המרכז הארצי למורי ביולוגיהלוגו המרכז הארצי למורי ביולוגיהסנוניתהאוניברסיטה העברית בירושליםמל"מ

מנגנוני בקרה ברמות ארגון שונות

להורדה כקובץ word

נכתב על ידי: בלה טרכטנברג, יעל להמן, יעל ערן צורן, אילנה שגיב במסגרת קורס במרכז הארצי למורי ביולוגיה.

אויר במחשב על ידי: רחל נוסינוביץ.

מטרות התרגיל:

להציג רעיון מרכזי בביולוגיה (תקשורת, הומיאוסטזיס) בכמה רמות ארגון בטבע.
ליצור הזדמנות לעבודה בקבוצות, בשיטת ה- jigsaw .
להגיע לרעיון של מסלול תקשורת ומנגנון משוב, על פי הדוגמאות. השונות.
להציג רעיון מרכזי בביולוגיה, הומיאוסטזיס, ברמות ארגון שונות.


מתאים ל: תלמידי 5 יח' בעיקר. קטעים 1,2,3, מתאימים גם לתלמידי 3 יח'.

משך הזמן הנדרש: שיעור כפול לעבודת הקבוצות + שיעור סיכום במליאה.

הוראות למורה

התלמידים יתחלקו לזוגות. כל זוג יקבל לקריאה עותק אחד של אחד מהקטעים. הזוגות יקראו את הקטעים,

יענו על השאלות בסופם וילמדו אותם כך שיוכלו ללמד את חבריהם. (כ 35 דקות נדרשות לשלב זה.)

הזוגות יופרדו, וייבנו 'קבוצות מומחים' המורכבות מנציג של כל אחד מהקטעים (בכל קבוצת מומחים יהיו לכן 5תלמידים). כל אחד מהמומחים ילמד את הקטע בו התמחה, עד שכל משתתפי הקבוצה יכירו את חמשת הקטעים שניתנו.

המורה יחלק לכל קבוצת מומחים את המטלה המשותפת: המכנה המשותף לכל הקטעים שהכרתם הוא מסלול תקשורת מסוים. על סמך המידע שתואר בקטעים, עליכם לבנות את מסלול התקשורת המהווה מודל לכל הקטעים. חשבו מהם המרכיבים במסלול ואיך הם קשורים ביניהם. רצוי להוסיף איור.

קבוצות המומחים יציגו את מודל התקשורת שבנו בפני כל הכיתה. יערך דיון לביסוס המושגים: מסלול תקשורת, משוב שלילי וחיובי, שווי משקל דינמי והומיאוסטזיס.

 

מקורות לקריאה נוספת

מיועדים לתלמידים מתעניינים וגם לתלמידים שסיימו את המטלה לפני האחרים:

  • תקשורת ויסות ותיאום ביצורים חיים, הוצאת המרכז להוראת המדעים 2000 הפרק הראשון.
  • מבוא למדעי החיים - האוניברסיטה הפתוחה, יח' 5. ''הומאוסטזיס'' ''מרכיבי מערכת בקרה''
  • אנציקלופדיה עברית - ערכים ''הומאוסטזיס'' ''בקרה''

קטע 1 : אנזים - סובסטרט

רוב האנזימים בנויים ממולקולה אחת או כמה מולקולות של חלבון. הם נוצרים בתא ופועלים על מולקולות אחרות באותו תא, המכונות ''סובסטרט''.

באופן כללי, מדברים על ''סובסטרט'' שהוא החומר עליו פועל האנזים, ועל ''תוצר'' המתקבל כתוצאה מפעילות זו.

כאשר האנזים פועל על הסובסטרט שלו, מתקבל בתהליך חומר חדש ''תוצר''. שלב ביניים בתהליך הוא יצירה של תצמיד אנזים-סובסטרט. זהו שלב קצר מאוד בדרך כלל.

