الأهداف

• التعليمية: الاستمرار في تطوير المعرفة حول علم الأحياء كعلم؛ إعطاء مفاهيم حول الفروع الرئيسية لعلم الأحياء والأشياء التي يدرسونها؛
• التنموية: تطوير المهارات في العمل مع المصادر الأدبية، وتطوير القدرة على إجراء اتصالات تحليلية؛
• التعليمية: وسّع آفاقك وكوّن تصورًا شموليًا للعالم.

مهام

1. الكشف عن دور علم الأحياء من بين العلوم الأخرى.
2. الكشف عن العلاقة بين علم الأحياء والعلوم الأخرى.
3. تحديد الفروع المختلفة التي تدرس علم الأحياء.
4. تحديد دور علم الأحياء في الحياة شخص .
5. تعرف على حقائق مثيرة للاهتمام حول الموضوع من مقاطع الفيديو المعروضة في الدرس.

المصطلحات والمفاهيم

• علم الأحياء عبارة عن مجمع من العلوم التي تكون أهداف دراستها هي الكائنات الحية وتفاعلها مع البيئة.
• الحياة هي شكل نشط لوجود المادة، بمعنى أعلى من أشكال وجودها الفيزيائية والكيميائية؛ مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية التي تحدث في الخلية والتي تسمح بعملية التمثيل الغذائي وانقسام الخلايا.
• العلمهو مجال من النشاط البشري يهدف إلى تطوير وتنظيم المعرفة الموضوعية حول الواقع.

خلال الفصول الدراسية

تحديث المعرفة

تذكر ما يدرس علم الأحياء.
اذكر فروع علم الأحياء التي تعرفها.
ابحث عن الإجابة الصحيحة:
1. الدراسات النباتية:
أ) النباتات
ب) الحيوانات
ب) الطحالب فقط
2. تتم دراسة الفطر في إطار :
أ) علماء النبات.
ب) علم الفيروسات.
ب) علم الفطريات.
3. في علم الأحياء يتم التمييز بين عدة ممالك وهي:
أ) 4
ب) 5
في 7
4. في علم الأحياء، يشير الشخص إلى:
أ) مملكة الحيوان
ب) الثدييات فئة فرعية؛
ج) نوع من الإنسان العاقل.

باستخدام الشكل 1، تذكر عدد الممالك المميزة في علم الأحياء:

أرز. 1 ممالك الكائنات الحية

تعلم مواد جديدة

تم اقتراح مصطلح "علم الأحياء" لأول مرة في عام 1797 من قبل البروفيسور الألماني ت. روسوم. ولكن بدأ استخدامه بنشاط فقط في عام 1802، بعد استخدام هذا المصطلح الخرسانة المسلحة. لامارك في أعماله.

اليوم، علم الأحياء عبارة عن مجمع من العلوم يتكون من تخصصات علمية مستقلة تتعامل مع موضوعات بحثية محددة.

ومن بين "فروع" علم الأحياء يمكننا تسمية علوم مثل:
- علم النبات هو العلم الذي يدرس النباتات وأقسامها الفرعية: علم الفطريات، وعلم الأشنة، وعلم النباتات، وعلم الأرض، وعلم النبات القديم؛
- علم الحيوان– العلم الذي يدرس الحيوانات وأقسامها الفرعية: علم الأسماك، علم العناكب، علم الطيور، علم الأخلاق؛
- علم البيئة – علم العلاقة بين الكائنات الحية والبيئة الخارجية؛
- علم التشريح - علم البنية الداخلية لجميع الكائنات الحية؛
- المورفولوجيا هو العلم الذي يدرس البنية الخارجية للكائنات الحية؛
- علم الخلايا هو العلم الذي يدرس الخلايا.
- وكذلك علم الأنسجة وعلم الوراثة وعلم وظائف الأعضاء والأحياء الدقيقة وغيرها.

بشكل عام، يمكنك رؤية مجمل العلوم البيولوجية في الشكل 2:

أرز. 2 العلوم البيولوجية

وفي الوقت نفسه، يتم تمييز سلسلة كاملة من العلوم، التي تشكلت نتيجة للتفاعل الوثيق لعلم الأحياء مع العلوم الأخرى، وتسمى متكاملة. يمكن أن تشمل هذه العلوم بأمان: الكيمياء الحيوية، والفيزياء الحيوية، والجغرافيا الحيوية، والتكنولوجيا الحيوية، وعلم الأحياء الإشعاعي، وبيولوجيا الفضاء وغيرها. ويبين الشكل 3 العلوم الرئيسية التي تشكل جزءًا لا يتجزأ من علم الأحياء

أرز. 3. العلوم البيولوجية المتكاملة

معرفة علم الأحياء مهمة للبشر.
المهمة 1: حاول أن تصوغ لنفسك ما هي بالضبط أهمية المعرفة البيولوجية للإنسان؟
المهمة 2: شاهد الفيديو التالي عن التطور وحدد العلوم البيولوجية المطلوبة لإنشائه

الآن دعونا نتذكر نوع المعرفة التي يحتاجها الشخص ولماذا:
- لتحديد أمراض الجسم المختلفة. ويتطلب علاجها والوقاية منها معرفة جسم الإنسان، أي معرفة: علم التشريح، وعلم وظائف الأعضاء، وعلم الوراثة، وعلم الخلايا. وبفضل إنجازات علم الأحياء، بدأت الصناعة في إنتاج الأدوية والفيتامينات والمواد النشطة بيولوجيا؛

في صناعة الأغذية، من الضروري معرفة علم النبات والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء البشرية؛
- في الزراعة، مطلوب معرفة علم النبات والكيمياء الحيوية. بفضل دراسة العلاقات بين الكائنات النباتية والحيوانية، أصبح من الممكن إنشاء طرق بيولوجية لمكافحة آفات المحاصيل. على سبيل المثال، تتجلى المعرفة المعقدة في علم النبات وعلم الحيوان في الزراعة، ويمكن رؤية ذلك في فيديو قصير

وهذه مجرد قائمة قصيرة من "الدور المفيد للمعرفة البيولوجية" في حياة الإنسان.
سيساعدك الفيديو التالي على فهم المزيد عن دور علم الأحياء في الحياة.

لا يمكن إزالة المعرفة البيولوجية من المعرفة الإلزامية، لأن علم الأحياء يدرس حياتنا، ويوفر علم الأحياء المعرفة التي يتم استخدامها في معظم مجالات الحياة البشرية.

المهمة 3. اشرح سبب تسمية علم الأحياء الحديث بالعلم المعقد.

توحيد المعرفة

1. ما هو علم الأحياء؟
2. قم بتسمية الأقسام الفرعية لعلم النبات.
3. ما هو دور علم التشريح في حياة الإنسان؟
4. معرفة ما هي العلوم اللازمة للطب؟
5. من أول من حدد مفهوم علم الأحياء؟
6. انظر إلى الشكل 4 وحدد العلم الذي يدرس الكائن المصور:

الشكل 4. ما العلم الذي يدرس هذا الكائن؟

7. ادرس الشكل رقم 5، قم بتسمية جميع الكائنات الحية والعلم الذي يدرسها

أرز. 5. الكائنات الحية

العمل في المنزل

1. معالجة مادة الكتاب المدرسي - الفقرة 1
2. اكتب في دفتر ملاحظات وتعلم المصطلحات: علم الأحياء والحياة والعلوم.
3. اكتب في دفتر ملاحظات جميع الأقسام والأقسام الفرعية لعلم الأحياء كعلم، ووصفها بإيجاز.

في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف سمكة بلا عيون، Phreatichthys andruzzii، تعيش في كهوف تحت الأرض، والتي تم ضبط ساعتها الداخلية على 47 ساعة (مثل الحيوانات الأخرى). يقع اللوم على طفرة أدت إلى إيقاف تشغيل جميع المستقبلات الحساسة للضوء في جسم هذه الأسماك.

ويقدر العلماء إجمالي عدد الأنواع البيولوجية التي تعيش على كوكبنا بـ 8.7 مليون، ولم يتم اكتشاف وتصنيف أكثر من 20% من هذا العدد في الوقت الحالي.

