Почему слон не может быть с гору? Процесс деления клеток. Попытки математической обработки биологических процессов.

Слайд 1

Почему слон не может быть с гору? Часть 1 процесс деления клеток Попытки математической обработки биологических процессов Выполнил ученик 10б класса ГБОУ ЦО №633 Масленников Савелий Руководители : к.б.н. учитель биологии Дементьев Александр Электронович учитель информатики Носова Татьяна Михайловна 1

Слайд 2

ЦЕЛИ ПРОЕКТА: Используя межпредметные связи исследовать биологическую модель «Деление клеток» 2 ЗАДАЧИ ПРОЕКТА: 1. Рассмотреть описательную информационную модель деления клеток 2. Создать формализованную модель, в которой с помощью математических формул зафиксировать формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств клеток, а также определить ограничения на допустимые значения этих свойств. 3. Преобразовать информационную модель в компьютерную модель: 3.1. Построить алгоритм решения задачи 3.2. Построить компьютерную модель в среде электронных таблиц EXCEL 3.3 Закодировать построенный алгоритм на языке программирования Pasc а lABC.NET

Слайд 3

МИТОЗ Когда клетка делится, её содержимое распределяется между двумя дочерними клетками примерно пополам. Всё — кроме ДНК. Каждая молекула ДНК должна попасть в каждую из дочерних клеток. Поэтому надо сначала её удвоить, а потом поместить по копии в дочерние клетки. Такое деление называется митозом. Деление клетки — биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. 3

Слайд 4

Митоз состоит из четырех последовательных фаз 4

Слайд 5

профаза 5 Самая продолжительная фаза митоза. В ней спирализируются и вследствие этого утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой . К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полосам и образуют веретено деления.

Слайд 6

Метафаза 6 Хромосомы продолжают спирализацию , их центромеры располагаются по экватору (в этой фазе они наиболее видны). К ним прикрепляются нити веретена деления.

Слайд 7

Анафаза 7 Делятся центромеры , сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.

Слайд 8

Телофаза 8 Делится цитоплазма, хромосомы раскручиваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны. После этого образуется перетяжка в экваториальной зоне клетки, разделяющая две сестринские клетки.

Слайд 9

В курсе информатики достаточно большое время уделяется теме: «Моделирование как метод познания» 9 По способу представления модели различаются на материальные и информационные. Информационная модель объекта, представленная в виде информации, описывает существенные параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяет путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Первый этап моделирования- создание описательной информационной модели клетки. Считаем, что клетка круглая, необходимо рассчитать площадь поверхности клетки и ее объем. В момент, когда площадь поверхности клетки и ее объем сравниваются, происходит деление клетки на две.

Слайд 10

Второй этап моделирования: формализация Считаем, что клетка имеет форму шара, тогда математические формулы для вычисления площади поверхности клетки и ее объема следующие: 10 где R радиус клетки (половина диаметра) Третий этап моделирования : создание компьютерной модели деления клетки - составление алгоритма и программ, иллюстрирующих этот процесс.

Слайд 11

11 В моделировании очень важно правильно составить алгоритм решения задачи Процесс деления клетки может быть описан с помощью следующего алгоритма Такой алгоритм в программировании называется разветвляющимся

Слайд 12

В разветвляющемся алгоритме разветвление всегда происходит по какому-либо условию 12 Условие деления клетки Площадь поверхности клетки становится равной объему клетки S = V

Слайд 13

Моделирование проводится в двух средах: электронные таблицы EXCEL среда программирования PascalABC.NET 13

Слайд 14

Моделирование процесса в среде электронных таблиц EXCEL диаметр клетки площадь поверхности S объем клетки V 1 3,1 0,5 2 12,6 4,2 3 28,3 14,1 4 50,2 33,5 5 78,5 65,4 6 113,0 113,0 7 153,9 179,5 8 201,0 267,9 14

Слайд 15

График процесса 15

Слайд 16

Моделирование роста площади и объема клетки в среде PascalABC.NET var n:integer; d,s,v:real ; begin clrscr ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln (' ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ И ОБЪЕМА КЛЕТКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕЕ ДИАМЕТРА');; writeln ; writeln ; writeln ; writeln (' ПЛОЩАДЬ ОБЪЕМ '); writeln ; writeln ; for n:=1 to 8 do begin s:=4*3.14* sqr (d/2); v:=4/3*3.14*(d/2)* sqr (d/2); writeln (' d =',l:3:0,' s=',s:4:0,' d =',l:3:0,' v=',v:4:0); d:=d+1; end; writeln ; writeln ; writeln (' d - диаметр клетки'); readln end. 16

