Урок биологии по теме: "Эволюция органического мира. Антропогенез". 11-й класс. Тема урока: "Митохондриальная Ева и генетическое разнообразие современного человечества"
план-конспект урока по биологии (11 класс) на тему

Урок биологии по теме: "Эволюция органического мира. Антропогенез". 11-й класс. Тема урока: "Митохондриальная Ева и
генетическое разнообразие современного человечества"

Чепарнова Анастасия Бароновна, учитель биологии

ТИП УРОКА: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Технологическое сопровождение урока:

• личностно-ориентированная технология,
• технология педагогики сотрудничества,

Методическая цель: 

• Заложить основы эволюционного мировоззрения и целостного восприятия органической природы человека;
• Ознакомиться с основными методами изучения антропогенеза, которыми располагает современная биологическая наука;
• Сформировать умения моделирования эволюционного процесса и делать выводы на основании этого моделирования;
• Продолжить формировать умения работать с учебной, справочной и научной литературой и применять их на практике.

Ключевые понятия: антропология, человеческие расы, негроиды, европеоиды, монголоиды, митохондриальная ДНК, Митохондриальная Ева, У-хромосомный Адам, миграция, дрейф генов.

СТРУКТУРА УРОКА

ВХОД В УРОК

Учитель: Добрый день, ребята! Давайте поприветствуем друг друга. Спасибо, садитесь, пожалуйста.

2. АКТУАЛИЗАЦИЯ ИЗУЧЕННЫХ РАНЕЕ ЗНАНИЙ. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ

Учитель: продолжаем изучение раздела “Антропогенез ”, но прежде чем перейти к изучению сегодняшней темы, давайте вспомним материал предыдущей. Вы получали домашнее задание подготовить устный тест по теме. Пожалуйста, кто желает его провести? Один из учащихся проводит тест, вопросы которого подготовил дома, дополняет и корректирует ответы и комментирует активность класса.

3. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Слайд 1.

Вы знаете, что антропологи подразделяют людей на три большие расы: негроиды, европеоиды и монголоиды. Представители этих рас отличаются цветом кожи, формой тела, разрезом глаз и т.д. Но на самом деле четкие различия между разными людьми, относящимся к разным расам, имеются только если мы возьмем географически отдаленные группы. Если посмотреть на все разнообразие антропометрических признаков в целом, то окажется, что четких различий нет, существует множество переходных форм.

Итак, на сегодняшнем уроке мы постараемся ответить на вопрос:

Почему и как у людей сформировались внешние различия, где и когда зародилось человечество?(выслушиваем ответы учащихся).

Чтобы ответить на этот вопрос в 1985 году Алан Уилсон – американский генетик – вместе со своей группой исследовал митохондриальную ДНК (мтДНК), которая передается только по материнской линии .

Чтобы понять, как и зачем использовали митохондриальную ДНК, давайте освежим наши знания в области процесса оплодотврения и формирования пола.

Слайд 2.

Все мы являемся продуктом соединения яицеклетки матери и сперматозоида отца.

Есть два пола, мужской и женский.

Пользуясь схемой на слайде (см. рис.1.) объясните, каким образом происходит определение пола? (выслушиваем ответы учащихся, при необходимости корректируем).

Слайд 3.

Клетки всех высших организмов содержат следы древнего бактериального организма, захваченного в начале времен нашей клеткой.

Назовите органоид, изображенный на слайде? Какую функцию он выполняет в клетке?

Этот древний бактериальный организм, митохондрия, вернее,  ее «прабабушка», потеряла большую часть своих генов, но часть генов осталась. Т.е. у митохондрии есть свой геном.

Слайд 5.

Митохондрии всегда передаются мальчикам и девочкам только от мамы (митохондрии есть только в яйцеклетках).

Точно также мальчики получают Y-хромосому только от отца, т.к. у девочек нет Y-хромосомы

Слайд 6.

Рассмотрим множенство людей, живущих сейчас.

У каждого есть мать.

Количество матерей, родивших всех нас, меньше рожденных.

Если эту логику применить ко всем предыдущим поколениям, мы будим вынуждены признать, что была одна женщина – Митохондриальная Ева, которая передала всем существующим людям на земле по материнской линии свои митохондрии ( надо сказать, что все ныне существующие мужчины получили свою Y-хромосому по прямой отцовской линии – от Y-хромосомного Адама.

Слайд 7.

