Информационный час "Современная биология"

КГУ «Зыряновский сельскохозяйственный колледж» Информационный час: «СОВРЕМЕННАЯ  БИОЛОГИЯ» (в рамках недели естественных наук) Разработала: Преподаватель биологии  Николаева Л.А. с.Чапаево 2014г. Информационный час  «Современная биология» Цель: Познакомить учащихся с достижениями  биологии как науки, показать тесную  связь с жизнью человека. Задачи: 1. сформулировать  представление   о   таких   направлениях   биологии   как бионика,     генная     инженерия;  выделить  главные     достижения   этих направлений  в областях современной науки и техники 2. Расширить  кругозор учащихся; 3. Воспитывать интерес к предмету. Биология – это не только жучки, паучки и цветочки. На сегодняшний день биология   как   наука   достигла   невероятных   масштабов   в   своём   развитии. Современная   биология   реализует   невероятные   проекты,     которые   десять­ двадцать лет назад  посчитали бы фантастикой. Я хочу посвятить вас сегодня в тайны таких  составных биологии как бионика и генная инженерия. СЛАЙД 2.  Бионика.  “БИОлогия”   и   “техНИКА”   синтез   биологии   и   техники»­  это   наука, которая применяет знания о живой природе для решения инженерных задач. Свое название бионика получила от греческого слова bion – элемент жизни. СЛАЙД   3.   В   прошлом   отношение   человека   к   природе   было потребительским, техника эксплуатировала и разрушала природные ресурсы. Но   постепенно   люди   начали   бережнее   относится   к   природе,   пытаясь присмотреться   к     её   методам,   с   тем,     чтобы   разумно   использовать   их   в технике. Эти методы могут служить образцом для развития промышленных средств, безопасных для окружающей среды.  Понимать природу и брать её за образец – не означает копировать.  Однако природа может помочь нам найти правильное техническое решение довольно   сложных   вопросов.   Природа   подобна   огромному   инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации. Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукт и распространяют зерна. СЛАЙД   4.   Идея   применения   знаний   о   живой   природе   для   решения инженерных   задач   принадлежит   Леонардо   да   Винчи,   который   пытался построить   летательный   аппарат   с   машущими   крыльями,   как   у   птиц: орнитоптер. СЛАЙД 5.Бионика и медицина. СЛАЙД   6.  Игла­скарификатор  сконструирована   по   принципу,   полностью повторяющему   строение  зуба­резца   летучей   мыши,  укус   которой,   с   одной стороны, отличается безболезненностью, а с другой — всегда сопровождается достаточно сильным кровотечением. СЛАЙД 7.  Поршневой шприц  во многом имитирует  кровососущий аппарат насекомых — комара и блохи.  СЛАЙД   8.  Современный   тип   протезов   конечностей —  протезы   на силиконовой основе, содержит в основе своей природный принцип — принцип гидравлического строения ходильных ножек паука.  СЛАЙД 9. Бионика и промышленность. Чтобы не проваливаться при ходьбе по рыхлому снегу, пингвины ложатся на живот   и,   отталкиваясь   крыльями   и   лапами   от   снега,   скользят   по   нему   со скоростью до 25 км/час. Основанная на этом принципе снегоходная машина «Пингвин», разработанная нижегородскими конструкторами, лежа на снегу днищем и отталкиваясь от снега колесными спицами, скользит по поверхности со скоростью 50 км/час. Эта машина при своем движении по снегу не образует глубокую колею,   не увязает. СЛАЙД 10. Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов.  По   сравнению   с   обычными   судами  китообразный   пароход  уменьшает мощность двигателей на 25% с сохранением скорость и грузоподъемности.  СЛАЙД11. Двукрылые   насекомые   обладают   одним   из   самых   маневренных   полетов   в живом мире, они способны кардинально изменять направление движения или вернуться на прежний курс, меньше чем за 30 миллисекунд. Происходит это благодаря   двум   крошечным   булавовидным   «органам   балансирования», называемым жужжальца.  После   изучения   полета   насекомых   был   создан   вибрационный   вильчатый жиротрон.   Он   обеспечивает   высокую   стабилизацию   направления   полёта самолёта при больших скоростях. СЛАЙД 12. На   на   концах   передней   кромки   крыльев   стрекозы   имеется   хитиновое утолщение— птеростигма, гасящая вредные колебания крыла. Флаттер   –   сочетание   колебаний,   возникающих   при   достижении   самолетом определенной скорости и приводящих к разрушению конструкции.  Бионика и промышленность. СЛАЙД 13.  Конечности   мух   и   черных   морских   ежей   имеют   вакуумные   присоски, благодаря   которым   ежи,   например,   взбираются   по   совершенно   отвесным скалам, а мухи ползают по совершенно гладкому стеклу или по потолку. Принцип вакуумной присоски стали использовать в работе подъемных кранов. СЛАЙД 14. В   основе   движения   шагающего   экскаватора   лежит   гидропривод, напоминающий гидропривод пауков.  Пауков природа наделила чудесным гидроприводом, жидкостью для которого служит кровь животного.  СЛАЙД 15. Другое   знаменитое   заимствование   сделал   швейцарский   инженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) в 1955 году. Он часто гулял со своей   собакой  и  заметил,  что  к   ее  шерсти   постоянно   прилипают   какие­то непонятные   растения.   Устав   постоянно   чистить   собаку,   инженер   решил выяснить   причину,   по   которой   сорняки   прилипают   к   шерсти.   Исследовав феномен,   де   Местраль   определил,   что   он   возможен   благодаря   маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер   осознал   важность   сделанного   открытия   и   через   восемь   лет запатентовал   удобную   «липучку»   Velcro,   которая   сегодня   широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды. С  их   помощью   можно,  например,  застёгивать   спортивные   ботинки;   в  этом случаи шнурки уже не нужны. Кроме того, длину липучки легко регулировать ­ в этом одно из её преимуществ. В первые годы после своего изобретения такие застёжки были очень популярны. Сегодня все уже привыкли к удобной застёжке, и изготовители застёжек­липучек теперь следят лишь за тем, чтобы липучки были хорошо спрятаны под клапанами. СЛАЙД 16. Густав   Эйфель   в   1889   году   построил   чертеж   Эйфелевой   башни.   Это сооружение   считается   одним   из   самых   ранних   очевидных   примеров использования бионики в инженерии.     Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему­то не ломается под тяжестью тела.   Сеть   мелких   костных   пластин   имеет   строгую   геометрическую структуру, что обеспечивает прочность и легкость кости.   Фон   Мейер   обнаружил,   что   головка   кости   покрыта   изощренной   сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется   по   кости.   Эта   сеть   имела   строгую   геометрическую структуру, которую профессор задокументировал.        В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение   нагрузки   с   помощью   кривых   суппортов   было   использовано Эйфелем. СЛАЙД 17. Сегодня   современное   воплощение   органической   архитектуры   можно наблюдать в Нидерландах – здание правления NMB Bank, Австралии – здание Сиднейской оперы, Монреале – здание Всемирного выставочного комплекса, Японии – небоскреб SONY и музей плодов, России – «Дом дельфин».  СЛАЙД 18. В   Сингапуре   есть   мост,   в   основу   строения   которого       взято   строение молекулы ДНК. СЛАЙД 19. В архитектурно­строительной   бионике большое внимание   уделяется новым строительным   технологиям. Например, в области  разработок эффективных и   безотходных   строительных   технологий   перспективным   направлением является   создание   слоистых   конструкций.   Идея   заимствована   у глубоководных   моллюсков.   Их   прочные   ракушки,   например   у   широко распространенного   "морского   уха",   состоят   из   чередующихся   жестких   и мягких   пластинок.   Когда   жесткая   пластинка   трескается,   то   деформация поглощается   мягким   слоем   и   трещина   не   идет   дальше.   Такая   технология может быть использована и для покрытия автомобилей. СЛАЙД 20.  Современная бионика во многом связана с разработкой новых материалов, которые   копируют   природные   (оптоволокно).     В   настоящее   время   одни ученые пытаются создать аналоги органов человеческого тела (искусственное ухо   или   искусственный   глаз),   другие   –   работают   над   конструированием роботов (гексапод, монопод). СЛАЙД21.  