רחל מינץ
מטח 2017
אישור מס': 3337
אושר בתאריך: 27/11/2017
עמודי דפוס 4-310
העתיקה: אורלי שרף
הספריה המרכזית לעיוורים
ישראל 2018
העתקה או העברה של העותק המותאם בניגוד להוראות חוק התאמת יצירות, ביצועים ושידורים לאנשים עם מוגבלות התשע"ד - 2014, מהווה הפרה של זכות יוצרים.
*4*
*4*
הספר ביולוגיה לכיתה ז עוסק בתופעות, במבנים ובתהליכים ביצורים חיים (האדם ובעלי-חיים אחרים, צמחים ומיקרואורגניזמים). תחום מדעי החיים, הנקרא גם ביולוגיה, הוא ענף מדע המבוסס על עקרונות השיטה המדעית. כמו שאר ענפי המדע, גם מדע הביולוגיה מבוסס על תצפיות וניסויים המסייעים להסביר תופעות המאפיינות יצורים חיים.
פרק זה הוא הקדמה לנושא הביולוגיה כולו. הפרק עוסק בשיטת החקירה המדעית, במאפייני החיים, בצורכי הקיום של יצורים חיים, וברמות הארגון בטבע.
הפרק עוסק בתא - יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של כל היצורים החיים, ואחד ממאפייני החיים החשובים.
פרק זה מתמקד בחשיבות מערכת הובלה יעילה בגופם של יצורים רב-תאיים, בתכונות המים ובחשיבותם בגוף החי, ובתפקידים שהם ממלאים ביצורים חיים.
פרק זה עוסק במבנה ובתפקוד של מערכת ההובלה בצמח (צינורות העצה והשיפה), במאזן המים בצמח ובגורמים המשפיעים עליו.
פרק זה מציג את גוף האדם כמערכת-על שבה מתקיים שיתוף פעולה בין המערכות השונות, המאפשר הישרדות תוך כדי מילוי כל צורכי הגוף.
פרק זה עוסק במבנה של מערכת ההובלה המקשרת בין חלקי הגוף, בתפקודה ובהיבטים בריאותיים שלה.
פרק זה עוסק במאזן המים ובמאזן החום באדם ובבעלי-חיים, בגורמים המשפיעים על מאזן המים ועל מאזן החום בגוף, ובקשר בין שני מאזנים אלה.
כהקדמה לפרק המיקרואורגניזמים, פרק זה מתמקד בשיטת המיון המדעית של היצורים החיים ובקבוצות היצורים העיקריות.
פרק זה עוסק במיקרואורגניזמים, במאפיינים שלהם ובתפוצתם, ובהשפעתם על האדם, על שאר היצורים החיים ועל הסביבה.
*5*
לפניכם רשימת אמצעי זהירות כלליים לעבודה במעבדה. בנוסף על הרשימה, ליד כל ניסוי בספר מפורטים אמצעי זהירות מיוחדים בניסוי זה.
לפני תחילת העבודה במעבדה, קראו היטב את מהלך הניסוי הכירו את הציוד ואת החומרים שבהם תשתמשו ואת אמצעי הזהירות שעליכם לנקוט בעת השימוש בהם. התחילו את העבודה רק לאחר שהבנתם את מהלך הניסוי ונקטתם בכל אמצעי הזהירות הנחוצים.
1. במרבית הניסויים בפרק נדרש להרכיב משקפי מגן.
בעלי עדשות מגע חייבים להרכיב משקפי מגן בכל ניסוי.
2. עבדו בשיער אסוף בלבד.
3. הגיעו למעבדה בנעליים סגורות בלבד ובמכנסיים ארוכים. רצו ללבוש חלוק מעבדה או חולצה ישנה מעל הבגדים כדי למנוע את הכתמתם.
4. אל תאכלו ואל תשתו במעבדה.
אל תטעמו חומרים המשמשים לניסוי בשום פנים ואופן!
5. אל תריחו מקרוב חומרים במעבדה.
*6*
6. אם ניסוי מחייב עבודה עם כפפות ו/או עבודה במנדף או במקום מאוורר, הקפידו על ביצוע הוראות אלה.
7. עבדו על פ הוראות הניסוי במדויק, ללא שינויים וללא אלתורים.
8. קראו היטב את התוויות על הקופסאות והבקבוקים המכילים את החומרים.
9. אם הבחנתם בציוד פגום (לדוגמה, כלי זכוכית סדוק או שבור), אל תשתמשו בו והודיעו על כך למורה.
10. יש לעבוד על מגש ולא ישירות על שולחנות המעבדה.
11. שולחן המעבדה צריך להיות נקי, מסודר ופנוי מחפצים מיותרים.
12. עבדו במקומכם בשקט, אל תרוצו או תנועו בפתאומיות.
13. אם מתרחש משהו חריג, לדוגמה: נשבר כלי מעבדה או נשפך חומר, הודיעו מיד למורה ותפעלו על פי ההוראות שתקבלו.
14. אם נגעתם ביד חשופה בחומרי המעבדה, שטפו את הידיים במים וסבון והודיעו מיד למורה.
15. אל תעזבו את עמדת הניסוי ללא השגחה.
