Некоторые типичные ошибки в учебной литературе по биологии

Наверное, не бывает учебных пособий, не содержащих ошибок. Бывают ошибки индивидуальные, связанные с небрежностью или имеющимися у отдельных авторов пробелами в знаниях. Такие ошибки быстро исправляются и потому относительно безвредны. Но бывают и типичные ошибки, которые кочуют из одного учебного пособия в другое, и которые все уже перестали замечать. Они куда вреднее.   

Говоря об ошибках, я не буду называть ученые пособия, в которых они допущены. Ибо эти ошибки, к сожалению, типичны и с легкостью перекочевывают из одной книги в другую.

Первое место по числу ошибок уверенно занимает раздел, посвященный размножению.

Практически во всех школьных учебниках говорится, что митоз и мейоз – это деление клеток.

Как правило, сразу же после такого заявления описывается сам митоз, который начинается с профазы и заканчивается телофазой. В телофазе формируются два новых ядра, в то время как САМА КЛЕТКА ЕЩЁ НЕ НАЧАЛА ДЕЛИТЬСЯ! Мы называем митоз делением КЛЕТКИ, а описываем при этом деление КЛЕТОЧНОГО ЯДРА. И, что печально, ни учителя, ни ученики не видят в этом ничего странного.

Но, может быть, деление клетки и деление ядра следует рассматривать как единый процесс? Такой подход правомерен в том случае если деление ядра автоматически влечет за собой деление клетки. Но это бывает далеко не всегда. Вспомним жизненные циклы фораминифер и малярийного плазмодия, вспомним, как из одноядерной споры вырастает многоядерная нить гриба Мукора или многоядерная водоросль Каулерпа,не имеющие внутри себя ни одной клеточной границы. Деления ядра (митозы) происходят, организм растет, а межклеточные границы не образуются.

То же самое справедливо и для мейоза.

Есть ли мейоз у инфузорий? Если мейоз – это деление ядер, то да. Если же мейоз – это деление клеток или единый процесс, включающий в себя деление ядра и следующее за ним клеточное деление, то такого мейоза у инфузорий нет. В последнем случае мы не сможем применять по отношению к жизненному циклу инфузорий понятийный аппарат, который мы используем для анализа жизненных циклов других эукариот. Что порождает большие неудобства.

Все эти соображения свидетельствуют о том, что митозом и мейозом имеет смысл называть деление ядра и ТОЛЬКО деление ядра, но отнюдь не деление клетки.

Во многих пособиях пишут о том, что «половые клетки образуются путем мейоза». В этом утверждении содержится сразу две ошибки. Во-первых, путем мейоза могут образовываться не сами половые клетки, а их ядра. А во-вторых, ядра половых клеток образуются путем мейоза только у животных и фукусовых водорослей. А у всех остальных эукариот ядра половых клеток образуются в результате митоза гаплоидных ядер.

Процессом, противоположным мейозу, является оплодотворение. Большинство пособий пишет, что оплодотворение – это слияние половых клеток. Из этого утверждения следует логичный вывод о том, что у инфузорий оплодотворения нет. Ибо нет половых клеток, которые сливаются друг с другом. Но зато у инфузорий есть обмен гаплоидными ядрами между двумя особями и последующее слияние своего ядра с ядром, пришедшим от партнера. И это слияние ядер мы с полным основанием можем считать оплодотворением.

Оплодотворение – это не слияние половых клеток, это слияние ядер.

Слияние клеток – это лишь технический способ, с помощью которого два гаплоидных ядра разного происхождения оказываются в одной клетке. Кстати, не единственный способ. Ядро может появиться в чужой клетке и другими путями, например, путем впрыскивания (Покрытосеменные и часть Голосеменных, Грибы из класса Аскомицетов) или путем обмена ядрами (Инфузории).

К тому же далеко не факт, что сперматозоиды можно считать полноценными клетками. Скорее это просто клеточное ядро с приделанным к нему моторчиком. А уж про спермии я и не говорю.    

У большинства Эукариот оплодотворение происходит почти сразу после появления в одной  клетке двух ядер разного происхождения. Но у Грибов из класса Базидиомицетов между этими событиями проходит почти вся жизнь.

Надо, наконец, договориться о том, что мы понимаем под терминами «гаметы» и «зигота». Если клетки, то у инфузорий нет ни гамет, ни зигот. Если ядра, то у инфузорий – и гаметы и зиготы имеются. 

