Тема:

“Генетики бесценные дары” (2часа)

Задачи урока:

Обобщение и систематизация знаний по теме “Основные закономерности наследственности”.

Тип урока:

Урок комплексного применения знаний с элементами игры.

Оборудование

Карточки-задания для работы групп, наборы знаковых табличек, бумага для рисования, фломастеры.

План урока:

1. Организационное начало – 1мин.
2. Водное слово учителя к разделу “Значение работ Менделя” с элементами беседы-5м.
3. Формулирование основных положений гипотезы Менделя о наследовании признаков и работа по определению доминантных признаков (работа в группах -5м.
4. Обсуждение сформулированных положений и работы “портретистов” - 15 мин.
5. Вводное слово к разделу “Хромосомная теория наследственности” с элементами беседы - 5 мин.
6. Фронтальная работа - 10 мин.
7. Работа в группах по решению генетических задач - 10 мин.
8. Заслушивание результатов групповой работы - 16 мин.
9. Вводное слово к разделу “Геном человека” - 5 мин.
10. Работа в группах - 5 мин.
11. Обсуждение причин необходимости работ по программе “Геном человека” - 10 мин.
12. Заключительное слово - 3 мин.

Ход урока:

Вопрос

Что позволило Дженкину рассуждать подобным образом?

Примерный ответ:

   Во времена Ч.Дарвина в биологии была распространена модель “слитной наследственности”: считалось, что наследственные признаки сливаются, смешиваются и “ загрязняются” при скрещивании.
   Брешь в эволюционной теории Дарвина была пробита. Противопоставить критике Дженкина какое-нибудь строго доказанное возражение Дарвин не мог, о чем горько сожалел.
   По иронии судьбы, уже существовали факты, уничтожающие критику Дженкина, и только отсутствие информации помешало Дарвину познакомиться с ними.

Вопрос

С какими материалами нужно было познакомиться Дарвину, чтобы доказать свою теорию?

Примерный ответ:

   С трудами Брюннского общества естествоиспытателей, где в 1865 году была помещено статья Иоганна Грегора Менделя “Опыты с растительными гибридами”.
   В отличии от Дарвина вы уже знакомы и с работами Менделя, и с законами, вытекающими из его опытов. Получив задания, вы должны сформулировать гипотезу, которая могла бы помочь Дарвину справиться с “кошмаром” Дженкина
   Пока группы не приступили к работе над положениями гипотезы Менделя о наследовании признаков, необходимо выбрать по 1 человеку от группы, которые будут подтверждать идеи Менделя в нашем художественном салоне. Каждая группа подготовила задание, которое заключалось в следующем: подобрать родительскую пару с яркими внешними данными. А вот возможных потомков этих потенциальных родителей должны будут нарисовать наши начинающие художники (все признаки находятся в гомозиготном состоянии). Задания находятся в конвертах №2 (группы должны обменяться конвертами).

Примерное содержание задач:

Задания для групповой работы находятся в конвертах №3.

Задание для 1 группы:

   Со времен Левкиппа и Демокрита были известны идеи дискретности, которые получили конкретизацию в атомно-молекулярной и клеточных теориях. Ответив на вопросы, сформулируйте 1 положение:
   а/ Как эти идеи отразились в гипотезе Менделя о наследственных факторах, передающихся по цепи поколений организмов и их клеток?
   б/ Наследуются признаки или факторы?

Задание для 2 группы:

   Давно известно, что отцовский и материнский организмы характеризуются своими комплексами признаков. Эти признаки закодированы в их половых клетках. При слиянии этих клеток задатки наследственных признаков отца и матери соединяются, обусловливая новую комбинацию. Ответив на вопросы, сформулируйте второе положение:
   а/ Сколько факторов контролируют развитие каждого признака?
   б/ Различны или одинаковы наследственные факторы гибрида, влияющие на проявление одного признака?
   в/ Что происходит чаще: проявление одного из наследственных факторов или промежуточное наследование?

