Откуда организм берёт вещества и энергию
Питание, дыхание, выделение и рост связаны, но обозначают разные процессы.
Федеральная программа · базовый уровень · 5 класс
Организмы — тела живой природы
Этот урок раскрывает следующие элементы программы:
- Питание, дыхание, выделение, движение и размножение
- Развитие, раздражимость и приспособленность
- Различия жизнедеятельности растений, животных, грибов и бактерий
- Организм как единое целое
Поступление и преобразование
Организм получает из среды вещества и использует их для построения собственного тела и поддержания работы клеток. Животные получают готовые органические вещества с пищей. Фотосинтезирующие растения образуют органические вещества из углекислого газа и воды, используя энергию света, но также нуждаются в минеральных веществах.
Клеточное дыхание — совокупность процессов, при которых энергия органических веществ преобразуется в доступную клетке форму. У растений оно идёт и днём, и ночью; фотосинтез при отсутствии света не происходит. Не путайте клеточное дыхание с движением воздуха в лёгких у животных.
Что происходит дальше
Часть поступивших веществ превращается в новые структуры клетки, часть расходуется в реакциях обмена. Ненужные продукты удаляются. Рост означает увеличение размеров или числа клеток, развитие — изменение строения и функций в течение жизни. Эти слова близки, но не взаимозаменяемы.
В учебной схеме процессы разделяют для ясности. В реальном организме они работают одновременно: прекращение поступления воды влияет и на обмен веществ, и на рост растения. Правильный ответ всегда учитывает, о каком организме и об условиях идёт речь.
Растения, животные, грибы и бактерии — не один способ жизни
Зелёное растение может получать углерод из углекислого газа при фотосинтезе; животное получает готовые органические вещества, поедая пищу. Гриб выделяет вещества для расщепления пищи снаружи своих клеток и всасывает более простые молекулы. Не называйте гриб «растением без зелёного цвета»: устройство его клеток и способ питания имеют собственные особенности.
Бактерии особенно разнообразны. Молочнокислые бактерии используют органические вещества, а цианобактерии способны к фотосинтезу. Многие бактерии участвуют в разложении остатков и круговоротах веществ, но некоторые вызывают заболевания. Из слова «бактерия» нельзя узнать её питание или роль без дополнительных сведений о виде.
Движение, размножение и ответ на среду
Животное может менять местоположение, инфузория движется ресничками, а побег растения медленно меняет направление роста по отношению к свету. Это разные механизмы движения. Если сухой лист летит по ветру, движется предмет, но это не собственное движение живого организма.
Размножение создаёт новых особей, а раздражимость означает ответ на воздействие среды. Одно растение может расти и отвечать на свет, хотя ещё не образует семян. Эти процессы связаны в жизни целого организма: клетки и органы обмениваются веществами и сигналами, поэтому нельзя оценить его состояние по одному признаку в один момент.
Словарь урока
Определения с пояснением и примером
Прочитайте значение термина, затем проверьте его на конкретной ситуации. Оговорки отмечают границы школьной модели.
- Вещество
То, из чего состоят тела и их части и что имеет определённый состав и свойства. Вода и сахар — разные вещества; лист — тело, в составе которого много веществ. Вещества могут перемещаться и превращаться, а энергия — не ещё одно вещество в этом списке.
Пример: В клетке есть вода, соли и органические вещества; в пище и воздухе набор веществ различается.
- Молекула
Очень маленькая частица, состоящая из соединённых атомов — частиц химических элементов. Из молекул состоят многие вещества, а клетка содержит множество разных молекул. Молекула не является маленьким организмом; некоторые вещества, например многие соли, устроены не как отдельные молекулы.
Пример: Молекула воды включает атомы водорода и кислорода; молекула сахара имеет другой состав и строение.
- Органические вещества
Большая группа соединений углерода — химического элемента, из атомов которого строится основа многих молекул живых организмов. К органическим веществам относятся сахара, жиры, белки и ДНК. Они входят в состав клеток, участвуют в их работе, а многие служат источником химической энергии.
Пример: Сахар, образующийся у растения при фотосинтезе, — органическое вещество; животное может получить органические вещества с пищей.
Важно: Не всякое вещество с углеродом органическое: углекислый газ и карбонатные соли относят к неорганическим. Органическое не означает обязательно живое, съедобное или безопасное; такие вещества можно получать и без организма.