Наверное, термины «гаметы» и «зигота» разумно использовать только для ядер. А для клеток применять термины «половая клетка», «мужская половая клетка», «женская половая клетка», «яйцеклетка», «оплодотворенная яйцеклетка». При таком подходе мы можем сказать ученикам, что гаметы и зиготы существуют у всех эукариот (за исключением тех, которые вторично потеряли половой процесс).  А вот половые клетки -  далеко не у всех. У Грибов и Инфузорий половых клеток нет

Жизненный цикл инфузорий тем и интересен, что жестко и беспощадно учит нас отличать видимость от сущности. А это куда важнее, чем помнить названия фаз митоза и мейоза.   

Источником путаницы является и понятие «половое размножение».

У споровых растений существует размножение спорами и размножение половыми клетками. Первое размножение обычно называют бесполым, второе – половым. А через несколько страниц говорится, что при бесполом размножении образуются генетически одинаковые организмы, идентичные родительскому, а при половом – разные.

- Но позвольте! — воскликнет внимательный юный читатель (которых, увы, в наши дни осталось не так много), ведь ядра спор образуются в результате мейоза, поэтому все споры ГЕНЕТИЧЕСКИ РАЗНЫЕ. Хотя они и обеспечивают бесполое размножение. А ядра половых клеток, образовавшихся на одном заростке в результате митоза, ГЕНЕТИЧЕСКИ ОДИНАКОВЫ. Получаются все с точностью до наоборот.

А еще более внимательный и к тому же более ехидный юноша добавит, что из текста, приведенного в учебнике, следует абсолютно логичный вывод о том, что полового размножения у Покрытосеменных растений… нет!!! Ибо на одном заростке покрытосеменного растения формируется только одно половое ядро, участвующее в формировании нового организма. Какое уж тут размножение… Следовательно, у Покрытосеменных есть лишь споровое (называемое бесполым) размножение, в результате которого на одном растении образуется много пыльцевых зерен и семезачатков.

Парадокс легко разрешается, когда мы сообразим, что половым размножением споровых растений в учебнике называют одно, а половым размножением семенных растений – совершенно другое. Но такое употребление одного и того же термина в двух разных смыслах (и, к тому же, безкаких-либо комментариев) порождает путаницу в мозгах и потому нежелательно.

На месте авторов учебных пособий я бы не стал давать ученикам понятия бесполого и полового размножения у растений, а просто предложил бы простую и логичную схему эволюции жизненных циклов от споровых растений к Голо- и Покрытосеменным. Тогда бы не былои путаницы. А понятие вегетативного размножения дать можно и даже нужно.

Но вернемся к клеткам и к клеточной теории. Ученикам говорится, что живые организмы бывают одноклеточными и многоклеточными. Достаточно ли этого разделения? И являются ли упоминавшиеся выше Каулерпа и Мукор, имеющие большое число ядер, но не имеющие ни одной межклеточной границы, одноклеточными или многоклеточными организмами?    

Многие пособия называют такие организмы одноклеточными. Но это так же нелепо, как называть молекулой кристалл поваренной соли.

Организмы, подобные Каулерпе или Мукору, нельзя считать ни одноклеточными, ни многоклеточными. Для них можно употребить такой термин, как «СИНЦИТИЙ». Синцитиями называются многоядерные, но не имеющие клеточных границ, части многоклеточных организмов (например, поперечнополосатые мышцы). Этот термин можно распространить и на целые организмы.

И тогда мы должны сказать, что организмы могут быть одноклеточными, многоклеточными и синцитиальными. И что среди так называемых Простейших животных имеются как одноклеточные организмы, так и синцитии.

А все ли клетки устроены принципиально одинаково и являются вариациями одной и той же структуры? С точки зрения клеточной теории19 века – да. А с точки зрения биологии 20-го и, тем более, 21-го века – нет. Клетки Прокариот и Эукариот принципиально отличаются друг от друга и клетку эукариот можно сравнить не с одной клеткой прокариот, а с агрегатом из этих клеток. А отдельную клетку прокариот можно сравнить с некоторыми клеточными органоидами, например, с митохондриями.

Учитывая принципиальное различие между клетками прокариот и эукариот отечественный цитолог Л. Н. Серавин в 1990-м году предложил вообще отказаться от термина «клетка» заменив его на два термина: «процит» (клетка прокариот) и «эуцит» (клетка эукариот). Правда эта идея, сама по себе разумная, не прижилась.

Есть ли помимо процитов и эуцитов ещё какие-либо разновидности клеток? Думаю, что да. Это клетки инфузорий.      

Как мы помним, в клетках инфузорий имеется два ядра: микронуклеус, подобный единственному ядру одной эукариотической клетки, и макронуклеус, который ни с какими структурами эукариотической клетки несравним.

