Биология · базовый уровень · 8 класс · Урок 2

Животная клетка, ткани, органы и организм как целое

Разберём мембрану, ядро, органоиды и деление клетки, затем соберём из клеток четыре основных типа тканей, органы и системы органов.

Животный организм

Федеральная программа · базовый уровень · 8 класс

Животный организм

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Открытие животной клетки и исследования А. Левенгука
Мембрана, ядро с ядрышком, цитоплазма и органоиды
Митохондрии, вакуоли, лизосомы, клеточный центр и органоиды движения
Процессы клетки и деление
Разнообразие тканей животных, органы и системы органов
Лабораторная работа с готовыми клеточными и тканевыми препаратами

Условная схема типичной эукариотической животной клетки; реальные нервные, мышечные и другие клетки различаются формой и набором структур.

Как это устроено

А. Левенгук усовершенствовал микроскопические наблюдения и описал множество микроскопических объектов, включая клетки крови и сперматозоиды; современное понимание клеток сложилось позднее благодаря работе многих учёных. Нельзя приписывать одному исследователю открытие всех органоидов. На готовом школьном препарате видна лишь часть структур, доступных световому микроскопу; лизосомы и многие молекулярные детали нельзя честно «увидеть» без других методов.

Мембрана отделяет клетку от среды и взаимодействует с ней. Ядро хранит большую часть наследственного материала, ядрышко связано с производством рибосом, митохондрии помогают получать АТФ, лизосомы участвуют в расщеплении. Клеточный центр организует микротрубочки. Однако реальная клетка — не набор независимых «маленьких органов»: структуры обмениваются веществами и сигналами. Зрелые эритроциты человека и некоторые специализированные клетки показывают границы типичной схемы.

В программе рядом с животной клеткой названы структуры движения. Ресничка и эукариотический жгутик — выступающие структуры с микротрубочковым каркасом, но обычно различаются длиной и характером движения; они есть не у каждой клетки. Ложноножка — временное изменение формы клетки за счёт цитоскелета и цитоплазмы, а не постоянный придаток. У инфузории реснички двигают целый одноклеточный организм, тогда как реснички дыхательного эпителия перемещают слизь относительно тела многоклеточного животного. Не следует объединять все эти примеры в один «орган движения животного» или путать эукариотический жгутик с бактериальным по строению.

При делении клетка сначала копирует ДНК, затем распределяет хромосомы между дочерними клетками и обычно разделяет цитоплазму. Деление связано с ростом и обновлением тканей, но клетки разных тканей делятся с разной частотой. Ткань состоит не только из клеток: например, в соединительной ткани межклеточное вещество может занимать значительную часть объёма. Четыре крупных типа тканей — удобная школьная карта, внутри которой есть множество вариантов.

Органы состоят из разных тканей. Сердце имеет мышечные клетки, соединительную опору, покровные и нервные элементы; его работа зависит от сосудов, нервной и гормональной регуляции. Система органов — аналитическая группа, но организм действует как целое: дыхание доставляет кислород, кровообращение переносит его, клетки используют его в обмене, а выделение удаляет продукты. Один изолированный рисунок сердца не объясняет весь процесс.

Проследите масштаб на одном примере: сократительная клетка входит в сердечную мышечную ткань; вместе с соединительной и покровной тканями она образует сердце как орган. Сердце и сосуды составляют часть кровеносной системы, которая переносит вещества между органами. Слово «ткань» не означает плотную массу одинаковых клеток: в крови клетки находятся в жидком межклеточном веществе, а в сухожилии между клетками много прочных волокон. Четыре крупных типа тканей описывают сложных животных и не должны механически приписываться, например, губке с иной организацией тела.

Микроскоп показывает не «всё, что существует», а детали в пределах разрешения, качества окраски и подготовки препарата. Запишите отдельно наблюдение («вижу окрашенное ядро у ряда клеток»), интерпретацию («это клетки эпителиальной ткани») и известное из других методов («в клетках есть митохондрии»). Лизосому нельзя дорисовывать как наблюдённую точку, если её не удаётся различить. Аналогично деление клетки включает копирование ДНК до митоза, распределение хромосом в митозе и обычно последующее разделение цитоплазмы: назвать все три события одним словом значит потерять причинную последовательность.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Животная клетка

Эукариотическая клетка животного организма с мембраной, цитоплазмой и наследственным материалом; её строение специализировано для конкретной функции.

Пример: Нервная клетка передаёт сигналы, мышечная сокращается, а клетка кишечного эпителия участвует во всасывании.

Плазматическая мембрана

Граница клетки из липидов и белков, регулирующая обмен веществ, связь с соседними клетками и восприятие сигналов.

Пример: Белки мембраны помогают клетке поглощать определённые вещества и распознавать сигналы.

Цитоплазма

Внутренняя среда клетки вне ядра вместе с расположенными в ней структурами и растворами веществ.

Пример: Митохондрии и лизосомы находятся в цитоплазме клетки.

Ядро и ядрышко

Ядро — отдел клетки с большей частью ДНК, ограниченный оболочкой; ядрышко — область ядра, где образуются компоненты рибосом.

Пример: После окрашивания на препарате некоторых клеток можно различить ядро и ядрышко.

Важно: Зрелый эритроцит человека не имеет ядра, хотя произошёл от ядерной клетки.

Митохондрия

Двумембранный органоид, участвующий в клеточном дыхании и образовании значительной части АТФ при использовании кислорода.

