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 przed nami wiele tajemnic.
że każdy organizm potrzebuje do życia pokarmu;
że pokarm jest źródłem substancji niezbędnych do budowy ciała i energii potrzebnej do przeprowadzania procesów życiowych;
że organizmy różnią się sposobem zdobywania pokarmu – jedne są samożywne, inne są cudzożywne.
Wyjaśnisz, na czym polega obserwacja i doświadczenie.
Podasz przykłady obserwacji i doświadczeń.
Omówisz etapy doświadczenia.
Wymienisz wspólne cechy organizmów.
Wyjaśnisz, czym są i na czym polegają czynności życiowe.
Rozróżnisz i podasz przykłady poszczególnych czynności życiowych.
Wymienisz najważniejsze pierwiastki budujące ciała organizmów.
Wymienisz podstawowe grupy związków chemicznych występujących w organizmach i podasz ich funkcje.
Rozpoznasz podstawowe elementy budowy komórki i przedstawisz ich funkcje.
Przedstawisz istotę fotosyntezy jako jednego ze sposobów odżywiania się organizmów.
Przedstawisz oddychanie tlenowe i fermentację jako sposoby wytwarzania energii potrzebnej do życia.
Porównasz sposoby rozmnażania organizmów.
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. W poszukiwaniu 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, takimi jak lupa, mikroskop czy lornetka, ale nie ingeruje w przebieg obserwacji. Przykłady: obserwacja zachowań godowych ptaków w ich naturalnym otoczeniu, obserwacja stada saren pasących się na łące, obserwacja mikroskopowa tkanek roślinnych.
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. Przykłady: badanie wpływu światła na wzrost i rozwój pszenicy, badanie wpływu temperatury na intensywność fotosyntezy u moczarki kanadyjskiej.
Etapy doświadczenia
Porównanie obserwacji i doświadczenia
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 |
Więcej informacji na temat obserwacji i doświadczeń znajdziesz w e‑materiałach:
Poznawanie świata organizmówPoznawanie świata organizmów;
Mikroskop i lupa w obserwacjach biologicznychMikroskop i lupa w obserwacjach biologicznych.
2. Podstawowe czynności życiowe organizmów
Organizmy należą do elementów przyrody ożywionej. Wszystkie, niezależnie od rozmiarów, cechują się budową komórkową (ich ciała są zbudowane z komórek) i wykonywaniem czynności życiowych, do których należą:
odżywianie się – dostarczanie do organizmu składników pokarmowych, które są wykorzystywane jako źródło energii oraz budulec komórek;
oddychanie – uwalnianie z pokarmu energii, która jest potrzebna organizmowi do życia;
wydalanie – usuwanie z organizmu niepotrzebnych substancji (np. nadmiaru wody) oraz szkodliwych substancji (np. dwutlenku węgla);
poruszanie się (ruch) – zmiana położenia ciała lub jego części;
wzrost i rozwój – zwiększanie rozmiarów i masy ciała oraz specjalizacja poszczególnych narządów;
rozmnażanie się – wydawanie na świat potomstwa;
reakcja na bodźce – reagowanie na zapach, światło czy dźwięk umożliwia organizmowi dostosowanie się do zmian zachodzących w najbliższym otoczeniu.
Więcej informacji o czynnościach życiowych organizmów znajdziesz w e‑materiale Biologia dawniej i dziśBiologia dawniej i dziś.
3. Chemiczna budowa organizmów
Wszystkie organizmy zbudowane są z pierwiastków, głównie z tlenu, węgla, wodoru, azotu, wapnia i fosforu. Pierwiastki łączą się ze sobą i tworzą związki chemiczne, takie jak woda, białka, cukry, tłuszcze i kwasy nukleinowe. Związki chemiczne budują organizmy, są źródłem energii i regulują procesy zachodzące w organizmach.