Макронуклеус имеется не у всех инфузорий. У примитивной инфузории Loxodes макронуклеуса нет но зато имеется несколько сотен обычных ядер. Иными словами, Loxodes является типичным синцитием. И нетрудно догадаться, что в процессе эволюции из этих нескольких сотен ядер одно ядро превратилось в микронуклеус, а все остальные – в один макронуклеус. Такое превращение большого числа мелких ядер в одно большое могло происходить двумя способами: или путем слияния ядер, или путем большого числа недошедших до конца (образования ядерной оболочки) митозов.

Инфузория с микронуклеусом и макронуклеусом – это уже не синцитий (большого числа отдельных ядер у него нет). Наверное, мы вправе считать её клеткой качественно нового типа. Но что абсолютно недопустимо, так это сравнивать клетку инфузорий с обычной клеткой эукариот.  

Клетка инфузорий возникла из эукариотического синцития путем интеграции большого числа ядер в одно. Поэтому её следует сравнивать не с одной эукариотической клеткой, но с агрегатом таких клеток. Или даже с многоклеточным животным. В свое время я предложил для клеток инфузорий термин «гиперциты», а для самих инфузорий название «гиперкариоты», но эти названия также не привилось.         

При изложении клеточной теории в пособиях для школьников иногда пишут о том, что все клетки устроены принципиально одинаково. То есть, являются вариациями одной и той же структуры. Этой точки зрения действительно придерживались создатели клеточной теории Т. Шванн, М. Шлейден и Р. Вирхов. Но ведь они жили в 19 веке. А в наши дни этот взгляд безнадежно устарел. Под термином «клетка» в настоящее время понимают три (по меньшей мере) совершенно разные структуры. Я уже не говорю о том, что клетками часто называют типичные синцитии.

Давайте перейдем от клеток к молекулам. Например, к молекулам нуклеиновых кислот. Здесь тоже существует типичная ошибка, часто встречающаяся в тестовых заданиях и подставляющая не по чину умных учеников.

Какая последовательность нуклеотидов в цепи ДНК комплементарна последовательности АЦЦАТГЦ? Авторы тестов обычно считают, что это последовательность ТГГТАЦГ. И требуют такого ответа от школьников.

На самом деле это неверно. Цепи АЦЦАТГЦ комплементарна цепь ГЦАТГГТ. Последовательность нуклеотидов нужно записывать в обратном порядке. Дело в том, что комплементарные цепи ДНК антипараллельны.

Цепь ДНК с одной стороны заканчивается 3’ углеродом дезоксирибозы, а с другой стороны – 5’ углеродом дезоксирибозы. При этом напротив 3’ конца одной цепи находится 5’ конец цепи, ей комплементарной. И наоборот. Последовательность нуклеотидов в обеих цепях нужно записывать одинаково: или от 5’ конца к 3’ концу, либо от 3’ конца к 5’ концу. То есть, в противоположных направлениях.

Именно благодаря антипараллельности цепей возможно формирование шпилек в молекулах транспортных РНК.

Слышал я, что эта ошибка встречалась даже в заданиях ЕГЭ. Это уже совсем недопустимо.     

Еще одна ошибка – знак равенства между терминами «обмен веществ» и «метаболизм».

Понятие «обмен веществ» появилось значительно раньше. Оно отражает тот факт, что вещество, из которого состоят живые организмы, непрерывно обновляется. Точно так же, как непрерывно обновляется вода в текущей реке и проточном озере. Такие объекты интересны тем, что существенно не меняются, несмотря на обновление вещества. Более того, именно вследствие обновления вещества поддерживается относительная неизменность объектов.

А метаболизм – это совокупность биохимических реакций, протекающих в живых организмах.

Метаболизм – это понятие узко биохимическое, а обмен веществ – общенаучное. Обмен веществ свойственен и реке, и озеру и даже осадку поваренной соли, находящемуся в равновесии с насыщенным раствором. Ведь химическое равновесие отнюдь не означает отсутствие растворения и оседания – оно обозначает что оба процесса идут с одинаковой скоростью.        

Во многих учебных пособиях ставится знак равенства между понятиями «распад» и «энергетический обмен», а также понятиями «синтез» и «пластический (строительный) обмен». Эта ошибка является почти автоматическим следствием того, что школьники не понимают, что в клетках имеется топливо и строительный материал. Строительный материал – это то, из чего построены внутриклеточные структуры, А топливо – то, что является источником энергии.  Владея этими понятиями, легко сообразить, что синтез гликогена из глюкозы – это превращение топлива из одной формы в другую. И поэтому его следует относить к энергетическому обмену, хотя это и синтез. А образование двух молекул аминокислоты аланина из одной молекулы глюкозы – это строительный обмен, ибо белки, мономерами которых являются аминокислоты, обычно являются строительным материалом. 