16. לפני כל יציאה מן המעבדה קבלו את אישור המורה.
17. רחצו ידיים במים וסבון לפני עזיבת המעבדה.
18. אין להדליק גזייה או כוהלייה על שולחן תלמיד. שימוש בגזייה או בכוהלייה יתבצע על שולחן המורים ובפיקוחם, מעל משטח מצופה בחומר בלתי-דליק.
19. בעת חימום חומרים במבחנה אחזו באמצעות אטב בשליש העליון של המבחנה. המבחנה צריכה להיות מוסה בזווית של 45 מעלות, כאשר פתחה אינו מופנה כלפיכם או כלפי אדם אחר.
שימו לב! במעבדה אתם אחראים גם לשלום שכניכם.
20. אל תניחו כלים חמים על השולחנות, אלא על משטח העמיד בטמפרטורות גבוהות.
21. הרחיקו חומרים דליקים מלהבה וממקור חום.
22. אל תגעו במכשירים חשמליים בידיים רטובות.
23. הפעילו מכשירים חשמליים על פי ההוראות בלבד.
24. אסור לגעת בחוטי חשמל חשופים או לפתוח ארונות חשמל.
הודיעו למורה מיד על כל תקלה הקשורה לשימוש במכשירים חשמליים.
*7*
*7*
- ביולוגיה היא תחום מדע העוסק ביצורים חיים.
- המחקר בביולוגיה נערך על פי השיטה המדעית.
- לכל היצורים החיים יש מאפיינים משותפים, ובהם: נשימה, רבייה, הזנה, הפרשה, גדילה והתפתחות, תקשורת עם הסביבה ומבנה תאי.
- לכל היצורים החיים יש צרכים חיוניים שהם משיגים מן הסביבה.
- בעולם היצורים החיים קיימות רמות שונות של ארגון (המדרג הביולוגי).
- ביולוגיה - מדעי החיים
- החקר המדעי
- רמות ארגון בטבע (המדרג הביולוגי)
- מאפייני חיים
- צורכי הקיום של היצורים החיים
*8*
(ביולוגיה - (ביו = חיים, לוגיה = תורה) תחום מדעי רחב העוסק ביצורים חיים.)
התחום מדעי החיים, ביולוגיה, עוסק בתופעות, במבנים ובתהליכים ביצורים חיים, ובמיון של היצורים לקבוצות. בתחום זה יש כמה ענפי מדע מרכזיים. הענפים הראשונים שהביולוגיה עסקה בהם היו זואולוגיה (מדע בעלי-החיים) ובוטניקה (מדע הצמחים). במהלך השנים נוספו עליהם מיקרוביולוגיה (מדע היצורים הזעירים, כגון חיידקים ונגיפים), אקולוגיה (העוסקת ביצורים חיים בסביבתם), פיזיולוגיה (העוסקת בתפקוד גופם של היצורים החיים), גנטיקה (תורשה), ביוכימיה (חקר התהליכים הקשורים בחומרים - כימיה, הבונים את היצורים החיים), ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית (שילוב של ידע טכנולוגי וביולוגי, שמטרתו לענות על צרכים של האדם ושל הסובב אותו).
תחום מדעי החיים הוא תחום מאתגר שמתפתח בקצב מסחרר. מדי יום מתפרסמים גילויים חדשים שאולי תהיה להם השפעה משמעותית על האדם, על בריאותו, על איכות חייו ועל פעולותיו. התפתחות הטכנולוגיה ושילובה במחקר הביולוגי מאפשרים לחקור שאלות שעד כה היה קשה למצוא להן תשובות. אך כל גילוי מעורר שאלות חדשות שהדרך לפתרונן עוד ארוכה.
לפניכם מספר שאלות לדוגמה, שהביולוגיה עוסקת בהן.
(בספר ארבע תמונות, היעזר במנחה)
- בדיקת המוגלובין: כיצד מולקולות המוגלובין פגומות משפיעות על הסיכוי להידבק במחלת המלריה?
- דררה: כיצד משפיעה ההתרבות של ציפור דררה בישראל על עופות הבר שלנו?
- פטריות אורנייה: שיתוף הפעולה בין עץ האורן לבין פטריית האורנייה - מה הוא תורם לשני השותפים?
- תיבת קינון של תנשמת: כיצד משפיעה הצבת תיבות קינון לתנשמות בשדות חקלאיים על כמות המזיקים בשדות?
*9*
הביולוגיה, מעצם היותה מדע, מתאפיינת לא רק במה אלא גם באיך. כלומר, הביולוגיה מתאפיינת לא רק בנושאים שהיא עוסקת בהם, אלא גם בדרכי המחקר של הנושאים האלה ובדרכי הבנתם. כדי להבין תופעות ביולוגיות אנחנו נעזרים במחקר המדעי. המחקר המדעי הוא תהליך מחשבתי, שבמקרים רבים דורש מקוריות ויכולת המצאה. המחקר בביולוגיה יכול להתחיל בסקרנות אנושית או בצורך לפתור בעיה. כך היה משחר ההיסטוריה ועד ימינו.
