem metabolizmu, czyli przemiany materii i energii. Procesy te są ściśle powiązane i zależne od siebie. Każdy organizm, aby móc utrzymać się przy życiu, musi mieć dostęp do energii. Organizmy samożywne magazynują energię, która powstaje w procesie fotosyntezy lub chemosyntezy, organizmy cudzożywne pobierają zaś złożone substancje pokarmowe bogate w energię. Część pożywienia wykorzystują jako „budulec”, część – jako „paliwo”. Produkty rozkładu substancji pokarmowych – dwutlenek węgla i woda – muszą być wydalone z organizmu.
5. Sposoby oddychania organizmów
Istotą oddychania jest rozkład związków organicznych w celu uzyskania energii potrzebnej do wykonywania czynności życiowych. Proces ten zachodzi we wszystkich żywych komórkach. Większość komórek żyjących w środowisku bogatym w tlen oddycha tlenowo. Przy ograniczonym dostępie do tlenu niektóre komórki roślinne i zwierzęce, a także pewne bakterie i grzyby prowadzą oddychanie beztlenowe, czyli fermentację. Oddychanie tlenowe dostarcza kilkakrotnie więcej energii niż oddychanie beztlenowe.
6. Porównanie sposobów rozmnażania organizmów
Rozmnażanie jest warunkiem istnienia gatunków i ciągłości życia na Ziemi. W jego wyniku powstają nowe osobniki danego gatunku. Otrzymują one od przodków informację genetyczną, na podstawie której tworzą się i funkcjonują ich ciała. Organizmy rozmnażają się płciowo lub bezpłciowo. Osobniki powstające w wyniku rozmnażania płciowego są podobne do swoich rodziców, ale nie identyczne. Rozmnażanie bezpłciowe prowadzi natomiast do powstania niemal identycznych osobników potomnych z jednego osobnika macierzystego.
Cecha | Rozmnażanie | |
bezpłciowe | płciowe | |
liczba osobników rodzicielskich | jeden osobnik | dwa osobniki (lub jeden osobnik w przypadku samozapłodnienia) |
występowanie płci | brak | płeć żeńska i płeć męska lub obojnaki |
podobieństwo osobników potomnych do rodziców | niemal identyczne jak rodzice | różniące się od rodziców |
sposób rozmnażania | podział komórki | przy udziale gamet (komórek jajowych i plemników) |
pączkowanie | ||
fragmentacja | ||
zarodniki | ||
Zadania otwarte
Pamiętam i rozumiem
Analizując podaną ilustrację, wykonaj poniższe zadania.
Ustal sposób odżywiania się komórki przedstawionej na ilustracji.
Opisz jej kształt.
Rozpoznaj i nazwij wszystkie elementy komórki zaznaczone na ilustracji.
Podaj nazwy czynności życiowych, do których opisu użyjesz terminów: fermentacja, fotosynteza, chemosynteza, pączkowanie, saprobionty, zarodniki.
Wymień podobieństwa i różnice między fotosyntezą a oddychaniem u roślin.
Opisz procesy przedstawione na schematach.
Opisz sposoby rozmnażania się bakterii, ziemniaków, mchu i drożdży.
Czytam i interpretuję
Do składników chemicznych pewnej komórki należą celuloza i skrobia. Cytoplazma i niewielkie jądro są zepchnięte przez dużą wakuolę na obwód komórki. W cienkiej warstwie cytoplazmy przemieszczają się chloroplasty.
Jakiej komórki dotyczy opis – roślinnej czy zwierzęcej? Które z wymienionych cech komórki uzasadniają twój wybór?
Wymień warunki niezbędne do tego, żeby komórka ta rozpoczęła proces fotosyntezy.
Gdzie nocą jest większe stężenie dwutlenku węgla – we wnętrzu opisanej komórki czy na zewnątrz? Dlaczego?