Возникают вопросы:

Можно ли оценить, когда эти люди жили?

Были ли Митохондриальная Ева и Y-хромосомный Адам парой?

Слайд 8.

По современным оценкам:

Митохондриальная Ева жила 150 тыс лет назад

Y-хромосомный Адам – 50 тыс лет назад

Слад 9, 10.

Напрашивается вопрос:

Если их разделяет 100 тыс. лет, как они дали потомство?

Были ли другие Адамы и Евы, в то время, когда жила Мит. Ева?

Ответ: Да! И Ева не была более приспособленной, ничем координально не отличалась от современниц (не была более красивой и т.д.)

Все происходящее – результат эволюционного процесса под названием генетический дрейф.

Вспомните, что такое Дрейф генов?(выслушиваем ответы)

Итак, исходя из вышесказанного, мы можем сделать вывод:

• Любая популяция имела свою митохондриальную Еву
• Евы появляются автоматически и неизбежно из-за случайных колебаний частот генетических вариантов

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Слайд 12

Чтобы понять, откуда берется митохондриальная Ева, давайте попробуем составить простую модель дрейфа генов митохондриальной ДНК (далее мтДНК). Выполните практическую работу «Моделирование дрейфа генов митохондриальной ДНК», согласно инструкции. Сделайте вывод (класс делим на группы по 6 человек, для каждой группы – инструкции, и игральная кость, в качестве случайного генератора чисел). На работу отводится 10-15 минут минут. ( См. Приложение 1).

Обсуждаем с учащимися результаты моделирования, все ли правильно определили митохондриальную Еву в своей работе.

Вывод: не каждая особь оставляет потомство, а кто-то оставляет два и более. В итоге через несколько поколений каждая особь будет иметь одного общего предшественника, тк другие не передали гены следующему поколению.

Слайд 13.

Вопрос: Если мы потомки одной Евы, одинаковая ли у нас мтДНК? Почему? Ответ обоснуйте.

Мы все потомки одной Евы, но у нас разные мтДНК, тк ДНК накапливает мутации.

Вывод: не каждая особь оставляет потомство, а кто-то оставляет два и более. В итоге через несколько поколений каждая особь будет иметь одного общего предшественника, тк другие не передали гены следующему поколению.

Вопрос: Если мы потомки одной Евы, одинаковая ли у нас мтДНК? Почему? Ответ обоснуйте.

Мы все потомки одной Евы, но у нас разные мтДНК, тк ДНК накапливает мутации.

Слайд 14, 15.

При каких фантастических ситуациях Ева никогда не появится?

Что будет, если популяция разделится на две? Возникнут ли новые Евы? Ответ обоснуйте.

Еще необходимо отметить, что для каждого гена существует своя Ева ( всего 30 тыс генов), а в мтДНК – 25, поэтому наши признаки не могут определятся только мтДНК.

Слайд 16.

Мы все потомки одной Евы, но у нас разные мтДНК, тк ДНК накапливает мутации.

Именно так ученные смотрят как человечество распространялось по земле – по схожим мутациям в мтДНК.

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАНИЙ

Слайд 17.

Вспомним начало урока. В 1985 году Алан Уилсон – американский генетик – вместе со своей группой исследовал митохондриальную ДНК (мтДНК), которая передается только по материнской линии… Что сделал Алан Уилсон?

Он собрал кровь у людей разной расовой принадлежности (красные кружки на рисунке), исследовал мутации в мтДНК и выстроил дерево, в котором родственные последовательности, отличающиеся одним нуклеотидом, находились рядом, отличающиеся двумя нуклеотидами находились подальше друг от друга, и т.д. В конце концов у него получилось дерево, восходящее к одному корню, показанному желтым кружком. Все линии возле корня оказались африканскими, из чего был сделан вывод об африканском происхождении человека.

Красные кружочки на рисунке обозначают мтДНК современных людей, а само это дерево – гипотетическое, потому что есть очень немного образцов древних ДНК. Сначала отделились ветви на древе, которые сейчас находятся в Африке. Затем от одной из африканских ветвей отделилась ветвь, которая ушла в Азию. Там эта популяция поделилась на часть, которая ушла в Австралию и Океанию, и оставшуюся часть, которая поделилась на европейскую и азиатскую ветки. От последней отделилась группа, которая ушла в Америку. (Даты на рисунке – по количеству накопившихся мутаций митохондриальной ДНК).

