Biologijos mokslas, grindžiamas patirtimi, stebėjimais ir tyrimais, suteikia galimybę atsakyti į daugelį svarbių klausimų apie gyvybės procesus ir technologijų įtaką mūsų pasauliui. Ypač svarbią vietą biologijos pažinime užima praktinė mokinių veikla, apimanti ne tik konkrečių užduočių atlikimą, bet ir tyrimų planavimą bei vykdymą. Toks ugdymo procesas sudaro prielaidas mokiniams įveikti asmeninius iššūkius, ugdytis kritinio ir kūrybinio mąstymo, problemų sprendimo gebėjimus, aiškintis reiškinius, formuluoti įrodymais grįstas išvadas ir naudoti įvairius tyrimų metodus. Mokiniai skatinami atpažinti gamtamokslines problemas ir jas spręsti, vadovaujantis darnaus vystymosi ir sveikos gyvensenos principais, atsakingai taikant įgytas biologijos žinias ir gebėjimus įvairiose gyvenimo situacijose.
Biologijos dalyko tikslas yra sudaryti galimybę kiekvienam mokiniui per dalyko turinį ugdytis kompetencijas ir siekti aukštesnių pasiekimų. Siekiama, kad mokiniai, įsisavinę esmines gamtamokslines sąvokas ir sampratas, įgytų gebėjimų, padedančių pažinti save ir pasaulį, ugdytis vertybines nuostatas ir pasitikėjimą savo galiomis. Biologijos žinios konstruojamos remiantis gamtos mokslų tyrimų metodologija. Aktyviose veiklose mokiniai motyvuojami tyrinėti gyvosios gamtos procesus, pritaikyti dalykinio mąstymo formas ir pažinimo metodus, formuluoti pagrįstas išvadas. Mokiniai skatinami susieti gyvybės mokslų teoriją ir praktiką, pateikti ir pagrįsti probleminių klausimų atsakymus, pasirinkti tinkamas strategijas probleminėms situacijoms spręsti, atsižvelgti į socialinius ir ekologinius veiksnius vertinant biologijos mokslo ir biotechnologijų poveikį aplinkai ir visuomenei. Taip pat suprasti įgytų žinių ir gebėjimų svarbą tolimesniam gyvenimui, renkantis profesiją ar būnant aktyviu piliečiu.
Biologijos pamokose skatinama kūrybinė mokinių veikla. Ugdomas poreikis patiems tirti, ieškoti, nagrinėti ir kritiškai vertinti tyrinėjimui reikalingą informaciją, generuoti sau ir kitiems reikšmingas idėjas, kurti produktus, modeliuoti sprendimus ir juos vertinti. Sudaromos galimybės tyrinėti gyvosios gamtos reiškinius ir objektus, pasirinkti veiklą numatant galimus veiklos padarinius ateityje, aptarti veiklos plėtotės idėjas ir jų įgyvendinimo prielaidas. Veikla organizuojama taip, kad būtų sudaromos galimybės mokiniams kurti, perduoti, suprasti gyvybės mokslų žinias, parenkant įvairias verbalines ir neverbalines priemones bei technologijas. Mokydamiesi gamtamokslinio raštingumo, mokiniai ugdo kalbinius gebėjimus, praktiškai taiko dalykines kalbos žinias, laikydamiesi kalbos normų, moralės ir teisėtumo principų.
Per biologijos dalyko veiklas mokiniai skatinami pasitikėti savo jėgomis, visapusiškai ir lanksčiai reflektuoti bei kūrybiškai taikyti ir plėtoti asmenybėje slypinčius išteklius. Jie prisiima atsakomybę už savo veiksmus ir įsivertina savo poelgių gamtoje pasekmes. Sudaromos sąlygos išsiaiškinti sveikos gyvensenos, fizinio aktyvumo ir asmeninės gerovės sąsajas, formuotis sveikos gyvensenos nuostatas. Atliekant tiriamuosius, projektinius darbus kuriama pasitikėjimo atmosfera, ugdoma empatija šalia esančiam, skatinama bendradarbiavimo kultūra, pagarba kitokiai nuomonei. Plėtojamas poreikis savarankiškai tirti ir pažinti, domėtis ir aktyviai veikti. Skatinamas atsakingas, saugus ir etiškas įvairių skaitmeninių įrenginių, įrankių, technologijų naudojimas ir bendravimas skaitmeninėje erdvėje.
