Рисунки по клеточкам для 7 лет: Рисунки по клеточкам «Цветные» ☆ 2530 рисунков
Рисунки на клетчатой бумаге легкие
Рисунки в клеточку в тетради
Узоры по клеточкам сложные объемные
Объёмные финуны по клеточкам
Узоры по клеточкам в тетради
Геометрические фигуры по клеточкам сложные
Симметричные фигуры по клеточкам
Узоры в клеточку в тетради
Узоры по клеточкам в тетради
Рисунки по клеточкам
Геометрические узоры по клеточкам
Узоры в тетради в клетку
Рисунки по клеточкам лёгкие
Повтори узор
Рисунки по клеточкам ручкой
Объёмные финуны по клеточкам
Трехмерные фигуры по клеткам
Симметричное рисование по клеточкам
Рисование по клеточкам узоры сложные
Геометрические узоры по клеточкам
Симметрия по клеточкам для детей
Рисунки по клеточкам на тетрадном листе
Узоры в клеточку в тетради
Объемные рисунки по клеткам
Иллюзии в клеточку в тетради
Симметрия для дошкольников
Узоры в клеточку в тетради
Узоры по клеточкам
Дорисуй по клеточкам
Рисунки по клеточкам в тетради ручкой
Рисунки ручкой в тетради в клетку
Узоры по клеточкам в тетради
Красивые геометрические узоры
Рисунки по клеточкам чёрной ручкой
Рисунки по клеточкам ручкой
Узоры в тетради в клетку
Узоры по клеточкам в тетради
Рисование фигур по клеткам
Геометрические фигуры в тетради в клеточку
Необычные узоры по клеточкам
Объемные фигуры по клеточкам
Узоры по клеточкам сложные
Узоры в тетради в клетку
Необычные узоры по клеточкам
Симметричное рисование по клеточкам
Узоры по клеточкам
Узоры в клеточку для дошкольников
Геометрические узоры в тетради
Фигуры по клеточкам
Куб в тетради в клетку
Узоры в клеточку в тетради
Рисование в клеточку в тетради
Рисование по клеточкам в тетради узоры
Рисование по клеткам
Рисование.
Потклетоскам для детей
Рисунки по клеточкам чёрной ручкой
Геометрические фигуры по клеточкам сложные
Узоры на листе в клетку
Узоры по клеточкам в тетради
Фигуры в клеточках для дошкольников
Рисование по клеточкам для дошкольников
Эскиз вышивки на листе в клетку
Повтори рисунок
Зеркальное рисование по клеточкам для дошкольников
Рисунки по клеточкам
Геометрические узоры в тетради в клетку
Рисунки по клеточка марандашом
Рисунки по клеточкам ручкой
Симметричные фигуры
Рисунки по клеточкам чёрной ручкой
Объемные фигуры по клеткам
Узоры по клеточкам в тетради сложные геометрические
Панда вышивка крестом
Узоры по клеточкам в тетради
Дорисовать вторую половину рисунка по клеточкам
Узоры по клеточкам в тетради сложные
Нарисуй фигуру по клеточкам
Дорисуй по клеточкам
Простые рисунки по клеточкам для детей
Симметричное рисование по клеточкам для детей 6-7 лет
Узоры по клеточкам в тетради
Рисование по клеточкам дом
Симметричное рисование по клеткам
Рисунки по клеточкам
Идеи для орнамента
Как найти периметр фигур, его обозначение, измерение
Поможем понять и полюбить математику
Начать учиться
239.
2K
Обычно мы справляемся с разными жизненными ситуациями теми способами, к которым мы привыкли. На самом деле, подходящих вариантов может быть больше, как и формул в математике для решения одной задачи. В этой статье рассмотрим, как вычислить периметр фигуры разными способами.
Определение периметра
Периметр — это сумма длин всех сторон многоугольника.
Какой буквой обозначается периметр? Заглавной латинской P. Под обозначением P удобно писать маленькими буквами название фигуры, чтобы не запутаться в задачах по ходу решения.
В чем измеряется периметр? В тех же единицах измерения, что и длина — например, миллиметр, сантиметр, метр, фут, дюйм, локоть и др.
Если в условиях задачки длины сторон переданы в разных единицах длины, мы не сможем узнать периметр фигуры.
Для правильного решения нужно перевести все данные в одну единицу измерения.
Узнай, какие профессии будущего тебе подойдут
Пройди тест — и мы покажем, кем ты можешь стать, а ещё пришлём подробный гайд, как реализовать себя уже сейчас
Формулы нахождения периметра
Как мы только что узнали, периметр — это сумма длин всех сторон многоугольника. А значит, чтобы его найти, нам надо знать длины этих сторон. Давайте посмотрим, как найти периметр, на примерах нескольких фигур.
Равносторонний многоугольник
У равностороннего треугольника все стороны равны. А значит, периметр равностороннего треугольника можно найти как произведение длины стороны на их количество, т. е. на 3.
P = 3 ⋅ a, где a — длина стороны.
Периметр любого другого равностороннего многоугольника можно найти тем же способом: умножив длину его стороны на их количество.
Например, у квадрата и ромба все стороны равны, а значит, их периметр можно найти по формуле P = 4 ⋅ a, где a — длина стороны.