Задание для 3 группы:

   Ответив на вопросы, сформулируйте третье положение:
   а/ Верно ли утверждение Дженкина о том, что признаки сливаются, смешиваются, разбавляются? Как ведут себя доминантные и рецессивные факторы?
   б/ Зависит ли передача фактора от того, осуществил ли он свое действие в развитии особи или контролируемый им признак был подавлен?

Задание для 4 группы:

   Пришло время познакомиться с работой наших художников. Каждая группа проверит выполнение задания, сравнивая копию с оригиналом (рисунком, сделанным самой группой).
   Итак, Г.Мендель прежде всего перенес в биологию новые для этой науки идеалы физического познания: выделил элементарные носители рассматриваемых свойств, тщательно спланировал эксперименты, статистически обработал результаты. Включение менделевского открытия в биологию требовало усвоения новой исследовательской программы точных наук, к чему современники Менделя были явно не готовы. Ученые не сумели оценить значение его открытий возможно еще и потому, что в то время нельзя было связать данные Менделя с какими-то конкретными структурами в гаметах.

Вопрос:

Когда наступило время для признания работ Грегора Менделя?

Примерный ответ:

   Во-первых, к концу 19 века в результате повышения оптических качеств микроскопов и совершенствования цитологических методов стало возможно наблюдать поведение хромосом в гаметах и зиготах.
   Во-вторых, время для восприятия менделизма пришло тогда, когда идея дискретности окончательно утвердилась в естествознании с открытием квантов М.Планком в 1900 году. Лишь после этого работы Г.Менделя были моментально “реанимированы” сразу в трех странах (Голландии, Австрии, Германии).

Наступивший ХХ век ошеломляет известием о законах Менделя. Правда, сначала ученые больше были заняты разговорами, чем конкретными исследованиями. Но постепенно все большее количество известных и малоизвестных ученых увлекаются идеями Менделя, подтверждая его гипотезы на самых разных объектах. Причем, опыты ставят не генетики, которых как таковых еще и не было, а ученые других биологических специальностей: ботаники, зоологи, эмбриологи, цитологи. Существует легенда, что на вопрос: “Чем занимаетесь?”- один профессор зоологии отвечал, что проводит три рода экспериментов: дурацкие, чертовски дурацкие и те, что еще хуже первых.

Вопрос:

Как вы думаете, кто был этот шутник и какие эксперименты он проводил?

Примерный ответ:

Американский ученый Томас Морган проводил опыты с плодовой мушкой дрозофилой.

Вопрос:

Что явилось результатом опытов Моргана и его сотрудников?

Детальная разработка хромосомной теории наследственности.

   Заслуги “дрозофильной группы” Моргана огромны. Их открытия по мощности сравнивают с открытием законов наследственности Менделя. Можно утверждать, что развитие генетики середины ХХ столетия в огромной степени обязано теоретическим положениям и экспериментальным исследованиям школы Т. Моргана.
   Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами и с самим человеком, как объектом познания. Задания, которые вы сейчас будете выполнять, познакомят нас лишь с некоторыми направлениями генетических исследований, но они так или иначе касаются человека и имеют для него большую или меньшую значимость.
   Откройте конверты №5 и приступайте к выполнению заданий.

Задания для 1 группы:

Не поет Лутоня песен,
На соседей не глядит.
Он не ласков. Он не весел.
Призадумавшись сидит.
На жену свою не взглянет.
Почернел от маяты....
Ой, как ждал Лутоня сына!...
Да, видать, опять судьбина
Подшутила в эту ночь:
Не дала на счастье сына,
А дала на горе дочь.
               (Сергей Островский)

   Прав ли казак Лутоня, обидевшись на жену, родившего ему седьмую дочь? Определите область генетической науки, объясните ситуацию.
(Для объяснений воспользуйтесь набором знаковых табличек)

Примерный ответ:

   Эта ситуация связана с генетикой пола. Люди с давних времен старались понять механизм определения пола и повлиять на него в ту или иную сторону. И всегда, как и в случае с казаком Лутоней, виноватой в рождении ребенка нежелательного пола, считалась женщина. И только генетические исследования ХХ века расставили все по своим местам, определив истинные причины появления мальчиков и девочек. Различие между мужчиной и женщиной заключается в их хромосомных наборах, вернее в половых хромосомах. Гетерогаметным полом у человека является мужчина (ХУ), а женщина гомогаметна (ХХ). Пол определяется в момент оплодотворения, встреча гамет является случайной.