Darnaus vystymosi tematika biologijos pamokose padeda plėtoti socialinį atsakingumą, puoselėti meilę gamtai, moko būti išteklius tausojančiu vartotoju. Gamtamokslines veiklas mokiniai skatinami sieti su gamtos apsaugą reglamentuojančių dokumentų nagrinėjimu, aktualių šalies ir pasaulio problemų iškėlimu. Mokiniai skatinami prisiimti atsakomybę už savo veiklą ir jos rezultatus, imtis veiksmų ir dalyvauti bendruomenės veikloje saugant gamtą ir racionaliai vartojant išteklius, sekti, aptarti ir kritiškai vertinti žiniasklaidoje pateikiamą gyvybės mokslų informaciją.
Ontogenezė: Individualus organizmo vystymasis
Ontogenezė, iš graikų kalbos kilęs terminas (gr. on, kilm. ontos - būtis, esantis, egzistuojantis + genezė), apibrėžiama kaip individualus organizmo vystymasis. Tai yra nuoseklių morfologinių, fiziologinių, biocheminių ir funkcinių kitimų visuma, trunkanti nuo individo atsiradimo iki jo natūralios mirties. Ontogenezės terminą 1866 metais sukūrė vokiečių mokslininkas Ernstas Hekelis (Haeckel).
Gyvūnų vystymosi etapai: skilimas, virškinimas, organogenezė
Ontogenezę galima nagrinėti ne tik kaip fizinį organizmo vystymąsi, bet ir kaip pagrindinių žmogaus psichikos struktūrų susiklostymą vaikystėje. Šios struktūros formuojasi vaiko daiktinėje veikloje ir jam bendraujant su suaugusiuoju, kartu dirbant. Interiorizacijos procese vaikas perima žmonių veiklos ir bendravimo būdus, ženklus ir kalbą. Šiuo pagrindu formuojasi jo psichika ir asmenybė. Psichikos ir asmenybės formavimuisi ontogenezėje svarbus aktyvus, tikslingas visuomenės poveikis individui.
Organizmų, kurie dauginasi lytiškai, naujo individo ontogenezė prasideda dažniausiai nuo apvaisinimo. Tuo tarpu organizmų, kurie dauginasi nelytiškai, ontogenezė prasideda tada, kai naujasis individas atsiskiria nuo besidalijančio motininio organizmo arba ima vystytis iš ląstelės, pumpuro ar fragmento.
Ontogenezės metu tarp savęs aktyviai sąveikauja įvairios biologinės sistemos. Organizmas nuosekliai praeina tam tikrus vystymosi tarpsnius ir tam tikra prasme trumpai pakartoja filogenezę - tai vadinama biogenetiniu dėsniu. Ontogenezės metu susidaro organizmas, vyksta ląstelių dalijimasis, diferenciacija ir morfogenezė, audinių bei organų susidarymas. Taip pat numatoma tolesnė vystymosi eiga - augimas, regeneracija, senėjimas - kiekvienos generacijos ribose. Per ontogenezę pradeda funkcionuoti paveldima genetinė informacija, esanti kiekvienoje ląstelėje, kuri sąlygoja įvairius organizmo požymius ir jų atsiradimo nuoseklumą. Ontogenezė yra evoliucijos rezultatas: jos metu reiškiasi tie nauji organizmo požymiai, kurie jam padeda geriau prisitaikyti prie aplinkos ir išlikti per gamtinę atranką. Šie požymiai perduodami būsimoms kartoms.
Ontogenezės periodai: Nuo gemalo iki subrendusio individo
Skiriami du pagrindiniai ontogenezės periodai: embrioninis (prenatalinis, gemalo vystymosi) ir postembrioninis (postnatalinis). Taip pat išskiriama prenatalinė ontogenezė, postnatalinė ontogenezė ir pavienių organų bei sistemų ontogenezė. Atsižvelgiant į tai, kuri ontogenezės stadija yra, individo vaisiaus raidos sutrikimai vadinami atitinkamai gametopatijomis, blastopatijomis, embriopatijomis ir fetopatijomis.