Слайд 18.

Если это дерево положим на географическую карту, то увидим, как и когда люди расселились по Земле. Корень дерева - в Африке, потом ветвь идет в Азию, потом от азиатской ответвились все европейские линии митохондриальной ДНК.

Когда люди расселялись в разные стороны, мутации в географически изолированных популяциях накапливались, давая начало новым генетическим линиям. Генетические различия между разными популяциями могут быть связаны с адаптацией к факторам внешней среды, таким как климат, природные условия или к особенностям питания и типу хозяйства (производящее или присваивающее), к эндемичным инфекциям и некоторым другим факторам.

Если это дерево положим на географическую карту, то увидим, как и когда люди расселились по Земле. Корень дерева - в Африке, потом ветвь идет в Азию, потом от азиатской ответвились все европейские линии митохондриальной ДНК.

Когда люди расселялись в разные стороны, мутации в географически изолированных популяциях накапливались, давая начало новым генетическим линиям. Генетические различия между разными популяциями могут быть связаны с адаптацией к факторам внешней среды, таким как климат, природные условия или к особенностям питания и типу хозяйства (производящее или присваивающее), к эндемичным инфекциям и некоторым другим факторам.

6. ИТОГ УРОКА

Учитель: А теперь давайте подведем итог и прокомментируем его:

“В чем была главная идея урока?”

 (Учащиеся называют главную идею и дают краткое обобщение изученного на уроке)

7. САМОРЕФЛЕКСИЯ: (проводит учитель)

• Какое у вас настроение на конец урока?
• Узнали ли вы что-то новое и интересное?
• В какой форме вы бы провели этот урок?
• Что вам понравилось на уроке, а что нет?

Используемые источники:

• Боринская А.С. О митохондриальной Еве и генетическом разнообразии современного человечества. http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/lection21.html
•  http://antropogenez.ru/article/76/

• Дробышевский С.В. Митохондриальная Ева" - термин, которому генетики уже давно не рады
• http://antropogenez.ru/interview/699/

• Марков А. Эволюция человека. В 2 книгах. Книга 1. Обезьяны, кости и гены. С.228-233, 1 т. Изд. corpus

Практическаяя работа

«Моделирование дрейфа генов митохондриальной ДНК»

Цель работы: создать модель дрейфа генов митохондриальной ДНК, определить митохондриальную Еву, понять принцип работы генетического дрейфа, и закономерности эволюционного процесса.

Оборудование: лист бумаги A4, случайный генератор чисел (игральная кость).

Инструкция:

1. Допустим, что есть популяция, включающая 6 самок (самок может быть любое количество), у каждой самки свой вариант митохондриальной ДНК (мтДНК). Предположим, что каждая самка оставляет за собой с равной вероятностью либо 0 дочерей, либо 1, либо 2.
2. Обозначьте исходные варианты мтДНК как:

A B C D E F ( это поколение 1)

3. Чтобы смоделировать второе поколение воспользуйтесь случайным генератором чисел (возьмите обычную игральную кость)

Бросайте кость 6 раз ( изначальное количество самок по условию)

Если выпадает  . или .. – запишите 0 (самка не оставила дочерей, те или была бесплодна, или родила мольчиков, или погибла)

Если выпадает … или .. - запишите 1 (одна дочь)

                        ..

Если выпадает    …  или   … - запишите 2 (две дочери)

                  ..        …

Например: 

A B C D E F

0  1  2  0  1  0

4. В с этими последовательностями запишите для каждой самки распределение мтДНК во 2 поколении

Например:

B C C E  ( A, D, F – не оставили потомство, соответственно их мтДНК не будет во 2поколении)

5. Повторите действия п.3-4 пока в последнем поколении не останется единственный вариант мтДНК  из 6 исходных

Например: 

A B C D E F(1 поколение)

B C C E  (2)

BBCCCCE (3)

BCCCCCCC (4)

CCCCC (5)

6. Определите митохондриальную Еву – последнюю общую проматерь всех особей в популяции по непрерывной женской линии
7. Сделайте вывод.
8. Ответьте на вопросы: При каких фантастических условиях Ева никогда не появится? Что будет, если популяция разделится на две, например, часть переселится на другой материк, возникнут ли новые митохондриальные Евы? Будет ли у них общая проматерь для обеих популяций? См. рис. 1

Рис. 1 Пример гениалогического древа мтДНК