Przenikanie dwutlenku węgla do komórki następuje w wyniku pewnego procesu fizycznego. Podaj jego nazwę i wyjaśnij, na czym on polega.
Z komórki ameby za pomocą mikroigły usunięto jądro komórkowe. Po zabiegu ameba nadal się poruszała, ale przestała rosnąć i po kilku dniach obumarła. Pojawiły się wątpliwości, czy śmierć ameby była spowodowana usunięciem jądra komórkowego, czy też wykonaniem samego zabiegu. W celu wyjaśnienia tego problemu przeprowadzono doświadczenie. Dwie grupy ameb poddano takim samym urazom operacyjnym. Amebom z jednej grupy usunięto jądra, amebom z drugiej pozostawiono je na miejscu po uprzednim nakłuciu i wykonywaniu ruchów symulujących usuwanie jądra. Ameby po pozorowanej operacji powracały do zdrowia, a następnie rosły i się rozmnażały. Komórki pozbawione jądra obumierały (na podstawie:).
Sformułuj hipotezę sprawdzaną w opisanym doświadczeniu.
Wskaż próbę kontrolną i wyjaśnij jej znaczenie w tym doświadczeniu.
Wyjaśnij, dlaczego ameby z usuniętym jądrem umierały, te zaś, którym pozostawiono jądro, żyły i się rozmnażały.
Rośliny cienioznośne różnią się od roślin światłolubnych niektórymi właściwościami chloroplastów. Różnice te sprawiają, że rośliny cienioznośne osiągają maksimum intensywności fotosyntezy przy niższych wartościach natężenia światła niż rośliny światłolubne. Wykres przedstawia dwie krzywe intensywności fotosyntezy. Jedna z nich opisuje zachowanie rośliny cienioznośnej, druga – światłolubnej.
Odczytaj z wykresu wartości natężenia oświetlenia, przy których intensywność fotosyntezy jest najwyższa u obu roślin.
Wskaż krzywą dotyczącą rośliny cienioznośnej i podaj dwa argumenty, które uzasadniają wybór.
Wyjaśnij, dlaczego miarą intensywności fotosyntezy może być objętość tlenu wyrażona w cmIndeks górny 33/h/mIndeks górny 22.
Większość grzybów pozyskuje substancje odżywcze z podłoża. W przeciwieństwie do zwierząt, które pobierają pokarm do wnętrza ciała, a następnie trawią go, grzyb trawi pokarm poza swoim ciałem, wydzielając do otoczenia silne enzymy. W tym procesie złożone substancje organiczne są rozkładane na substancje proste, które grzyb może wchłaniać. W wyniku rozkładu związków organicznych w podłożu i w obumarłych organizmach są uwalniane węgiel, azot i inne pierwiastki – dzięki temu mogą być ponownie wykorzystane w przyrodzie. Na przykład dwutlenek wegla powstały podczas rozkładu jest uwalniany do atmosfery, substancje mineralne wracają zaś do gleby (na podstawie: ).
Podaj nazwę typu trawienia, które występuje u grzybów.
Nazwij grupę organizmów, które wykorzystują do swoich procesów życiowych uwalniany przez grzyby dwutlenek węgla i substancje mineralne.
Jak się okazuje, ciemniejsze lub czerwonawe plamy na liściach sałaty są odpowiednikiem ludzkiej… opalenizny. Wystawiona na słońce roślina wytwarza pochłaniające promienie ultrafioletowe substancje zwane polifenolami. Czyni to, aby szkodliwe promieniowanie nie uszkodziło jej komórek i nie zmniejszyło efektywności fotosyntezy. My zaś, zjadając „opaloną” sałatę, przyswajamy więcej polifenoli – witamin i barwników roślinnych – które pomagają utrzymać nasz organizm w dobrej kondycji. Zespół Stevena Britza z amerykańskiego departamentu rolnictwa opracował metodę, dzięki której można mieć zdrowszą sałatę także zimą. Rośliny w szklarniach otrzymują mało promieniowania ultrafioletowego (UVB), ponieważ brakuje go w świetle tradycyjnych lamp, z kolei światło słoneczne, i tak skąpe w zimie, jest w dużej części zatrzymywane przez szkło. Rozwiązaniem jest zastosowanie diod LED emitujących promieniowanie UVB, dzięki którym już po dwóch dniach liście roślin czerwienieją. Teraz naukowcy pracują nad wykorzystaniem promieniowania do podnoszenia wartości odżywczej przechowywanych w magazynach warzyw i owoców (na podstawie: ).