تعيش أسماك الجليد، أو السمك الأبيض، في مياه القطب الجنوبي. هذا هو النوع الوحيد من الفقاريات الذي لا توجد فيه خلايا دم حمراء أو هيموجلوبين في الدم - وبالتالي فإن دم الأسماك الجليدية عديم اللون. يعتمد التمثيل الغذائي لديهم فقط على الأكسجين المذاب مباشرة في الدم

كلمة "لقيط" تأتي من الفعل "لزنا" وكانت تعني في الأصل فقط النسل غير الشرعي لحيوان أصيل. بمرور الوقت، في علم الأحياء، تم استبدال هذه الكلمة بمصطلح "الهجين"، لكنها أصبحت مسيئة فيما يتعلق بالناس.

قائمة المصادر المستخدمة

1. درس "علم الأحياء - علم الحياة" Konstantinova E. A.، مدرس علم الأحياء في المدرسة الثانوية رقم 3، تفير
2. الدرس "مقدمة. "علم الأحياء هو علم الحياة" تيتوروف يوي، مدرس علم الأحياء، مدير جامعة كوالالمبور في كيميروفو.
3. درس "علم الأحياء - علم الحياة" نيكيتينا أو في، مدرس علم الأحياء في المؤسسة التعليمية البلدية "المدرسة الثانوية رقم 8، تشيريبوفيتس.
4. زاخاروف في.بي.، كوزلوفا تي.إيه.، مامونتوف إس.جي. "علم الأحياء" (الطبعة الرابعة) -ل: الأكاديمية، 2011.- 512 ص.
5. ماتياش إن يو، شاباتورا إن إن. علم الأحياء الصف التاسع - ك: جينيزا، 2009. - 253 ص.

تم تحريره وإرساله بواسطة بوريسينكو آي.إن.

لقد عملنا على الدرس

بوريسينكو آي.إن.

كونستانتينوفا إي.

تيتوروفا يو.

نيكيتينا أو.في.

ما هو علم الأحياء؟ علم الأحياء هو علم الحياة، الكائنات الحية التي تعيش على الأرض.

الصورة 3 من عرض "العلم"لدروس علم الأحياء حول موضوع "علم الأحياء"

الأبعاد: 720 × 540 بكسل، التنسيق: jpg. لتنزيل صورة مجانية لدرس علم الأحياء، انقر بزر الماوس الأيمن على الصورة ثم انقر على "حفظ الصورة باسم...". لعرض الصور في الدرس، يمكنك أيضًا تنزيل العرض التقديمي بالكامل "Science.ppt" مع جميع الصور في أرشيف مضغوط مجانًا. حجم الأرشيف هو 471 كيلو بايت.

تنزيل العرض التقديمي

مادة الاحياء

"طرق البحث في علم الأحياء" - تاريخ تطور علم الأحياء كعلم. التخطيط للتجربة واختيار التقنية. خطة الدرس: لحل المشاكل العالمية التي تواجه البشرية والتي تتطلب معرفة علم الأحياء؟ الموضوع: التخصصات الحدودية: المهمة: علم التشكل، وعلم التشريح، وعلم وظائف الأعضاء، والنظاميات، وعلم الحفريات. معنى علم الأحياء." علم الأحياء هو علم الحياة.

"العالم لومونوسوف" - أكد على أهمية استكشاف طريق بحر الشمال وتطوير سيبيريا. 19 نوفمبر 1711 - 15 أبريل 1765 (53 سنة). 10 يونيو 1741. الاكتشافات. طور المفاهيم الذرية والجزيئية حول بنية المادة. أفكار. تم استبعاد الفلوجستون من قائمة العوامل الكيميائية. وظيفة. ولكونه من أنصار الربوبية، فقد نظر إلى الظواهر الطبيعية من الناحية المادية.

"عالم النبات فافيلوف" - معهد عموم الاتحاد لعلم النبات التطبيقي. في عام 1906، نيكولاي إيفانوفيتش فافيلوف. في عام 1924 أكملها: بابيتشيفا روكسانا وزدانوفا ليودميلا، طلاب الصف العاشر ب. نمت سلطة فافيلوف كعالم ومنظم للعلم. في ميرتون (إنجلترا)، في المختبر الوراثي التابع لمعهد البستنة. ولد إن آي فافيلوف في 26 نوفمبر 1887 في موسكو.

"نشاط المشروع" - Alekseeva E.V. خطة المحاضرة. يصبح المعلم مؤلف المشروع. تصفح الموارد الإضافية. تكنولوجيا نموذج المعلومات للعملية التعليمية. تصميم درس علم الأحياء. أنشطة المشروع. النظرية والتطبيق. (طريقة المشروع). مراحل عمل المعلم . النظرية والتطبيق. الكتل الرئيسية في المشاريع.

"علم الطبيعة الحية" - تصميم المصنفات. 3. علم الأحياء - علم الطبيعة الحية. علم الأحياء هو علم الطبيعة الحية. بكتيريا. الفطر. وهي تتكون من خلية واحدة ولا تحتوي على نواة. مارك شيشرون. يدرس علم الأحياء الكائنات الحية. تحتوي على الكلوروفيل وتشكل مواد عضوية في الضوء، وتطلق الأكسجين. سؤال: ماذا يدرس علم الأحياء؟

مادة الاحياء- علم الطبيعة الحية.

يدرس علم الأحياء تنوع الكائنات الحية، وبنية أجسامها وعمل أعضائها، وتكاثر الكائنات الحية وتطورها، وكذلك تأثير الإنسان على الطبيعة الحية.

اسم هذا العلم يأتي من كلمتين يونانيتين " السير" - "الحياة و " شعار"-"العلم، كلمة."

وكان من مؤسسي علم الكائنات الحية العالم اليوناني القديم الكبير (384 – 322 قبل الميلاد). وكان أول من عمم المعرفة البيولوجية التي اكتسبتها البشرية قبله. اقترح العالم أول تصنيف للحيوانات، حيث جمع الكائنات الحية المتشابهة في البنية في مجموعات، وخصص مكانا للإنسان فيه.

وفي وقت لاحق، قدم العديد من العلماء الذين درسوا أنواعا مختلفة من الكائنات الحية التي تعيش على كوكبنا مساهمات في تطوير علم الأحياء.

أسرة العلوم الحياتية

علم الأحياء هو علم الطبيعة. مجال أبحاث علماء الأحياء هائل: فهو يشمل العديد من الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والفطريات والحيوانات (بما في ذلك البشر)، وبنية الكائنات الحية وعملها، وما إلى ذلك.

هكذا، علم الأحياء ليس مجرد علم، بل هو عائلة كاملة تتكون من العديد من العلوم المنفصلة.

استكشف الرسم البياني التفاعلي حول عائلة العلوم البيولوجية واكتشف ما تدرسه الفروع المختلفة لعلم الأحياء.

تشريح- علم شكل وبنية الأعضاء والأنظمة الفردية والجسم ككل.

علم وظائف الأعضاء- علم الوظائف الحيوية للكائنات الحية وأجهزتها وأعضائها وأنسجتها والعمليات التي تحدث في الجسم.

علم الخلية- علم بنية وعمل الخلايا.

علم الحيوان - العلم الذي يدرس الحيوانات.

أقسام علم الحيوان:

• علم الحشرات هو علم الحشرات.

هناك عدة أقسام فيه: علم غمدية الأجنحة (دراسات الخنافس)، علم حرشفيات الأجنحة (دراسات الفراشات)، علم الفطريات (دراسات النمل).

• علم الأسماك هو علم الأسماك.
• علم الطيور هو علم الطيور.
• علم اللاهوت هو علم الثدييات.

علم النبات - العلم الذي يدرس النباتات .

علم الفطريات- العلم الذي يدرس الفطر .

البروستولوجية - العلم الذي يدرس الأوليات.

علم الفيروسات - العلم الذي يدرس الفيروسات .

علم الجراثيم - العلم الذي يدرس البكتيريا.

معنى علم الأحياء

يرتبط علم الأحياء ارتباطًا وثيقًا بالعديد من جوانب النشاط العملي البشري - الزراعة والصناعات المختلفة والطب.

يعتمد التطوير الناجح للزراعة اليوم إلى حد كبير على مربي الأحياء المشاركين في تحسين الأنواع الموجودة وإنشاء أنواع جديدة من النباتات المزروعة وسلالات الحيوانات الأليفة.