המשוואה המתארת את התהליך היא:

אנזים + סובסטרט -------> אנזים-סובסטרט --------> תוצר + אנזים

במקרים רבים, חשוב שכמות התוצר המתקבלת בתהליך מסוים, לא תעלה על רמה מסוימת הנחוצה לתא.
במנגנון המשוב, משמש התוצר עצמו, כמעכב לאנזים שייצר אותו.
כל עוד כמות התוצר המתקבלת בתהליך אינה גדולה, ממשיך האנזים לייצר את התוצר.
ברגע שהכמות עולה על רמה מסוימת, עודף מולקולות התוצר מעכבות את האנזים.
אנזים בנוכחות עודף תוצר משנה את מבנהו התלת-ממדי כך שאינו מתאים עוד לסובסטרט.
פעולת האנזים נחסמת וכמות התוצר אינה גדולה - רמתו הכללית נשמרת קבועה.

הציור הבא מדגים את הנאמר

שאלות:

1. מהו הגורם המווסת, או נמצא תחת בקרה, בתהליך? הסבירו.

2. אילו שינויים חלים, בעקבות התהליך, ב: רמת התוצר? רמת האנזים? רמת הסובסטרט?

3. נניח שלאחר זמן, חלה בתא ירידה ברמת התוצר. איך תשפיע עובדה זו על הפעילות האנזימטית? הסבירו את תשובתכם.

4. במנגנון המתואר - התוצר מווסת את ייצורו. האם יש בכך יתרון על פני האפשרות של מנגנון בו הסובסטרט מווסת את ייצור התוצר?

אם השבתם בחיוב, הסבירו את תשובתכם.

קטע 2 : הפרשת מיצי עכול בתריסריון

המזון הנאכל עובר מספר תחנות בתהליך הפירוק הכימי שלו או עיכולו. הראשונה בהן היא הפה - בו מתחיל תהליך עיכול העמילן שבמזון. שנייה -הקיבה, בה מתעכלים חלבוני המזון לשרשרות פוליפפטידיות קצרות. התהליך מתרחש בסביבה חומצית מאוד, בעזרת האנזים פפסין.

מהקיבה עובר המזון אל התריסריון. מבלוטת הלבלב מופרש אל התריסריון מיץ עיכול המכיל אנזימים רבים. האנזימים הללו מעכלים את כל סוגי אבות המזון והם פעילים בסביבה בסיסית חלשה. בליל המזון החומצי המגיע מהקיבה נסתר על ידי תמיסה בסיסית המופרשת גם היא מהלבלב לתריסריון ויסות הפרשת מיץ העיכול מהלבלב נעשה באמצעות שני מנגנונים: האחד עצבי-מרכזי, בו לא נדון במסגרת זו.

מנגנון נוסף - הויסות ההורמונלי .בעזרתו מתאפשר תאום בין כמות בליל המזון המגיעה לתריסריון לבין כמות מיץ העיכול המופרשת ועיתוי הפרשתה:

בהשפעת הpH הנמוך של בליל המזון מהקיבה,מפרישים תאים בדופן התריסריון את ההורמון סקרטין. ההורמון המופרש לדם, מגיע אל הלבלב וגורם לו להפריש מיצי עיכול ותמיסה סותרת (בופר) המכילה סודה לשתיה:    NaHCO3 + HCl --> H2CO3 + NaCl

סתירת החומצה ע'י הבופר נעשית במקביל לקליטת הסקרטין בתאים בדופן הקיבה שם הוא גורם לעיכוב הפרשת מיצי קיבה. ככל שיגיע יותר מזון חומצי אל התריסריון יופרש יותר הורמון ובעקבותיו יותר מיץ עיכול מהלבלב יגיע אל התריסריון.

 

 

 

שאלות:

1. מהם הגורמים המשתתפים בתקשורת לפי הקטע?

2. הכינו תרשים זרימה של המידע המתואר בקטע ובאיור.

3. מהו המנגנון המפסיק את הפרשת מיץ הלבלב? הסבירו.

