Описание кейса
Метод кейсов – современная технология профессионально-ориентировочного обучения, направленная на формирование у учащихся навыков совместными усилиями анализировать ситуацию – case, возникающую при конкретном положении дел и вырабатывать практическое решение. Лишайники – своеобразная и уникальная форма жизнедеятельности организмов, что дает возможность применения противоречивой информации о них в широкой сфере учебной деятельности. Кейс по теме “Лишайники” может быть рекомендован при изучении целого ряда тем в зависимости от поставленных учителем целей. Наиболее эффективным представляется применение данного кейса для работы с учащимся 10-11-х классов при изучении тем: “Формы взаимодействия популяций разных видов”, “Приспособленность – результат эволюции”, “Основы современной систематики”. Учащимся может быть предложена самостоятельная работа над текстом в домашних условиях с целью экономии урочного времени, а на уроке подвести итоги с применением различных форм деятельности (дискуссия, круглый стол и др.). Учащимся необходимо проанализировать информацию, выявить и отобрать наиболее важное, осмыслить значение каждого абзаца, сделать предположения, выслушать и оценить альтернативные варианты одноклассников, сформулировать заключения и выводы. В работе собрана информация об итогах исследований лишайников учеными всего мира. Учащиеся должны сделать собственные выводы о природе лишайников и о преимущественных формах взаимодействия его компонентов. Существует общепринятое мнение, что взаимодействие грибов и водорослей лишайника - симбиоз. Но так ли это? Может быть, эти отношения – пример взаимного паразитизма? Учащиеся должны выявить и обосновать критерии, на основании которых лишайники должны занять определенное систематическое положение, не обязательно соответствующее общепринятому мнению. Учащиеся должны уловить оригинальные, остроумные формы приспособленности компонентов лишайников, что должно подогреть интерес учащихся к факторам эволюции органического мира. Работа поможет учащимся обратить внимание на незаметные ранее, но теперь такие удивительные лишайники, способные выполнять в биосферы функции неподвластные другим живым организмам.
Лишайники
В биогеоценозах существуют различные формы взаимодействия живых организмов: симбиоз, паразитизм, конкуренция, нейтрализм, хищник-жертва. Лишайники - уникальная форма жизни на Земле, единственный природный организм, состоящий из двух равноправных частей - гриба и водоросли. До сих пор нет единой точки зрения о формах взаимодействия гриба и водоросли в слоевище лишайников и их систематическом положении.
***
До конца 60-х годов 19 века исследователи считали лишайники обычными растениями под стать мхам, но некоторые ботаники отказались видеть в них самостоятельный класс растений. Русский ученый Бекетов отнес лишайники к грибам, но к воздушным, так как тело их находится на поверхности субстрата. Споры у многих лишайников образуются таким же образом, как у обыкновенных шляпочных грибов.
***
В 1867 г. русские ботаники А.С. Фаминцын и О.В. Баранецкий установили, что в тканях лишайников имеются живые одноклеточные водоросли, способные жить, развиваться и образовывать зооспоры, совсем как их зеленые собратья
***
Симон Швенденер изолировал водоросли из лишайника. Он считал, что гриб и водоросль в лишайнике взаимно дополняют друг друга. Гриб оплел своими нитями, как паук, водоросли. Прорастая, спора гриба должна найти соответствующую водоросль, и тогда только начнется их совместное развитие. И это не водоросли вырастают на грибных нитях лишайника, а напротив – грибы присасываются к водорослям, срастаясь с ними, пуская даже в них отростки. Споры гриба без встречи с водорослями не могли развиваться.
***
Тимирязев считал, что между водорослями и грибами существует гармония и сотрудничество.
***
В начале ХХ века русский ботаник А.А. Еленкин обратил внимание на “трагическую” сторону в физиологии этих организмов. Он рассматривал лишайники как воздушные грибы, которые питаются за счет водоросли, пока она жива. Когда же она погибает, он становится сапрофитом и поедает ее останки. При этом, лишившись источника пищи, сам вскоре погибает. Английский лихенолог Дж. Кромби назвал такие отношения как противоестественный союз пленной девицы – водоросли и тирана-хозяина – гриба.
***
Установлено, что у лишайниковых грибов имеются гаустории – боковые выросты гиф гриба, которые прорывают оболочку клетки водоросли, проникают в ее протопласт, чтобы высасывать полезные вещества из водоросли. Иногда гифы полностью оплетают водоросли в виде сплошного покрова и при этом, сливаясь своими стенками, даже образуют “общую ткань”. На первый взгляд кажется, что водоросли не особенно страдают от плотного окружения гифами гриба: они долго сохраняют свою зеленую окраску и продолжают интенсивно делиться. Однако гриб рано или поздно все-таки убивает более старые водоросли.
