Biologiczne modele

Doświadczenie 1

Przygotuj model budowy liścia lądowej rośliny dwuliściennej. Na kawałku zielonej tkaniny odrysuj dwukrotnie kształt dowolnego dużego liścia (długości ok. 15 cm) i wytnij go. Taki sam kształt wytnij z zielonej gąbki. W jednym kawałku tkaniny zrób nożyczkami centymetrowe nacięcia. Wokół nich kolorowymi pisakami dorysuj kształt komórek aparatu szparkowego. Tak przygotowany liść przyklej do dolnej powierzchni gąbki. Drugi materiałowy liść przyklej częściowo (tak, żeby można było go odchylać) na wierzchu gąbki. Z bloku technicznego wytnij prostokąt o długości przygotowanego kawałka gąbki. Zrób z niego rulon, sklej i wypełnij go watą. Natnij gąbkę nożem lub nożyczkami wzdłuż i wsuń w to miejsce przygotowany rulon. Model powinien przypominać schemat poniżej.

Wyjaśnienie: Liść składa się z górnej i dolnej epidermy (skórki) wraz z aparatami szparkowymi, tkanki miękiszowej (tutaj gąbka) oraz wiązki przewodzącej (rulon z papieru). Modele organów roślin czy zwierząt są niezastąpionymi pomocami dydaktycznymi w nauce biologii.

Doświadczenie 2

Przygotuj pracujący model płuc człowieka. Weź plastikową elastyczną rurkę (30 cm, średnica do 0,5 cm) oraz złączkę do węża PCV (trójnik w kształcie litery Y, do kupienia w sklepach budowlanych). Plastikowe rurki potnij na trzy 10-centymetrowe części, dopasuj do otworów trójnika i uszczelnij taśmą izolacyjną. Na dwa ramiona trójnika nasuń dwa balony i dokładnie owiń je recepturkami (balony muszą być szczelnie przymocowane do rurek). Z dwulitrowej przeroczystej plastikowej butelki odetnij szyjkę, a w dnie zrób otwór. Umieść balony z trójnikiem w środku butelki w taki sposób, aby rurka bez balonu wystawała przez otwór w dnie butelki. Umocuj i uszczelnij całą konstrukcję za pomocą plasteliny (powietrze przechodzi tylko przez rurkę). Trzeci balon przetnij na pół i nałóż z drugiej strony butelki, po czym brzegi łączenia dokładnie zabezpiecz taśmą. Delikatnie pociągnij balon z węzłem, a następnie delikatnie go puść i obserwuj, co dzieje się z powietrzem w balonach imitujących płuca.

Wyjaśnenie: Plastikowa butelka to klatka piersiowa, rurka – tchawica, trójnik – oskrzela, balony – płuca, duży balon na spodzie butelki – mięśnie biorące udział w regulacji pracy przepony. Pociągnięcie balonu w dół powoduje skurcz przepony i spadek ciśnienia w płucach (balony wewnątrz butelki), co skutkuje zassaniem powietrza z otoczenia przez tchawicę (rurka plastikowa) do płuc (balony się rozszerzają). Taka sytuacja następuje w czasie wdechu. Po zwolnieniu balonu przepona się rozluźnia, a powietrze jest wypychane z płuc (balony się kurczą), czyli mamy do czynienia z wydechem.

Doświadczenie 3

Zbuduj model DNA z kolorowych koralików oraz kreatywnych patyczków (do kupienia w dużych marketach, sklepach papierniczych). Weź dwa 30-centymetrowe patyczki oraz jeden pocięty na 10 trzycentymetrowych kawałków. Wybierz cztery kolory koralików, które będą odpowiadać czterem zasadom azotowym: adeninie (A), tyminie (T), guaninie (G) oraz cytozynie (C). Pamiętając o regule komplementarności zasad DNA (A–T, G–C), nawlecz odpowiednie koraliki na krótkie kawałki patyczków. Pary zamocuj na długich patyczkach, formując „drabinkę”. Tak przygotowaną podwójną helisę skręć w prawą stronę. Na pokrywce litrowego słoika umieść dość spory kawałek plasteliny i zamocuj na niej model DNA.

Wyjaśnienie: Ten prosty model nie tylko obrazuje niektóre cechy budowy DNA, ale także pozwala zrozumieć regułę komplementarności zasad. Modele takie można wykorzystać do zobrazowania istoty replikacji czy transkrypcji (rozszerzając o model RNA).