Задания для 2 группы:

   Вы пришли на птичий рынок для того, чтобы купить себе котенка. У вас есть твердое желание купить кота. Но все котята, которых предлагают, вам не нравятся. И вот вы увидели очаровательное пушистое создание бело-черно-коричневой (черепаховой) окраски. Купите ли вы этого котенка?
   (Для объяснений воспользуйтесь набором знаковых табличек)

Примерный ответ:

   Нет, не купим, так как это кошка, а мы хотим купить кота. Это задача на наследование, сцепленное с полом, и кодоминантность. Черная окраска кошек определяется доминантным аллелем, расположенным в Х - хромосоме, а рыжая окраска – рецессивным аллелем. Аллели не проявляют полного доминирования. Поэтому гетерозиготы не проявляют чистой окраски, а являются черепаховыми. Гетерозиготными могут быть только кошки, т.к. они имеют две Х-хромосомы. Коты, имеющие только одну Х-хромосому, могут иметь или доминантный или рецессивный аллель, которые и определяют черную или рыжую окраску соответственно. Наследование, сцепленное с полом, характерно для всех организмов с хромосомным определением пола, включая человека.

Задания для 3 группы:

   В родильном доме перепутали двух младенцев с группами крови О и А. Одна пара предполагаемых родителей имеет группы крови О и А, другая - А и АВ. Можно ли достоверно установить, кто чей сын?

Примерный ответ:

   Задача на множественный аллелизм. Первый младенец не может принадлежать второй паре, т.к. один из супругов не может образовать гаметы с рецессивным аллелем. Первая пара может быть его родителями при условии, что один из супругов гетерозиготен.
   Второй ребенок может принадлежать второй паре родителей при любом генотипе родителя с группой крови А (гомозиготном или гетерозиготном).

ОО  +  АО

АА + _А + АВ + _В

  В судебной практике встречаются случаи, которые требуют установления родственных связей. Для этого используют различие методы, в том числе используют групповую принадлежность крови (по аллелем А,В,О и М,N), резус-фактор. Существуют очень сложные методы, называемые “генетической дактилоскопией” - т.е. распознавании опреде-ленных участков ДНК, характерных для родственных организмов.

Задания для 4 группы:

  У здоровых по цветовому зрению родителей родился сын-дальтоник. Какова вероятность рождения второго сына с такой же аномалией.
  (Для объяснения используйте набор знаковых табличек)

Примерный ответ:

  Дальтонизм – это рецессивный признак, сцепленный с полом. Он передается через Х-хромосому. Если отец был здоров, значит, его Х-хромосома несла доминантный ген. Следовательно, мать должна быть гетерозиготной.

х

Х^AХ^A + Х^AХ^a + Х^AY + Х^aУ

  Вероятность рождения мальчика-дальтоника сохраняется на уровне 25%.
  Сцепленными с полом являются и гены, определяющие развитие тяжелых заболеваний, например, гемофилии. В случае риска рождения больных детей, необходимо обращаться в медико-генетические консультации. Аномалии, определяющиеся генами, связанными с полом, чаще встречаются у мужчин, так как мужской пол является гетерогаметным.

Вопрос

   А теперь откройте конверт №6. (В них лежат различные карты: исторические, географические, туристические, игральные).
   Что общего между картами и генетикой?

Примерный ответ:

  Только слово “карты”, т.к., вероятно, речь идет о генетических картах.

Вопрос

  Что такое генетические карты и зачем они нужны.

