Путешествие в клетку

Полный текст урока · биология · 5 класс

Лист выглядит как сплошная зелёная пластинка, а кожица луковицы — как тонкая плёнка. Если рассмотреть их с увеличением, обнаружится множество клеток. Клетка — основная единица строения и жизнедеятельности организмов. Это означает, что из клеток построены организмы и именно в клетках происходят процессы, поддерживающие жизнь. В этом уроке мы узнаем, как увидеть клетки, чем они похожи и почему могут различаться.

1. Как рассмотреть мелкие объекты

Наш глаз способен различать далеко не все маленькие предметы. Для исследования мелких объектов используют увеличительные приборы. Самый простой из них — лупа. Её главная часть — увеличительное стекло, закреплённое в оправе. Ручную лупу удобно держать за ручку и перемещать относительно объекта, пока изображение не станет чётким. У штативной лупы есть опора, поэтому руки исследователя остаются свободными.

Ручные лупы часто дают увеличение от 2 до 20 раз. Значение зависит от конкретной модели и указывается на приборе. Лупа помогает рассмотреть волоски на листе, мелкие части цветка, строение поверхности или крупные клетки мякоти некоторых плодов. Но нельзя ожидать, что через любую лупу будут видны ядра и другие части клеток.

Для более подробного исследования применяют световой микроскоп. В обычном школьном приборе свет проходит через тонкий, достаточно прозрачный объект и систему линз. Линза в объективе располагается близко к препарату, а в окуляр смотрит наблюдатель. Тубус соединяет оптические части. Объективы разной силы часто закреплены на поворотной головке.

Предметное стекло помещают на предметный столик и закрепляют. Под столиком находится осветительная система: лампа или зеркало. Фокусировочные винты изменяют расстояние между препаратом и объективом. Штатив и основание поддерживают детали и обеспечивают устойчивость. Расположение и способ движения частей могут различаться у разных микроскопов.

Цифровой микроскоп передаёт изображение через камеру на экран. Так наблюдение видит весь класс, а результаты можно сохранить и сравнить позднее. Однако цифровое увеличение на экране само по себе не позволяет различить новые детали: важны возможности оптики, камеры и качество препарата.

Небольшой шаг в историю

В 1665 году Роберт Гук описал маленькие ячейки, которые увидел в тонком срезе пробки, и назвал их клетками. Он рассматривал главным образом стенки уже мёртвых клеток. Позднее Антони ван Левенгук наблюдал живые микроскопические организмы. Совершенствование приборов постепенно помогло понять, насколько широко распространено клеточное строение. Наука, изучающая клетки, называется цитологией.

2. Увеличение, резкость и разрешение

Общее увеличение школьного составного микроскопа находят умножением увеличения окуляра на увеличение выбранного объектива. Эти числа не складывают. Знак «×» рядом с числом на линзе означает кратность увеличения, а между двумя числами — действие умножения.

Разобранный пример

Окуляр увеличивает в 10 раз, объектив — в 40 раз.

10 × 40 = 400. Общее увеличение равно 400×.

Если заменить окуляр на 15×, оставив объектив 40×, получим 15 × 40 = 600. Это увеличение изображения, а не изменение размеров самого объекта.

Резкость показывает, насколько чётко видны границы деталей. Её регулируют фокусировкой. Большая картинка может оставаться размытой. Если растянуть нечёткую фотографию, она станет крупнее, но не обязательно понятнее.

Разрешение прибора — способность различать две близкие точки как отдельные. Оно ограничивает подробность изображения. Поэтому увеличение, резкость и разрешение связаны, но не означают одно и то же. На большем увеличении обычно видно меньшую часть препарата: нужный участок сначала находят на малом увеличении.

3. Как подготовить наблюдение

Для обычного школьного микроскопа, в котором свет проходит через объект, нужен тонкий препарат. Толстый кусок луковицы не пропускает достаточно света, поэтому его клетки трудно рассмотреть. Для наблюдения берут тонкую кожицу или срез и помещают на предметное стекло. Учитель показывает, как подготовить препарат. Иногда используют краситель, чтобы лучше видеть отдельные части клетки. Поэтому цвет на препарате может отличаться от естественного.