על בסיס הידע הקודם או על בסיס תצפיות, המדענים מגדירים מה הם עדיין אינם מבינים ומנסחים שאלות למחקר. השאלות מעוררות חיפוש תשובות. בשלב הראשון נותנים תשובות המבוססות על שיקול דעת ועדיין אין להן הוכחות. תשובות אלו נקראות השערות. יש שאלות הדורשות השערות רבות, המכסות את כל קשת התשובות האפשריות לשאלה. בניסוח ההשערות יש להתחשב בכל האפשרויות העולות בדעתם של החוקרים.
בשלב הבא מתכננים ניסוי או תצפית במטרה לאמת את ההשערה (להוכיח שההשערה נכונה) או להפריך אותה (להוכיח שההשערה אינה נכונה).
את הניסוי יש לתכנן היטב, כך שניתן יהיה להבחין בין כל הגורמים שיכולים להשפיע על תוצאות הניסוי. זה מחייב שבכל ניסוי נבדוק את השפעתו של גורם אחד בלבד. בדיקה זאת נקראת בידוד משתנים וביקורת. תוצאות שהתקבלו ללא בידוד המשתנים וללא ביקורת, אי אפשר לייחס רק לגורם הנבדק.
בביצוע חקר באמצעות תצפית, יש להתבונן בתשומת לב בדברים שרוצים לחקור כפי שהם מתרחשים במציאות ולתעד בדייקנות את כל הפרטים שרואים.
*10*
תוצאות החקר נמדדות או מתועדות בדרכים ובכלים שונים, על פי מדדים שנקבעו בתכנון המחקר. השלב של איסוף, מדידה ורישום של עובדות הוא חשוב ביותר, ולכן משקיעים גם מאמץ טכנולוגי בפיתוח מכשור מתקדם שלא יהיה מושפע ממגבלות חושינו. חשוב לחזור על הניסויים והתצפיות כמה פעמים, כדי להבטיח שהתוצאות אינן מקריות אלא מעידות באמת על מה שאכן קורה בטבע. התוצאות מובילות למסקנה - האם ההשערה אומתה או הופרכה? ואם היו מספר השערות - איזו השערה אומתה?
כאשר רוצים לשכנע באמיתות המסקנה, אפשר לנסח טיעון, כלומר טענה (היגד, אמירה) מנומקת. טענה היא אמירה שמבטאת דעה כלשהי, עמדה, החלטה, מסקנה או פתרון מסוים לבעיה. ניתן להתווכח על צדקתה של טענה, אך כדי להצדיק טענה צריך לנמק אותה. הנימוקים יכולים להיות מסוג ראיה (הוכחה), ולכלול עובדות המבוססות על מקורות מידע מהימנים, תוצאות של תהליך חקר כמו ניסוי, תצפית, סקר וכדומה. נימוקים יכולים להיות גם מסוג הסבר, ולתאר גורמים או סיבות למצב נתון, הצגת יתרונות וכדומה.
אחרי כמה ניסויים אפשר ליצור מהמסקנות מודל או תיאוריה - הסבר כללי לתופעה שנחקרה. המודל או התיאוריה הם שיא הפעילות המדעית ופסגת הישגיו של המדע.
שלב חשוב הוא תיעוד תהליך החקר והפרסום שלו. תיעוד הניסוי מאפשר לשפוט את הניסוי ואת המסקנות, ולהבטיח שהניסוי הבא שייערך יסתמך על כל הידע הקודם.
בשיטת המחקר המדעי יש עקביות וקו מחשבה הגיוני. מן ההשערות שהוכחו בניסוי או בתצפית, הוסקו מסקנות רחבות וכלליות. את המסקנות הללו ניתן להעמיד למבחן חוזר בניסוי. עם הזמן, יעלו שאלות חדשות שיגרמו לביצוע מחקרים נוספים. כך הידע המדעי מתרחב וגדל.
בספר הבית בקרן פו, מאת א. א. מילן, מסופר על פו הדוב, שהגיע אל גשר ודרך על אצטרובל. האצטרובל נפל אל הנהר בצד אחד של הגשר, צף על זרם המים והופיע בצד האחר של הגשר. בהמשך הסיפור מתפלא פו הדוב כיצד אצטרובל שנפל בצד אחד של הגשר, מופיע בצידו האחר. הוא שואל את עצמו אם דבר כזה יקרה שוב, ומנחש שהתשובה חיובית. הוא זורק למים אצטרובלים נוספים בזה אחר זה, ומנחש שבכל פעם האצטרובל יופיע בצידו האחר של הגשר. ואכן, זה מה שקורה. אחר כך הוא זורק אל המים שני אצטרובלים יחד ובודק אם אחד מהם משיג את האחר, אבל נוכח לדעת ששניהם מגיעים יחד אל הצד האחר של הגשר. כאשר הוא זורק למים אצטרובל גדול ואצטרובל קטן יחד, האצטרובל הגדול מופיע ראשון בצידו האחר של הגשר, ממש כפי שניחש...
*11*
1. האם נכון לומר שפו הדוב ביצע חקירה מדעית? בתשובתכם השתמשו במושגים המופיעים בהסבר על שיטת החקר המדעית, ותנו להם תימוכין מן הסיפור על האצטרובלים של פו הדוב.