Примерный ответ:

   Генетическая карта - это схема взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления. Расстояние между генами определяется по частоте кроссинговера между ними. Единицей расстояния между генами является морганида, равная 1% кроссинговера.
   Наиболее подробные генетические карты составлены для дрозофилы, у которой изучено более 1000 генов в четырех хромосомах, а также для кукурузы (400 генов в 10 хромосомах). Созданы генетические карты мыши, томатов, кишечной палочки и других организмов. Генетические карты позволят планировать работу по получению организмов с определенным сочетанием признаков. Сравнение генетических карт разных видов способствует пониманию эволюционного процесса.
   Естественно предположить, что особый интерес вызывает составление генетических карт человека.

   В биологии наступила эпоха больших свершений. Однако даже тогда, когда возникали имевшие мировую славу школы и крупные лаборатории, не существовало больших биологических проектов. Теперь они появились. Одним из них стала Российская программа “Геном человека”, существующая с 1989 года.
   Содержание программы определено самим названием: ее объект - человек и его геном, т.е. совокупность всех генов. Суть программы - изучение материального носителя, “языка,” способов хранения и передачи наследственной информации. В настоящее время уже очень многое известно. А проблема состоит в прочтении генетического текста, т.е. в химическом определении последовательности нуклеотидов в линейных молекулах ДНК. Такие аналитические методы существуют, но за ними скрываются огромные технические трудности. С одной стороны, они тормозят решение проблемы, а с другой, способствуют установлению связей между институтами и лабораториями, разбросанному по всему миру, и объединению их усилий по изучению генома человека. Так каждая из 23 пар хромосом имеет в мире своего куратора. В Российской программе основное внимание обращено на хромосомы 3, 5, 13, 19. В период создания этой программы, она вызывала ожесточенные споры в научном мире. Защитники называли ее “Чашей Грааля” современной генетики. Противники заявляли, что секвенирование (определение нуклеотидной последовательности) генома человека “столь же полезно, как перевод полного собрания сочинений Шекспира в клинописные тексты с тем различием, что секвенирование труднее осуществляется и не так понятно”.

Задания для групп:

1. Геном бактерии образован 4-5млн пар нуклеотидов.
2. Геном плодовой мушки-дрозофилы образован 155млн пар нуклеотидов.
3. Геном человека образован 3 млрд пар нуклеотидов. Для записи обычными символами информации, полученной после их секвенирования, потребовалось бы 1200томов по 1000 страниц с 2500 печатными знаками на каждой.
4. Определение нуклеотидной последовательности одним исследователем вручную, по-видимому, ограничено 100000 нуклеотидных пар в год. Современные автоматы, хотя и обладают производительностью более 10000пар нуклеотидов в день, тем не менее не достигают оптимального уровня.
5. Большой % повторных и испорченных анализов.
6. В нуклеотидных последовательностях ДНК заложена система метаболических команд, управляющих всеми основными проявлении жизни: развитие многоклеточного организма от оплодотворенной яйцеклетки до его зрелого состояния, действие отдельных функций и их совокупностей, воспроизведение поколений, их эволюция, расцвет и угасание живого существа и т.д.
7. Последовательности нуклеотидов разных людей ( кроме монозиготных близнецов) почти одинаковы - они различаются только одним нуклеотидом из 300. Эти различия и определяют индивидуальность любого человека.
8. Никто в сущности не знает сколько генов у человека. Одни называют 30000, другие 100000 (по материалам 1997г. -около 50000).
9. Изучено пока немногим более 5000 генов.
10. Насчитывается около 4000 наследственных заболеваний.

Обсуждение проблемы

   (после обсуждения) Несомненно, программа “Геном человека” должна существовать и развиваться. Составление генетических карт человека позволит в будущем развивать методы генной терапии, т.е. методы, которые позволят исправлять генетические дефекты введением в пораженные клетки нормальных генов.
   Программа “Геном человека” - это путь в биологию третьего тысячелетия.
   В 1910 году русский физик Николай Александрович Умов написал замечательные слова: “...С каждым ударом маятника знание истины становится насущнее, связи ее с жизнью, как бы ни казалась она (истина) отвлеченной, становятся настоятельнее”.
   Все развитие генетики как науки и ее достижения, которые широко используются человеком, являются ярким тому подтверждением.