Исследователи из Bell Labs (корпорация Lucent) недавно обнаружили в теле глубоководных губок рода Euplectellas высококачественное оптоволокно. По результатам   тестов   оказалось,   что   материал   из   скелета   этих   20­ сантиметровых   губок   может   пропускать   цифровой   сигнал   не   хуже,   чем современные   коммуникационные   кабели,   при   этом   природное   оптоволокно значительно   прочнее   человеческого   благодаря   наличию   органической оболочки.  Группа, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект "Вертикальный бионический город­башня". Через 15 лет в Шанхае должен появиться город­башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город­ башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен "принцип конструкции дерева". Нейробионика Нейробионика ­ научное направление, изучающее возможность использования принципов   строения   и   функционирования   мозга   с   целью   создания   более совершенных   технических   устройств   и   технологических   процессов. Основными   направлениями   нейробионики   являются   изучение   нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток­нейронов и нейронных   сетей.   Это   дает   возможность   совершенствовать   и   развивать электронную и вычислительную технику. СЛАЙД 23.       В здоровом организме существует универсальный механизм залечивания повреждений с использованием внутреннего клеточного резерва – стволовых клеток костного мозга. Эти клетки могут превратиться в какие угодно другие клетки,   попав   в   соответствующий   отдел   организма.   Стволовые   клетки начинают   поступать   в   поврежденный   участок,   когда   получают соответствующий сигнал из центральной нервной системы. Достигнув места Стволовые клетки повреждения,   они   под   действием   определенных   сигнальных   молекул превращаются   в   недостающие   клетки   поврежденной   ткани.   Но   хранилище стволовых   клеток   не   может   быть   неисчерпаемым.   После   залечивания обширных   повреждений   костный   мозг   «пустеет»,   да   и   с   возрастом   запас стволовых клеток значительно уменьшается. Когда мы рождаемся, у нас в костном мозге на 10 тысяч кроветворных клеток приходится одна стволовая клетка. У подростков стволовых клеток уже в 10 раз меньше. К 50­ти годам на   полмиллиона   кроветворных   клеток   одна   стволовая   клетка,   а   в   70   лет отбирать пробу костного мозга просто бессмысленно­ там всего лишь одна стволовая клетка на миллион кроветворных клеток. То есть сдавать костный мозг   имеет   смысл   только   в   молодом   возрасте,   старикам   придется использовать   чужие   культуры   стволовых   клеток.   При   чем   донорские стволовые клетки удобнее всего получать прямо при рождении из пуповины и плаценты, где они тоже содержатся в достаточном количестве.  Гемабанк стволовых клеток Гемабанк­ это хранилище стволовых клеток.  Его назначение – сохранение при сверхнизкой   температуре   в   течение   многих   лет   стволовых   клеток, выделенных   из   пуповинной   крови.   В   банке   стволовые   клетки   каждого новорожденного хранятся совершенно отдельно и могут быть использованы только в его интересах или интересах его семьи. Генетически модифицированные продукты.  Плюсы и минусы.  СЛАЙД 24.      Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно   функционирует   ген   (или   гены)   пересаженные   из   других   видов растений или животных. Делается это для того, чтобы растение реципиент получило новые удобные для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам,   к   гербицидам,   к   вредителям   и   болезням   растений.   Пищевые продукты,   полученные   из   таких   генноизмененных   культур,   могут   иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто   такие   растения   дают   более   богатый   и   стабильный   урожай,   чем   их природные аналоги.                    Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям: Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью  Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето) Создание   сортов   с/х   культур,  токсичных   для   некоторых   видов   вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)  Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям   (например,   были   получены   устойчивые   к   засухе   трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)  Создание   сортов   растений,   способных   синтезировать   некоторые   белки животного   происхождения   (например,   в   Китае   получен   сорт   табака синтезирующий лактоферрин человека). СЛАЙД  25. Применение      В научных целях          В настоящее время генетически модифицированные организмы широко используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях. С помощью ГМО исследуются закономерности развития некоторых заболеваний (болезнь   Альцгеймера, рак),   процессы старения и регенерации,   изучается функционирование нервной   системы,   решается   ряд   других   актуальных проблем биологии и медицины.      В медицинских целях          Генетически модифицированные организмы используются в прикладной медицине   с 1982   года.   В   этом   году   зарегистрирован   в   качестве   лекарства человеческий инсулин, генетически модифицированных   бактерий.   Ведутся   работы   по   созданию   генетически модифицированных растений, продуцирующих компоненты вакцин и лекарств против опасных инфекций (чумы, ВИЧ).      В сельском хозяйстве            Генная инженерия используется для создания новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими   ростовыми   и   вкусовыми   качествами.   Создаваемые   новые   породы животных отличаются, в частности, ускоренным ростом и продуктивностью. Созданы   сорта   и   породы,   продукты   из   которых   обладают   высокой питательной   ценностью   и   содержат   повышенные   количества незаменимых аминокислот и витаминов.      Другие направления использования          Разрабатываются генетически модифицированные бактерии, способные производить экологически чистое топливо.   получаемый   с   помощью У                     В   2003   году   на   рынке   появилась GloFish —   первый   генетически модифицированный организм, созданный с эстетическими целями, и первое домашнее животное такого рода. Благодаря генной инженерии  популярная аквариумная рыбка Данио рерио получила несколько ярких флуоресцентных цветов.           В 2009 году выходит в продажу ГМ­сорт розы «Applause» с цветами синего   цвета.   Таким   образом,  сбылась   многовековая   мечта   селекционеров, безуспешно пытавшихся вывести «синие розы» Генномодифицированные   продукты и их польза              На самом деле, ни одного подтвержденного научного исследования, указывающего   на   риск   применения   разрешенных   генетически модифицированных   продуктов   сегодня   нет. генетически модифицированных   растений   есть   плюсы.   К   примеру,   химикатов   в   них накапливается   меньше,   чем   в   их   природных   аналогах.   Некоторые   сами разрушают   гербициды   —   за   счет   содержания   особого   фермента.   И   все растения, полученные путем генной модификации, в обязательном порядке проходят испытания на биологическую и пищевую безопасность.                          Применение ГМ­продуктов – шанс решить проблему голода на планете за счет появления у сельскохозяйственных культур новых свойств, необходимых   для   их   эффективного   выращивания.   Одна   из   важных   задач, которую   могут   решить   трансгены,   ­  получение   растений,   устойчивых   к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. В настоящее время получены   растения,   способные   противостоять   воздействию   более   десятка различных вирусных инфекций.              Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых­вредителей. Применение   инсектицидов   не   вполне   эффективно,   во­первых,   из­за   их токсичности,   во­вторых,   потому,   что   дождевой   водой   они   смываются   с растений.   Трансгенные   растения   картофеля   и   томатов   стали   устойчивы   к непобедимому   колорадскому   жуку,   растения   хлопчатника   оказались устойчивыми   к   разным   насекомым.   Использование   генной   инженерии позволило сократить применение инсектицидов на 40 ­ 60%.               Генные инженеры вывели трансгенные растения с удлиненным сроком созревания   плодов.   Такие   помидоры,   например,   можно   снимать   с   куста красными, не боясь, что они перезреют при транспортировке.  СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! На этом мероприятие «Современная биология»   окончено.