2. האם בקטע המתואר פו הדוב מנסח מסקנה המסבירה את התופעה?
בקטע אחר באותו הספר, מתואר יום סתווי שבו הרוח החזקה תולשת את העלים מהעצים ומנענעת בחוזקה את הענפים. פו הדוב וחברו חזרזיר מתלבטים מה כדאי לעשות ביום כזה. פו אומר שכדאי לבקר את חברם איה החמור, כי ייתכן שהרוח החזקה הפילה את הבית שלו והם יצטרכו לעזור לו לבנות בית חדש. חזרזיר מציע לבקר את כריסטופר רובין, אך מיד מתחרט ואומר שכדאי לוותר על הרעיון כ לדעתו כריסטופר לא יהיה בבית. בסופו של דבר הם מחליטים ללכת לבקר את כל חבריהם ולברך את כולם בברכת יום חמישי שמח.
3. בקטע זה גם פו וגם חזרזיר מנסחים את הצעותיהם כטיעון. מהן הטענות של כל אחד מהם?
4. על איזה נימוק הם מבססים את עמדתם?
5. הסבירו איזה נימוק אמין יותר.
בתשובתכם התייחסו לסוג הנימוק (ראיה או הסבר).
6. הציעו שיפור לאחד משני הטיעונים.
*12*
(בספר תמונה: פרנצ'סקו רדי (1626-1697))
החוקר האיטלקי פרנצ'סקו רדי היה בין הראשונים שערכו חקירה מדעית שיטתית. רדי החליט להכריע בין שתי דעות סותרות שהיו מקובלות בימיו, וניסו להסביר כיצד יצורים חיים נוצרים.
לפי דעה אחת, חיים יכולים להיווצר בכל פעם מחדש מחומרים דוממים (שאינם חיים). טענה זאת התבססה על תצפיות שונות:
- כאשר משאירים בשר על השולחן, כעבור ימים אחדים הוא מתמלא ברימות (זחלים) של זבובים.
- כאשר מאחסנים שקי חיטה במחסנים לחים ומעופשים, עכברים מופיעים בהם.
- אחרי הגשם צצות בשלוליות צפרדעים רבות שלא היו שם קודם.
מעובדות אלה הסיקו בעבר מסקנות נחרצות: זבובים נוצרים מבשר נרקב, עכברים נבראים מחיטה מקולקלת, וצפרדעים נוצרות מבוץ...
גישה זאת, שלפיה יצור ח נוצר (נברא) מדומם, נקראת בריאה ספונטנית, והיא הייתה הגישה הרווחת עד המאה ה-17.
(בריאה ספונטנית - היווצרות של יצור חי מחומר דומם.)
לעומת האנשים שהאמינו בבריאה ספונטנית, סברו אחרים שיצורים חיים יכולים להיווצר רק מיצורים חיים אחרים שקדמו להם, כלומר "חי מוצאו מחי". אחד החוקרים שסברו כך היה רדי. הוא הבחין שזבובים חגים מעל הבשר הרקוב לפני שהרימות מתפתחות בהן. רדי החליט להכריע בין שתי הגישות באמצעות ניסוי. הוא היה החוקר הראשון שתיעד את ניסוייו בצורה מדוקדקת, ותיאר כיצד בודד משתנים וכיצד חזר על הניסויים פעם אחר פעם במטרה להשיג תוצאות מהימנות.
רדי הניח בשר בשלוש צנצנות: את הצנצנת הראשונה השאיר פתוחה, את השנייה כיסה בבד דק (גזה), ואת השלישית אטם בפקק שעם. מכיוון שחשב שאין בריאה ספונטנית, ורימות זבובים אינן נוצרות מן הבשר, הוא ציפה שכעבור זמן מה יימצאו רימות וזבובים רק בצנצנת הפתוחה.
לאחר מספר ימים הוא מצא שבצנצנת הפתוחה היו הרבה רימות וזבובים על הבשר, בצנצנת המכוסה בבד היו מעט ביצים והתפתחו מעט רימות על הבשר, ובצנצנת הסגורה בפקק שעם - כלל לא היו רימות וזבובים.
*13*
(בספר 3 תמונות, היעזר במנחה)
1. צנצנת פתוחה
2. צנצנת מכוסה בבד
3. צנצנת אטומה בפקק שעם
1. איזו דעה רצה רדי לשלול בעזרת הניסוי שלו?
2. מה הייתה ההשערה של רדי לפני הניסוי?
3. נסחו טיעון שרדי היה מעלה להצדקת השערתו.
4. מה היה תפקידה של הצנצנת הפתוחה בניסוי של רדי?
5. הסבירו את התוצאות שהתקבלו בניסוי של רדי.
6. אילו היו בניסוי של רדי רק צנצנות סגורות, לא היו מתפתחים בהן רימות וזבובים.
א. האם מתוצאה כזאת יכול רדי להסיק בוודאות שזבובים אינם נוצרים מבשר?
ב. אילו מסקנות אחרות ניתן להסיק מן התוצאה?
7. מהי המסקנה שהסיק רדי?
8. הניסו של רדי וניסויים של חוקרים נוספים, הובילו להבנה עמוקה הנוגעת למקור היצורים החיים. נסחו טיעון המתייחס להבנה הזו.