Doświadczenie 4

Zbuduj model komórki bakteryjnej. Pomocny będzie tu film: www.youtube.com/watch? v=mxDpbkZzgBM. Z dwóch grubych styropianowych arkuszy o rozmiarze 10 × 15 cm wytnij nożyczkami pasujące do siebie owalne plastry (do zaokrąglenia brzegów użyj ostrego noża), a następnie sklej je ze sobą. Brzegi górnego fragmentu obetnij, aby nadać mu półkolisty kształt. W ten sam sposób przygotuj drugą, mniejszą część modelu (5 × 10 cm) i przyklej ją do jednego z końców większego fragmentu. Na obu kawałkach styropianu zaznacz pisakiem linię w odległości ok. 0,5 cm od brzegu i wytnij część od zewnątrz, by utworzyć „schodek”. W ten sam sposób przygotuj kolejną, głębszą warstwę. Ze styropianu wytnij pięć stożków (pili) o długości 4 cm i przyklej je do zewnętrznej, wypukłej części modelu. Na kawałku styropianu odrysuj kształt wici bakteryjnej (ok. 10 cm), wytnij ją i przymocuj po drugiej stronie przygotowanych wcześniej pili. Pokoloruj przygotowany model farbami (np. plakatowymi), wykorzystując różne kolory do zaznaczenia poszczególnych elementów budowy (cytozolu, błony komórkowej, ściany komórkowej i otoczki). Zwiń patyczek kreatywny i przymocuj go w środku modelu – będzie to chromosom bakteryjny. Kolejny patyczek w kształcie okręgu będzie stanowił plazmid bakteryjny. Za pomocą kleju (np. montażowego do styropianu lub cyjanoakrylowego) przymocuj pomiędzy nimi pompony kreatywne w jednym kolorze, które będą odwzorowaniem rybosomów.

Wyjaśnienie: Komórka bakteryjna ma stosunkowo prostą budowę. Otacza ją ściana komórkowa (u części bakterii pokryta otoczką). Pod spodem jest błona komórkowa. Zamiast jądra komórkowego w cytozolu występuje chromosom bakteryjny (genofor). Są też niewielkie koliste cząsteczki DNA, czyli plazmidy. Rybosomy służą do produkcji białek. U niektórych bakterii występują organy pełniące funkcje ruchowe (wici) oraz uczestniczące w komunikacji międzykomórkowej i rozmnażaniu (pile, fimbrie).

dr hab. Renata Szymańska
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH

dr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin WBBiB UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

kawałek zielonego materiału, gąbka, klej montażowy, pisaki, papier techniczny, wata, plastikowe rurki, trójnik, taśma izolacyjna, 3 balony, recepturki, dwulitrowa plastikowa butelka, koraliki, patyczki kreatywne, pompony kreatywne, nakrętka słoika, plastelina, styropian, pisaki, farby, pędzel

Niewliczone w cenę: nóż, nożyczki

Koszt: 45 zł

Czas: 7 godz.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Wiedza w pigułce

Choć stosowane przez biologów modele stanowią duże uproszczenie, są nieodzownym narzędziem do zrozumienia wielu zjawisk i procesów. Modelami są np. linie komórek nowotworowych, organizmy zwierzęce (mysz, szczur, danio pręgowany) czy roślinne (rzeżusznik pospolity), ale i bakterie (jak pałeczka okrężnicy). Można tworzyć dynamiczne modele procesów biologicznych oraz modele interaktywne (np. trzeciorzędowej struktury białek na podstawie znajomości struktury pierwszorzędowej). Narzędzia bioinformatyki są obecnie niezastąpione w tworzeniu modeli makrocząsteczek (np. białek) czy przewidywaniu zachowania błony biologicznej. Przykładem ich wykorzystania jest Blue Brain Project, mający na celu stworzenie syntetycznego mózgu ssaków (w tym człowieka) za pomocą tzw. odwrotnej inżynierii (back engineering), który służyłby do badań budowy i funkcji tego organu. Podobny projekt dotyczy wirtualnej wątroby czy e-drzew. Nowoczesnym i jedynym w swoim rodzaju narzędziem dydaktycznym jest dostępny od niedawna interaktywny stół anatomiczny, czyli naturalnych rozmiarów przestrzenny model anatomiczny człowieka. Stół ten opracowano na bazie obrazów tomograficznych i magnetyczno-rezonansowych. Studenci medycyny mogą korzystać z obrazów kości, mięśni czy organów w celu lepszego zrozumienia budowy naszego ciała.