визначає самостійно або у співпраці з іншими ознаки класифікації об’єктів і явищ [12 ПРО 3.2.1-1 П]
класифікує (розрізняє/ систематизує/упорядковує) самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за визначеними ознаками/властивостями [12 ПРО 3.2.1-2 П]
добирає та інтегрує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різних формах [12 ПРО 2.2.1-2 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації в самостійно обраний спосіб [12 ПРО 2.1.1-2 П]
установлює самостійно або у співпраці з іншими причиново-наслідкові зв’язки між певними явищами і процесами та їх наслідками [12 ПРО 3.3.1-1 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення наукових знань, діяльності науковців і винахідників для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя [12 ПРО 3.4.2.-1 П]
Мета уроку: ознайомити з принципами сучасної систематики, зокрема відмінностей між моно-, пара- та поліфілетичними групами, і показати, як морфологічні та молекулярно-генетичні дані використовують для встановлення еволюційної спорідненості організмів.
Очікувані результати для вчителя:
розрізняють моно-, пара- та поліфілетичні групи;
аналізує взаємозв’язки між таксонами на основі кладограми;
пояснюють роль генетичних досліджень у сучасній систематиці;
будує кладограму на основі морфологічних даних.
Очікувані результати для учнівства:
розрізняють моно-, пара- та поліфілетичні групи;
аналізує взаємозв’язки між таксонами на основі кладограми;
пояснюють роль генетичних досліджень у сучасній систематиці;
будує кладограму на основі морфологічних даних.
Ключові слова:
філогенетичне дерево
монофілетична група
парафілетична група
поліфілетична група
кладистика
План уроку
Повторення
Філогенетичне дерево
Аналіз кладограм
Створення власних кладограм
Рефлексія
1. Мотивація
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
Розгляньте зображення та дайте відповідь на питання:
Пригадайте мнемоніку для запам’ятовування порядку таксонів.Використовуючи рисунок, впишіть назви таксонів для Кіт лісовий (Felis silvestris), де a позначає найменшу категорію, а h — найбільшу.
3. Тобі може знадобитися
Філогенетичне дерево — це діаграма, яка використовується для відображення еволюційних зв’язків між організмами або групами організмів. Вчені вважають філогенетичні дерева гіпотезою еволюційного минулого, оскільки неможливо повернутися назад, щоб підтвердити запропоновані зв’язки.
На відміну від таксономічної класифікаційної діаграми, філогенетичне дерево можна читати як карту еволюційної історії. Багато філогенетичних дерев мають одну лінію біля основи, що представляє спільного предка.
Філогенетичне дерево відображає еволюційні взаємозв’язки з урахуванням довжини гілок, яка може показувати генетичну дистанцію або час, що минув від спільного предка. Це дає уявлення про відстані і ступінь близькості між видами з урахуванням еволюційної історії.
Кладограма — це особливий тип філогенетичного дерева, у якому всі гілки мають однакову довжину, і вона відображає лише порядок відгалужень без інформації про час чи генетичну відстань. Вона показує, як таксони згруповані у клади (групи, що походять від спільного предка) на основі синапоморфій (спільних ознак).
Отже, кладограма більш спрощене та строго таксономічним представленням, а філогенетичне дерево — більш деталізованим за часом і відстанями у еволюції.
Усі побудовані кладограми зазвичай мають певні ключові характеристики:
Корінь – початковий предок, спільний для всіх організмів у кладограмі (вхідний рядок показує, що він походить з більшої клади)
Вузли – кожен вузол відповідає гіпотетичному спільному предку, який видоформився, щоб дати початок двом (або більше) дочірнім таксонам.
Зовнішня група – найбільш віддалено споріднений вид у кладограмі, який функціонує як точка порівняння та референтна група.
Клади – спільний предок та всі його нащадки (тобто вузол та всі його пов’язані гілки)
Кладограми можуть бути побудовані на основі порівняння морфологічних (структурних) ознак або молекулярних даних. Історично для побудови кладограм використовувалися структурні ознаки, але зараз частіше використовуються молекулярні докази
Різні види груп у кладистиці
А. Кольором виділено монофілетичну групу, що включає вид-предка (вид В) і всіх його нащадків.
Б. Парафілетична група, що виділена кольором, містить лише частину нащадків одного виду (виду А), тому не є монофілетичною.