بفضل إنجازات علم الأحياء، تم إنشاء صناعة الميكروبيولوجية وتتطور بنجاح. على سبيل المثال، يحصل الناس على الكفير واللبن الزبادي والجبن والكفاس والعديد من المنتجات الأخرى بفضل نشاط أنواع معينة من الفطريات والبكتيريا. باستخدام التقنيات الحيوية الحديثة، تنتج الشركات الأدوية والفيتامينات والمواد المضافة للأعلاف ومنتجات وقاية النباتات من الآفات والأمراض والأسمدة وغير ذلك الكثير.

معرفة قوانين علم الأحياء تساعد في علاج الأمراض التي تصيب الإنسان والوقاية منها.

كل عام يستخدم الناس الموارد الطبيعية أكثر فأكثر. تعمل التكنولوجيا القوية على تغيير العالم بسرعة كبيرة لدرجة أنه لم يعد هناك تقريبًا أي زوايا من الطبيعة البكر على الأرض.

ومن أجل الحفاظ على الظروف الطبيعية لحياة الإنسان، من الضروري استعادة البيئة الطبيعية المدمرة. لا يمكن القيام بذلك إلا من قبل الأشخاص الذين يعرفون قوانين الطبيعة جيدًا. معرفة علم الأحياء وكذلك العلوم البيولوجية علم البيئةيساعدنا على حل مشكلة الحفاظ على الظروف المعيشية وتحسينها على هذا الكوكب.

أكمل المهمة التفاعلية -

تتبع علوم الحياة مسارًا من الكبير إلى الصغير. في الآونة الأخيرة، وصف علم الأحياء حصرا السمات الخارجية للحيوانات والنباتات والبكتيريا. تدرس البيولوجيا الجزيئية الكائنات الحية على مستوى تفاعلات الجزيئات الفردية. علم الأحياء الهيكلي - يدرس العمليات في الخلايا على المستوى الذري. إذا كنت تريد أن تتعلم كيفية "رؤية" الذرات الفردية، وكيف تعمل البيولوجيا البنيوية و"تعيش"، وما هي الأدوات التي تستخدمها، فهذا هو المكان المناسب لك!

الشريك العام للدورة هو الشركة: أكبر مورد للمعدات والكواشف والمواد الاستهلاكية للبحث والإنتاج البيولوجي.

إحدى المهام الرئيسية للجزيئات الحيوية هي الوصول إلى الجذور ذاتها. نحن لا نخبرك فقط بالحقائق الجديدة التي اكتشفها الباحثون، بل نتحدث عن كيفية اكتشافهم لها، ونحاول شرح مبادئ التقنيات البيولوجية. كيف يتم أخذ جين من كائن حي وإدخاله في كائن آخر؟ كيف يمكنك تتبع مصير عدة جزيئات صغيرة في خلية ضخمة؟ كيف يمكن إثارة مجموعة صغيرة من الخلايا العصبية في دماغ ضخم؟

ولذلك قررنا أن نتحدث عن الأساليب المعملية بشكل أكثر منهجية، لنجمع في قسم واحد أهم وأحدث التقنيات البيولوجية. ولجعل الأمر أكثر تشويقًا ووضوحًا، قمنا بتوضيح المقالات بشكل كبير وأضفنا رسومًا متحركة هنا وهناك. نريد أن تكون المقالات الموجودة في القسم الجديد مثيرة للاهتمام ومفهومة حتى للمارة العاديين. ومن ناحية أخرى، ينبغي أن تكون مفصلة للغاية حتى يتمكن المحترف من اكتشاف شيء جديد فيها. لقد جمعنا الطرق في 12 مجموعة كبيرة وسنقوم بإعداد تقويم للطرق الحيوية بناءً عليها. ترقبوا التحديثات!

لماذا هناك حاجة إلى البيولوجيا الهيكلية؟

كما تعلمون، علم الأحياء هو علم الحياة. ظهرت في بداية القرن التاسع عشر وكانت وصفية بحتة خلال المائة عام الأولى من وجودها. كانت المهمة الرئيسية لعلم الأحياء في ذلك الوقت هي العثور على أكبر عدد ممكن من أنواع الكائنات الحية المختلفة ووصفها، وبعد ذلك بقليل - تحديد العلاقات الأسرية بينها. مع مرور الوقت ومع تطور مجالات العلوم الأخرى، ظهرت عدة فروع ذات البادئة "الجزيئية" من علم الأحياء: علم الوراثة الجزيئية، والبيولوجيا الجزيئية، والكيمياء الحيوية - وهي العلوم التي تدرس الكائنات الحية على مستوى الجزيئات الفردية، وليس على مظهرها. الكائن الحي أو الموقع النسبي لأعضائه الداخلية. أخيرا، في الآونة الأخيرة (في الخمسينيات من القرن الماضي) مثل هذا مجال المعرفة البيولوجيا الهيكلية- العلم الذي يدرس العمليات التي تحدث في الكائنات الحية على مستوى التغيير البنية المكانيةالجزيئات الكبيرة الفردية. في الأساس، تقع البيولوجيا البنيوية عند تقاطع ثلاثة علوم مختلفة. أولا، هذا هو علم الأحياء، لأن العلم يدرس الكائنات الحية، ثانيا، الفيزياء، حيث يتم استخدام أوسع ترسانة من الأساليب التجريبية الفيزيائية، وثالثا، الكيمياء، لأن تغيير بنية الجزيئات هو موضوع هذا الانضباط المعين.

تدرس البيولوجيا الهيكلية فئتين رئيسيتين من المركبات - البروتينات ("الجسم العامل" الرئيسي لجميع الكائنات الحية المعروفة) والأحماض النووية (جزيئات "المعلومات" الرئيسية). بفضل علم الأحياء الهيكلي، نعلم أن الحمض النووي له بنية حلزونية مزدوجة، وأن الحمض الريبي النووي النقال ينبغي تصويره على أنه حرف عتيق "L"، وأن الريبوسوم يحتوي على وحدة فرعية كبيرة وصغيرة تتكون من البروتينات والحمض النووي الريبي (RNA) في شكل محدد.

هدف عالميإن علم الأحياء البنيوي، مثل أي علم آخر، يهدف إلى "فهم كيفية عمل كل شيء". في أي شكل تكون سلسلة البروتين التي تسبب انقسام الخلايا مطوية، وكيف يتغير تغليف الإنزيم أثناء العملية الكيميائية التي يقوم بها، وفي أي الأماكن يتفاعل هرمون النمو ومستقبلاته - هذه هي الأسئلة التي يطرحها هذا إجابات العلم. علاوة على ذلك، هناك هدف منفصل يتمثل في تجميع هذا الحجم من البيانات بحيث يمكن الإجابة على هذه الأسئلة (على كائن غير مدروس بعد) على جهاز كمبيوتر دون اللجوء إلى تجربة باهظة الثمن.

على سبيل المثال، تحتاج إلى فهم كيفية عمل نظام الإضاءة الحيوية في الديدان أو الفطريات - فقد قاموا بفك تشفير الجينوم، وبناءً على هذه البيانات وجدوا البروتين المطلوب وتنبأوا ببنيته المكانية جنبًا إلى جنب مع آلية التشغيل. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن مثل هذه الأساليب لا توجد حتى الآن إلا في مهدها، ولا يزال من المستحيل التنبؤ بدقة ببنية البروتين، الذي يحتوي على جينه فقط. ومن ناحية أخرى، فإن نتائج البيولوجيا البنيوية لها تطبيقات في الطب. وكما يأمل العديد من الباحثين، فإن المعرفة حول بنية الجزيئات الحيوية وآليات عملها ستسمح بتطوير أدوية جديدة على أساس عقلاني، وليس عن طريق التجربة والخطأ (الفحص عالي الإنتاجية، بالمعنى الدقيق للكلمة)، كما يحدث في أغلب الأحيان. الآن. وهذا ليس خيالًا علميًا: فهناك بالفعل العديد من الأدوية التي تم إنشاؤها أو تحسينها باستخدام البيولوجيا الهيكلية.