Пример: Мышечные клетки часто содержат много митохондрий из-за потребности в энергии.

Лизосома

Мембранный органоид некоторых эукариотических клеток с ферментами, расщепляющими захваченные или старые внутриклеточные компоненты.

Пример: В клетке иммунной системы лизосомальные ферменты помогают переработке поглощённой частицы.

Пищеварительная и сократительная вакуоль

У отдельных одноклеточных эукариот пищеварительная вакуоль расщепляет захваченную пищу, а сократительная выводит избыток воды.

Пример: У инфузории-туфельки можно наблюдать работу сократительных вакуолей.

Важно: Эти структуры нельзя без уточнения приписывать каждой клетке многоклеточного животного.

Ресничка

Короткий подвижный вырост поверхности некоторых эукариотических клеток с внутренним каркасом из микротрубочек; согласованное биение многих ресничек перемещает клетку или жидкость над её поверхностью.

Пример: Реснички помогают инфузории перемещаться, а реснички эпителия дыхательных путей многоклеточного животного сдвигают слизь, не передвигая всего животного.

Жгутик эукариотической клетки

Обычно более длинный подвижный вырост с микротрубочковым каркасом; его строение и движение отличаются от бактериального жгутика, хотя оба могут обеспечивать движение клетки.

Пример: Жгутик сперматозоида помогает клетке двигаться в жидкости; наличие такого жгутика не означает, что каждая клетка животного имеет его.

Ложноножка

Временное выпячивание клетки при перестройке цитоскелета и движении цитоплазмы, способное участвовать в перемещении и захвате частиц; это не постоянная ножка или отдельный орган многоклеточного животного.

Пример: Амёба меняет форму тела, образуя ложноножки, а некоторые иммунные клетки животного используют похожий способ движения.

Клеточный центр

Область клетки, связанная с организацией микротрубочек; у многих животных клеток включает центриоли и участвует в делении.

Пример: Во время митоза микротрубочки помогают распределять хромосомы.

Деление клетки

Процесс образования дочерних клеток после подготовки наследственного материала; у клеток тела животных обычно связан с митозом и делением цитоплазмы.

Пример: Новые клетки кожи образуются из делящихся клеток её глубоких слоёв.

Ткань

Совокупность клеток и межклеточного вещества, сходных по происхождению и совместно выполняющих определённые функции.

Пример: Эпителиальная ткань покрывает поверхности, мышечная обеспечивает сокращение.

Эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная ткани

Четыре традиционно выделяемых крупных типа животных тканей: покровы и выстилки; связь и опора; сокращение; приём и передача сигналов соответственно.

Пример: Кожа содержит эпителий и соединительную ткань, а также нервные окончания и мышечные элементы.

Важно: Каждый тип включает разнообразные подтипы и не равен одному виду клетки.

Орган и система органов

Орган — часть тела из нескольких тканей с определёнными функциями; система органов — взаимодействующие органы, решающие общие задачи.

Пример: Сердце — орган из нескольких тканей, сердце и сосуды вместе входят в кровеносную систему.

Межклеточное вещество

Материал между клетками ткани, который они образуют или изменяют; его состав и количество зависят от ткани, а в соединительной ткани он может включать волокна и основное вещество.

Пример: В сухожилии между клетками преобладают прочные коллагеновые волокна, тогда как в крови жидкая плазма служит межклеточной средой.

Митоз

Разделение заранее удвоенных хромосом эукариотической клетки между двумя дочерними ядрами; обычно за ним следует разделение цитоплазмы, но это два различимых процесса.

Пример: При обновлении эпителия кишечника новые клетки появляются после цикла с копированием ДНК, митозом и обычно разделением цитоплазмы.

Разрешающая способность микроскопа

Наименьшее расстояние между двумя точками, которые прибор и условия наблюдения позволяют различить как отдельные; увеличение изображения само по себе не создаёт невидимых деталей.

Пример: Слишком маленькую лизосому нельзя достоверно подписать на обычном школьном световом препарате только потому, что поставлен более сильный окуляр.

Пример по шагам

На готовом препарате ученик увидел только контур клетки и ядро и нарисовал лизосому как «наблюдаемую точку». Что исправить?

Отделите реально видимые структуры от известного из других методов строения клетки.
На рисунке подпишите мембрану и ядро, если они различимы при данном увеличении и окраске.
Лизосому укажите на отдельной объяснительной схеме, не выдавая её за прямое наблюдение на этом препарате.

Вывод: Научная зарисовка должна показывать наблюдение; объяснительная схема может включать невидимые здесь органоиды, но это нужно обозначить.

Практическая работа

Готовые препараты клеток и тканей

Под руководством учителя рассмотрите готовые подписанные препараты эпителия, мышечной и нервной ткани при малом, затем подходящем большем увеличении.
Зарисуйте только различимые клетки и межклеточное вещество; отметьте увеличение, окраску и источник препарата.
Сравните препараты с учебными схемами, перечислите органы, в состав которых могут входить разные ткани, и укажите невидимые здесь функции.

Что можно заключить: Форма и расположение клеток различаются между тканями; микроскопия показывает строение, а функцию нужно проверять дополнительными данными.

Безопасность: Не готовьте препараты из тканей людей или животных самостоятельно; используйте только фиксированные учебные образцы, берегите стекло и линзы.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.