***
В 60-х годах 20 века крупнейший советский лихенолог А.Н.Окснер пришел к выводу, что водоросль в слоевище лишайника, полностью изолированная от внешней среды грибной тканью, обязательно должна забирать у грибного компонента необходимые для своего существования вещества: воду, минеральные соли, азотистые и некоторые другие неорганические соединения. Водоросли, интенсивно делясь, не уменьшаются в количестве. Гриб должен использовать лишь часть водорослей, оставляя резерв – здоровые и нормальные водоросли, содержимым которых он мог бы питаться. Учеными были замечены любопытные защитные реакции со стороны лишайниковых водорослей. Например, одновременно с проникновением высасывающих выростов гриба в клетку водоросли, эта клетка делилась. При этом плоскость деления, как правило, проходила как раз через участок, занятый этими выростами (гаусториями), а образовавшиеся дочерние клетки были свободны от выростов гриба. Было замечено, что обычно гриб поражает водоросли, уже достигшие определенной стадии зрелости. В слоевищах более высокоорганизованных лишайников часть клеток водорослей поражена грибными гифами, а остальные продолжают нормально жить и развиваться. Накапливалось все больше фактов, свидетельствующих о том, что оба члена союза проводят жизнь в постоянной борьбе, причем в зависимости от внешних условий победа склоняется то на одну, то на другую сторону.
***
Есть у лишайников особенность - они растут крайне медленно. Годовой прирост у них выражается всего в нескольких миллиметрах, а у умбиликарий со склонов Швейцарских Альп слоевище увеличивается не более чем на 0,004 мм в год! А ведь грибы и водоросли по отдельности растут довольно быстро.
***
В середине ХХ века американский ученый В. Ахмаджян синтезировал искусственный лишайник в лабораторных условиях. Было выяснено, что на первых этапах гифы грибов могли оплетать клетки не только своей (природной), но и чужеродной водоросли. Если водоросли не способны противодействовать агрессии гриба, то клетки водоросли погибали, а за ними и весь сложный организм.
***
В 1984 – 1985 гг. немецкие лихенологии А. Хенсен и Х. Хертель встретили на субантарктических островах Принца Эдуарда неизвестное ранее растение, которое даже не сразу признали лишайником. Это были скопления сине-зеленых водорослей с плодовыми телами гриба со спорами. А. Хансен считал, что это особый тип лишайника, лишенный слоевища, имеющий только плодовые тела. Лишайник назвали эдвардиеллой удивительной. Данный факт является доказательством процесса образования лишайника из свободных водорослей и грибов в естественных условиях.
***
Известно, что некоторые лишайники способны фиксировать атмосферный азот, причем достаточно эффективно. Было высказано предположение, что внутри водоросли живут азотфиксирующие бактерии. Это предположение блестяще подтвердил русский физиолог растений П.А.Генкель, которому удалось выделить такие бактерии из 20 видов лишайников.
***
Природа лишайников дает им уникальную способность существовать в крайне неблагоприятных условиях, часто совершенно непригодных для других организмов – на голых скалах и камнях, крышах домов, коре деревьев и даже на стекле. Лишайники обитают там, где не могут жить ни водоросли, ни грибы в отдельности.
***
Лишайники способны переносить длительное высушивание и низкую температуру, что позволяет им переносить периоды резкого изменения условий существования и возвращаться к жизнедеятельности при таких неблагоприятных условиях, при которых другие растения погибают.
***
У лишайников имеется целый ряд индивидуальных признаков, не встречающихся больше ни у каких других групп организмов:
- морфологические признаки (строение) – наличие жизненных форм, которые отсутствуют у каких-либо других организмов;
- физиологические:
- специфическая способность размножения;
- способность осваивать субстрат, непригодный для грибов и водорослей в отдельности и для каких-либо других организмов;
- особый тип обмена веществ, медленный рост, способность переносить длительное высушивание, устойчивость к низкой температуре;
- способность образовывать специфические вещества – лишайниковые кислоты, отсутствующие у грибов и водорослей.
Литература
- Грибова Л.В., Дундин Ю.К. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР. М.: “Мысль”, 1978 г., с. 68-86.
- Мельникова С. Синтетический организм или растение – сфинкс. Биология: еженедельное приложение к газете “Первое сентября”, №2 1996 г., стр. 1, 8.
- Тимирязев К.А. Жизнь растения. М-Л.: Детиздат ЦК ВЛКСМ, 1939 г., с. 221-231.