تاريخ البيولوجيا الهيكلية

إن تاريخ البيولوجيا البنيوية (الشكل 1) قصير جدًا ويبدأ في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، عندما قام جيمس واتسون وفرانسيس كريك، استنادًا إلى بيانات من روزاليند فرانكلين حول حيود الأشعة السينية على بلورات الحمض النووي، بتجميع نموذج للبيولوجيا الموجودة حاليًا في البئر. الحلزون المزدوج المعروف من مجموعة بناء عتيقة. وقبل ذلك بقليل، بنى لينوس بولينج أول نموذج معقول للحلزون، وهو أحد العناصر الأساسية للبنية الثانوية للبروتينات (الشكل 2).

وبعد خمس سنوات، في عام 1958، تم تحديد أول بنية بروتينية في العالم - الميوجلوبين (بروتين الألياف العضلية) لحوت العنبر (الشكل 3). لم يكن يبدو جميلًا مثل الهياكل الحديثة بالطبع، لكنه كان علامة بارزة في تطور العلم الحديث.

الشكل 3 ب. التركيب المكاني الأول لجزيء البروتين.يوضح جون كيندرو وماكس بيروتز البنية المكانية للميوغلوبين، والتي تم تجميعها من مجموعة بناء خاصة.

وبعد عشر سنوات، في 1984-1985، تم تحديد الهياكل الأولى بواسطة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. منذ تلك اللحظة، حدثت العديد من الاكتشافات الرئيسية: في عام 1985، تم الحصول على هيكل المجمع الأول للإنزيم مع مثبطه، في عام 1994، هيكل سينسيز ATP، "الآلة" الرئيسية لمحطات الطاقة في خلايانا ( الميتوكوندريا)، وفي عام 2000، تم الحصول على أول هيكل مكاني من قبل "مصانع" البروتينات - الريبوسومات، التي تتكون من البروتينات والحمض النووي الريبي (الشكل 6). في القرن الحادي والعشرين، تقدم تطور البيولوجيا البنيوية بسرعة فائقة، مصحوبًا بنمو هائل في عدد الهياكل المكانية. تم الحصول على هياكل العديد من فئات البروتينات: مستقبلات الهرمونات والسيتوكينات، ومستقبلات البروتين G المقترنة، والمستقبلات المشابهة، وبروتينات الجهاز المناعي، وغيرها الكثير.

مع ظهور تقنيات التصوير والتصوير المجهري الإلكتروني الجديدة في عام 2010، ظهرت العديد من الهياكل المعقدة فائقة الدقة لبروتينات الغشاء. لم يمر التقدم في البيولوجيا البنيوية دون أن يلاحظه أحد: فقد مُنحت 14 جائزة نوبل لاكتشافات في هذا المجال، خمس منها في القرن الحادي والعشرين.

طرق البيولوجيا الهيكلية

يتم إجراء الأبحاث في مجال البيولوجيا البنيوية باستخدام عدة طرق فيزيائية، ثلاثة منها فقط تجعل من الممكن الحصول على الهياكل المكانية للجزيئات الحيوية بدقة ذرية. تعتمد طرق البيولوجيا الهيكلية على قياس تفاعل المادة قيد الدراسة مع مختلف أنواع الموجات الكهرومغناطيسية أو الجسيمات الأولية. تتطلب جميع الطرق موارد مالية كبيرة - فتكلفة المعدات غالبًا ما تكون مذهلة.

تاريخياً، الطريقة الأولى للبيولوجيا البنيوية هي تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) (الشكل 7). في أوائل القرن العشرين، تم اكتشاف أنه باستخدام نمط حيود الأشعة السينية على البلورات، يمكن دراسة خصائصها - نوع تماثل الخلايا، وطول الروابط بين الذرات، وما إلى ذلك. إذا كانت هناك مركبات عضوية في البلورات الخلايا الشبكية البلورية، ثم يمكن حساب إحداثيات الذرات، وبالتالي، التركيب الكيميائي والمكاني لهذه الجزيئات. هذه هي الطريقة التي تم بها الحصول على بنية البنسلين في عام 1949، وفي عام 1953 - بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي.

يبدو أن كل شيء بسيط، ولكن هناك فروق دقيقة.

أولا، تحتاج إلى الحصول على بلورات بطريقة أو بأخرى، ويجب أن يكون حجمها كبيرا بما فيه الكفاية (الشكل 8). في حين أن هذا ممكن بالنسبة للجزيئات غير المعقدة جدًا (تذكر كيف يتبلور ملح الطعام أو كبريتات النحاس!)، فإن تبلور البروتين مهمة معقدة تتطلب إجراءً غير واضح للعثور على الظروف المثالية. ويتم ذلك الآن بمساعدة الروبوتات الخاصة التي تقوم بإعداد ومراقبة مئات المحاليل المختلفة بحثًا عن بلورات البروتين "المنبتة". ومع ذلك، في الأيام الأولى لعلم البلورات، قد يستغرق الحصول على بلورة بروتينية سنوات من الوقت الثمين.

ثانياً، استناداً إلى البيانات التي تم الحصول عليها (أنماط الحيود "الخامة"؛ الشكل 8)، يجب "حساب" البنية. وفي الوقت الحاضر، أصبحت هذه أيضًا مهمة روتينية، ولكن قبل 60 عامًا، في عصر تكنولوجيا المصابيح والبطاقات المثقوبة، لم يكن الأمر بهذه البساطة.

ثالثًا، حتى لو كان من الممكن زراعة بلورة، فليس من الضروري على الإطلاق تحديد البنية المكانية للبروتين: ولهذا السبب، يجب أن يكون للبروتين نفس البنية في جميع مواقع الشبكة، وهو ما لا يحدث دائمًا .

ورابعًا، البلورة بعيدة كل البعد عن الحالة الطبيعية للبروتين. إن دراسة البروتينات في البلورات تشبه دراسة الأشخاص عن طريق حشر عشرة منهم في مطبخ صغير مليء بالدخان: يمكنك معرفة أن الناس لديهم أذرع وأرجل ورأس، لكن سلوكهم قد لا يكون هو نفسه تمامًا كما هو الحال في بيئة مريحة. ومع ذلك، يعد حيود الأشعة السينية الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد الهياكل المكانية، ويتم الحصول على 90% من محتوى PDB باستخدام هذه الطريقة.

يتطلب معدل الامتصاص النوعي مصادر قوية للأشعة السينية - مسرعات الإلكترون أو ليزر الإلكترون الحر (الشكل 9). إن مثل هذه المصادر مكلفة - عدة مليارات من الدولارات الأمريكية - ولكن عادةً ما يتم استخدام مصدر واحد من قبل مئات أو حتى آلاف المجموعات حول العالم مقابل رسوم رمزية إلى حد ما. لا توجد مصادر قوية في بلادنا، لذلك يسافر معظم العلماء من روسيا إلى الولايات المتحدة الأمريكية أو أوروبا لتحليل البلورات الناتجة. يمكنك قراءة المزيد عن هذه الدراسات الرومانسية في المقال " مختبر الأبحاث المتقدمة لبروتينات الغشاء: من الجين إلى أنجستروم» .

كما ذكرنا سابقًا، يتطلب تحليل حيود الأشعة السينية مصدرًا قويًا لإشعاع الأشعة السينية. كلما كان المصدر أقوى، كلما كانت البلورات أصغر، وقل الألم الذي سيتعين على علماء الأحياء ومهندسي الجينات تحمله أثناء محاولة الحصول على البلورات المؤسفة. يتم إنتاج الأشعة السينية بسهولة أكبر عن طريق تسريع شعاع من الإلكترونات في السنكروترونات أو السيكلوترونات - مسرعات الحلقات العملاقة. عندما يتسارع الإلكترون، فإنه يصدر موجات كهرومغناطيسية في نطاق التردد المطلوب. في الآونة الأخيرة، ظهرت مصادر إشعاعية جديدة فائقة الطاقة - ليزر الإلكترون الحر (XFEL).

مبدأ تشغيل الليزر بسيط للغاية (الشكل 9). أولاً، يتم تسريع الإلكترونات إلى طاقات عالية باستخدام مغناطيس فائق التوصيل (طول المسرع 1-2 كم)، ثم تمر عبر ما يسمى بالمموجات - مجموعات من المغناطيس ذات الأقطاب المختلفة.