А формула для любого равностороннего n-угольника будет такая: P = n ⋅ a, где a — длина стороны, n — количество сторон.
Прямоугольник и параллелограмм
У прямоугольника и параллелограмма противоположные стороны равны, а значит, найти их периметр легко, зная две соседние стороны.
P = 2 ⋅ (a + b), где a — одна сторона, b — соседняя сторона.
Окружность
У окружности нет периметра, потому что это не многоугольник. Но у нее есть длина, которую можно найти, зная радиус. Длина окружности — это произведение пи на два радиуса или произведение пи на диаметр.
L = d ⋅ π = 2 ⋅ r ⋅ π, где d — диаметр, r — радиус, π — это константа, которая выражает отношение длины окружности к диаметру, она приблизительно равна 3,14.
Можно выучить все формулы, а можно, запомнив определение о сумме всех сторон, каждый раз проявлять смекалку и вычислять самостоятельно. Давайте потренируемся, как определять периметр фигур!
Решение задач
Как решаем:
- Для использования формулы P = 2 × (a + b), нам нужно найти ширину;
- Так как S = a × b, для поиска одной стороны необходимо разделить площадь на известную сторону: 80 : 10 = 8 см;
- Далее подставляем известные данные в формулу: (10 + 8) × 2 = 36 см;
Ответ: 36 см.
Равнобедренный треугольник имеет периметр 40 см, длина его основания составляет 6 см. Какую длину будут иметь две другие стороны?
Как решаем:
- Мы знаем, что периметр — это сумма длин всех сторон, а значит, если вычесть из данного периметра сторону основания — получим сумму двух оставшихся сторон: 40 − 6 = 34 см;
- Известно, что равнобедренный треугольник имеет две равные стороны;
- Далее делим получившуюся сумму на два: 34 : 2 = 17 см;
Ответ: две другие стороны равны по 17 см.
Радиус окружности равен периметру равностороннего пятиугольника со стороной 4 см. Найдите длину окружности.
Как решаем:
- Периметр равностороннего пятиугольника равен 4 × 5 = 20 см, значит, радиус окружности равен 20 см;
- Длина окружности равна π × 2 × 20 = 40π см;
Ответ: 40π см.
Еще больше практических заданий — на курсах по математике в онлайн-школе Skysmart!
Шпаргалки для родителей по математике
Все формулы по математике под рукой
Лидия Казанцева
Автор Skysmart
К предыдущей статье
1000.7K
Как найти площадь треугольника
К следующей статье
257.8K
Как найти периметр прямоугольника
Получите план обучения, который поможет понять и полюбить математику
На вводном уроке с методистом
Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению
Расскажем, как проходят занятия
Подберём курс
Путешествие в центр наших клеток
Антони ван Левенгук, голландский торговец тканями, впервые увидел живую клетку случайно.
Он начал делать увеличительные линзы дома, возможно, чтобы лучше судить о качестве своей одежды. Однажды из любопытства он поднес одну к капле озерной воды. Он увидел, что капля кишит бесчисленными крошечными животными. Эти зверюшки, как он их называл, были везде, куда бы он ни посмотрел, — в вещах между его зубами, в почве, в испорченной еде. Десять лет назад, в 1665 году, англичанин по имени Роберт Гук исследовал пробку через линзу; он нашел структуры, которые назвал «клетками», и это название прижилось. Ван Левенгук, казалось, увидел еще более поразительную картину: его клетки двигались с очевидной целью. Никто не поверил ему, когда он рассказал людям о своих открытиях, и ему пришлось просить местных авторитетов — городского священника, нотариуса, адвоката — посмотреть через его линзы и засвидетельствовать то, что они видели.
Лучшая оптика Ван Левенгука обеспечивала увеличение более чем в двести раз. Этого было достаточно, чтобы увидеть объект размером в миллионную песчинку.
Несмотря на это, клетки выглядели крошечными. Он предположил, что они «снабжены инструментами для движения» — крошечными конечностями, которые должны «частично состоять из кровеносных сосудов, доставляющих им питание, и сухожилий, которые их двигают». Но он сомневался, что наука когда-нибудь продвинется настолько, чтобы раскрыть внутреннюю структуру чего-либо такого маленького.
Сегодня мы считаем само собой разумеющимся, что состоим из клеток — жидкостных мешочков, содержащих аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, ядро. Мы признаем, что каждый из нас когда-то был отдельной клеткой, и то, что было упаковано внутри нее, было средством для построения целого тела и поддержания его на протяжении всей жизни. «Люди должны ходить весь день, все часы бодрствования, перекликаясь в бесконечном изумлении, не говоря ни о чем, кроме этой клетки», — писал врач Льюис Томас в своей книге «Медуза и улитка». Но телескопы — более желанный подарок, чем микроскопы. Почему-то большинство из нас не горят желанием исследовать клеточный космос.
Клеточные биологи знают, что вознаграждение за понимание весьма существенно. Клетка является фундаментальной единицей жизни, общей для растений, животных и бактерий. Если бы мы понимали клетку целиком, биомедицинский прогресс резко ускорился бы, точно так же, как это сделала ядерная наука, когда физики поняли атомы. Проблема в том, что внутренности клеток слишком малы, чтобы их можно было легко увидеть. С клетками трудно работать в контролируемых условиях, и они невероятно сложны. Плакат, висящий во многих лабораториях, показывает диаграмму Roche Biochemical Pathways, блок-схему клеточного метаболизма. Это странно красиво — как инженерный чертеж, полученный от инопланетной цивилизации.
Пятьдесят лет назад мы были менее уверены в том, как интерпретировать чертеж. В фильме 1966 года «Фантастическое путешествие» ученые изображали ученых, которые уменьшали себя, чтобы погрузиться с аквалангом в кровоток человека; в одной сцене антитела атакуют персонажа в гидрокостюме, как косяк хищной рыбы.
В фильме предполагалось, что клеточный мир будет миниатюрной версией нашего собственного. Сегодня, хотя до сих пор нет микроскопа, способного показать все, что происходит внутри живой клетки в режиме реального времени, биологи осознают странность зоны, большей, чем атомы, но меньшей, чем клетки, в которой существует механизм жизни. Они проанализировали крошечные части, из которых состоят клетки, и узнали, как эти части взаимодействуют. Они заморозили клетки, сфотографировали их и использовали компьютерное моделирование, чтобы оживить изображения. Они изучили кажущиеся пустыми пространства внутри клеток и обнаружили, что они содержат мир, управляемый неинтуитивными физическими законами.
Несколько групп «синтетических биологов» сейчас близки к тому, чтобы собрать живые клетки из неживых частей. Если бы мы могли точно спроектировать такие клетки и управлять ими, мы могли бы использовать их для того, что нам нужно — производить чистую энергию, убивать рак и даже обращать вспять старение.
Работа зависит от понимания внутренней работы клетки до такой степени, которую ван Левенгук не мог себе представить.
Первый шаг — свести проблему к ее сути. Человеческое тело содержит клетки головного мозга и ногтевых клеток, клетки крови и мышечные клетки, а также десятки видов одноклеточных бактерий. Каждая из них формировалась в соответствии со своей нишей в течение эонов эволюции. Инопланетянин, пытающийся разобраться в автомобилях, был бы озадачен различиями между седанами и спортивными автомобилями, а также деталями подогрева сидений и информационно-развлекательных систем. Нужно было бы убрать все это, обнажив компоненты, общие для всех автомобилей: двигатель, колеса, топливный бак, выхлоп. Группа биологов, надеющихся сконструировать клетки, сделала нечто подобное. Они модифицировали вид бактерий, чтобы создать «минимальную» клетку. Он содержит только то, что необходимо для жизни — это сотовый эквивалент серийного автомобиля, к которому можно прикрутить новые компоненты.
Джон Гласс, один из руководителей проекта, описал мне минимальную клетку как «платформу для выяснения первых принципов биологии». Он сказал: «Чтобы ответить на большие вопросы, нужно мыслить мелко».
Гласс, 67 лет, возглавляет группу синтетической биологии и биоэнергетики в Институте Дж. Крейга Вентера, который занимает искусно современное здание на холме в Сан-Диего. В начале двухтысячных, когда начался проект минимальных клеток, области геномики было всего несколько десятилетий. Биологи секвенировали ДНК каждого существа, которое они могли найти — вируса, бактерии, лабораторной крысы, человека — и тонули в данных. Дж. Крейг Вентер, ключевой игрок в усилиях по секвенированию генома человека, почувствовал необходимость упрощения. Почему бы не создать клетку с как можно меньшим количеством генов и не использовать ее в качестве модельного организма? Если вы хотите понять более сложный биологический процесс, вы можете добавить его гены в свою минимальную клетку. Их функцию было бы легче понять на сравнительно чистом холсте.
Вентер собрал команду биологов, в которую входил Гласс, один из ведущих мировых экспертов по бактерии под названием Mycoplasma . «Если бы вы пошли в зоопарк, выстроили всех млекопитающих и взяли мазки из их мочеполовых путей, вы бы обнаружили, что у каждого из них есть микоплазма», — сказал мне Гласс. Поскольку бактерии живут в такой богатой питательными веществами среде, им редко приходится добывать пищу или даже делать много для ее переваривания; отсутствие у них сложного метаболизма позволяет им иметь самый маленький известный геном среди всех свободноживущих организмов. Исследователи бомбардировали миллионы этих клеток специальными генами, называемыми транспозонами, которые случайным образом встраиваются в цепочку ДНК, разрушая любой ген, который попадет внутрь. Многие бактерии погибли от этого лечения, и исследователи секвенировали геномы тех, которые выжили. Это было похоже на осмотр вернувшихся с войны истребителей: если ты никогда не видел дырок от пуль в топливном баке, ты знал, что повреждения там всегда фатальные.
К 2016 году, после нескольких доработок, они разработали минимум 9Геном 0019 Mycoplasma вдвое меньше исходного. Исследователь по имени Кэрол Лартиг провела годы во время своего постдока, решая сложную проблему имплантации генома в клетку. Бактерия, которая в итоге появилась в результате работы, получила название JCVI-syn3.0. Это был двигатель, прикрепленный болтами к нескольким колесам.
Однажды утром прошлой осенью Гласс встретил меня в J.C.V.I. одет в синюю толстовку с капюшоном и черные спортивные шорты. Наверху мы встретили Андраша Кука, научного сотрудника, который подвел меня к скамейке, на которой стояло несколько чашек Петри. Блюда были бледно-розовые, с иголочками; каждый укол представлял собой колонию минимальных клеток — вариант, названный JCVI-syn3A. Кук указал на ближайший микроскоп. Через линзу колонии выглядели как яичница.
В другой комнате стоял микроскоп с более высоким разрешением. Гласс сел на табуретку неподалеку. За неделю до этого он прошел курс химиотерапии от рака толстой кишки, и лечение замедляло его.
«Мой прогноз на сто лет действительно плохой», — сказал он, улыбаясь. «Но мой ближайший прогноз довольно хорош».
Для сравнения, Кук подготовил образцы, которые содержали как JCVI-syn3A, так и E. coli . Лабораторная крыса биологии E. coli растет быстро и равномерно и поддается генетическим манипуляциям. Он также охотится и ест, обладает рудиментарной памятью и обладает примерно пятью тысячами генов по сравнению с примерно пятью сотнями у минимальной клетки. После того, как Кук загрузил слайд syn3A, я посмотрел в окуляр, но изо всех сил пытался отличить минимальные клетки от мушек в глазах. Затем я посмотрел на другой слайд. E. coli проплыла мимо. Он был примерно в тридцать пять раз больше, чем минимальная клетка по объему, и имел сложные зубцы — скорее эсминец, чем шлюпка.
В своем кабинете Гласс сказал мне, что минимальная ячейка — это «движение». Он показал мне плакат, на котором отмечены все гены JCVI-syn3A. Около трети были отмечены как имеющие неизвестную функцию.
Когда проект начинался, в нем было сто сорок девять загадочных генов. Теперь осталось около сотни. «В этой сотне могут происходить вещи, которые необходимы для жизни», — сказал Гласс, — не только жизнь syn3A, но и вся жизнь на Земле. Десятки исследовательских групп со всего мира теперь используют минимальную ячейку в своих лабораториях. Одни изучают его базовые функции, другие пытаются добавить к базовой модели новые возможности, например, искусственный фотосинтез. Плакат был на самом деле научным планом войны — он намечал миссию. Расшифруйте помеченные гены, и вы приблизитесь к всестороннему пониманию клеточной жизни.
Как правило, то, что делает ген, зависит от белка, который он приказывает нашим клеткам производить. Именно белки управляют клеточным миром, запуская химические реакции, посылая сигналы и самособираясь в биологические машины. Чтобы понять и контролировать клетку или создать новую, биологам нужно точно знать, как данный белок ведет себя в клеточной среде. Какие формы он может принимать? С чем он взаимодействует? Что происходит, когда маленькая молекула, например, лекарство, застревает в одной из его щелей?
До недавнего времени белки были слишком малы, чтобы их можно было увидеть, за исключением тех случаев, когда они были выделены вне клетки и кристаллизованы.
Наши лучшие изображения богатой белком внутренней части клетки были сделаны не под микроскопом, а кистью Дэвида С. Гудселла, шестидесятилетнего биолога и акварелиста из Научно-исследовательского института Скриппса. Когда я встретил Гудселла в Скриппсе, который находится недалеко от J.C.V.I., у него были длинные волосы, окладистая борода и причудливая маска на лице. Художник с десятилетнего возраста, он проиллюстрировал свои первые E. coli во время его постдока в 1991 году; получившаяся в результате статья «Внутри живой клетки» стала сенсацией, а его клеточные акварели с тех пор стали повсеместно встречаться в учебниках и базах данных и появлялись на обложках Cell , Nature и других журналов. Работа Гудселла частично финансируется Банком данных о белках — проектом Исследовательского сотрудничества по структурной биоинформатике, — и во время рисования он часто консультируется с PDB, которая картирует большие биологические молекулы, включая формы белков, в атомных деталях.
Он просматривает литературу в поисках информации об относительных концентрациях, скорости метаболизма и динамике белковых взаимодействий.
В своем кабинете Гудселл работал над новой картиной. Карандашный набросок на мольберте должен был изображать молоко на молекулярном уровне. «Мы думаем о молоке как о таком белом, непрозрачном, ну вы понимаете, ничего», — сказал он. «Это поможет придать ему некоторую структуру, показав все кусочки, которые находятся внутри». Эскиз содержал несколько цветных точек. Используя кисть, он нанес смывку под сплетением капель песочных часов, представляющих казеиновые белки, которых много в молоке. Он начал рисовать антитело. Всего нужно было заполнить более тысячи молекул 9.0003
Гудселл показал мне несколько недавних картин: частица коронавируса, попавшая в респираторную каплю; крупный план жгутикового мотора E. coli . Одним из его любимых был портрет JCVI-syn3A, минимальной клетки. Чтобы запечатлеть его целиком, он нарисовал картину почти в три фута в диаметре.
Раскол пережимал клетку пополам. Клетки делятся путем деления надвое; считается, что каждая существующая клетка является прямым потомком единственного оригинала — расщепления расщепления расщепления через поколения. Мембрана была светло-зеленой, а рибосомы — молекулярные машины, собирающие белки — розовыми. Заштрихованные катушки и капли разных размеров и ориентации свисали друг с друга, наслаиваясь на триповый мультфильм.
Изображение передало ощущение тесноты. На диаграммах клеточные «органеллы» или специализированные фабрично-подобные структуры часто изображаются как островки в море пустой цитоплазмы. Но на самом деле цитоплазма заполнена белками, РНК и другими маленькими молекулами, которые смешиваются с невероятной скоростью. Иногда у биологов возникает искушение думать о белках главным образом с точки зрения их индивидуальных структур или как об узлах абстрактной биохимической блок-схемы. Искусство Гудселла оживляет беспорядочную реальность между ними.
Пока Гудселл рисовал, Артур Олсон, один из его коллег, зашел.
Олсон — пионер трехмерного компьютерного моделирования; среди прочего, его исследовательская группа работает над CellPaint-VR, программным обеспечением виртуальной реальности, которое переносит пользователей в клеточный ландшафт. «Это совершенно другой мир, — сказал он.
Позже Олсон показал мне виртуальную камеру. Он надел V.R. гарнитура; Я смотрел на мониторе, разделяя свою точку зрения. Мы начали в пустоте. Затем, используя перчаточный контроллер, он создал несколько вирусов полиомиелита — пурпурные планетоиды с бугристой, почти нечеткой поверхностью. Он добавил несколько антител — множество розовых, рябых форм, которые окружили захватчиков. «Это атомарные представления, с которыми вы также можете взаимодействовать», — сказал Олсон, возясь с меню. Он использовал свой контроллер, чтобы выбрать рибосому и прикрепить ее к цепи РНК. Он был похож на головку цветной капусты.
Олсон передвинул ползунок, управляющий масштабом, так что рибосома, казалось, заполнила мир. В поле зрения не было ничего, кроме отдельных атомов.
Он рассмеялся, затем изменил курс, пока не появились более гладкие контуры на поверхности рибосомы. Он подергал рибосому, пытаясь сориентироваться.
“Это другое дело”, сказал он. — Ты можешь заблудиться.
«Новый формат — это полуфинал».
Мультфильм Дэвида Сайпресса
Олсон рассказал мне об опыте, который он получил, создавая виртуальную сцену внутри эритроцита. Вокруг было так тесно, что ему пришлось уменьшиться. «У меня было такое ощущение, что я на маленьком участке земли в огромной долине, которая возвышалась вокруг меня», — сказал он. «Это дало мне совершенно другое ощущение масштаба». Он внедрял в клетку отдельные мембранные белки. — Я имею в виду, вы можете прочитать в литературе, что в эритроците их пятьсот тысяч. Но на самом деле испытать это, в смысле быть в пейзаже. . ». Он замолчал. Я подумал о рибосомах, распространяющихся вокруг нас. Это казалось окружающей средой, которую можно было узнать, как парк возле твоего дома.
Пейзажи клеток, созданные Гудселлом и Олсоном, являются лучшими догадками — как трехмерная визуализация недостроенного дома архитектором.
Другая сторона уравнения — микроскопическая визуализация, которая, как сказал мне Гудселл, совершила «квантовый скачок» за последние годы. Технология, называемая криоэлектронной микроскопией, или крио-ЭМ, развилась до такой степени, что она могла помочь выявить клеточный ландшафт таким, какой он есть на самом деле, в поразительных деталях. «Они очень близки к тому, чтобы увидеть клетки на уровне картин, которые рисую я», — сказал он. «Это выведет меня из бизнеса».
Неподалеку Элизабет Вилла, физик, ставшая биологом, руководит лабораторией крио-ЭМ в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Когда я приехал, Вилья, которая родом из Мехико, обладала ураганной энергией: за последние несколько месяцев она стала гражданкой США, получила должность и была назначена медицинским следователем Говарда Хьюза. Название сопровождается грантом, который обеспечит ее лабораторию миллионами долларов как минимум на следующие семь лет. «Это было большое лето, — сказала она мне. «Я влюбился в крио-ЭМ.
Теперь он на обложке каждого журнала».
Световые микроскопы, подобные тем, которые вы найдете на школьном лабораторном столе, имеют фундаментальное ограничение: длина волны света составляет четверть микрона, что соответствует размеру трех минимальных клеток, расположенных встык. Такие микроскопы с трудом разрешают что-то меньшее. В 1930-х годах ученые экспериментировали с электронами, которые могут разрешать отдельные атомы. Но электронные лучи рискуют повредить биологический материал, на который они направлены. «Представьте, что вы сделали снимок камерой, и ваш объект растаял», — сказал Вилла. К восьмидесятым годам группа под руководством биофизика Жака Дюбоше обнаружила, что образцы можно лучше сохранить, заморозив их мгновенно: это была криоэлектронная микроскопия. Техника, которая позже принесла Дюбоше и его сотрудникам Нобелевскую премию, превращает молекулы воды в стекловидный лед, фактически останавливая жизнь в medias res. К 20-м годам дальнейшие достижения, в том числе улучшенные камеры и программное обеспечение для обработки изображений, привели к «революции разрешения»: крио-ЭМ стала достаточно мощной, чтобы отображать молекулярные структуры внутри живых клеток.
Белки можно запечатлеть на откровенных фотографиях, а не только на тщательно срежиссированных портретах.
Практики крио-ЭМ обычно получают очень подробные панорамные изображения клеток. С некоторыми ячейками работать легче, чем с другими. E. coli , например, часто бывает слишком толстым для изображения с высоким разрешением. «Минимальные ячейки очень милые», — сказал Вилла. Осматривать его было все равно, что заглядывать в маленький стеклянный домик, а не в Пентагон.
В лаборатории Виллы Линдси Янг, постдок, показала мне блюдо, похожее на крошечные отверстия, пробитые в фольге. «Большинство из них представляют собой сетки из отдельных частиц, — сказала она, — крио-ЭМ-эквивалент предметного стекла микроскопа. Янг протянул мне одну из сеток. «Это как размер буквы «О» на вашей клавиатуре, верно?» она сказала. «Но если посмотреть на него под микроскопом, он выглядит как целый континент».
Вилла продемонстрировала процесс крио-ЭМ для клеток JCVI-syn3A. Металлическую сетку погружают в раствор, содержащий клетки, затем мгновенно замораживают в жидком этане и хранят в криокамере.
Мы прошли мимо нового микроскопа, который устанавливали. Он был размером примерно с лунный посадочный модуль «Аполлон» и размещался в помещении с контролируемой влажностью, электрически экранированном и акустически демпфированном помещении, предназначенном для устранения всех вибраций.
— Чем выше энергия электронного микроскопа, тем он выше, — сказал Вилла. Она указала на небольшую металлическую коробку внутри машины, в которую должна была быть вставлена криокамера, как видеокассета. «Микроскоп — это вот эта штука и еще пара линз», — сказала она. «Все остальное — это просто электроника и прочее, чтобы сохранять прохладу». Эта модель стоила около шести миллионов долларов, а ее эксплуатация будет стоить около двух тысяч долларов в день.
В своем кабинете Вилла открыла изображение внутренней части человеческой клетки — беспрецедентный вид. Чтобы лучше рассмотреть клетки, которые больше и выносливее, чем JCVI-syn3A, в лаборатории Виллы используется метод, называемый FIB фрезерованием, при котором сфокусированный ионный пучок направляется на поверхность клетки, вырезая в ней маленькие окна.
Результат в этом случае было трудно понять; черно-белое изображение напомнило мне телевизионные помехи. «Красота и ужас крио-ЭМ в том, что вы видите все», — сказал Вилла. Данные могут быть очень трудно анализировать. Она указала на экран. «Это рибосомы, вот эти большие ребята. Это мембраны. Это хроматин» — сложная структура, в которую закручен наш генетический материал.
Она просмотрела несколько слайдов, и вскоре все раскрасилось.
«Это фотография Дэвида Гудселла», — сказала она. Она наложила его рисунок на необработанное изображение. Это сделало хаос более разборчивым. «Посмотрите, как это сочетается! Это безумие. И он сделал это, не имея таких фотографий».
Вместе с Вольфгангом Баумайстером, немецким биофизиком, Вилла помогла разработать подход, сочетающий измельчение FIB с криоэлектронной томографией — метод, при котором образец поворачивается на месте, что позволяет делать снимки под разными углами. Вилья описал это как «как CAT , но в миллион раз меньше».
Физик Ричард П. Фейнман однажды пошутил, что биология была бы легкой, если бы вы могли «просто посмотреть на это!» Вилла предположила, что мы почти у цели. «Все эти вопросы, которые возникают у людей», — сказала она мне. «Я думаю, вы сможете сказать: «Давайте просто сделаем томограмму». »
Сейчас некоторые биологи комбинируют подходы. Их цель — создать целостное представление о жизни внутри клетки в форме компьютерной симуляции, которая приводит в движение всю систему. В аспирантуре Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне Вилья учился у биолога по имени Клаус Шультен, который вместе со своей женой Зан Люти-Шультен помогал развивать область вычислительного моделирования целых клеток. Клаус работал снизу вверх, отдавая предпочтение «всеатомным» симуляциям, в которых виртуальные атомы следуют законам квантовой механики, в то время как Зан работал сверху вниз с «кинетическими» моделями, которые отслеживают более крупные модели движения клетки. К двадцати десяткам уровень знаний был достаточно высок, чтобы попытаться построить гибридную модель.
Клаус умер в 2016 году. Но в прошлом месяце группа Зан, в которую входят некоторые из ее нынешних и бывших учеников, опубликовала статью в Ячейка , в которой описана вычислительная модель JCVI-syn3A. Модель опиралась на крио-ЭМ-изображения из лаборатории Виллы и на генетический перечень, предоставленный группой Джона Гласса из J.C.V.I. Он включал все четыреста пятьдесят два белка JCVI-syn3A, а также другие клеточные фрагменты. В симуляции эти части взаимодействуют между собой так же, как и в реальной жизни.
Программное обеспечение предназначено для моделирования мира, который сильно отличается от нашего. Если бы камеру раздули до размеров школьного спортзала, вы бы ничего не увидели. Он будет наполнен десятками тысяч белков, большинство из которых размером с баскетбольный мяч. Другие биомолекулы размером не больше вашей ладони и молекулы воды размером с большой палец заполнили бы промежутки между ними. (В масштабе все ваше тело будет размером с рибосому.) Смесь будет иметь консистенцию геля для волос.
