ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА
Факт 1. Человек заболел насморком. Вся его жизнь нарушается минимум на неделю. Пропадает аппетит, сон, работоспособность ...
Факт 2. От неподвижного сидения затекла нога. Человек на некоторое время лишается способности управлять ею.
• Что произошло с координацией частей тела? Какой организм больше страдает от нарушений?
• В чём противоречие? Поставьте вопрос для анализа на уроке и сравните его с вариантом авторов на с. 396.
НЕОБХОДИМЫЕ БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ
• Что такое внутренняя среда организма и почему важна её стабильность? (8, 9 классы)
• Что такое гомеостаз? (8, 9 классы)
• В чём суть явления регенерации? (9 класс)
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Организм как целое
• Как обеспечивается целостность организма?
19.1. Системы органов человека
Всякий живой организм — сложная система, свойства которой меняются в значительно меньших пределах, чем условия окружающей её среды. На сохранение этой стабильности, обеспечивающей выживание организма, направлена работа всех систем органов.
• Рассмотрите шуточные рисунки основных систем органов человека (рис. 19.1) и ответьте на вопросы: как взаимосвязаны функции разных систем? как от них зависит поддержание стабильности внутренней среды?
Какая система органов защищает внутренние органы от вредоносных внешних воздействий?
Какие органы приводят в движение скелет и как обеспечено управление этими движениями?
Какие системы органов обеспечивают взаимосвязи между разными частями организма? Назовите главные функции кровеносной системы.
В чём проявляется связь кровеносной и лимфатической систем с тканевыми жидкостями и как они участвуют в поддержании постоянства внутренней среды?
Какова роль крови в нейрогуморальной регуляции организма?
В чём специфика работы нервной и эндокринной систем?
Организм получает необходимые для жизни вещества из внешней среды. Какие системы органов и как это обеспечивают? Какие системы органов обеспечивают выведение из организма неиспользованных продуктов распада?
Какие системы органов обеспечивают координацию жизни организма с факторами внешней среды и сигнализируют о неблагополучии внутри организма?
Какая система органов обеспечивает смену поколений?
Выгоды от координации
• Какие преимущества получает организм от координации работы органов?
Существование любого организма, будь то одноклеточная инфузория или огромный слон, поддерживается действием большого набора регуляторных механизмов — структурных, физиологических, поведенческих, способствующих сохранению постоянства внутренней среды. Почему это так важно? В клетке все метаболические реакции осуществляются с наибольшим эффектом лишь в очень узких пределах оптимальных условий. Стоит условиям отклониться чуть сильнее, и эффективность прохождения той или иной реакции в клетках может упасть в несколько раз, а вслед за ней упадет и эффективность работы организма — наступает болезнь.
Если в чашку с пресноводными инфузориями поместить кристаллик соли, они постараются уплыть туда, где концентрация соли меньше. Так же птицы и звери при сильном прогревании воздуха прячутся в тень или в нору, где температура ниже. Это — поведенческие реакции.
Если же переместиться в более щадящие условия невозможно, включаются иные механизмы регуляции. Например, сократительная вакуоль у инфузорий снизит свою активность, сохраняя воду, а у млекопитающих в жару усилится потоотделение. Это - физиологические реакции.
На каждом уровне строения и функций существуют свои механизмы гомеостаза. Они делают организм более автономным, а его активность — менее зависимой от перемен во внешней среде.
Плата за независимость
• Какую цену приходится платить за возможность совершенной координации?
Птицы и млекопитающие, включая человека, поддерживают температуру тела постоянно высокой независимо от двигательной активности. Таких животных называют гомойотермными (теплокровными). Поддержание постоянной температуры тела — очень сложная адаптация (приспособление). Для её осуществления необходима согласованная работа практически всех систем органов. Одновременно это и самая дорогая адаптация в органическом мире по затратам энергии. Больше всего энергии теплокровные животные тратят на обогрев окружающего пространства. Поэтому и пищи, например, леопарду необходимо во много раз больше, чем крокодилу с такой же массой тела.
19.2. Леопард и крокодил
• Почему леопард ест во много раз больше, чем крокодил? На что тратит леопард значительную часть энергии?
Оправданны ли эти затраты? Постоянная температура тела позволяет, например, леопарду эффективно реализовать возможности своего обмена почти при любых условиях. В частности, он может жить в более северных районах, чем крокодилы. Но главное, что благодаря гомойотермии млекопитающее всегда готово к действию. Крокодилу же для активной охоты необходимо сначала повысить уровень своего обмена — разогреться за счёт двигательной активности. А пока крокодил не разогреется, он не может даже обороняться всерьёз, например, от нападения бегемотов. Так что, несмотря на дорогую плату, овчинка выделки стоит!
Уязвимость: эффект домино
• Когда и как проявляется уязвимость сложных биологических систем?
Итак, работа всех систем органов направлена на поддержание постоянства внутренней среды. А если вдруг в какой-то системе случится сбой, поломка?
Живой организм обладает довольно значительным запасом прочности, и поначалу «неправильную» работу одного органа будут компенсировать другие органы или системы за счёт изменения характера и интенсивности своей работы. Но, если поломка окажется длительной, срабатывает эффект домино. На рис. 19.3 показано, что в результате падения одной костяшки домино падают все остальные.
Например, по какой-то причине нарушился баланс ионов или сахара во внутренней среде. Некоторое время он компенсируется работой почек, но со временем, из-за работы в усиленном режиме, эффективность работы этого органа падает. А дальше, по принципу положительной обратной связи, нарушаются функции практически всех клеток организма, так как они приспособлены к эффективной работе в очень узких пределах значений внутренней среды, которые оказались нарушенными. И, как костяшки домино, рушится работа одного органа за другим.
Выходит, что независимость организма от окружающей среды обусловлена тесным взаимодействием и соподчинением всех клеток, тканей, органов, систем органов. Ведь и одна из самых тяжёлых болезней — рак — начинается с «выхода из подчинения» некоторых клеток организма!
19.3. Эффект домино
ОБОБЩЕНИЕ НОВЫХ ЗНАНИЙ
Координация между частями сложного организма обеспечивает их согласованную работу и позволяет противостоять разнообразным нарушениям. Органы могут перестроиться на другой режим работы и тем самым компенсировать неблагоприятные воздействия окружающей среды. Однако плата за это - большие затраты энергии и возрастающая уязвимость. Превышение порога сопротивляемости организма приводит к лавинообразному нарушению многих его структур и функций.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ
1. • В чём плюсы и минусы высокой координации организма?
2. Как поддерживается целостность живого организма и какие системы органов отвечают за это?
3. • Приведите примеры действия эффекта домино в жизнедеятельности организма.
4. • Почему на Земле находится место и простым, и сложно устроенным организмам?
В чём выигрывает каждый?
5. • Поработайте в паре: один приводит доводы за большую независимость высокоорганизованных существ, другой - за их уязвимость.
6. • Стал ли человек за счёт развития науки и техники более независимым от природы или наобооот, более уязвимым? Как вы считаете?