Думаю, что в школьных учебниках вполне можно обойтись и без понятий «строительный» и «энергетический» обмен. А также без понятий «анаболизм», «катаболизм», «ассимиляция» и «диссимиляция». Достаточно дать понятия «распад» и «синтез», попутно рассказав о том, в каких процессах образуется АТФ.    

Перейдем теперь от молекул к биосфере. Авторы многих учебных пособий проводят границу биосферы по границе области обитания живых организмах. И говорят, что верхние слои атмосферы в состав биосферы не входят. Но это коренным образом противоречит взглядам Владимира Ивановича Вернадского. С точки зрения Вернадского биосфера – эта не область обитания живых организмов, а область, свойства которой определяется активностью живых организмов.

В верхних слоях атмосферы живых организмов нет. Но зато там есть свободный кислород, значительная часть которого образовалась в процессе фотосинтеза. Поэтому верхние слои атмосферы также входят в состав биосферы.

Жизнь влияет на природу не только в зоне распространения живых организмов, но и ДАЛЕКО ЗА ПРЕДЕЛАМИ ЭТОЙ ЗОНЫ! В этом – одна из наиболее «вкусных» изюминок концепции Вернадского.

В некоторых продвинутых учебных пособиях для школьников рисуют «кривые толерантности». То есть кривые, характеризующие состояние живых организмов в зависимости от значения какого-нибудь условия (например, температуры). При слишком высоком и при слишком низком значении условия организмы чувствуют себя плохо, а при промежуточных (оптимальных) хорошо. При этом для большей наглядности под кривой рисуют рыбок; в центре кривой под оптимальными температурами рыбок много, а по краям – мало. Отсюда школьник почти автоматически делает банальный вывод, что численность популяции наиболее высока в оптимальных условиях и снижается по мере удаления от них.

Это совершенно не верно. Популяция достигает высокой численности не там, где условия оптимальны, а там, где она более конкурентоспособна в сравнении с популяциями других видов. Об этом идет речь в рассказе Андрея Платонова «Неизвестный цветок».

Отдыхавшие в лагере пионеры нашли на скале очень красивый цветок. Этот цветок рос на камнях в крайне неблагоприятных условиях и был очень чахлым. Добрые пионеры пожалели цветок, принесли плодородную почву, полили и уехали в город.

Приехав в лагерь на следующий год, пионеры увидели, что на месте цветка растет густая трава. А цветка нет. Красивый цветок был найден на скале немного дальше. Он рос на камнях и был очень чахлым.

Получается так, что в оптимальных условиях цветок вытесняется травой и может расти только вдали от оптимума. Цветку там плохо, но его конкуренту – траве — ещё хуже. Поэтому-то цветок может вырасти на скале и не вырастает в хороших условиях.     

Рассказ Андрея Платонова иллюстрирует теорию конкурентных стратегий, разработанную советским ботаником Л. Г. Раменским приблизительно в то же время, когда был написан рассказ. И попутно свидетельствует о том, что научные идеи можно излагать не только в ученых сочинениях, но и в художественной литературе с помощью художественных образов.

Экология, изложенная на страницах школьных учебников – это набор банальностей. А на самом деле, биологическая экология полна неожиданностей и парадоксов. Тем она и интересна.

И, в заключении, очень важное, отчасти философское замечание. Во многих учебниках мы видим словосочетания «учение Дарвина», «учение Павлова», «учение о клетке» и т. д. Слово «учение», которым бездумно щеголяют некоторые авторы, – это термин из сферы религии, к науке он не имеет никакого отношения. В науке есть теории, гипотезы, концепции, идеи, но «учений» в ней нет и быть не может. Когда какой-то раздел науки превращается в «учение», он останавливается в развитии и постепенно превращается в набор догм, не имеющих никакого отношения к познанию реального мира. Поэтому слово «учение» должно быть БЕСПОЩАДНО ИЗГНАНО из учебной литературы по научным дисциплинам. Ибо употребление этого термина создает у обучающегося юношества превратное представление о науке.

Есть теория Дарвина, но «учения Дарвина» нет и быть не может. «Учения» создают такие авторы, как Т. Д. Лысенко и И. И. Презент.

Источник: dzd.rksmb.org

Комментарии: