использование анимации в элективном курсе «основы генетики».

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНИМАЦИИ В ЭЛЕКТИВНОМ КУРСЕ
«ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ».
Александр Сергеевич Чунаев
([email protected])
Кафедра генетики и биотехнологии биолого-почвенного
факультета Санкт-Петербургского государственного
университета (СПбГУ), Санкт-Петербург.
Государственное бюджетное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа (ГБОУ СОШ №91)
Петроградского района, Санкт-Петербург.
Аннотация.
Наглядность эффектов анимации демонстрирует опыты Грегора
Менделя как пример научного поиска. Когнитивная функция
анимации выступает на первый план во flash-анимациях,
описывающих поведение маркированных хромосом в мейозе и
появление тетрад с расщеплением 2:2. Анимированные модели
структуры и репликации ДНК, позволяют понять современные
представления об основах молекулярной генетики.
Анимация в качестве модуля цифровых образовательных ресурсов
позволяет адекватно представить природу биологического знания,
описывающего разнообразные процессы и их механизмы во времени
и в пространстве. Для учащихся общеобразовательных учреждений
важными составляющими анимации являются её привлекательность
и интерактивность, способствующие повышению мотивации к
обучению. Для элективного курса «Основы генетики»
анимированное изображение отца-основателя генетики – Грегора
Менделя, доступное в сети Интернет, выбрано в качестве отправной
точки временной шкалы, демонстрирующей основные события в
истории генетики. Статья Грегора Менделя, написанная на немецком
языке, по ряду причин трудна для понимания. Так, использование
двух разных слов немецкого языка «differirende» и«verschiedene»,
которые сходным образом переводятся на русский язык
(«различные» и «различающиеся») и воспринимаются как синонимы,
позволило Менделю описать свои наблюдения без введения
дополнительных терминов. В оригинале «differirende» - это
фенотипические различия, связанные с проявлением разных аллелей
одного гена, а «verschiedene» различия признаков, контролируемых
разными генами. Эффекты анимации в презентации, использующие
пути перемещения объектов, позволяют наглядно отделить
рассмотрение экспериментальных данных и обозначений, данных
Грегором Менделем в 1865 году, от тех, которые привнесены
последующими интерпретаторами, в частности, Уильямом Бэтсоном
в начале ХХ века. Переоткрыватель законов Менделя Карл Корренс
в 1900 году особо выделял соотношение 1:1, наблюдённое Менделем
в анализирующем скрещивании, и связывал его с редукционным
делением мейоза. То, что комбинаторная гипотеза Менделя основана
на простой арифметике расхождения хромосом в мейозе показывает
тетрадный анализ. Увязать буквенные обозначения аллелей,
расхождение хромосом к полюсам деления и появление тетрад с
расщеплением 2:2 наглядно можно с помощью flash-анимации.
Современные почитатели Грегора Менделя изображают его
портрет на фоне растений гороха, с которыми он работал, а также и
на фоне модели двойной спирали ДНК Джеймса Уотсона и Фрэнсиса
Крика, хотя эта модель молекулярной структуры носителя
генетической информации появилась в 1953 году – на 88лет позже
научного доклада Грегора Менделя. Известное анимированное
изображение модели B-формы двойной спирали ДНК основано на
результатах рентгеноструктурного анализа, проведённого с
атомарным разрешением в 1981 году. Существенно, что, в отличие
от модели Уотсона и Крика 1953 года, расстояния между
конкретными нуклеотидными парами в реальной молекуле ДНК
оказались зависимыми от последовательности нуклеотидов, что
имеет важное значение для понимания взаимодействия ДНК и
белков.
Самая цитируемая фраза из работы Уотсона и Крика 1953 года
утверждает, что специфическое спаривание, которое они
постулировали, прямо указывает на возможный механизм
копирования генетического материала. Двойная спираль ДНК
движется в одном направлении относительно комплекса ферментов,
копирующих генетический материал. В то же время, химически две
нити ДНК антипараллельны, поэтому отстающая нить периодически
выпетливается. Эта, так называемая, модель тромбона доказана на
сегодняшний день экспериментально. Репликация ДНК на концах
линейных хромосом не может осуществляться ДНК-полимеразой и
происходит в результате наращивания специфических
повторяющихся последовательностей обратной транскриптазой –
теломеразой. Согласование многочисленных вилок репликации в
хромосомах эукариот с фактом однократного удвоения
генетического материала в клеточном цикле описывает модель
домино.И модель тромбона, и работу теломеразы, и модель домино
можно проиллюстрировать соответствующими анимациями.
Использованные источники.
Gregor Mendel. Versuche über Pflanzenhybriden. Zwei Abhandlungen
(1865 und 1869). Herausgegeben von Erich Tschermak. Leipzig. Verlag
von Wilhelm Engelmann.. S.3-46. 1901
Грегор Мендель. Опыты над растительными гибридами. Редакция
и комментарии А.И.Гайсиновича.Серия «Классики науки». Отв.
Редактор Б.Л.Астауров. Издательсво «Наука», Москва, С.9-46. 1965.
Carl Correns. G. Mendel’s Regel über das Verhalten der
Nachkommenschaft der Rassenbastarde. Berichte der Deutschen
Botanischen Gesellschaft, B.18:.S.158-168. 1900
Reid J.B., Ross J.J. Mendel's genes: toward a full molecular
characterization. Genetics. v. 189, No.1 .p.3-10. 2011.
D. Thacker, I. Lam, M. Knop, and S. Keeney.Exploiting SporeAutonomous Fluorescent Protein Expression to Quantify Meiotic
Chromosome Behaviors in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, v. 189,
p.423–439. 2011.
J. D. Watson and F.H.C.Crick. Molecular Structure of Nucleic Acids:
A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature. V. 171, 737 – 738.
1953.
Н.R. Drew, R.M.Wing, T.Nakano, C.Broka, S.Tanaka, K.Itakura,
R.E.Dickerson. Structure of B-DNA dodecamer: conformation and
dynamics. Proc.Natl.Acad.Sci.USA v.78, No.4, p.2179-2183. 1981.
V. O. Chagin, J. H. Stear and M. C. Cardoso. Organization of DNA
Replication. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2010; 2:a000737.
C.W. Greider, E.H.Blackburn . The telomere terminal transferase of
Tetrahymena is a ribonucleoprotein enzyme with two kinds of primer
specificity. Cell. v.51, No.6, p.887‐98. 1987.