 

קטע 3: מנגנון רפלקס פשוט

ודאי מוכרת לך התגובה של רגל למכה בפיקת הברך, הנעשית במהירות גבוהה מאוד.
שלב את רגלך האחת על גבי השניה, ובקש מחברך להכות בקלות מתחת לפיקת הברך.
אם יכה במקום הנכון, תקפוץ הרגל בפתאומיות כלפי מעלה, גם אם לא התכוונת לכך.
המכה הקלה בברך היתה הגירוי, התגובה של הזזה פתאומית ומהירה מתבצעת ע''י מנגנון מיוחד של מערכת העצבים המכונה ''תגובת החזר '' או רפלקס.

מכה בברך גורמת להרחקת הברך ממקור הגירוי. באזור הברך מצויים קולטנים הרגישים ללחץ או לכאב. מכה על קולטנים אלו, גורמת לשליחת צרור דחפים בעצב התחושתי הנכנס לחוט השדרה. עצב תנועתי היוצא מאותה נקודה בחוט השדרה (אותה חוליה בעמוד השדרה) מוביל דחפים אל שרירי הברך ואלה גורמים לתנועת הקפיצה של הברך.הארועים העצביים בתגובת ההחזר אינם ניתנים לשליטתנו.

האיור הבא מראה את קשת הרפלקס של תנועת הברך:

שאלות:

1. מהם הגורמים השונים המשתתפים ביצירת הרפלקס?

2. הכינו תרשים זרימה של קשת ההחזר המתוארת בקטע.

3. מה יקרה לדעתכם, לברך של נבדק שהכו בה בפטיש מכות רבות ותכופות מאוד? הסבירו.

4. ''האירועים העצביים בקשת ההחזר אינם ניתנים לשליטת רצוננו'' הסבירו מדוע קביעה זו חשובה מאוד לגוף.

קטע 4 -חילוף עלים בסירה קוצנית

סירה קוצנית היא שיח המופיע בבתות ים-תיכוניות. אחת מההתאמות של צמח זה לתנאי יובש מתבטאת בחילוף עלים לקראת הקיץ:בחורף לסירה עלים מנוצים עגולים וצפופים ובקיץ נושרים עלים אלו ומתחלפים בעלים קטנים ומעטים יחסית.

החוקרים חשבו כי מידת לחות הקרקע היא האות המביא לנשירת העלים ולצמיחת עלים מסוג שני, אולם רצו לבדוק מהו המנגנון המעביר את האותות בתוך הצמח.

לשם ברור השאלה , נבנתה מערכת ניסוי בה נחצה השורש של שיחי סירה לאורכו, חלקו האחד הושם בעציץ אחד וחלקו השני בעציץ אחר. בכל אחד מהעציצים שררו תנאי לחות אחרים. החלק העל-אדמתי של השיח קיבל מידע לפיכך, משורשים שצמחו בשתי סביבות, לא תמיד זהות. לניסוי נבחרו שיחי סירה קוצנית ב'מופע חורף' שהושקו היטב במשך מספר שבועות לפני הניסוי.

הטבלה הבאה מתארת את מערכות הניסוי השונות ואת התוצאות שהתקבלו:

 

הטיפול

שורש בעציץ אחד

שורש בעציץ שני

התוצאות

א'

אדמה מושקית

אדמה יבשה

נשרו עלי חורף, צמחו עלי קיץ. (כעבור שבועיים)

ב'

אדמה מושקית

השורש נקטם, האדמה יבשה.

נשארו עלי חורף, השורש הקטום מתארך.

ג'

אדמה מושקית

אדמה מושקית

נשארו עלי החורף.

ד'

אדמה יבשה

אדמה יבשה

נשרו עלי החורף, צמחו עלי קיץ.

שאלות:

1. האם התאמתה השערת החוקרים? פרט על אילו טיפולים הסתמכה תשובתך.

2. לפני כמאה שנה הניחו הבוטנאים כי חומר המופרש מחלק אחד של הצמח, מווסת את צמיחת הצמח השלם. האם יש תימוכין להשערה זו בתוצאות שלפניך? אם לא - העלה מנגנון חילופי המסביר את התוצאות.