כאמור, הניסו של רדי היה אחד הניסויים הביולוגיים המדעיים הראשונים שנעשו על פ אמות מידה מדעיות, משום שהניסוי כלל ביקורת וגם תועד במלואו. התיאוריה שרדי פיתח, לאור החקירה המדעית שלו, שרירה ומקובלת עד היום. התיאוריה הזאת טוענת: חי מקורו רק מחי.
*14*
(בספר תמונה של עדה יונת)
פרופסור עדה יונת היא חוקרת ישראלית ממכון ויצמן למדע שזכתה בפרס נובל בשנת 2009.
היא קיבלה את פרס נובל לכימיה על מחקר שערכה במשך עשרות שנים, במסרה לגלות את המבנה של אברון קטן בתוך התא, הנקרא ריבוזום.
החלבונים, הבונים את תאי הגוף ומשתתפים בכל התהליכים המתרחשים בגופם של יצורים חיים, נוצרים בריבוזום.
הודות לתגליתה של פרופ' עדה יונת, אנו יכולים להבין, בין השאר, כיצד חיידקים מחוללים מחלות, וכיצד ניתן למנוע זאת מהם באמצעות פיתוח תרופות אנטיביוטיות יעילות יותר.
על תחילת דרכה בחקר הריבוזום אמרה פרופ' יונת: "כולם צחקו עליי ואמרו שאני חולמת". היא הגיעה להישגים שהקנו לה שם עולמי וזיכו אותה בפרס היוקרתי רק הודות להתמדתה ולהתעקשותה להמשיך את המחקר, בניגוד לדעת עמיתיה.
1939 - נולדה בירושלים למשפחה דלת אמצעים.
1950 - אביה נפטר כאשר הייתה בת 11.
1953 - עברה לגור בתל אביב. למדה ב"תיכון חדש".
1959 - החלה ללמוד לתואר ראשון בכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים והמשיכה לתואר שני בביוכימיה.
1968 - קיבלה תואר דוקטור בהצטיינות ממכון ויצמן למדע.
1968-1970 - השתלמה בארצות הברית וערכה מחקרים.
מאז - חוקרת במכון ויצמן.
2009 - זכתה בפרס נובל לכימיה.
חפשו באינטרנט מידע על פרופ' עדה יונת, והשיבו על השאלות שלפניכם.
1. מה מאפיין את דרכה של פרופ' יונת כחוקרת עד קבלת פרס נובל - האם הייתה זאת דרך קלה ומהירה? אילו מהמורות עמדו בדרכה?
הביאו עובדות וציטוטים שיתמכו בטענתכם.
2. על סמך דרכה של פרופ' יונת, כתבו אילו תכונות צריכות להיות לחוקרים כדי להצליח, אספו מידע על חוקרים אחרים ששמעתם את שמם, והביאו דוגמאות שיתמכו בטענתכם.
*15*
*15*
למדתם כי המחקר המדעי עומד בבסיס הידע המדעי. במהלך לימודיכם במדעי החיים גם אתם תחקרו תופעות ותהליכים שונים. בפעילות זו תלמדו מהם שלבי הניסוי המדעי. אלה שלבי הניסו המדעי:
1. הגדרה כללית של מטרת החקר: יש להגדיר את מטרת החקר - מה מתכוונים לבדוק, למשל את ההשפעה של גורם כלשהו על גורם אחר או על תהליך מסוים.
2. ניסוח שאלת חקר: שאלת החקר היא שאלה שהתשובה עליה אינה מובנת מאליה, ואפשר לענות עליה בניסוי. שאלת החקר יכולה לכלול קשר בין שני משתנים: הגורם המשפיע והגורם המושפע.
3. העלאת השערה: ההשערה היא תשובה אפשרית לשאלת החקר. ההשערה מתבססת על ידע קודם ועל שיקול דעת, ואפשר לבחון אותה בניסוי, שבו בודקים א□ ההשערה הייתה נכונה.
4. תכנון החקר: בכל ניסוי חשוב להקפיד על בידוד משתנים - בוחרים גורם משפיע אחד, ובודקים כיצד השינוי שלו משפיע על הגורם המושפע. כאשר יש כמה גורמים משפיעים, חשוב לבדוק בכל פעם רק אחד מהם, ולהשאיר את יתר הגורמים קבועים. בדיקה זאת נקראת בידוד משתנים, כלומר בוחרים גורם משפיע אחד ובודקים כיצד הוא משפיע על הגורם המושפע.
כאשר מתכנני□ ניסוי, מחליטים גם מהי הביקורת של הניסוי. הביקורת היא ניסוי הנערך בדיוק באותה הדרך ובאותם התנאים כמו הניסוי עצמו, והוא כולל את כל הגורמים הנמצאים בניסוי פרט לגורם המשפיע. תפקידה של הביקורת הוא להוכיח אם הגורם המשפיע הוא הסיבה לממצאי הניסוי או שיש סיבות אחרות לממצאים אלה.
בתכנון הניסוי מחליטים באילו כלים וציוד יש להשתמש ומתארים את מהלך הניסוי. יש לחזור על כל ניסוי מספר פעמים.
