Амниотическое яйцо как модель космического корабля

Урок-лабораторная работа

Оборудование:

1. каждому учащемуся (или на парту): одно сырое и одно вареное куриное яйцо, чашка Петри (блюдце), препаровальная игла, лупа, пинцет, акварельные краски, кисточка, весы с разновесами, слабый раствор соляной или уксусной кислоты, пробирка с газоотводной трубкой, известковая вода в стаканчике, штатив.

2. для демонстрации 10%-ный водный раствор куриного белка в стеклянном стаканчике, электроплитка, детская игрушка Ванька-встанька, таблица (модель) «Строение яйца птицы».

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

2. Активизация познавательной деятельности.

Постановка проблемного вопроса. что появилось раньше – яйцо или курица?
Экскурс в историю.
Над бескрайней равниной каменноугольного периода светило жаркое солнце... Под его непрекращающимся жаром тут и там начинали пересыхать болота, будто какая-то неведомая рука расширяла пески... Нависшая беда, исходящая от палящего солнца и пересыхающих болот, вынудила земноводных построить еще одну оболочку на яйцах, предохраняющую их от высыхания... А тот, кто думает о потомстве, думает о будущем...
Примерно так, в романтическо-драматическом стиле, описывает возникновение яйца с дополнительной оболочкой автор книги «Долгий путь жизни» Т.Николов. Однако яйцо с дополнительной оболочкой – изобретение не земноводных, а пресмыкающихся.
В связи с чем возникла дополнительная оболочка на яйце? (Изменение климата, необходимость защиты от высыхания.)
Какие проблемы возникли у зародыша в связи с возникновением плотной оболочки? (Проблема с дыханием, обменом веществ.)

3. Постановка целей и задач урока.

Изучить строение куриного яйца как модели космического корабля.

4. Изучение нового материала.

Учитель предлагает учащимся обсудить проблемы космонавта, находящегося в космическом корабле на околоземной орбите. Затем предлагает провести параллель между космонавтом и развивающимся эмбрионом в курином яйце. После обсуждения в тетради записывается сравнительная таблица.

Сравнительная таблица

Проблема	Решение
Проблема	космонавт	эмбрион
1. Защита	надежная металлическая обшивка корабля
2. Пища	запас пищи или доставка ее кораблем с Земли
3. Вода	аппарат для выработки воды или ее запас
4. Воздух для дыхания	аппарат для выработки кислорода или живые растения
5. Отходы: а) углекислый газ; б) продукты обмена веществ	а) утилизация; б) контейнеры-мусоросборники

После этого учитель предлагает изучить строение куриного яйца с целью заполнения пропусков в таблице.