- Неорганические вещества
Вещества, которые не относят к группе органических: например, вода, кислород, углекислый газ и многие минеральные соли. Они есть и в неживой среде, и внутри организмов; слово не означает «ненужное для жизни».
Пример: Вода поступает в корень, а углекислый газ — в зелёные части растения; из них при фотосинтезе образуются органические вещества.
- Минеральные соли
Группа неорганических веществ; некоторые из них растворяются в воде и поступают в организм с раствором. Они дают, например, элементы азот, фосфор и калий, необходимые растению для построения и работы клеток; это не готовый сахар и не замена света.
Пример: Корни получают часть нужных элементов с растворёнными солями из почвы, а углерод для фотосинтеза — из углекислого газа.
- Питание
Получение организмом веществ, нужных для построения клеток и поддержания жизнедеятельности. Способ питания различается: животные и грибы используют готовые органические вещества, фотосинтезирующие растения способны образовывать их из неорганических.
Пример: Гриб получает вещества из окружающего субстрата после внешнего расщепления сложных соединений.
- Фотосинтез
Преобразование энергии света в энергию химических веществ. В изучаемом здесь кислородном фотосинтезе зелёных растений клетки используют свет, углекислый газ и воду для образования органических веществ; выделяется кислород.
Пример: Клетки зелёного листа при освещении создают органические вещества, которые затем используются растением.
Важно: Не все клетки растения фотосинтезируют; фотосинтез не тождествен клеточному дыханию. У некоторых бактерий существует другой фотосинтез без выделения кислорода: модель зелёного растения нельзя переносить на всех фотосинтезирующих организмов.
- Клеточное дыхание
Процессы, в ходе которых клетка преобразует энергию органических веществ в доступную для работы форму. У большинства изучаемых в школе организмов важен путь с участием кислорода, но у некоторых организмов возможны и другие пути.
Пример: Клетки растения продолжают клеточное дыхание ночью, когда фотосинтез из-за отсутствия света не идёт.
- Выделение
Удаление из организма продуктов обмена и избытка некоторых веществ. Пути выделения зависят от строения и образа жизни организма.
Пример: У человека почки удаляют с мочой часть продуктов обмена, а лёгкие — образовавшийся при клеточном дыхании углекислый газ. У растения тоже удаляются продукты обмена, хотя почек и лёгких у него нет.
- Транспорт веществ
Перемещение веществ внутри организма к местам использования, запасания или удаления. Оно связывает разные части тела: поступить в организм, переместиться внутри него и превратиться в другое вещество — три разных действия.
Пример: Вода поступает в корень растения, движется по проводящим путям к листьям и используется или испаряется; сахар из зелёных листьев поступает, например, к растущим корням.
- Размножение
Образование новых особей, благодаря которому продолжается существование вида. Способы размножения различаются; отдельная особь может не размножаться и при этом оставаться живой.
Пример: При делении бактерии возникают две дочерние клетки — новые особи. У цветкового растения половое размножение приводит к образованию нового зародыша в семени; его дальнейшее прорастание — рост и развитие уже существующего зародыша, а не ещё одно размножение.
- Движение организма
Изменение положения всего организма, его части или клетки, которое происходит благодаря жизненным процессам. У животных часто видно перемещение тела, у растений — рост и изменения положения органов; перенос ветром сам по себе не является собственным движением организма.
Пример: Инфузория плывёт с помощью ресничек, а побег растения постепенно изгибается в сторону света.
- Организм как единое целое
Представление о том, что клетки и органы одного организма связаны обменом веществ и сигналами и работают согласованно. Повреждение или изменение одной части может влиять на другие; целое не сводится к простому списку органов.
Пример: Корни поглощают воду, стебель проводит её, а листья используют её в фотосинтезе и испаряют часть воды.
- Раздражимость
Способность организма воспринимать воздействие и отвечать на него изменением процессов или поведения; ответ не обязательно быстрый и заметный глазом.
Пример: Побег растения постепенно меняет направление роста при одностороннем освещении.
- Приспособленность
Соответствие наследуемых особенностей строения и жизнедеятельности организма условиям, в которых жили его предки. Такое соответствие формируется в ходе эволюции и имеет пределы.
Пример: Широкие листья водного растения удобны в определённых условиях, но не являются «сознательным выбором» растения.
Важно: Отдельный организм не создаёт нужное наследуемое приспособление по собственному желанию.