В таком мире гравитация была бы практически бессмысленна — вы были бы невесомы, словно подвешены в яме с шариками. И все бы двигалось. Смесь будет постоянно гудеть; потратьте всего несколько секунд внутри него, и каждый предмет среднего размера вокруг вас исследовал бы каждый квадратный сантиметр вашего тела. Это было бы похоже на столпотворение, но это было бы не так.
В 2009 году биоинженер по имени Клиффорд Брэнгвинн и его коллеги сделали открытие, которое могло стать последней частью новой клеточной картины. Брэнгвинн изучала важный момент в жизни маленького червя по имени C. elegans . Прежде чем он сможет построить тело, червь должен решить, куда ему девать голову и хвост; этот процесс, называемый поляризацией, начинается, когда это одна клетка. Небольшие отложения образуются в цитоплазме, образуя то, что ученые называют гранулами Р; гранула помечает одну сторону клетки и, в конечном счете, животное как «левое», а другую — как «правое». Биологи могли обнаружить гранулу в свои микроскопы, но не могли сказать, как она попала на одну сторону.
Брангвинн, начавший свою карьеру в области физики материалов, был знаком с тем, как жидкости становятся твердыми и наоборот. Глядя, как гранулы P закручиваются, он подумал, что они действуют как маслянистое пятно в жидкости. Если его проткнуть иголкой, он разорвется, а потом снова срастется. Внимательно наблюдая, он понял, что молекулярная машина не строит его по частям. Вместо этого он самоорганизовался, подобно пару, сконденсировавшемуся в каплю. Вскоре исследователи обнаружили тот же механизм в других условиях и в других клетках. В 2009, статья британского клеточного биолога по имени Тони Хайман описал явление, иногда называемое «разделением фаз жидкость-жидкость», и стали появляться другие статьи; струйка бумаги превратилась в поток. «Кажется, нет конца количеству открываемых примеров», — сказал мне недавно Джеймс Ротман, клеточный биолог и лауреат Нобелевской премии. «Каждую неделю, если вы возьмете свой любимый журнал по биологии, вы найдете еще полдюжины».
Открытие требует изменения наших основных представлений о клеточной жизни.
На протяжении десятилетий биологи предполагали, что активность цитоплазмы носит случайный характер; клеточный мир менялся с такой драматической скоростью, что нужные белки в конце концов сталкивались друг с другом. Но оказалось, что некоторые молекулы в цитоплазме циркулируют не случайным образом. Они вращались таким образом, что объединяли связанные стороны. Предположим, в важной реакции участвуют пять белков из десяти тысяч; пятеро, как правило, болтались друг вокруг друга, слабо привлеченные. (Иногда у них были гибкие области, которые оказывали взаимное притяжение, и которые были упущены на изображениях, сделанных белками, когда они были в кристаллизованной форме.) Брэнгвинн и другие обнаружили, что в правильных условиях группы белков могут «разделяться по фазе, как пузырьки масла в заправке для салата, образующие структуры. В течение десятилетий исследователи знали, что сложные биохимические реакции, как правило, происходят быстрее в живых клетках, чем в пробирках. Теперь они знали, почему: условия, подобные лавовой лампе внутри живой клетки, позволяют химическим веществам использовать тонкие силы притяжения более эффективно, чем это возможно в более свободной и однородной среде пробирки или чашки.
Мы давно представляли искру жизни, но ключом может быть физическая структура цитоплазмы.
Это новое понимание начало открывать двери. В 2017 году Гласс помог основать консорциум Build-a-Cell — руководящий комитет для сотен лабораторий, которые пытаются построить работающую ячейку с нуля. Исследователи консорциума начали объединять неживые части — белки, рибосомы, РНК и другие молекулярные конструкции — в мембраны, напоминающие клетки, надеясь, что эта смесь оживет за счет экспрессии генов, выполнения метаболической работы и, в конечном счете, деления. Дрю Энди, профессор биоинженерии в Стэнфорде и один из соучредителей Glass, описал группу как попытку решить проблему Шалтая-Болтая: могут ли части составить целое? Такие искусственные клетки можно было бы использовать как живые фабрики по производству биотоплива или лекарств или как сверхэффективные участки искусственного фотосинтеза. Но хотя нужные части есть, ни одна из них не перешла границу от неживого к живому. Группа Энди экспериментировала с немного другими ингредиентами; если это не удалось, проблема может заключаться в том, как они физически устроены.
Он сказал мне: «Я думаю, что прямо перед нами веха. Я не думаю, что это так уж далеко».
Розанна Н. Зиа, физик, изучающая клетки, подчеркнула важность физических свойств в биологии. Она сказала мне, что существуют и другие «коллоидные» свойства цитоплазмы, помимо разделения фаз жидкость-жидкость, которые природа может использовать в своих интересах, например, тот факт, что толчок на одном конце цитоплазмы распространяется почти мгновенно, к другому. Ее группа моделирует тонкое взаимодействие отдельных молекул. «Эта область понимания того, как коллоидная физика регулирует и организует функции клеток, — это граница», — сказала она.
Во времена Гука и ван Левенгука было легко представить, что прогресс в биологии зависит от дальнейшего увеличения масштаба — наблюдения за тем, из каких частей состоят эти части. Но, докопавшись до сути, мы обнаружили, что редукционизм — это тупик. Сейчас нужен синтез. Многие из ученых, с которыми я разговаривал, работают в разных дисциплинах в группе отдельных институтов в Сан-Диего; иногда они переплетаются вместе, и наше понимание продвигается вперед.
Прежде чем я уехал из города, Гласс подарил мне сувенир. Это был странного вида куб, что-то вроде прозрачного пластикового пресс-папье с подвешенным внутри розовым квадратом. Гласс объяснил, что квадрат представляет собой пластинку с агаром, на которой выросли колонии минимальных клеток. Колонии были заключены в несколько дюймов смолы.
Теперь он у меня на столе. Повернув его к свету, я могу разглядеть около дюжины булавочных уколов. Интересно, что эти колонии — одни из первых примеров синтетической жизни — станут считать инициирующими. В науке последствия понимания часто непредсказуемы. Через год после открытия нейтронов, в 1932 году, американский физик венгерского происхождения по имени Лео Силард ждал, чтобы перейти улицу в Лондоне. Когда загорелся зеленый свет, он увидел, как можно использовать новую частицу для создания цепной реакции. Он сделал шаг, и его разум пошатнулся. ♦
Класс 7-8 Раздел 3 Первый урок | ScienceWeb
- Устройство Обзор
- 1 Клеточная теория
- 2 Использование микроскопа
- 3 Органеллы
- 4 Структура и функция клетки
- 5 Научные открытия
Последовательность обучения
Цель урока
На этом уроке учащиеся узнают относительные размеры клеток, получат представление о клеточной теории, узнают, как сделать научный рисунок клетки и связать правила обращения с пищевыми продуктами с клеточной теорией.
Введение
Спросите учащихся, что такое «клетка». Сопоставьте их идеи на доске.
Дайте каждому учащемуся лист бумаги. Спросите их, если их бумага размером с клетку. Попросите учащихся разорвать свою бумагу до размера одной клетки. Сравните результаты учеников. Спросите, почему они сделали свою бумагу такого размера. Попросите учащихся с помощью линейки сделать из бумаги небольшой квадрат размером 1 мм х 1 мм. Предложите учащимся, что 100 клеток животных или 10 000 бактериальных клеток могут поместиться на листе бумаги размером 1 мм x 1 мм.
Сердцевина
- Предложите учащимся, что ячейки могут быть разных размеров и форм. Продемонстрируйте это, используя различные строительные блоки. (Плоские блоки хороши для покрытия поверхности конструкции; толстые блоки используются для заполнения пространства.) Сообщите учащимся, что разные типы ячеек можно использовать для разных целей. Используйте строительные блоки, чтобы сделать различные объекты (например, животное и цветок).
- Попросите учащихся обвести различные формы ячеек на рабочих листах Онлайн-таблица “Ячейки”: размер ячейки 1 и Онлайн-таблица “Ячейки”: размер ячейки 2.
Примечание для учителя : попросите учащихся сохранить эти рабочие листы, так как они снова будут использоваться на уроке 4. - Попросите учащихся выбрать одну из клеток и сделать научный рисунок этой клетки.
- Напомните учащимся нарисовать большую диаграмму (четверть страницы) с помощью острого серого графитового карандаша. Диаграмма должна иметь заголовок и величину или отображать относительный размер ячейки. Схема также должна быть датирована. Учащиеся должны рисовать то, что видят, а не то, что ожидают увидеть. Некоторые клетки имеют идеально круглую или квадратную форму.
- Посмотреть анимационное видео Сумасшедшая история клеточной теории.
- Попросите учащихся составить временную шкалу в своих книгах и использовать рабочий лист История ячеек временной шкалы , чтобы заполнить временную шкалу.
- Попросите учащихся подумать о значении открытия микроскопа и о том, что, по их мнению, было известно о клетках до изобретения микроскопа.
- Учащиеся заполняют рабочий лист Рецепт для мышей.
Вывод
Обсудите со студентами, как ученые могли не согласиться с рецептом для мышей в прошлом. Как ученый может проверить эту теорию? Как они это делают сегодня? Попросите учащихся исследовать, как Франческо Реди проверял теорию спонтанного зарождения и приводил доказательства в пользу клеточной теории.
Материалы для урока
Студенческая деятельность
Цифровые ресурсы
Дурацкая история клеточной теории, TEDEd. Анимационный ролик (6:12 мин.)
Рабочие листы
Онлайн-таблица Cells: размер ячейки 1, Центр доступа к генным технологиям (PDF)
Онлайн-таблица Cells: размер ячейки 2, Центр доступа к генным технологиям (PDF, 125 КБ)
Хронология истории ячеек (Word, 397 КБ)
Рецепт для мышей (Word, 389 КБ)
Дополнительные действия
“Безмозглое” решение задач (Word, 326 КБ)
Полезные ссылки
Близнец Галилея: Франческо Реди и контролируемые эксперименты, scientus.