الشكل 9. مبدأ تشغيل ليزر الإلكترون الحر.يتم تسريع شعاع الإلكترون، ويمر عبر المموج وينبعث منه أشعة جاما، التي تسقط على العينات البيولوجية.

من خلال المرور عبر المموج، تبدأ الإلكترونات في الانحراف بشكل دوري عن اتجاه الشعاع، وتشهد تسارعًا وتنبعث منها أشعة سينية. وبما أن جميع الإلكترونات تتحرك بنفس الطريقة، يتم تضخيم الإشعاع بسبب حقيقة أن الإلكترونات الأخرى في الشعاع تبدأ في امتصاص وإعادة إصدار موجات الأشعة السينية بنفس التردد. تنبعث جميع الإلكترونات إشعاعًا بشكل متزامن على شكل وميض قوي للغاية وقصير جدًا (يدوم أقل من 100 فمتوثانية). إن قوة شعاع الأشعة السينية عالية جدًا لدرجة أن ومضة قصيرة واحدة تحول بلورة صغيرة إلى بلازما (الشكل 10)، ولكن في تلك الفيمتو ثانية القليلة عندما تكون البلورة سليمة، يمكن الحصول على صور بأعلى جودة بسبب الكثافة العالية وتماسك الشعاع. تبلغ تكلفة هذا الليزر 1.5 مليار دولار، ولا يوجد سوى أربعة منشآت من هذا النوع في العالم (تقع في الولايات المتحدة الأمريكية (الشكل 11)، واليابان، وكوريا، وسويسرا). وفي عام 2017، من المخطط تشغيل الليزر الخامس - الأوروبي - الذي شاركت روسيا أيضًا في بنائه.

الشكل 10. تحويل البروتينات إلى بلازما خلال 50 ثانية تحت تأثير نبضة ليزر إلكترونية حرة.الفيمتو ثانية = 1/1000000000000000 جزء من الثانية.

باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي، تم تحديد حوالي 10% من الهياكل المكانية في PDB. يوجد في روسيا العديد من أجهزة قياس الطيف الرنين المغناطيسي النووي الحساسة للغاية والتي تقوم بعمل على مستوى عالمي. يقع أكبر مختبر للرنين المغناطيسي النووي ليس فقط في روسيا، ولكن في جميع أنحاء شرق براغ وغرب سيول، في معهد الكيمياء العضوية الحيوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم (موسكو).

يعد مطياف الرنين المغناطيسي النووي (NMR) مثالا رائعا على انتصار التكنولوجيا على الذكاء. كما ذكرنا سابقًا، لاستخدام طريقة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي، يلزم وجود مجال مغناطيسي قوي، وبالتالي فإن قلب الجهاز عبارة عن مغناطيس فائق التوصيل - وهو ملف مصنوع من سبيكة خاصة مغمورة في الهيليوم السائل (−269 درجة مئوية). هناك حاجة إلى الهيليوم السائل لتحقيق الموصلية الفائقة. ولمنع الهيليوم من التبخر، تم بناء خزان ضخم من النيتروجين السائل (−196 درجة مئوية) حوله. وعلى الرغم من كونه مغناطيسًا كهربائيًا، إلا أنه لا يستهلك الكهرباء: فالملف فائق التوصيل ليس له أي مقاومة. ومع ذلك، يجب "تغذية" المغناطيس باستمرار بالهيليوم السائل والنيتروجين السائل (الشكل 15). إذا لم تقم بالتتبع، سيحدث "الإخماد": سوف يسخن الملف، وسوف يتبخر الهيليوم بشكل متفجر، وسوف ينكسر الجهاز ( سم.فيديو). ومن المهم أيضًا أن يكون المجال في العينة التي يبلغ طولها 5 سم منتظمًا للغاية، لذلك يحتوي الجهاز على بضع عشرات من المغناطيسات الصغيرة اللازمة لضبط المجال المغناطيسي.

فيديو. إخماد مخطط له لمطياف الرنين المغناطيسي النووي 21.14 تسلا.

لإجراء القياسات، تحتاج إلى جهاز استشعار - ملف خاص يولد الإشعاع الكهرومغناطيسي ويسجل الإشارة "العكسية" - تذبذب اللحظة المغناطيسية للعينة. ولزيادة الحساسية بمقدار 2-4 مرات، يتم تبريد المستشعر إلى درجة حرارة -200 درجة مئوية، وبالتالي التخلص من الضوضاء الحرارية. للقيام بذلك، قاموا ببناء آلة خاصة - منصة تبريد، تعمل على تبريد الهيليوم إلى درجة الحرارة المطلوبة وضخه بجوار الكاشف.

هناك مجموعة كاملة من الطرق التي تعتمد على ظاهرة تشتت الضوء أو الأشعة السينية أو شعاع النيوترونات. تتيح هذه الطرق، المستندة إلى شدة الإشعاع/تناثر الجسيمات في زوايا مختلفة، تحديد حجم وشكل الجزيئات في المحلول (الشكل 16). لا يمكن للتشتت تحديد بنية الجزيء، ولكن يمكن استخدامه كوسيلة مساعدة لطريقة أخرى، مثل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. إن أدوات قياس تشتت الضوء رخيصة نسبيًا، حيث تكلف "فقط" حوالي 100 ألف دولار، بينما تتطلب الطرق الأخرى وجود مسرع جسيمات في متناول اليد، والذي يمكنه إنتاج شعاع من النيوترونات أو تيار قوي من الأشعة السينية.

هناك طريقة أخرى لا يمكن من خلالها تحديد البنية، ولكن يمكن الحصول على بعض البيانات المهمة، وهي نقل الطاقة مضان الرنين(أقلق). تستخدم الطريقة ظاهرة التألق - قدرة بعض المواد على امتصاص ضوء بطول موجي واحد بينما ينبعث منها ضوء بطول موجي آخر. يمكنك اختيار زوج من المركبات، لأحدهما (المانح) سوف يتوافق الضوء المنبعث أثناء التألق مع طول موجة الامتصاص المميزة للثاني (المستقبل). تشعيع الجهة المانحة بالليزر من الطول الموجي المطلوب وقياس مضان المتقبل. يعتمد تأثير FRET على المسافة بين الجزيئات، لذلك إذا قمت بإدخال مانح ومستقبل مضان في جزيئات بروتينين أو مجالات مختلفة (وحدات هيكلية) من نفس البروتين، فيمكنك دراسة التفاعلات بين البروتينات أو المواضع النسبية للمجالات في بروتين. يتم التسجيل باستخدام المجهر الضوئي، لذا فإن FRET هي طريقة رخيصة، وإن كانت منخفضة المعلومات، ويرتبط استخدامها بصعوبات في تفسير البيانات.

أخيرا، من المستحيل ألا نذكر "طريقة الحلم" لعلماء الأحياء الهيكلية - النمذجة الحاسوبية (الشكل 17). وتقوم فكرة الطريقة على استخدام المعرفة الحديثة حول بنية وقوانين سلوك الجزيئات لمحاكاة سلوك البروتين في نموذج حاسوبي. على سبيل المثال، باستخدام طريقة الديناميكيات الجزيئية، يمكنك المراقبة في الوقت الحقيقي لحركات الجزيء أو عملية "تجميع" البروتين (الطي) بكلمة "لكن" واحدة: الحد الأقصى للوقت الذي يمكن حسابه لا يتجاوز 1 مللي ثانية ، وهي قصيرة للغاية، ولكنها تتطلب في نفس الوقت موارد حسابية هائلة (الشكل 18). من الممكن دراسة سلوك النظام على مدى فترة زمنية أطول، ولكن يتم تحقيق ذلك على حساب فقدان غير مقبول للدقة.

يتم استخدام النمذجة الحاسوبية بنشاط لتحليل الهياكل المكانية للبروتينات. وباستخدام الالتحام، يبحثون عن الأدوية المحتملة التي لديها ميل كبير للتفاعل مع البروتين المستهدف. في الوقت الحالي، لا تزال دقة التنبؤات منخفضة، لكن الالتحام يمكن أن يؤدي إلى تضييق نطاق المواد النشطة المحتملة التي يجب اختبارها لتطوير دواء جديد بشكل كبير.