Почему это важно понимать именно так
Питание и клеточное дыхание связаны, но не совпадают. Пища или вещества, созданные при фотосинтезе, дают клеткам материал и химическую энергию; клеточное дыхание преобразует часть этой энергии для работы клетки. У растений оба процесса могут происходить в одних и тех же организмах.
Разберём вещества без химической путаницы: вода, углекислый газ и растворённые минеральные соли — неорганические; сахара, жиры и белки — органические. Зелёные клетки растения при фотосинтезе создают органические вещества из углекислого газа и воды, используя свет. Животное получает готовые органические вещества с пищей, гриб всасывает вещества после внешнего расщепления, а способы питания бактерий различаются. Слова «органическое» и «неорганическое» не означают «живое» и «мёртвое»: оба типа веществ нужны организму.
Выделение не требует одинаковых органов у всех организмов. При кислородном клеточном дыхании растения, гриба или подходящей бактерии образуется углекислый газ. У гриба и бактерии он может выйти через клеточную границу в окружающую среду; у растения газ из внутренних клеток проходит также через промежутки тканей, а в листе — через устьица, маленькие отверстия покрова. Не все бактерии используют этот путь дыхания. У растения на свету одновременно может идти фотосинтез, потребляющий CO2: по одному потоку газа нельзя объявить, что растение перестало дышать. У человека CO2 удаляется лёгкими, а часть других продуктов — почками. Выделение продуктов обмена не равно удалению непереваренных остатков пищи.
Движение бывает не только перемещением всего тела. У растений изменяется положение частей и направление роста; внутри клеток перемещаются вещества. При сравнении процессов обязательно уточняйте, какой организм и какой масштаб движения рассматриваются.
Транспорт у растения: вода с растворёнными минеральными веществами поступает через корни и перемещается по проводящей ткани к стеблю и листьям. Испарение воды листьями помогает поддерживать её движение. Зелёные клетки листьев создают органические вещества при фотосинтезе; часть этих веществ другая проводящая ткань доставляет в растущие или запасающие части, например корни. Поэтому выражение «все вещества растения идут только снизу вверх» неверно. Для 5 класса важен путь и назначение переноса; подробное строение тканей изучается дальше.
Транспорт у человека: кислород поступает в лёгкие, переходит в кровь и переносится к клеткам; вещества из переваренной пищи после всасывания тоже могут поступать в кровь. Сердце поддерживает её движение по сосудам. Кровь не «создаёт» кислород и не является клеточным дыханием: она доставляет вещества, а клетки используют их в своих процессах. Не все животные имеют такую кровеносную систему; у маленького или тонкого организма обмен может происходить без сердца и сосудов.
Различаем рост, развитие и размножение на одном примере. Модельные записи о проростке: 1 мая высота 20 мм, 4 мая — 26 мм и появился новый лист. Увеличение высоты — рост, появление новой части и изменение работы растения — развитие. Это всё ещё та же особь, поэтому нельзя назвать эти изменения размножением. При размножении родителей возникает новая особь — зародыш будущего растения; прорастание семени продолжает рост и развитие уже существующего зародыша, а не создаёт ещё одну особь из самого проростка. Раздражимость проявится, если побег изменит направление роста в ответ на свет; простой перенос горшка человеком не является собственным движением растения.
Пример по шагам
Верно ли, что растение ночью «не дышит», потому что нет света?
- Свет необходим для светозависимых процессов фотосинтеза.
- Клеточное дыхание не прекращается автоматически с наступлением темноты.
- У растения ночью продолжаются обмен веществ и получение энергии клетками.
Вывод: Нет. Клетки растения продолжают клеточное дыхание и ночью; фотосинтез и клеточное дыхание — разные процессы.
Учебное исследование
Как наблюдать потребление воды растением
- Отметьте начальный уровень воды в прозрачной ёмкости с растением и время наблюдения.
- Предусмотрите такую же ёмкость без растения, чтобы оценить испарение воды из самой ёмкости.
- Через равные промежутки времени сравнивайте уровни и записывайте условия освещения и температуры.
- Составьте две словесные схемы транспорта: вода — корень — стебель — лист; сахар — фотосинтезирующий лист — растущий корень. Объясните, почему перенос не равен образованию вещества и почему стрелки не всегда направлены только вверх.
- Определите процессы в описаниях: животное получает пищу; клетка преобразует энергию органических веществ; кровь доставляет кислород; почки удаляют продукты обмена; побег отвечает на свет; проросток увеличился с 20 до 26 мм; появился новый лист; возникла новая особь. Для каждого назовите термин и объясните один признак выбора.