В. Якщо обведені організми об’єднати в одну групу, то вони утворять поліфілетичну групу, оскільки вона міститиме види, що не є нащадками одного виду-предка.
Різні види груп у кладистиці (Біологія і екологія 10 клас, Шаламов Р.В.2018) Групи вважають правильними (монофілетичними), якщо всі їхні представники походять від одного спільного предка і включають усіх його нащадків.
Якою ознакою Папороті відрізняються від Голонасінних?
Які організми найбільш споріднені із Покритонасінними?
ДНК якого організму найбільш відрізняється від ДНК Покритонасінних? Чому?
4.2. У минулому вчені поділяли рослини на “нижчі” (водорості, лишайники) та “вищі” (мохи, хвощі, плауни, папороті, насінні). Але з розвитком науки з’ясувалося, що така класифікація не відображає спорідненості організмів.
Встановіть відповідність між типом групи та її прикладом.
Тип групи
Приклад
1. Монофілетична
A. Спорові рослини (мохи, плауни, хвощі, папороті)
2. Парафілетична
B. Судинні рослини
3. Поліфілетична
C. Нижчі рослини
Поясніть чому класифікації на вищі та нижчі рослини НЕ підходить для сучасної систематики:
Сучасна систематика класифікує живі організми не за рівнем складності, а за спільним походженням. Поділ на “нижчі” та “вищі” рослини не відображає їх спорідненості, бо об’єднує організми з різних еволюційних гілок (пара та поліфілетичні групи). Тому його наразі не використовують.
5.1. Розгляньте приклад кладограми нижче кожна літера на діаграмі вказує на похідну ознаку або щось відмінне (або новіше), ніж те, що було помічено в попередніх групах. Зіставте літеру з її ознакою.
Примітка: цю кладограму було створено в навчальних цілях, вона не відображає встановлену філогенію комах та їхніх родичів.
1. _____ Крила 2. _____ 6 пар ніг 3. _____ Сегментоване тіло 4. _____ Подвійний набір крил 5. _____ Церки (членисті вирости на задньому кінці черевця) 6. _____ Гризучий ротовий апарат 7. _____ Ноги 8. _____ Закручені вусики
Відповідь:
1. F Крила 2. C 6 пар ніг 3. A Сегментоване тіло 4. G Подвійний набір крил 5. E Церки (членисті вирости на задньому кінці черевця) 6. D Гризучий ротовий апарат 7. B Ноги 8. H Закручені вусики
5.2. Щоб створити кладограму, спочатку потрібно розглянути тварин, яких ви вивчаєте, та встановити спільні для них ознаки, а також ті, що є унікальними для кожної групи. Для тварин у таблиці вкажіть, чи присутня ця характеристика, чи ні. На основі цієї таблиці створіть кладограму, подібну до тієї, що зображена вище.
Клітини
Хребет
Ноги / лапи
Волосся / шерсть
Відставлений великий палець
Слимак
Сом
Жаба
Тигр
Людина
Місце для кладограми
Відповідь
5.3. З точки зору біології, для побудови кладограми можна використовувати анатомічні особливості, поведінку або молекулярні подібності чи відмінності. З молекулярної точки зору, можна розглянути кількість мутацій у спільній нитці ДНК. Іншим способом може бути порівняння ланцюжків амінокислот і відзначення відмінностей у порядку амінокислот.
Цитохром c — це білок, що знаходиться в мітохондріях клітин і бере участь у клітинному диханні. Нижче наведено таблицю, що показує послідовності амінокислот (АК) для цитохрому c у декількох організмах.
Дружня порада: Якщо ви не знаєте, як виглядає якась із вище зазначених тварин скористайтесь пошуком. Так само якщо ви бачите незнайоме слово, то варто подивитись його значення у тлумачному словнику.
Дружня порада для вчителя
Якщо ви не плануєте виконувати із учнями завдання А, то для порівняння послідовностей можна використати наступні зображення.
Вирівняні нуклеотидні послідовності
Вирівняні амінокислотні послідовності
Завдання А
Виконайте множинне вирівнювання для порівняння молекулярних послідовностей (ДНК або амінокислот) за допомогою Clustal Omega:
Скопіюйте молекулярну послідовність (ДНК або амінокислоту) для кожного з вибраних організмів у потрібному форматі (слово test1 замінити на назву організму, а послідовність замінити на послідовності наведені вище у таблиці).