المجال الرئيسي للتطبيق العملي لنتائج البيولوجيا الهيكلية هو تطوير الأدوية أو، كما هو شائع الآن أن نقول، تصميم السحب. هناك طريقتان لتصميم دواء بناءً على البيانات الهيكلية: يمكنك البدء من الربيطة أو من البروتين المستهدف. إذا كانت العديد من الأدوية التي تعمل على البروتين المستهدف معروفة بالفعل وتم الحصول على هياكل مجمعات البروتين والأدوية، فيمكنك إنشاء نموذج لـ "الدواء المثالي" وفقًا لخصائص "الجيب" الملزم على سطح البروتين. جزيء البروتين، وتحديد السمات الضرورية للدواء المحتمل والبحث بين جميع المركبات الطبيعية المعروفة وغير المعروفة. بل إنه من الممكن بناء علاقات بين الخصائص الهيكلية للدواء ونشاطه. على سبيل المثال، إذا كان للجزيء قوس في الأعلى، فإن نشاطه يكون أعلى من نشاط الجزيء الذي لا يحتوي على قوس. وكلما زاد شحن القوس، كان الدواء يعمل بشكل أفضل. وهذا يعني أنه من بين جميع الجزيئات المعروفة، تحتاج إلى العثور على المركب الذي يحتوي على أكبر قوس مشحون.

هناك طريقة أخرى وهي استخدام بنية الهدف للبحث على الكمبيوتر عن المركبات التي يحتمل أن تكون قادرة على التفاعل معه في المكان المناسب. في هذه الحالة، عادة ما يتم استخدام مكتبة الشظايا - قطع صغيرة من المواد. إذا وجدت عدة أجزاء جيدة تتفاعل مع الهدف في أماكن مختلفة، ولكنها قريبة من بعضها البعض، فيمكنك بناء دواء من الأجزاء عن طريق "خياطتها" معًا. هناك العديد من الأمثلة على التطوير الناجح للأدوية باستخدام البيولوجيا الهيكلية. تعود أول حالة ناجحة إلى عام 1995: حيث تمت الموافقة على استخدام دورزولاميد، وهو دواء لعلاج الجلوكوما.

يميل الاتجاه العام في البحوث البيولوجية بشكل متزايد ليس فقط نحو الأوصاف النوعية، ولكن أيضًا الأوصاف الكمية للطبيعة. البيولوجيا الهيكلية هي مثال رئيسي على ذلك. وهناك كل الأسباب التي تجعلنا نعتقد أنها سوف تستمر في إفادة ليس فقط العلوم الأساسية، بل وأيضاً الطب والتكنولوجيا الحيوية.

تقويم

بناءً على مقالات المشروع الخاص، قررنا عمل تقويم “12 طريقة لعلم الأحياء” لعام 2019. هذه المقالة تمثل شهر مارس.

الأدب

1. تلألؤ بيولوجي: ولادة جديدة؛
2. انتصار أساليب الكمبيوتر: التنبؤ ببنية البروتين؛
3. هيبينج تشنغ، كاتارزينا بي هاندينغ، ماثيو دي زيمرمان، إيفان جي شابالين، ستيفن سي ألمو، فلاديك مينور. (2015).

خصوصيات الرسم البيولوجي لطلاب المدارس المتوسطة

يعد الرسم البيولوجي أحد الأدوات المقبولة عمومًا لدراسة الأشياء والهياكل البيولوجية. هناك العديد من التقنيات الجيدة التي تعالج هذه المشكلة.

على سبيل المثال، في كتاب "علم الأحياء" المكون من ثلاثة مجلدات من تأليف جرين وستاوت وتايلور، تمت صياغة القواعد التالية للرسم البيولوجي.

1. من الضروري استخدام ورق رسم ذو سمك وجودة مناسبين. يجب مسح خطوط قلم الرصاص منه بسهولة.

2. يجب أن تكون أقلام الرصاص حادة، وصلابة HB (في نظامنا - TM)، وليست ملونة.

3. يجب أن يكون الرسم:

- كبير بما فيه الكفاية - كلما زاد عدد العناصر التي يتكون منها الكائن قيد الدراسة، كلما كان الرسم أكبر؛
- بسيط - يتضمن الخطوط العريضة للهيكل والتفاصيل المهمة الأخرى لإظهار الموقع والعلاقة بين العناصر الفردية؛
– الرسم بخطوط رفيعة ومميزة – يجب التفكير في كل سطر ثم رسمه دون رفع القلم الرصاص عن الورقة؛ لا تفقس أو ترسم.
– يجب أن تكون النقوش كاملة قدر الإمكان، ولا ينبغي أن تتقاطع الخطوط القادمة منها؛ اترك مساحة حول الرسم للتوقيعات.

4. إذا لزم الأمر، قم بعمل رسمين: رسم تخطيطي يوضح الميزات الرئيسية، ورسم تفصيلي للأجزاء الصغيرة. على سبيل المثال، عند التكبير المنخفض، ارسم مخططًا للمقطع العرضي للنبات، ومع التكبير العالي، ارسم هيكلًا تفصيليًا للخلايا (يتم تحديد الجزء الكبير المرسوم من الرسم على المخطط بإسفين أو مربع).

5. يجب عليك أن ترسم فقط ما تراه حقًا، وليس ما تعتقد أنك تراه، وبالطبع لا تنسخ رسمًا من كتاب.

6. يجب أن يكون لكل رسم عنوان، وإشارة إلى تكبير العينة وإسقاطها.

صفحة من كتاب "مقدمة في علم الحيوان" (الطبعة الألمانية في أواخر القرن التاسع عشر)

للوهلة الأولى، الأمر بسيط للغاية ولا يثير أي اعتراضات. ومع ذلك، كان علينا إعادة النظر في بعض الأطروحات. والحقيقة هي أن مؤلفي هذه الأدلة ينظرون في تفاصيل الرسم البيولوجي بالفعل على مستوى المعهد أو الفصول العليا من المدارس الخاصة؛ وتوصياتهم موجهة إلى الأشخاص البالغين إلى حد ما مع عقلية تحليلية (بالفعل). في الصفوف المتوسطة (من السادس إلى الثامن) – العادية والبيولوجية – الأمور ليست بهذه البساطة.

في كثير من الأحيان، تتحول الرسومات المخبرية إلى "عذاب" متبادل. الرسومات القبيحة وغير المفهومة لا يحبها الأطفال أنفسهم - فهم ببساطة لا يعرفون كيفية الرسم بعد - ولا المعلم - لأن تفاصيل الهيكل، التي بدأ كل شيء بسببها، غالبًا ما يفتقدها معظم الأطفال. الأطفال الموهوبون فنياً فقط هم الذين يتعاملون بشكل جيد مع مثل هذه المهام (ولا يبدأون في كرههم!). باختصار، المشكلة هي أن هناك مرافق، لكن لا توجد تكنولوجيا كافية. بالمناسبة، يواجه معلمو الفنون أحيانًا مشكلة معاكسة - فلديهم التقنية ويصعب عليهم اختيار الأشياء. ربما ينبغي لنا أن نتحد؟

في مدرسة موسكو السابعة والخمسين، حيث أعمل، كانت هناك دورة متكاملة للرسم البيولوجي في الصفوف المتوسطة لفترة طويلة وتستمر في التطور، حيث يعمل مدرسو علم الأحياء والرسم في أزواج. لقد قمنا بتطوير العديد من المشاريع المثيرة للاهتمام. تم عرض نتائجهم مرارا وتكرارا في متاحف موسكو - جامعة موسكو الحكومية لعلم الحيوان، ومتحف الحفريات، وداروين، وفي مهرجانات مختلفة لإبداع الأطفال. لكن الشيء الرئيسي هو أن الأطفال العاديين، الذين لم يتم اختيارهم لفصول الفن أو علم الأحياء، ينفذون مهام المشروع هذه بكل سرور، ويفخرون بأعمالهم الخاصة، كما يبدو لنا، يبدأون في النظر إلى العالم الحي عن كثب ومدروس. بالطبع، لا تتاح لكل مدرسة الفرصة لمعلمي الأحياء والفنون للعمل معًا، ولكن من المحتمل أن تكون بعض النتائج التي توصلنا إليها مثيرة للاهتمام ومفيدة، حتى لو كنت تعمل فقط ضمن برنامج الأحياء.