Więcej informacji o chemicznej budowie organizmów znajdziesz w e‑materiale Chemiczna budowa organizmówChemiczna budowa organizmów.
4. 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.
Więcej informacji o budowie komórek znajdziesz w e‑materiale Komórkowa budowa organizmówKomórkowa budowa organizmów.
5. 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 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.
Więcej informacji o przemianie materii i energii w komórkach i organizmie znajdziesz w e‑materiałach:
MetabolizmMetabolizm;
FotosyntezaFotosynteza;
Odżywianie i ruchOdżywianie i ruch.
6. 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 fermentację.
Oddychanie tlenowe dostarcza kilkakrotnie więcej energii niż fermentacja.
Więcej informacji o oddychaniu znajdziesz w e‑materiale OddychanieOddychanie.
7. Porównanie sposobów rozmnażania organizmów
Rozmnażanie jest warunkiem istnienia gatunków i ciągłości życia na Ziemi. W jego wyniku powstają nowe osobniki danego gatunku. Nowe organizmy otrzymują od przodków informację genetyczną, na podstawie której tworzą się i funkcjonują ich ciała. Istnieją dwa sposoby rozmnażania organizmów: płciowe i bezpłciowe.
Osobniki powstające w wyniku rozmnażania płciowego są podobne do swoich rodziców, ale nie identyczne.
Rozmnażanie bezpłciowe prowadzi do powstania niemal identycznych osobników potomnych z jednego osobnika macierzystego.
Cecha | Rozmnażanie | |
---|---|---|
bezpłciowe | płciowe | |
liczba osobników rodzicielskich | jeden osobnik | dwa osobniki |
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 |
Więcej informacji o rozmnażaniu się organizmów znajdziesz w e‑materiale Rozmnażanie i rozwójRozmnażanie i rozwój.
Zadania
Jedne są dobrze rozpuszczalne w wodzie, inne nie rozpuszczają się w niej wcale. Dla wszystkich istot są podstawowym źródłem energii. Występują między innymi w mleku ssaków, w miąższu owoców i warzyw oraz w ścianach komórkowych roślin.
Nasiono kanianki kiełkuje w glebie. Rosnący pęd wykonuje okrężne ruchy w poszukiwaniu sąsiedniej rośliny. Gdy okaże się ona właściwa, kanianka wnika ssawkami w głąb jej tkanek. Niedługo potem łodyga kanianki obumiera i łamie się, przerywając połączenie z podłożem. Od tego czasu kanianka jest całkowicie uzależniona od drugiej rośliny, oplata ją pędami, które praktycznie pozbawione są chloroplastów.
Dwie jednakowe hodowle z jednodniowymi roślinami owsa umieszczono na parapecie okna w takiej samej temperaturze i warunkach oświetlenia oraz podlewano je tak samo przez dwa tygodnie. Doniczkę nr 1 obracano codziennie o 180°, a doniczkę nr 2 pozostawiono bez zmian. Wynik doświadczenia przedstawiono na poniższym rysunku.
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 specjalne białka. W tym procesie złożone substancje są rozkładane na substancje proste, które grzyb może wchłaniać. W wyniku rozkładu związków chemicznych w podłożu i w obumarłych organizmach są uwalniane węgiel, azot i inne pierwiastki – dzięki temu mogą być ponownie wykorzystane w przyrodzie. Na przykład dwutlenek węgla powstały podczas rozkładu jest uwalniany do atmosfery, substancje mineralne wracają zaś do gleby.
Iwona przeniosła bukiet tulipanów z tarasu do ciepłego salonu. Kwiaty zmieniły wygląd.
Przyjrzyj się podanej ilustracji i wykonaj poniższe zadania.
Ustal sposób odżywiania się komórki przedstawionej na ilustracji. Uzasadnij odpowiedź.
Opisz kształt komórki.
Rozpoznaj i nazwij wszystkie elementy komórki zaznaczone na ilustracji.