Embrioninis periodas: Gyvybės užuomazgos formavimasis
Embrioninio periodo metu vyksta anktyvasis gemalo vystymasis, apimantis segmentaciją, gastruliaciją ir organogenezę. Kiaušinius dedančių gyvūnų embrioninis periodas praeina kiaušinyje ir baigiasi išsilupimu iš jo. Gyvavedžių gyvūnų ir žmogaus embrioninis periodas vyksta motinos organizme ir baigiasi gimimu.
Gyvūnų gemalas vystosi kiaušinio dangaluose arba motinos organizme. Gemalo raida apima laiką nuo apvaisinimo iki išsilupimo iš kiaušinio dangalų arba gimimo. Po apvaisinimo atsiranda kokybiškai naujo tipo pirmoji būsimo organizmo ląstelė - zigota. Ji turi diploidinį chromosomų rinkinį ir yra pasiruošusi segmentacijai bei tolesnei naujo organizmo raidai.
Segmentacijos metu susidaro blastomerų kamuolėlis, panašus į gervuogę - morulė, ląstelių kekė. Šiame raidos etape, dėl apvalkalų spaudimo ir blastomerų lipnumo, skylianti zigota išlaiko pirmykštę formą, o blastomeros prisišlieja viena prie kitos.
Gastrulės raidos stadijoje susiformuoja užuomazginiai sluoksniai: ektoderma, endoderma ir mezoderma. Gastruliacija yra kartu ir pirminė morfologinė gemalo diferenciacija. Iš gastruliacijos metu susidariusių trijų užuomazginių sluoksnių pradeda formuotis audinių bei organų užuomazgos. Gemalo dalys, organai ir audiniai formuojasi determinuotai, t. y. pagal tam tikrą nustatytą jų formavimosi kryptį. Todėl, net įvairių veiksnių veikiami, jie gali keistis tik tam tikrose ribose ir išlaikyti kokybinius skirtumus. Gemalas vystosi dėl įvairių biologinių sistemų viena po kitos einančių sąveikų. Šį procesą lemia branduolyje esantys genai: iš vienos ląstelės susidaro daugialąstis organizmas, susidedantis iš audinių bei organų ir galintis savarankiškai egzistuoti.
Augalų gemalo vystymasis: Nuo zigotos iki daigo
Augalų gemalas vystosi iš zigotos, sėklapradžio branduolėlio, kartais iš sėklapradžio dangalo (integumento) ląstelių. Žaliadumblių zigota iš karto dalijasi mejozės būdu. Rudadumblių iš besidalijančios zigotos susidaro embrioninis kūnas, turintis augimo tašką. Samanų gemalas dygsta ant pirminio augalo (gametofito), kuris jį maitina. Iš vėliau gemale susidariusio sporogeninio audinio formuojasi sporos. Paparčių, asiūklių, pataisų gemalas iš karto tampa nauju individualiu organizmu (sporofitu). Pušūnų ir magnolijūnų gemalas vystosi sėklapradyje.
Magnolijūnų gemalas dažniausiai diferencijuojasi į šaknelę, stiebo pradmenį, poskiltį (hipokotilį) ir pumpurėlį, kurį sudaro augimo kūgelis ir lapų pradmenys. Parazitinių augalų gemalas yra menkai diferencijuotas. Dažniausiai visų augalų sėkla prieš dygimą kurį laiką būna ramybės būsenoje, todėl nuo gemalo raidos iki daigo atsiradimo praeina tam tikras laikas. Ankstyvųjų raidos stadijų lelijainių ir magnolijainių gemalas yra vienodi. Vėliau lelijainių gemalo viršūninėje dalyje susidaro vienas būsimosios sėklaskiltės kauburėlis, o magnolijainių - du. Kai kurių kitų augalų gemaluose susidaro 3 ir daugiau sėklaskilčių. Magnolijūnų gemale organų pradmenys yra labiau diferencijuoti negu pušūnų.
Postembrioninis periodas: Augimas, brendimas ir branda
Per postembrioninį periodą organizmas auga, bręsta lytiškai, visiškai diferencijuojasi jo audiniai ir organai. Gyvavedžių gyvūnų ir žmogaus embrioninis periodas praeina motinos organizme ir baigiasi gimimu. Gyvūnų postembrioninis vystymasis gali būti tiesioginis (be metamorfozės) arba netiesioginis (su visiška arba daline metamorfoze). Gyvūnų, kurių vystymasis tiesioginis, gemalas taip išsivysto, kad mažai skiriasi nuo suaugusio organizmo. Tuo tarpu gyvūnų, kurių vystymasis netiesioginis, gemalas tampa ne galutine (definityvine) organizmo forma, o lerva. Lervos pačios maitinasi ir turi provizorinius organus. Metamorfozės metu lerva tampa galutine organizmo forma.