الدافع: العواطف تأتي أولا

بالطبع، نرسم من أجل دراسة وفهم السمات الهيكلية بشكل أفضل، والتعرف على تنوع الكائنات الحية التي ندرسها في الفصل. ولكن، بغض النظر عن المهمة التي تعطيها، تذكر أنه من المهم جدًا للأطفال في هذا العصر أن ينبهروا عاطفيًا بجمال الشيء وتصميمه قبل البدء في العمل. نحاول أن نبدأ العمل في مشروع جديد بانطباعات مشرقة. أفضل طريقة للقيام بذلك هي إما جزء قصير من الفيديو أو مجموعة صغيرة (لا تزيد عن 7-10!) من الشرائح. تهدف تعليقاتنا إلى غرابة الأشياء وجمالها وروعتها، حتى لو كانت شيئًا عاديًا: على سبيل المثال، الصور الظلية الشتوية للأشجار عند دراسة تفرع البراعم - يمكن أن تكون إما فاترة وتذكرنا بالشعاب المرجانية، أو رسومية بشكل مؤكد - سوداء على الثلج الأبيض. لا ينبغي أن تكون هذه المقدمة طويلة - بضع دقائق فقط، ولكنها مهمة جدًا للتحفيز.

تقدم العمل: البناء التحليلي

ثم تنتقل إلى بيان المهمة. من المهم هنا تسليط الضوء أولاً على تلك السمات الهيكلية التي تحدد مظهر الجسم وتظهر معناها البيولوجي. بالطبع كل هذا يجب تدوينه على السبورة وكتابته في دفتر ملاحظات. في الواقع، لقد قمت الآن بتعيين مهمة عمل للطلاب - وهي الرؤية والعرض.

وبعد ذلك، في النصف الثاني من اللوحة، تصف مراحل بناء الرسم، وتكملها بالمخططات، أي. الخطوط العريضة لمنهجية وترتيب العمل. في الأساس، أنت نفسك تكمل المهمة بسرعة أمام الأطفال، مع الاحتفاظ بسلسلة كاملة من الإنشاءات المساعدة والمتوسطة على اللوحة.

في هذه المرحلة، من الجيد جدًا أن نعرض للأطفال رسومات مكتملة إما للفنانين الذين صوروا نفس الأشياء، أو الأعمال الناجحة للطلاب السابقين. من الضروري التأكيد باستمرار على أن الرسم البيولوجي الجيد والجميل هو في الأساس بحث - أي. أجب عن سؤال حول كيفية عمل الكائن، ومع مرور الوقت علم الأطفال صياغة هذه الأسئلة بأنفسهم.

النسب والخطوط المساعدة والتفصيل والأسئلة التوجيهية

إنشاء رسم - ودراسة الكائن! - تبدأ بمعرفة أبعادها: نسبة الطول إلى العرض، والأجزاء إلى الكل، مع التأكد من ضبط تنسيق الرسم بشكل صارم تمامًا. هذا هو التنسيق الذي سيحدد تلقائيًا مستوى التفاصيل: سيفقد التنسيق الصغير عددًا كبيرًا من التفاصيل، وسيتطلب التنسيق الكبير تشبعًا بالتفاصيل، وبالتالي مزيدًا من الوقت للعمل. فكر مسبقًا فيما هو أكثر أهمية بالنسبة لك في كل حالة محددة.

1) رسم محور التماثل؛

2) بناء زوجين من المستطيلات المتماثلة - للأجنحة العلوية والسفلية (على سبيل المثال، اليعسوب)، أولا تحديد نسبها؛

3) ضع الخطوط المنحنية للأجنحة في هذه المستطيلات

أرز. 1. الصف السابع. الموضوع: "أوامر الحشرات". حبر، قلم على قلم رصاص، من الساتان

(أتذكر قصة مضحكة وحزينة وعادية حدثت عندما كنت أقوم بهذا العمل لأول مرة. فهم صبي في الصف السابع لأول مرة كلمة "مناسب" على أنها سهلة التركيب في الداخل ورسم دوائر ملتوية داخل المستطيلات - كل أربعة مختلفة ثم، بعد تلميحي، ما الذي يجب ملاءمته - يعني لمس الخطوط المساعدة، أحضر فراشة بأجنحة مستطيلة، مصقولة قليلاً عند الزوايا وعندها فقط أدركت أن أشرح له أن المنحنى المنقوش يمس كل جانب من جوانبها المستطيل عند نقطة واحدة فقط وكان علينا إعادة الرسم مرة أخرى...)

4) ... يمكن أن تكون هذه النقطة في منتصف الضلع أو على مسافة الثلث من الزاوية وهذا أيضاً يحتاج إلى تحديد!

ولكن كم كان سعيدًا عندما دخلت رسمته إلى معرض المدرسة - لأول مرة - وقد نجحت! والآن أشرح معه كل مراحل عذابنا في وصف «سير العمل».

المزيد من التفاصيل حول الرسم يقودنا إلى مناقشة المعنى البيولوجي للعديد من ميزات الكائن. مواصلة المثال مع أجنحة الحشرات (الشكل 2)، نناقش ما هي الأوردة، وكيف يتم تنظيمها، ولماذا تندمج بالضرورة في شبكة واحدة، وكيف تختلف طبيعة التعرق في الحشرات من مجموعات نظامية مختلفة (على سبيل المثال، في العصور القديمة والحشرات المجنحة الجديدة) لماذا يكثف الوريد الشديد للأجنحة الأمامية وما إلى ذلك. وحاول أن تعطي معظم تعليماتك في شكل أسئلة يحتاج الأطفال إلى العثور على إجابات لها.

أرز. 2. "اليعسوب وأنتليون". الصف السابع موضوع "أوامر الحشرات". حبر، قلم على قلم رصاص، من الساتان

بالمناسبة، حاول تحديد المزيد من الكائنات من نفس النوع، مما يمنح الأطفال الفرصة للاختيار. في نهاية العمل، سيرى الفصل التنوع البيولوجي للمجموعة، والميزات الهيكلية المشتركة الهامة، وأخيرا، لن تكون قدرات الرسم المختلفة للأطفال مهمة للغاية.

لسوء الحظ، ليس لدى معلم المدرسة دائما تحت تصرفه عدد كاف من العناصر المتنوعة لمجموعة واحدة. قد تجد تجربتنا مفيدة: عند دراسة مجموعة، نقوم أولاً بعمل رسم أمامي لكائن يمكن الوصول إليه بسهولة من الحياة، ثم بشكل فردي - رسومات لأشياء مختلفة من الصور الفوتوغرافية أو حتى من رسومات فنانين محترفين.

أرز. 3. الجمبري. الصف السابع موضوع "القشريات". قلم رصاص من الحياة

على سبيل المثال، في موضوع "القشريات" في العمل المختبري "الهيكل الخارجي للقشريات" نقوم جميعًا أولاً برسم الجمبري (بدلاً من جراد البحر) الذي تم شراؤه مجمداً من محل بقالة (الشكل 3)، وبعد ذلك، بعد مشاهدة مقطع فيديو قصير مقطع، ارسم بشكل فردي يرقات قشريات العوالق المختلفة (الشكل 4)، الموضحة في "حياة الحيوانات": ​​على أوراق كبيرة (A3)، ملونة بألوان مائية بألوان رمادية وزرقاء وخضراء باردة؛ الطباشير أو الغواش الأبيض، ورسم التفاصيل الدقيقة بالحبر والقلم. (عند شرح كيفية نقل شفافية القشريات العوالق، يمكننا أن نقدم أبسط نموذج - وعاء زجاجي يحتوي على جسم موضوع فيه.)

أرز. 4. العوالق. الصف السابع موضوع "القشريات". ورق ملون (تنسيق A3)، طباشير أو غواش أبيض، حبر أسود، من الساتان

في الصف الثامن، عند دراسة الأسماك، في العمل المختبري "الهيكل الخارجي للأسماك العظمية"، نرسم أولاً صرصورًا عاديًا، ثم يستخدم الأطفال الألوان المائية لرسم ممثلين عن رتب مختلفة من الأسماك من جداول الألوان الرائعة "الأسماك التجارية" "التي لدينا في المدرسة.