Подивіться на вирівняну послідовність у вкладці “Aligment”
Розгляньте філогенетичне дерево у вкладці Phylogenetic Tree, зверніть увагу що виможете обрати корінь для цього дерева. Для цього натисніть на вузол “амеби” та оберіть “Reroot on this node”
Відповіді: В1. Акула – Всі амінокислотні послідовності однакові амінокислотні. Найменша кількість відмінних нуклеотидів. В2. До дельфіна найбільш подібні за амінокислотними послідовностями Кіт та Кенгуру (відрізняється лише 2 амінокислоти). За нуклеотидними послідовностями кішка (різниця у 2 нуклеотиди).
Рефлексія
Дружня порада для вчителя
Тривалість – 5хв
Виконайте рефлексію змісту вивченого матеріалу за допомогою методу “3-2-1” для цього запишіть:
Мета уроку: ознайомити з принципами сучасної систематики, зокрема відмінностей між моно-, пара- та поліфілетичними групами, і показати, як морфологічні та молекулярно-генетичні дані використовують для встановлення еволюційної спорідненості організмів.
Очікувані результати для учнівства:
розрізняють моно-, пара- та поліфілетичні групи;
аналізує взаємозв’язки між таксонами на основі кладограми;
пояснюють роль генетичних досліджень у сучасній систематиці;
будує кладограму на основі морфологічних даних.
Ключові слова:
філогенетичне дерево
монофілетична група
парафілетична група
поліфілетична група
кладистика
План уроку
Повторення
Філогенетичне дерево
Аналіз кладограм
Створення власних кладограм
Рефлексія
1. Мотивація
Розгляньте зображення та дайте відповідь на питання:
Пригадайте мнемоніку для запам’ятовування порядку таксонів.Використовуючи рисунок, впишіть назви таксонів для Кіт лісовий (Felis silvestris), де a позначає найменшу категорію, а h — найбільшу.
3. Тобі може знадобитися
Філогенетичне дерево — це діаграма, яка використовується для відображення еволюційних зв’язків між організмами або групами організмів. Вчені вважають філогенетичні дерева гіпотезою еволюційного минулого, оскільки неможливо повернутися назад, щоб підтвердити запропоновані зв’язки.
На відміну від таксономічної класифікаційної діаграми, філогенетичне дерево можна читати як карту еволюційної історії. Багато філогенетичних дерев мають одну лінію біля основи, що представляє спільного предка.
Філогенетичне дерево відображає еволюційні взаємозв’язки з урахуванням довжини гілок, яка може показувати генетичну дистанцію або час, що минув від спільного предка. Це дає уявлення про відстані і ступінь близькості між видами з урахуванням еволюційної історії.
Кладограма — це особливий тип філогенетичного дерева, у якому всі гілки мають однакову довжину, і вона відображає лише порядок відгалужень без інформації про час чи генетичну відстань. Вона показує, як таксони згруповані у клади (групи, що походять від спільного предка) на основі синапоморфій (спільних ознак).
Отже, кладограма більш спрощене та строго таксономічним представленням, а філогенетичне дерево — більш деталізованим за часом і відстанями у еволюції.
Усі побудовані кладограми зазвичай мають певні ключові характеристики:
Корінь – початковий предок, спільний для всіх організмів у кладограмі (вхідний рядок показує, що він походить з більшої клади)
Вузли – кожен вузол відповідає гіпотетичному спільному предку, який видоформився, щоб дати початок двом (або більше) дочірнім таксонам.
Зовнішня група – найбільш віддалено споріднений вид у кладограмі, який функціонує як точка порівняння та референтна група.
Клади – спільний предок та всі його нащадки (тобто вузол та всі його пов’язані гілки)
Кладограми можуть бути побудовані на основі порівняння морфологічних (структурних) ознак або молекулярних даних. Історично для побудови кладограм використовувалися структурні ознаки, але зараз частіше використовуються молекулярні докази
Різні види груп у кладистиці
А. Кольором виділено монофілетичну групу, що включає вид-предка (вид В) і всіх його нащадків.
Б. Парафілетична група, що виділена кольором, містить лише частину нащадків одного виду (виду А), тому не є монофілетичною.