- Разберите фразу «кислород движется с кровью, значит кровь выполняет клеточное дыхание». Отделите поступление, транспорт и использование вещества клетками; вспомните, почему растение тоже дышит, хотя у него нет лёгких.
- Отнесите воду, углекислый газ, минеральные соли, сахар и белок к органическим или неорганическим веществам. Затем объясните, почему CO2 относится к неорганическим, хотя содержит углерод, и почему химическая группа не разрешает пробовать вещество на вкус.
- Сопоставьте четыре описания удаления продукта обмена: CO2 через устьица листа; CO2 через границу грибной клетки; CO2 через границу бактерии с кислородным дыханием; CO2 через лёгкие человека. Что общего в результате и чем различается путь? Почему нельзя добавлять всем этим организмам почки или утверждать, что любая бактерия дышит кислородом?
Что можно заключить: Различие уровней в двух ёмкостях может свидетельствовать о потреблении воды растением при данных условиях; для более строгого вывода нужны повторения и учёт других факторов. Вода и сахар перемещаются к разным местам использования; транспорт не создаёт их заново. В описаниях по порядку: питание, клеточное дыхание, транспорт, выделение, раздражимость, рост, развитие, размножение. Изгиб побега также является движением части растения; процессы могут сочетаться. Кровь доставляет кислород, а клеточное дыхание происходит в клетках; у растения для этих процессов не требуются лёгкие. Вода, CO2 и минеральные соли — неорганические; сахар и белок — органические. Во всех четырёх описаниях удаляется продукт обмена, но путь зависит от строения: устьица листа, граница клетки или лёгкие; почки не универсальный орган, а кислородное дыхание не единственный путь у бактерий.
Безопасность: Не используйте неизвестные растения или растворы; опыт проводите под наблюдением учителя или взрослого.
Практическая работа
Потребление воды растением
- Возьмите два одинаковых сосуда с равным количеством воды. В один поместите разрешённый учителем побег; у обоих отметьте исходный уровень и время.
- Оставьте сосуды рядом при одинаковых освещении и температуре. Через одинаковый промежуток сравните уровни воды и запишите результаты с единицами.
- Учтите, что часть воды может испаряться из сосудов и с поверхности листьев. Объясните, что именно показывает контрольный сосуд и почему одной пары сосудов мало для обобщения.
- Разберите отдельные модельные данные, не выдавая их за собственный опыт: в обоих сосудах было 100 мл, через одинаковое время без растения осталось 98 мл, с разрешённым побегом — 94 мл. Вычислите уменьшение в каждом и дополнительное различие; перечислите условия, которые нужно сохранить одинаковыми и записать.
- Проведите словами путь воды к листу и путь органических веществ от фотосинтезирующего листа к растущему корню. Объясните, какие величины опыт действительно измеряет и почему он не показывает напрямую строение проводящей ткани или все направления транспорта.
Что можно заключить: Различие изменения уровня по сравнению с контрольным сосудом согласуется с поступлением воды в растение, но не разделяет полностью поглощение, испарение листьями и другие пути расхода воды. В модели уменьшение равно 2 мл без растения и 6 мл с ним, дополнительное различие — 4 мл. Это не точное измерение только клеточного потребления: испарение и условия поверхности могут различаться, нужны повторения и одинаковые исходные условия. Путь воды и перенос сахаров объясняют по данным биологии; объём воды сам по себе не доказывает все механизмы транспорта.
Безопасность: Используйте только разрешённое учителем растение и чистую воду; не пробуйте воду из опыта и устойчиво ставьте сосуды.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Объяснения и рисунки созданы для Умблика. Объём темы сопоставлен с федеральной программой, а биологические понятия — с открытыми учебными источниками. Схемы учебные и не передают реальные масштабы.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- OpenStax Biology 2e: §1.2
- OpenStax Biology 2e: справочный раздел
- OpenStax Biology 2e: §24.1
- OpenStax Biology 2e: §22.3
- OpenStax Biology 2e: §30.5
- OpenStax Biology 2e: §40.1
- OpenStax Biology 2e: §30.4
- OpenStax Biology 2e: §7.3
- OpenStax Biology 2e: §32.2
- OpenStax Biology 2e: справочный раздел
- NOAA: океан и атмосфера: источник к уроку