أرز. 5. هيكل عظمي للضفدع. الصف الثامن موضوع "البرمائيات". قلم رصاص، مع إعداد تعليمي

عند دراسة البرمائيات، أولا - العمل المختبري "هيكل الهيكل العظمي للضفدع"، رسم بقلم رصاص بسيط (الشكل 5). بعد ذلك، بعد مشاهدة جزء فيديو قصير، رسم بالألوان المائية لمختلف الضفادع الغريبة - متسلقي الأوراق، وما إلى ذلك (لقد نسخنا من التقاويم صورًا عالية الجودة، ولحسن الحظ، فهي ليست غير شائعة الآن.)

مع هذا المخطط، يُنظر إلى الرسومات المملة إلى حد ما لنفس الكائن على أنها مرحلة تحضيرية عادية للأعمال المشرقة والفردية.

بنفس القدر من الأهمية: التكنولوجيا

يعد اختيار التكنولوجيا مهمًا جدًا لإنجاز المهمة بنجاح. في النسخة الكلاسيكية، ستحتاج إلى أخذ قلم رصاص بسيط وورقة بيضاء، ولكن... . تقول تجربتنا أنه من وجهة نظر الأطفال، سيبدو هذا الرسم غير مكتمل وسيظلون غير راضين عن العمل.

وفي الوقت نفسه، يكفي عمل رسم بالقلم الرصاص بالحبر، وحتى أخذ ورق ملون (غالبًا ما نستخدم الورق الملون للطابعات) - وسيتم إدراك النتيجة بشكل مختلف تمامًا (الشكل 6، 7). غالبًا ما ينشأ الشعور بعدم الاكتمال بسبب عدم وجود خلفية مفصلة، ​​وأسهل طريقة لحل هذه المشكلة هي بمساعدة الورق الملون. بالإضافة إلى ذلك، باستخدام الطباشير العادي أو قلم رصاص أبيض، يمكنك تحقيق تأثير الوهج أو الشفافية على الفور تقريبًا، وهو أمر مطلوب غالبًا.

أرز. 6. إشعاعي. الصف السابع موضوع "الأبسط". ورق ملون (تنسيق A3) للألوان المائية (بنسيج خشن) أو حبر أو باستيل أو طباشير، من الساتان

أرز. 7. النحلة. الصف السابع موضوع "أوامر الحشرات". حبر، قلم على قلم رصاص، الحجم - بفرشاة وحبر مخفف، تفاصيل دقيقة بالقلم، من الساتان

إذا كان من الصعب عليك تنظيم العمل باستخدام الماسكارا، فاستخدم بطانات أو بكرات سوداء ناعمة (في أسوأ الأحوال، أقلام هلامية) - فهي تعطي نفس التأثير (الشكل 8، 9). عند استخدام هذه التقنية، تأكد من إظهار مقدار المعلومات المقدمة باستخدام خطوط ذات سمك وضغط مختلفين - لتسليط الضوء على أهم الأشياء ولإنشاء تأثير الحجم (المقدمة والخلفية). يمكنك أيضًا استخدام تظليل معتدل إلى خفيف.

أرز. 8. الشوفان. الصف السادس موضوع "تنوع النباتات الزهرية والحبوب العائلية." حبر، ورق ملون، من المعشبة

أرز. 9. ذيل الحصان والطحلب. الصف السادس موضوع "النباتات الحاملة للأبواغ". حبر، ورق أبيض، من المعشبة

بالإضافة إلى ذلك، على عكس الرسومات العلمية الكلاسيكية، غالبًا ما نقوم بالعمل بالألوان أو نستخدم تدرجًا خفيفًا للإشارة إلى الحجم (الشكل 10).

أرز. 10. مفصل الكوع. الصف التاسع موضوع "الجهاز العضلي الهيكلي". قلم رصاص، من المعونة الجصية

لقد جربنا العديد من تقنيات الألوان - الألوان المائية، والغواش، والباستيل، واستقرينا في النهاية على أقلام ملونة ناعمة، ولكن دائمًا على ورق خشن. إذا قررت تجربة هذه التقنية، فهناك بعض الأشياء المهمة التي يجب وضعها في الاعتبار.

1. اختاري أقلام رصاص ناعمة وعالية الجودة من شركة جيدة، مثل كوهينور، ولكن لا تعطي الأطفال مجموعة واسعة من الألوان (أساسية بما فيه الكفاية): في هذه الحالة، يحاولون عادة اختيار لون جاهز، أي منها فشل بالطبع. أظهر كيفية الحصول على الظل المناسب عن طريق مزج 2-3 ألوان. للقيام بذلك، يحتاجون إلى العمل باستخدام لوحة - قطعة من الورق يختارون عليها المجموعات والضغط المطلوبين.

2. الورق الخشن سيجعل مهمة استخدام الألوان الضعيفة والقوية أسهل بكثير.

3. يجب أن تنحت الضربات القصيرة الخفيفة شكل الكائن: أي. كرر الخطوط الرئيسية (بدلاً من اللون، مما يتعارض مع الشكل والملامح).

4. فأنت بحاجة إلى اللمسات النهائية، الغنية والقوية، عندما يتم بالفعل اختيار الألوان المناسبة. غالبًا ما يكون من المفيد إضافة الإضاءات التي ستؤدي إلى إحياء الرسم بشكل كبير. أبسط شيء هو استخدام الطباشير العادي (على ورق ملون) أو استخدام ممحاة ناعمة (على ورق أبيض). بالمناسبة، إذا كنت تستخدم تقنيات فضفاضة - الطباشير أو الباستيل - فيمكنك بعد ذلك إصلاح العمل باستخدام مثبتات الشعر.

بمجرد إتقان هذه التقنية، ستتمكن من استخدامها في الطبيعة، إذا لم يكن لديك ما يكفي من الوقت، حرفيًا "على ركبتيك" (فقط لا تنسَ الأجهزة اللوحية - قطعة من الورق المقوى للتغليف تكفي!).

وبالطبع، لنجاح عملنا، نقوم بالتأكيد بتنظيم المعارض - أحيانًا في الفصل الدراسي، وأحيانًا في ممرات المدرسة. في كثير من الأحيان، يتم توقيت تقارير الأطفال حول نفس الموضوع لتتزامن مع المعرض - الشفهي والمكتوب. بشكل عام، مثل هذا المشروع يترك لك ولأطفالك شعورًا بمهمة كبيرة وجميلة تستحق الاستعداد لها. ربما، من خلال الاتصال والاهتمام المتبادل مع مدرس الفنون، يمكنك البدء في العمل في دروس علم الأحياء: المرحلة التحضيرية التحليلية لدراسة كائن ما، وإنشاء رسم بالقلم الرصاص، وإنهاءه بالتقنية التي اخترتها معًا - في دروسه.

هنا مثال. علم النبات، موضوع "الهروب - البراعم، المتفرعة، بنية البراعم." يكون الفرع ذو البراعم كبيرًا في المقدمة، وفي الخلفية توجد صور ظلية لأشجار أو شجيرات على خلفية من الثلج الأبيض وسماء سوداء. التقنية: حبر أسود، ورق أبيض. الفروع - من الحياة، الصور الظلية للأشجار - من الصور الفوتوغرافية أو رسومات الكتب. العنوان هو "الأشجار في الشتاء" أو "المناظر الطبيعية الشتوية".

مثال آخر. عند دراسة موضوع "أوامر الحشرات" نقوم بعمل قصير عن "شكل وحجم الخنافس". أي تقنية تنقل الضوء والظل والإبرازات (ألوان مائية، حبر مع ماء، فرشاة)، ولكن أحادية اللون، حتى لا تتشتت عن فحص الشكل وتصويره (شكل 11). من الأفضل العمل على التفاصيل باستخدام قلم أو قلم جل (إذا كنت تستخدم عدسة مكبرة، فستظهر الأرجل والرأس بشكل أفضل).

أرز. 11. الخنافس. حبر، قلم على قلم رصاص، الحجم - بفرشاة وحبر مخفف، تفاصيل دقيقة بالقلم، من الساتان

يكفي عملان جميلان في ربع واحد - ورسم كائن حي سيسعد جميع المشاركين في هذه العملية الصعبة.