Ustal sposób odżywiania się komórki przedstawionej na ilustracji. Uzasadnij odpowiedź.
Opisz kształt komórki.
Wymień organelle wchodzące w skład tego typu komórki.
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.
Z pewnego jednokomórkowego organizmu za pomocą igły usunięto jądro komórkowe. Po zabiegu organizm nadal się poruszał, ale przestał rosnąć i po kilku dniach obumarł. Pojawiły się wątpliwości, czy śmierć komórki była spowodowana usunięciem jądra komórkowego, czy też wykonaniem samego zabiegu.
W celu wyjaśnienia tego problemu przeprowadzono doświadczenie. Dwie grupy organizmów poddano takim samym urazom operacyjnym. Komórkom z jednej grupy usunięto jądra, komórkom z drugiej pozostawiono je na miejscu po uprzednim nakłuciu i wykonywaniu ruchów symulujących usuwanie jądra. Organizmy po pozorowanej operacji powracały do zdrowia, a następnie rosły i się rozmnażały. Organizmy pozbawione jądra obumierały.
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.
Woda podczas zamarzania zwiększa swoją objętość. Właściwość ta jest dobrze znana rolnikom i ogrodnikom.
Uczniowie otrzymali zadanie obserwowania pewnego procesu charakterystycznego dla drożdży. Nastawili hodowlę według poniższej instrukcji i przez 30 minut śledzili przebieg zjawiska. Do wykrycia dwutlenku węgla użyli wody wapiennej, która pod jego wpływem mętnieje.
Instrukcja nastawienia hodowli:
Do kolby stożkowej o pojemności 100 cmIndeks górny 33 nalej ciepłej wody o temperaturze 35°C.
Do kolby stożkowej z ciepłą wodą dodaj łyżkę cukru i grudkę drożdży.
Kolbę zatkaj korkiem z rurką odprowadzającą.
Drugi koniec rurki umieść w probówce z wodą wapienną.
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 |
Projekt badawczy
Oddychanie roślin: prawda czy fałsz?
Problem badawczy: Czy rośliny wytwarzają dwutlenek węgla?
mała główka czerwonej kapusty
nóż
miska
woda destylowana
czajnik
3 słoiki z pokrywkami
gałązki moczarki kanadyjskiej
folia aluminiowa
słomka
Przygotuj wskaźnik z czerwonej kapusty
Poszatkuj drobno małą główkę czerwonej kapusty i umieść ją w misce.
Zalej kapustę taką ilością gorącej wody destylowanej, aby wypełnić miskę.
Pozostaw kapustę w misce do wystygnięcia.
Odcedź powstały błękitny płyn.
Wykaż, że rośliny wydzielają dwutlenek węgla podczas oddychania
Przemyj słoiki wodą destylowaną.
Wypełnij słoiki do połowy wskaźnikiem z czerwonej kapusty.
W jednym ze słoików umieść gałązki moczarki, zamknij słoik i owiń go folią aluminiową.
Drugi słoik (bez moczarki) również zamknij i owiń folią aluminiową.
Umieść oba słoiki w ustronnym, ciemnym miejscu.
Do trzeciego słoika wlej resztę pozostałego wskaźnika.
Do płynu w tym słoiku wdmuchuj powietrze przez słomkę, aż zmieni kolor.
Pobierz kartę pracy. Odpowiedz na pytania:
Co dokładnie trzeba zrobić, by sprawdzić, czy hipoteza jest prawdziwa?
Do czego jest potrzebny wskaźnik z czerwonej kapusty?
Czy faktycznie trzeba wdmuchiwać powietrze do trzeciego słoika ze wskaźnikiem? Po co?
Dlaczego pierwszy i drugi słoik powinien być zamknięty i owinięty folią aluminiową?
Dlaczego wskaźnik z kapusty zmienił kolor?
Jakiego innego wskaźnika „domowej produkcji” można było użyć w tym doświadczeniu?