5. קבלת תוצאות: מתארים את ממצאי הניסויים ומייצגים אותם בדרך הממחישה היטב את מגמת ההשתנות של הגורם המושפע. כדאי לרכז את הממצאים בטבלה, בתרשים, בגרף מתאי□ או בתמונות. חשוב להקפיד על מתן כותרת מתאימה לכל טבלה, תרשים, גרף או תמונה, ובמקרה הצורך להוסיף מקרא.
6. הסקת מסקנות וטיעון: המסקנה שאפשר להסיק מממצאי הניסוי היא התשובה לשאלת החקר. בודקים אם ממצאי הניסוי הפריכו (שללו) את ההשערה או איששו (אישרו) אותה. אם ממצאי הניסוי איששו את ההשערה, אפשר להמשיך לחקור ולהעלות שאלות חקר ורעיונות נוספים ולהמשיך את המחקר. אם ממצאי הניסוי הפריכו את ההשערה, מעלים השערה חדשה ובודקים אותה. כאשר רוצים לשכנע באמיתות המסקנה, משתמשים במיומנות של טיעון. כלומר מנסחים טענה ומנמקים אותה בעזרת נתונים ותוצאות מהניסוי.
- מטרת המחקר - שאלת החקר - השערת החקר - תכנון החקר - תוצאות החקר - הסקת מסקנות וטיעון
*16*
*16*
קראו את הניסוי שלפניכם ונתחו את שלבי החקר.
אפר הפחם הוא אחד מתוצרי הלוואי של תהליך הפקת החשמל בתחנות הכוח הפחמיות. באפר הפחם יש גם כמויות קטנות של מתכות כבדות וחומרים רעילים, ולכן יש החוששים כי הוא פסולת מיותרת העלולה לזהם את הקרקע ואת המים ולהרעיל את הצמחים שבקרבת התחנה.
כדי לבדוק זאת, חוקרים ביצעו ניסויים שבהם בדקו את השפעת האפר על צמחים.
החוקרים שתלו בארבעה עציצים צמחי חסה צעירים בגודל שווה.
כל העציצים היו שווים בגודל ובכמות הקרקע שבתוכם.
לשלושה מהעציצים הוסיפו כמויות שונות של אפר פחם:
לעציץ א - כמות קטנה של אפר פחם.
לעציץ ב - כמות בינונית של אפר פחם.
לעציץ ג - כמות גדולה של אפר פחם.
לעציץ ד - לא הוסיפו כלל אפר פחם.
זמני ההשקיה וכמויות המים לשתילים היו זהים לכל העציצים.
בסוף הניסוי בדקו החוקרים אם בעלי החסה נמצאים חומרים רעילים שמקורם באפר הפחם, ואם בצמחים מתגלים סימני הרעלה (כגון עלים חיוורים, כמושים או נרקבים).
התוצאות: החוקרים מצאו שבצמחי החסה לא הצטברו חומרים רעילים, הצמחים נראו ירוקים ובריאים וללא סימני הרעלה כלשהם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
*17*
1. היכנסו אל היחידה המקוונת דוח מסכם של עבודת חקר באמצעות ניסוי שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה, וכתבו בה בפירוט את כל שלבי הניסוי של השפעת אפר הפחם על צמחים, ממטרת החקר ועד מסקנותיו ואת השאלות הנובעות ממנו: הגדירו מה הייתה מטרת הניסוי; נסחו את שאלת החקר; נסחו השערה ונמקו אותה; תארו מה היה תכנון הניסוי (מהו הגורם המשפיע? מהו הגורם המושפע? מהם הגורמים הקבועים ומהי הביקורת?); הסבירו את התוצאות;
כתבו מהי המסקנה והציעו שאלות תקר נוספות העולות ממסקנות הניסוי.
2. היכנסו אל היחידה המקוונת טיעון, טענה ונימוק שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. קראו את המידע שביחידה וענו על השאלות הנוגעות לניסוח טיעונים, טענות ונימוקים.
ב. לביסוס מיומנות הטיעון כתבו את מסקנתכם בדבר השפעת אפר הפחם על צמחים ונמקו אותה בעזרת תוצאות הניסויים.
ג. האם כדאי להשתמש באפר הפחם כחומר בתערובת אדמה לשתילת צמחים? אם כן, אילו יתרונות יש לכך?
*18*
בשנת 2012 נחת על כוכב הלכת מאדים רכב החלל קיוריוסיטי (Curiosity = סקרנות), שנשלח על ידי נאס"א (סוכנות החלל האמריקנית) לחקור את הכוכב הזה.
קיוריוסיטי היא מעבדה ניידת שיכולה לבצע מדידות רבות, ואחת המשימות שלה הייתה לבדוק אם על פני מאדים יש היום או היו בעבר יצורים חיים כלשהם.