Этап	Вопросы, объяснения и действия учителя ответы	Выводы и действия учащихся
Вес яйца	Определите вес яйца. Справка: самое маленькое яйцо – весом 0,2 г, у колибри-шмеля. Самое крупное у африканского страуса – 1,6 кг. У вымерших в XV в. родственных страусам мадагаскарских эпиорнисов объем яйца достигал 8–10 л.	Взвешивают. Записывают вес в тетрадь.
Форма яйца	Возьмите в руки вареное яйцо. Как отличить вареное яйцо от сырого?	Нужно закрутить яйцо на столе. Вареное крутится быстрее.
	Рассмотрите его форму. Найдите тупой и острый концы. Какую форму имеет яйцо? Для чего имеется острый конец? В каком литературном произведении описывается война, разгоревшаяся из-за разного отношения людей к острому и тупому концам куриного яйца?	Зарисовывают в тетради внешний вид яйца. Форма эллипсоида (округлая). Благодаря наличию острого конца яйцо легче движется по яйцеводу. «Путешествия Гулливера» Джонатана Свифта. Война «остроконечников» с «тупоконечниками».
	Почему яйцо имеет округлую форму? Для того чтобы учащимся было легче сделать правильный вывод, учитель приводит примеры использования формы куриного яйца в архитектуре (см. приложение 1).	После обсуждения приходят к выводу, что округлая форма придает яйцу прочность, что немаловажно в тот момент, когда птицы насиживают яйца. Чтобы убедиться в прочности яичной скорлупы, проводят опыты. 1. Вареное яйцо с силой сжимается в руке (если скорлупа не имела трещин, она выдержит сжимание). 2. На вареное яйцо кладется учебник (несколько учебников). Зная вес каждой книги, определяют общую нагрузку, которую способна выдержать яичная скорлупа.
Зародыш в яйце	Почему зародышевый диск всегда находится на поверхности желтка? Для того чтобы найти ответ на этот вопрос, учитель предлагает вскрыть яйцо и вылить его содержимое на блюдце.	Вскрывают яйцо при помощи препаровальной иглы, расширяя отверстие до 1–2 см. Выливают яйцо на блюдце так, чтобы не растекся желток. Находят диск на поверхности желтка.
	В качестве подсказки демонстрируется детская игрушка Ванька-встанька. Почему именно эта игрушка?	Игрушка утяжелена в нижней части, т.е. у нее смещен центр тяжести. Значит, в желтке тоже смещен центр тяжести.
	Какое значение имеет нахождение зародышевого диска на поверхности желтка?	Зародыш при насиживании располагается ближе к телу птицы, где создается более благоприятный температурный режим.
Желток	Какие структуры яйца позволяют удерживать желток в одном положении в центре яйца?	Находят белковые канатики – халазы. Выясняют, что именно они удерживают желток в центре.
	Очистите вареное яйцо, извлеките из него желток. Определите форму, окраску, размеры и вес желтка.	Определяют все параметры и записывают эти сведения в тетрадь.
	Проведите по сырому желтку препаровальной иглой. Что произошло? Чем покрыт желток снаружи? Какую функцию выполняет эта пленка? Учитель рассказывает классу о составе желтка (см. приложение 2).	Желток покрыт снаружи желточной оболочкой, которая придает желтку форму.
	Какую функцию выполняет желток в курином яйце? Дополнительно в качестве домашнего задания можно предложить учащимся рассчитать объем желтка, плотность, какую долю (в проц.) составляет масса желтка от общей массы куриного яйца (со скорлупой или без скорлупы).	Желток – запас питательных веществ для развивающегося зародыша.
Белок	Рассмотрите белок сырого и вареного яйца. Чем они отличаются друг от друга? Почему белок получил такое название? Демонстрируется опыт с денатурацией белка: раствор белка в стеклянном стаканчике и нагревается не электроплитке. После появления белых нитей нагревание прекращается. Учитель комментирует опыт (см. приложение 3).	Проводят наблюдения. Сырой – полупрозрачный, вареный – непрозрачный, белый (поэтому – белок). После прекращения нагревания и охлаждения часть белых нитей исчезает.
Белок	Какова функция белка в яйце?	Белок содержит запас воды.
Химический состав скорлупы	Для выяснения химического состава скорлупы учитель предлагает проделать следующий опыт: кусочки скорлупы помещаются в пробирку с раствором соляной кислоты, закрываются пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки помещается в стаканчик с известковой водой. Учитель сообщает классу, что скорлупа у птиц известковая, состоит из вещества, близкого по составу к карбонату кальция, и предлагает записать уравнение реакции.	Учащиеся наблюдают выделение пузырьков газа из скорлупы. При прохождении газа через известковый раствор последний мутнеет. Делают вывод, что из скорлупы выделяется углекислый газ. Записывают в тетради уравнение:
Поры в скорлупе	Возьмите в руки половинки скорлупы от разбитого сырого яйца, аккуратно снимите пленку, выстилающую скорлупу изнутри, и отложите ее пока в сторону.
	Посмотрите через скорлупу на свет. Что вы видите?	Рассматривают скорлупу и делают вывод, что скорлупа имеет поры, расположенные группами. В той части, где находится воздушная камера, пор больше.
	В какой части скорлупы пор больше? Для чего нужны поры в скорлупе? Покройте скорлупу акварельной краской. Поры сразу становятся заметными.	Делают вывод, что поры в скорлупе нужны для газообмена.
Подскорлуповая оболочка	Возьмите в руки подскорлуповую оболочку. Попробуйте ее растянуть. Опишите ее. Для чего нужна эта структура яйца?	Изучают объект, описывают, делают вывод: подскорлуповая оболочка служит фильтром для очистки воздуха, проникающего в яйцо.

После изучения яйца учитель предлагает учащимся заполнить пробелы в сравнительной таблице, составленной в начале урока.

Незаполненной остается графа п. 5 – «Отходы».