В. Якщо обведені організми об’єднати в одну групу, то вони утворять поліфілетичну групу, оскільки вона міститиме види, що не є нащадками одного виду-предка.
Різні види груп у кладистиці (Біологія і екологія 10 клас, Шаламов Р.В.2018) Групи вважають правильними (монофілетичними), якщо всі їхні представники походять від одного спільного предка і включають усіх його нащадків.
Якою ознакою Папороті відрізняються від Голонасінних?
Які організми найбільш споріднені із Покритонасінними?
ДНК якого організму найбільш відрізняється від ДНК Покритонасінних? Чому?
4.2. У минулому вчені поділяли рослини на “нижчі” (водорості, лишайники) та “вищі” (мохи, хвощі, плауни, папороті, насінні). Але з розвитком науки з’ясувалося, що така класифікація не відображає спорідненості організмів.
Встановіть відповідність між типом групи та її прикладом.
Тип групи
Приклад
1. Монофілетична
A. Спорові рослини (мохи, плауни, хвощі, папороті)
2. Парафілетична
B. Судинні рослини
3. Поліфілетична
C. Нижчі рослини
Поясніть чому класифікації на вищі та нижчі рослини НЕ підходить для сучасної систематики:
5.1. Розгляньте приклад кладограми нижче кожна літера на діаграмі вказує на похідну ознаку або щось відмінне (або новіше), ніж те, що було помічено в попередніх групах. Зіставте літеру з її ознакою.
Примітка: цю кладограму було створено в навчальних цілях, вона не відображає встановлену філогенію комах та їхніх родичів.
1. _____ Крила 2. _____ 6 пар ніг 3. _____ Сегментоване тіло 4. _____ Подвійний набір крил 5. _____ Церки (членисті вирости на задньому кінці черевця) 6. _____ Гризучий ротовий апарат 7. _____ Ноги 8. _____ Закручені вусики
5.2. Щоб створити кладограму, спочатку потрібно розглянути тварин, яких ви вивчаєте, та встановити спільні для них ознаки, а також ті, що є унікальними для кожної групи. Для тварин у таблиці вкажіть, чи присутня ця характеристика, чи ні. На основі цієї таблиці створіть кладограму, подібну до тієї, що зображена вище.
Клітини
Хребет
Ноги / лапи
Волосся / шерсть
Відставлений великий палець
Слимак
Сом
Жаба
Тигр
Людина
Місце для кладограми
5.3. З точки зору біології, для побудови кладограми можна використовувати анатомічні особливості, поведінку або молекулярні подібності чи відмінності. З молекулярної точки зору, можна розглянути кількість мутацій у спільній нитці ДНК. Іншим способом може бути порівняння ланцюжків амінокислот і відзначення відмінностей у порядку амінокислот.
Цитохром c — це білок, що знаходиться в мітохондріях клітин і бере участь у клітинному диханні. Нижче наведено таблицю, що показує послідовності амінокислот (АК) для цитохрому c у декількох організмах.
Дружня порада: Якщо ви не знаєте, як виглядає якась із вище зазначених тварин скористайтесь пошуком. Так само якщо ви бачите незнайоме слово, то варто подивитись його значення у тлумачному словнику.
Завдання А
Виконайте множинне вирівнювання для порівняння молекулярних послідовностей (ДНК або амінокислот) за допомогою Clustal Omega:
Скопіюйте молекулярну послідовність (ДНК або амінокислоту) для кожного з вибраних організмів у потрібному форматі (слово test1 замінити на назву організму, а послідовність замінити на послідовності наведені вище у таблиці).
Подивіться на вирівняну послідовність у вкладці “Aligment”
Розгляньте філогенетичне дерево у вкладці Phylogenetic Tree, зверніть увагу що виможете обрати корінь для цього дерева. Для цього натисніть на вузол “амеби” та оберіть “Reroot on this node”
Покажіть отримане дерево вчителю/ вчительці.
Завдання В:
Чим більше амінокислот, як за типом, так і за порядком, спільних у організмів, тим ближче їх спорідненість. Те саме стосується й нуклеотидів.
В1. Порівняйте наведені вище біохімічні дані. Який організм найбільш споріднений з ящіркою? Чому?
Ділись та обговорюй важливе