התנאים השוררים כיום על מאדים אינם נוחים לקיום צורות חיים מורכבות כמו בעלי-חיים וצמחים: האטמוספרה דלילה מאוד ומורכבת כמעט כולה מפחמן דו-חמצני והטמפרטורה נמוכה מאוד (כ-50 מעלות צלזיוס מתחת לאפס). כבר מזמן נראו במאדים ערוצים יבשים המעידים על כך שבעבר היו שם הרבה מים זורמים. אך בצילומים הנשלחים מקיוריוסיטי אל כדור-הארץ רואים באזור הנחיתה קרקע חולית יבשה שעליה פזורים אבנים וסלעים, ללא סממנים לקיומם של חיים כלשהם.
ומה אצלנו, על כדור-הארץ?
הביסו מסביב: תוכלו לראות בעלי-חיים וצמחים רבים. כוכב הלכת שלנו הוא סביבה שוקקת חיים. מאובנים של דינוזאורים ושל יצורים קדומים אחרים מעידים על עושר החיים שהתקיימו כאן כבר לפני עידנים רבים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
החללית קיוריוסיטי על מאדים
*19*
אילו יצורים חיים או סימני חיים כדאי לחפש על מאדים?
כדי לענות על שאלה זו, חשוב למצוא תשובות לשאלות מהותיות שתחום הביולוגיה עוסק בהן: מה ההגדרה של יצור חי? מה מבדיל בין יצור חי לבין דומם? האם יש מאפיינים משותפים לכל היצורים החיים על פני כדור-הארץ? האם יש משהו משותף בין חיידק לבין פיל? האם יש דמיון בין זרעים של שעועית לבני האדם?
החתולה הביתית היא ללא ספק יצור חי: היא זזה בכוחות עצמה; כשהיא ישנה, ניתן לראות את תנועות הנשימה שלה ולהרגיש את האוויר שהיא נושפת; כשהיא רעבה היא אוכלת; כשמרגיזים אותה היא שורטת; היא עושה את צרכיה בארגז החול; באביב היא ממליטה גורים; והיא הגיעה לבית כגורה קטנטנה, ומאז גדלה והשתנתה.
גם העץ שבחצר הוא יצור חי: אומנם הוא איננו נע ממקום למקום, אך ניתן לראות שענפיו מתארכים ושעליו משנים את הכיוון שלהם על הענף; העץ נושם; אומנם הוא אינו אוכל, אך הוא מנצל אנרגיה ומייצר את מזונו בתהליך הפוטוסינתזה; הוא מגיב לגירויים מהסביבה; הוא מתרבה באמצעות פרחים וזרעים; והוא גדל מנבט קטן לעץ גדול.
אם כן, מתברר שיש הרבה מאוד משותף בין כל היצורים החיים. לכולם אותם מאפייני חיים (כמו דמיון במבנה הגוף העשוי תאים) ואותם צורכי קיום.
(מאפייני חיים - תופעות ותהליכים המתרחשים אצל כל היצורים החיים, מרגע היווצרותם ועד מותם.)
(צורכי קיום - דברים חיוניים שבלעדיהם היצורים החיים לא יוכלו לחיות, כגון חמצן, מים ומזון.)
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
כדור-הארץ
*20*
אלה מאפייני החיים של כל היצורים החיים בכדור-הארץ:
(בספר ארבע תמונות, היעזר במנחה)
תהליך הנשימה מתרחש בכל תא חי. ברוב המקרים נשימה מחייבת אספקה של חמצן אל תאי הגוף, וסילוק הפחמן הדו-חמצני שנוצר בהם. בגופם של רבים מבעלי-החיים, למשל אצלנו, ניתן להרגיש בכניסת אוויר (שאיפה), המכניסה אל הגוף אוויר עשיר בחמצן, וביציאתו (נשיפה), המסלקת אוויר עשיר בפחמן דו-חמצני. אצל הצמחים אין מערכת נשימה כמו בגופם של בעלי-חיים, ובכל זאת תהליך הנשימה מתרחש בהם. חמצן נכנס אל תאיהם, וגז פחמן דו-חמצני נפלט מהם באטיות. החמצן המגיע אל תאי הגוף מעורב בתהליכי פירוק של חומרי מזון תוך שחרור אנרגיה בתא. תהליך זה נקרא נשימה תאית.
יצורים חיים מביאים צאצאים אל העולם. כך נמשך הקיום של המין על פני כדור-הארץ גם אחרי מותם של ההורים.
המזון נחוץ לכל היצורים החיים כי הוא מקור החומרים והאנרגיה הדרושים לתפקודם התקין ולגדילתם. כאשר מזון מתפרק במערכות העיכול (של בעלי-חיים) ובתוך תאי הגוף (של כל היצורים החיים), משתחררים החומרים והאנרגיה שהיצורים החיים זקוקים להם. בעלי-החיים משיגים את המזון בסביבת המחיה שלהם, והצמחים מייצרים את מזונם בתהליך הפוטוסינתזה ובעזרת אור השמש.
תהליכי הנשימה, וכן תהליכים אחרים המתקיימים בגופם של יצורים חיים, גורמים להיווצרות פסולת בתאי הגוף. כמות גדולה מדי של פסולת כזאת מסכנת את החיים וחייבים לסלק אותה מן הגוף. אצל בעלי-חיים מערכת השתן מבצעת את סילוק הפסולת מן הגוף (ומערכת הנשימה שבה מסולק מן הגוף הפחמן הדו-חמצני).