Учитель дает краткое объяснение названия куриного яйца – амниотическое. Он сообщает, что в развивающемся эмбрионе формируются три зародышевые оболочки – амнион, хорион и аллантоис. Функция этих оболочек – обеспечить независимое от среды развитие зародыша в яйце. Развивающийся эмбрион складирует токсичные вещества (в частности, продукты азотистого обмена) в аллантоисе. Сейчас мы не можем наблюдать аллантоис в яйце, поскольку перед нами неоплодотворенная яйцеклетка и развитие зародыша не происходит.

5. Заключение. Выводы по уроку.

1. Раньше курицы появилось яйцо – его «подарили» птицам рептилии.

2. Появление амниотического яйца было важнейшим шагом в эволюции наземных животных, поскольку устранило зависимость развивающегося зародыша от наличия воды и изменений климата.

3. Куриное яйцо можно сопоставить с моделью космического корабля, поскольку оно обеспечивает эмбрион всем необходимым: водой (белок), пищей (желток), кислородом (поры в скорлупе) и одновременно удаляет или изолирует продукты обмена – углекислый газ (поры в скорлупе), мочевину (аллантоис) и задерживает проникновение бактерий (подскорлуповая оболочка, пленка на скорлупе).

Приложение 1

В Дакаре, столице Сенегала, проектировали здание театра, внутри которого не должно было быть ни одной колонны, ни одной, даже декоративной, опоры – все здание должно было представлять собой огромную, пустую, тонкую железобетонную скорлупу, опирающуюся на специальный фундамент. Когда все расчеты были закончены, оказалось, что спроектированной конструкции явно не хватает прочности. Между тем естественная яичная скорлупа, напоминавшая по форме будущее здание театра, выдерживала (пропорционально ее размерам) соответствующие нагрузки. В чем же дело? Пришлось подвергнуть тщательному изучению обычное куриное яйцо. Установили, что его прочность объясняется тонкой и эластичной пленкой-мембраной, благодаря которой известковая скорлупа является конструкцией с предварительным напряжением. Этим открытием строители решили воспользоваться при сооружении театрального здания, только мембрана была, конечно, изготовлена не из «куриного» материала, а из армоцемента.

Приложение 2

Запасной белок, содержащийся в желтке куриного яйца, – вителлин. Это фосфопротеид, т.е. сложный белок, содержащий в своем составе фосфорную кислоту. Кроме этого желток содержит железо, витамины (особенно много A, D, Е). Считается, что чем ярче окрашен желток – тем качественнее яйцо, поскольку в этом случае курица питалась естественным образом, а именно – зеленой травой, содержащей кроме хлорофилла еще и пигменты группы каротиноидов. В пищеварительном тракте курицы хлорофилл разрушается, а каротиноиды, как более устойчивые, в конечном итоге накапливаются в курином желтке.

Все минеральные вещества в курином яйце находятся в легко усвояемой форме.

Строение яйца птицы

Строение яйца птицы:
1 – халаза; 2 – скорлупа; 3 – воздушная камера; 4 – наружная подскорлуповая оболочка; 5 – жидкий белок; 6 – плотный белок; 7 – зародышевый диск; 8 – светлый желток; 9 – темный желток.

Схема субмикроскопического строения скорлупы куриного яйца

Схема субмикроскопического строения скорлупы куриного яйца:
1 – кутикула; 2 – наружный слой; 3 – губчатый слой; 4 – сосочковый слой; 5 – сосочек; 6 – подскорлуповая пленка.

Приложение 3

Белок куриного яйца – овальбумин. Это глобулярный белок, каждая молекула которого представляет компактный шарик, уложенный определенным образом. Пока овальбумин находится в яйце при комнатной температуре, молекулы в яичном желтке запутаны, как макароны. Когда белок сбивают или нагревают, молекулы расправляются и начинают сильнее притягивать друг друга, слипаются и становятся видимыми в водном растворе, а белок становится жестче.

Литература

Литинецкий И.Б. Бионика: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1976.

Михайлов К.Е. Что есть яйцо и как оно живет //Биология, 1999, № 3.

Николов Т. Долгой путь жизни. – М.: Мир, 1986.

Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая школа, 1991.

Уокер Дж. Физический фейерверк: (Вопросы и ответы по физике). – М.: Мир, 1989.

Я ИДУ НА УРОК

В.Г. СМЕЛОВА, учитель биологии МОСШ No 7, г. Ноябрьск, Ямало-Ненецкий АО.