1. Поставь микроскоп устойчиво, подальше от края стола, и выбери объектив малого увеличения.
2. Размести готовый препарат на столике и закрепи стекло.
3. Настрой освещение. Следя сбоку, убедись, что объектив не касается стекла. Осторожно добейся резкости по инструкции к прибору. В обычном учебном приёме, глядя в окуляр, медленно увеличивают расстояние между объективом и препаратом.
4. Найди нужный участок, рассмотри его, запиши увеличение и зарисуй различимые детали.

Переноси прибор двумя руками: одной держи штатив, другой поддерживай основание. Не дави на стекло объективом и не крути винты резко. При переходе на большее увеличение пользуйся указаниями учителя: у прибора может быть отдельный винт тонкой настройки.

В дневнике нужны название объекта, дата, увеличение, рисунок и подписи. Сначала опиши наблюдение: например, «видны вытянутые ячейки, в некоторых есть окрашенные округлые структуры». Затем объясни, что это клетки кожицы и их ядра. Не добавляй в рисунок части, которых не смог различить, только потому, что знаешь об их существовании.

4. Общий план строения клетки

Несмотря на разнообразие, клетки имеют общий план организации: клеточную мембрану, цитоплазму и наследственный материал. У многоклеточного организма клетки связаны друг с другом, а у одноклеточного одна клетка обеспечивает жизнь целого организма. Вирусы не имеют клеточного строения; подробнее о них будет отдельная тема.

Клеточная мембрана отделяет внутреннее содержимое от окружающей среды. Через неё регулируется поступление веществ в клетку и выведение веществ наружу. Мембрану нельзя считать полностью непроницаемой стеной: без обмена клетка не могла бы жить.

Цитоплазма — внутренняя среда клетки. В ней находятся разные клеточные структуры и происходят многие превращения веществ. Структуры, выполняющие определённую работу внутри клетки, называют органоидами. Например, хлоропласт участвует в фотосинтезе. Органоид — часть клетки, а орган, например лист, — часть многоклеточного организма.

Наследственная информация связана с ДНК. Она нужна для построения и работы клетки и передаётся при её делении. У растений, животных и грибов большая часть ДНК находится в ядре, отделённом от цитоплазмы ядерной оболочкой. ДНК с белками образует хромосомы. Ядро часто изображают как яркий шарик, но это условность модели, а не обязательный естественный цвет.

В растительной клетке снаружи мембраны имеется клеточная стенка. Она придаёт прочность и поддерживает форму. Стенка и мембрана — разные структуры: мембрана непосредственно ограничивает живое содержимое и регулирует обмен. У зрелой клетки растения часто есть большая вакуоль, заполненная клеточным соком. Вместе со стенкой она помогает поддерживать упругость клетки.

В растительных клетках встречаются пластиды. Зелёные пластиды — хлоропласты — содержат хлорофилл. В них с использованием света образуются органические вещества из неорганических. Этот процесс называется фотосинтезом. Другие пластиды могут запасать вещества или содержать пигменты, связанные с окраской плодов и других частей растения.

5. Клетки различаются

Не существует одной картинки, точно подходящей для всех клеток. Они различаются размерами, формой и строением. Многие клетки растений и животных имеют размеры в десятки микрометров. Например, 0,05 мм — это 50 мкм. Многие бактерии имеют размеры порядка 1 мкм, то есть 0,001 мм. Это ориентиры, а не одинаковые размеры всех клеток. Один миллиметр содержит тысячу микрометров.

У бактерий есть ДНК, но нет ядра, отделённого оболочкой от цитоплазмы. Растения, животные и грибы относятся к организмам, клетки которых имеют ядро. Их называют эукариотами. Бактерии относятся к прокариотам — организмам без оформленного ядра. Эти названия указывают на различие в строении клеток.

В обычных клетках кожицы подземной луковицы хлоропластов нет. Это не делает их животными клетками. Нужно учитывать несколько признаков и то, из какого организма получен препарат. Форма также не даёт единственного ответа: даже внутри одного растения клетки могут быть вытянутыми, округлыми или иметь сложные очертания.

6. Клетка живёт и делится

Клетка получает вещества из среды, преобразует их, использует энергию и удаляет продукты обмена. Одни вещества служат материалом для построения клеточных структур, другие участвуют в обеспечении энергией. Процессы питания, дыхания, роста и размножения связаны с работой клеток. Это будет основой следующего урока.

Новые клетки возникают при делении уже существующих. Перед делением наследственный материал копируется. Затем его копии распределяются, и клетка разделяется на дочерние. В упрощённой модели животной клетки можно выделить подготовку, появление двух ядер и разделение клеточного содержимого. Реальный процесс включает больше этапов, чем три картинки.

У многих одноклеточных деление является способом размножения: было одно существо, стало два. У многоклеточных благодаря делению увеличивается число клеток, обеспечиваются рост и обновление тканей. У растительных клеток образование границы между дочерними клетками отличается от показанной перетяжки животной клетки. Общая идея сохраняется: дочерним клеткам передаётся наследственная информация.

7. Частые ошибки

• «Увеличения складывают». Нет: 10× и 40× дают 400×.
• «Мембрана и стенка — одно и то же». Мембрана есть у клеток разных групп; дополнительная стенка есть не у всех.
• «Любая растительная клетка зелёная». Наличие хлоропластов зависит от типа и работы клетки.
• «Нет ядра — нет ДНК». У бактерий ДНК находится в цитоплазме без ядерной оболочки.
• «На рисунке видны все части клетки». Схема показывает выбранные структуры, а возможности настоящего наблюдения ограничены прибором и препаратом.

8. Вопросы для самопроверки

1. Чем лупа отличается от микроскопа?
2. Как получить общее увеличение при окуляре 15× и объективе 4×?
3. Почему наблюдение начинают с малого увеличения?
4. Чем клеточная стенка отличается от мембраны?
5. Что общего у клетки гриба и животной клетки? Чем они различаются?
6. Почему перед делением нужно скопировать ДНК?

Проверить рассуждения

1. Лупа — простой увеличительный прибор; составной световой микроскоп использует объектив и окуляр и позволяет подробнее исследовать многие клетки. 2. 15 × 4 = 60×. 3. Видно большую часть препарата, легче найти нужное место. 4. Мембрана регулирует обмен, стенка снаружи неё поддерживает клетку. 5. У обеих есть мембрана, цитоплазма и обычно ядро; у клетки гриба есть стенка. Хлоропластов нет у обеих. 6. Чтобы передать дочерним клеткам наследственную информацию.

Методические заметки для учителя

Урок удобно разделить на две встречи: сначала увеличительные приборы и наблюдение, затем клеточные структуры и сравнение. В начале предложите детям нарисовать, что они ожидают увидеть в тонкой кожице луковицы. После наблюдения вернитесь к рисункам и обсудите, какие предположения подтвердились.

При наличии микроскопа используйте готовые безопасные препараты. Последовательность настройки соотносите с инструкцией конкретного прибора. Ученики должны сначала назвать объект, увеличение и различимые признаки, а затем объяснить их. Оценивайте обоснованность подписи, а не художественную красоту рисунка.

Калькулятор увеличения полезен после самостоятельного вычисления. Предложите сравнить пары 10× и 40×, 15× и 10×. Отдельно спросите, почему растягивание изображения не гарантирует появления деталей. Не подменяйте обсуждение разрешения заучиванием сложных оптических формул.

В моделях окраска, толщина границ и размеры органоидов условны. Не требуйте переносить в наблюдательный рисунок все детали модели. Сравнение бактерии с ядерной клеткой должно закрепить наличие наследственного материала у обеих, без углубления в молекулярную генетику.

Для итогового объяснения попросите ученика связать три идеи: прибор помогает наблюдать; клетки имеют общие структуры; различия связаны с принадлежностью к группе и выполняемой работой. При отключённом движении и работе с клавиатуры содержание остаётся доступным. Текст можно распечатать на выбранном языке.

О материале