3. בניסויים אחרים בצמחים, התברר כי נשמר יחס קבוע בין הביומסה של החלק העל אדמתי לבין הביומסה של החלק התת-אדמתי. אם קוטמים חלק מהשורש הוא משלים את עצמו יחסית לגודל העלווה ולהיפך, וזאת גם אם תפקוד השורש אינו הכרחי. האם ניתן להסביר ממצאים אלו לאור המנגנון שהצעת בתשובה לשאלה הקודמת? הסבר.

קטע 5 - גודלן של אוכלוסיות הסבכי

הסבכי האפור הוא ציפור שיר המקננת באירופה. במעקב רב שנתי נמצא כי גודל אוכלוסיות הסבכי מראה יציבות יחסית לאורך זמן או תנודות קלות סביב גודל מסוים המכונה 'כושר הנשיאה'. הסבכי האפור הוא מין טריטוריאלי כלומר, לכל זוג יש תחום מחיה מוגדר, עליו שומר הזכר באמצעות התנהגות מיוחדת המרתיעה זכרים אחרים מלפלוש לתחום. גודלה של הטריטוריה נקבע על פי כמות המשאבים (מזון) המספיקה לזוג ולצאצאיהם . לפיכך, בשנים בהן המזון בשפע- סביבת הגידול של הסבכי תוכל להכיל יותר טריטוריות ובשנים שחונות, יתחלק אותו שטח למספר קטן יותר של טריטוריות ויקננו בו פחות זוגות.

חלוקת הטריטוריות נעשית על פי עקרון ''כל הקודם זוכה'': הזכרים המגיעים ראשונים לשטח תופסים את הנחלות, והמתמהמהים להגיע עלולים למצוא את עצמם מול שטח המחולק כבר בין זכרים רבים. בעלי הטריטוריה מפגינים מצג התנהגותי מסוים המורה ל''מאחרים'' כי עליהם לנטוש את המערכה. בפני המאחרים עומדות שתי אפשרויות:
א. להלחם עם בעל הטריטוריה, לנסות לסלקו ממנה ולזכות בה במקומו.
ב. לותר על הטריטוריה ולחכות להזדמנות נוספת .

החוקרים משתמשים בשיקולי רווח והפסד כדי להסביר את התנהגות הויתור של המאחרים: ויתור על הטריטוריה עלול לסכן את סיכויי הרביה של הפרט באותה עונה (אלא אם כן מת אחד הזכרים והותיר טריטוריה פנויה) . מאידך, מלחמה בין 'מאחר' לבין בעל טריטוריה, תגרום לבזבוז אנרגיה על קרב אולי עקר וכמו כן היא עלולה לסכן את חייו של המאחר .יתכן כי הסיכון להפסיד עונת רביה אחת קטן מהסיכון להפסד חיים ושווי המשקל בין השניים מאפשר להתנהגות הויתור של המאחרים להתקיים לאורך זמן.

שאלות:

1. גודל האוכלוסייה של הסבכי האפור יציב לאורך זמן כתוצאה ממנגנוני בקרה באוכלוסייה. מנה את הגורמים הקובעים את גודלה של האוכלוסייה.

2. לעיתים רחוקות קורה מצב בו מתדלדלות מאוד אוכלוסיות הסבכים באירופה. הבא מספר גורמים (חיצוניים) העלולים לגרום למצב זה והסבר, איך מתאוששת האוכלוסייה ממצב כזה.

3. מה יקרה לאוכלוסיית סבכים בעקבות שנה ברוכת צאצאים?

 





מאגר חומריםהעלון למורי הביולוגיהחומרים למורים בלבדביודעקבוצות דיוןמה חדש באתרפינת המפמרכתבו לנומפת האתרקישוריםעל המרכז
 
 
חזרה

קבוצות דיון | ביודע | חומרים למורים בלבד | העלון למורי הביולוגיה | מאגר חומרים
לדף הראשי | מפת האתר | כתבו לנו | על המרכז | קישורים | מה חדש באתר? | פינת המפמ"ר
כל הזכויות שמורות © המרכז הארצי למורי ביולוגיה