Wyjaśnij, jaką funkcję w komórkach sałaty pełnią polifenole.
Wymień korzyści, jakie odnosi człowiek, zjadając sałatę wysyconą polifenolami.
Wyjaśnij, dlaczego zawartość polifenoli w roślinach uprawianych w szklarniach jest niższa niż w roślinach uprawianych w gruncie.
Rozwiązuję problemy
Woda podczas zamarzania zwiększa swoją objętość. Właściwość ta jest dobrze znana rolnikom i ogrodnikom.
Przedstaw negatywne skutki tego zjawiska dla roślin uprawnych.
Zaproponuj sposób, który pozwoli ochronić rośliny przed negatywnym wpływem mrozu.
Uczniowie otrzymali zadanie obserwowania pewnego procesu charakterystycznego dla drożdży. Nastawili hodowlę według poniższej instrukcji i przez 30 minut śledzili przebieg zjawiska.
Podaj nazwę procesu, który obserwowali uczniowie.
Sformułuj hipotezę, jaką uczniowie sprawdzali podczas hodowli drożdży.
Wyjaśnij, jakie znaczenie ma woda wapienna użyta w zestawie.
Określ wynik obserwacji.
Co by było, gdyby drożdże zmieszać jedynie z cukrem, nie dodając wody? Sformułuj i wyjaśnij swoją hipotezę.
Podaj nazwisko dziewiętnastowiecznego francuskiego uczonego, który pierwszy wyjaśnił ten proces.
Uczniowie chcieli zbadać wpływ wody na wzrost pędów fasoli. Użyli 40 sadzonek fasoli, które podlewali co dwa dni taką samą objętością wody i co pięć dni mierzyli ich przyrost na długość. W tabeli zamieścili wyniki pomiarów.
Dzień hodowli | 1. | 5. | 10. | 15. | 20. | 25. | 30. |
Średnia długość pędów (w cm) | 10 | 12 | 16 | 21 | 25 | 29 | 32 |
Wyjaśnij, czy działanie uczniów można nazwać doświadczeniem.
Uzasadnij, czy uczniowie zbadali wpływ wody na wzrost pędów fasoli.
Wyjaśnij, czy próbą kontrolną w tym doświadczeniu może być 40 sadzonek fasoli, których podlewania zaprzestano. Dlaczego?
*Iwona przeniosła bukiet tulipanów z tarasu do ciepłego salonu. Kwiaty zmieniły wygląd.
Wskaż ilustrację, która przedstawia wygląd tulipanów w salonie.
Podaj nazwę reakcji tulipanów na zmianę temperatury otoczenia.
Reakcja kwiatów jest przystosowaniem do warunków środowiska. Wyjaśnij, na czym polega to przystosowanie.
Za pomocą mikroskopu badano wygląd męskich komórek rozrodczych pobranych od wielu osobników trzech gatunków zwierząt: żółwia błotnego, pstrąga potokowego i myszy domowej. Stwierdzono, że wszystkie gamety mają wici – elementy służące komórkom do poruszania się.
Wymień inne podobieństwa w budowie obserwowanych gamet.
Wymień i opisz przystosowania plemnika do udziału w rozrodzie.
Który z trzech badanych gatunków zwierząt produkuje najwięcej plemników i dlaczego?
Zadania zamknięte
Projekt badawczy
Otwórz i wydrukuj załącznik.