Слайд 17

Результаты работы программы 17

Слайд 18

Графическая программа, иллюстрирующая процесс роста площади поверхности и объема клетки uses graphABC ; var d,m,x,l,r1,r2: integer ; s,v: real ; begin d := 6 ;x:= 1 ; while l>= 1 do begin s:= 4 *pi* sqr (d/ 2 ); r1:= trunc (s); v:= 4 / 3 *pi *(d/ 2 )* sqr (d/ 2 ); r2:= trunc (v); if d = 1 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clmagenta); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,clblue ); end ; if d = 2 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clblue); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,clmagenta ); end ; if d = 3 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clgreen); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,clbrown ); end ; if d = 4 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clgray); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,clyellow); end ; if d = 5 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clcyan); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,cllightcyan); end ; if d = 6 then begin circle( 200 , 250 ,r1); floodfill ( 200 , 250 ,clred ); circle( 500 , 250 ,r2); floodfill ( 500 , 250 ,clblue); end ; floodfill ( 0 , 0 ,clyellow ); d := d - 1 ; end ; readln ; end . 18

Слайд 19

Результаты работы программы 19 Площадь поверхности Объем

Слайд 20

После того, как площадь поверхности клетки и ее объем сравнялись, происходит деление клетки, и процесс разделяется на два 20

Слайд 21

Программа моделирования деления клетки в среде PascalABC.NET 21 uses crt ; var n,i,j: integer ; d,s,v: real ; begin clrscr ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ( ' ПОСЛЕ ДЕЛЕНИЯ КЛЕТКИ НА ДВЕ ' );; writeln ; writeln ; writeln ; writeln ( ' ПЛОЩАДЬ ПЕРВОЙ ОБЪЕМ ПЕРВОЙ ПЛОЩАДЬ ВТОРОЙ ОБЪЕМ ВТОРОЙ ' ); writeln ; writeln ; d:= 1 ; for n:= 1 to 8 do begin s:= 4 * 3.14 * sqr (d/ 2 ); v:= 4 / 3 * 3.14 *(d/ 2 )* sqr (d/ 2 ); writeln ( ' d =' ,l: 3 : 0 , ' s=' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' s=' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 ); d:=d+ 1 ; if s=v then begin d:= 1 ; for i := 1 to 8 do begin s:= 4 * 3.14 * sqr (d/ 2 ); v:= 4 / 3 * 3.14 *(d/ 2 )* sqr (d/ 2 ); writeln ( ' d =' ,l: 3 : 0 , ' s=' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' s=' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 ); d:=d+ 1 ;end ; d:= 1 ; for j:= 1 to 8 do begin s:= 4 * 3.14 * sqr (d/ 2 ); v:= 4 / 3 * 3.14 *(d/ 2 )* sqr (d/ 2 ); writeln ( ' d =' ,l: 3 : 0 , ' s=' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ’ s =' ,s: 4 : 0 , ' d =' ,l: 3 : 0 , ' v=' ,v: 4 : 0 ); d:=d+ 1 ;end ; end; end; writeln ; writeln;writeln ( ' d - диаметр клетки ' ); readln end .

Слайд 22

Текстовые результаты расчета, выведенные программой 22

Слайд 23

Графическая программа деления клетки в среде PascalABC.NET uses graphABC ; var d,m,x,r1,r2,y,x1,x2: integer ; s,v: real ; begin ; circle(300,380,20); floodfill (300,380,clred); d:= 6 ;x := 1 ;x1 := 450 ;x2 := 150 ;y := 150 ; while l>= 1 do begin s := 4 *pi* sqr (d/ 2 ); r1 := trunc (s); v := 4 / 3 *pi *(d/ 2 )* sqr (d/ 2 ); r2 := trunc (v); if l= 1 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clmagenta );circle(x2,y, 1 ); floodfill (x2,y,clblack );end; if l= 2 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clblue); circle(x2,y,r2 ); floodfill (x2,y,clmagenta);end; if l= 3 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clgreen); circle(x2,y,r2 ); floodfill (x2,y,clbrown);end; if l= 4 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clgray); circle(x2,y,r2 ); floodfill (x2,y,clyellow);end; if l= 5 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clcyan); circle(x2,y,r2 ); floodfill (x2,y,cllightcyan);end; if l= 6 then begin circle(x1,y,r1 ); floodfill (x1,y,clred); circle(x2,y,r2 ); floodfill (x2,y,clblue);end; floodfill ( 0 , 0 ,clyellow ); y := y+ 40 ;x1 := x1- 25 ; x2 := x2+ 25 ; d := d - 1 ; end ; readln ; end. 23

Слайд 24

Результаты работы программы 24

Слайд 25

Соотношение площади поверхности и объема диаметр клетки площадь поверхности S объем клетки V соотношение площади поверхности и объема 1 3,1 0,5 6,0 2 12,6 4,2 3,0 3 28,3 14,1 2,0 4 50,2 33,5 1,5 5 78,5 65,4 1,2 6 113,0 113,0 1,0 7 153,9 179,5 0,9 8 201,0 267,9 0,8 25

Слайд 26

График соотношения S/V 26

Слайд 27

Спасибо за внимание ! (Продолжение следует) 27