Organizmo rūšiniai požymiai baigia susidaryti jam lytiškai subrendus, o individualūs požymiai vystosi iki ontogenezės pabaigos. Kai kurie gyvūnai (pvz., paukščiai), lytiškai subrendę, beveik nebeauga, kiti (pvz., žuvys) auga visą gyvenimą.
Veiksniai, lemiantys ontogenezę
Ontogenezę lemia organizmo genotipas, tačiau ją aktyviai veikia ir aplinka. Šiuos procesus reguliuoja hormonai ir nervų sistema.
Lytinis dauginimasis ir apvaisinimas
Apvaisinimas yra lytinio dauginimosi procesas, kurio metu susilieja dvi haploidinės lytinės ląstelės (gametos) ir susidaro diploidinė zigota. Tai yra naujo individo pradžia. Lytinis dauginimasis, palyginti su nelytiniu, suteikia didesnę genetinę įvairovę, nes genetinė informacija gaunama iš abiejų tėvų. Tai padidina populiacijos prisitaikymo prie besikeičiančios aplinkos galimybes.
Kryžmadulkė yra vienas iš apvaisinimo būdų augalams. Ji gali būti dviejų tipų:
- Savidulkos: apsidulkinimas to paties žiedo ar kitų to paties augalo žiedų žiedadulkėmis (pvz., žirniai, pupelės, paprikos).
- Kryžmadulkos: apdulkinimas tos pačios rūšies kito augalo žiedadulkėmis (pvz., obelis, slyva, liepa).
Po kryžmadulkos susilieja skirtingų augalų gametos, todėl padidėja galimybė susidaryti įvairesnėms genų kombinacijoms negu po savidulkos.
Augalų dauginimasis ir sėklos vaidmuo
Augalai dauginasi tiek lytiniu, tiek nelytiniu (vegetatyviniu) būdu. Lytinis dauginimasis apima apvaisinimą, kurio metu iš zigotos susidaro sėklos gemalas, iš kurio vėliau išauga daigas. Dalijantis endospermo (maisto medžiagų audinio) ląstelei sėkloje kaupiamos maisto medžiagos, kurios bus naudojamos daigui augti. Sėkla susidaro žiediniams augalams dauginantis lytiniu būdu. Vaisiai padeda sėkloms išplisti. Kai kurie augalai sėklas išbarsto patys - pavyzdžiui, aguona, lubinas.
Sėklos dygimui reikalingos palankios sąlygos:
- Šiluma.
- Drėgmė.
- Deguonis.
Nelytinis (vegetatyvinis) augalų dauginimasis taip pat yra svarbus. Jo metu palikuonys genetiškai yra identiški motininiam organizmui.
Biogenetinis dėsnis ir jo reikšmė
Biogenetinis dėsnis, suformuluotas Ernst Hekelio ir Frico Miulerio, teigia, kad ontogenezė tam tikra prasme trumpai pakartoja filogenezę - rūšies evoliucinę raidą. Tai reiškia, kad individo vystymosi metu jo gemalo stadijos atspindi jo protėvių evoliucines formas. Pavyzdžiui, žmogaus gemalas vystymosi pradžioje turi žiaunas primenančias struktūras, kurios atspindi mūsų žuvų protėvius. Nors šiuolaikinė biologija biogenetinį dėsnį interpretuoja ne kaip tikslią evoliucijos kopiją, bet kaip tam tikrus bendrus vystymosi principus ir panašumus, jis išlieka svarbus suprantant organizmų vystymosi raidą.
Ontogenezė yra sudėtingas ir nuoseklus procesas, apimantis daugybę ląstelinių, audinių ir organų lygio pokyčių. Nuo apvaisinimo iki pilnos brandos, kiekvienas organizmas pereina unikalią kelionę, kurios metu reiškiasi tiek paveldėta genetinė informacija, tiek aplinkos poveikis. Biologijos mokslas, tyrinėdamas šiuos procesus, atveria duris į gyvybės paslapčių supratimą ir leidžia geriau pažinti save bei mus supantį pasaulį.