*21*
(בספר ארבע תמונות, היעזר במנחה)
כל היצורים החיים מגיבים לגירויים שהם קולטים מן הסביבה החיצונית. כך הם מקיימים תקשורת עם יצורים חיים אחרים. החתולה מגיבה במהירות כשהיא רואה לטאה חולפת או כלב מאיים, וגם כשהיא חשה ליטוף. היא תופסת את הלטאה, בורחת מן הכלב ומגרגרת למגע הליטוף. גם צמחים מגיבים לגירויים מן הסביבה, למשל: פרחים נפתחים ונסגרים בהתאם לשעות האור, ואידוי המים מעלי הצמח פוחת בחום וביובש. אפילו חיידקים ויצורים זעירים אחרים מצליחים לזהות נוכחות חומרי מזון בסביבתם ולנוע לכיוונם.
גודל הגוף, ובמקרים רבים גם צורת הגוף ומבנה האיברים, משתנים בתהליך הגדילה של יצורים חיים. גור החתולה או גוזלי הציפור דומים להוריהם, אך קטנים יותר מהם. במהלך חייהם הם גדלים ונעשים דומים להוריהם. עם זאת, יש קבוצות של בעלי-חיים שהצאצאים הצעירים שלהם שונים מאוד מהוריהם, ובמהלך הגדילה הם עוברים שינויי צורה ניכרים. דו-חיים וחרקים, למשל, עוברים שינוי גדול מאוד בעת ההתפתחות מצעיר לבוגר. גם הנבט הצעיר שונה מאוד מן הצמח הבוגר. למשל, צורת העלים של נבט צעיר שונה מצורת העלים של צמח בוגר.
תנועה היא מאפיין בולט של יצורים חיים בעיקר של בעלי-חיים. אך יש יצורים חיים שקשה להבחין בתנועתם, בעיקר צמחים או חיידקים.
כל היצורים החיים בנויים מתאים. את רוב התאים ניתן לראות רק באמצעות מיקרוסקופ כי הם קטנים מאוד. יש יצורים חד-תאיים הבנויים מתא אחד בלבד, ורובם משתייכים לקבוצת המיקרואורגניזמים שאפשר לראותם רק בעזרת אמצעי הגדלה. לעומתם, יש יצורים רב-תאיים הבנויים ממספר גדול של תאים, אפילו ממיליוני תאים ויותר. אלה יצורים שגופם גדול, מסנטימטר אחד ועד עשרות מטרים, וקל להבחין בהם בלי אמצעי הגדלה. אך אם נוציא תא אחד מגוף של יצור רב-תא, התא הזה לא יוכל לתפקד כיצור חי ועצמאי. תא בודד שהוצא מגופו של יצור רב-תא מסוגל להתקיים מחוץ לגוף, רק אם מקיימים אותו במעבדה באמצעים מלאכותיים, בתרבית תאים.
(מבנה תאי - אחד ממאפייני החיים: גופם של כל היצורים החיים בנוי מתא אחד או מתאים רבים.
חד-תאיים - יצורים חיים שגופם בנוי מתא אחד בלבד.
רב-תאיים - יצורים חיים שגופם בנוי ממספר תאים - מתאים מעטים ועד מיליוני תאים ואף יותר.
תרבית תאים - גידול תאים בתנאים מבוקרים: בתמיסה המכילה את כל החומרים הנחוצים להם, ובטמפרטורה המתאימה לקיומם.)
*22*
1. גוש בלתי מזוהה נמצא בשדה.
כיצד נדע אם הוא חומר דומם או שהוא היה בעבר יצור חי?
2. קראו את הקטע הבא על דרור הבית וציינו את כל מאפייני החיים המתוארים בו.
(בספר תמונה)
דרור הבית הוא ציפור שיר ממשפחת הדרוריים הנקראת כך משום שהיא חיה בבית ובסביבתו. הדרורים הם אוכלי-כול, וניזונים מזרעים, מפירות, מחרקים ומשיירי מזונו של האדם. אלו ציפורים חברותיות המרבות לעשות אמבטיות מים וחול, לעיתים בשיתוף עם עשרות דרורים אחרים. בבוקר ובערב דרורי הבית מצייצים במקהלה, וכאשר הם מגלים טורף או אויב אחר הם מתקבצים ומצייצים מולו בקול רם. דרורי הבית אינם נודדים (ציפורים יציבות בארץ) אך הם יכולים לעוף בסביבתם ולחפש מקורות מים ומקומות שמתאימים לקינון.
בעונת החיזור המקור של הזכרים משחיר. הם מנתרים ומצייצים סביב הנקבות, רודפים אחריהן ומנקרים אותן. הדרורים בונים את הקן במקומות שונים. הזכר ה"רווק", צעיר או בוגר, בונה את הקן לבדו ומכריז עליו בציוץ מתמשך. הנקבות בוחנות את הקן, ואם הוא נראה לאחת מהן, היא מצטרפת לזכר ויחד הם משלימים את בנייתו. הנקבה מטילה 5-7 ביצים, והדגירה מתחילה רק לאחר השלמת ההטלה ונמשכת כ-15 ימים. כאשר הגוזלים בוקעים רק הזכר מאכיל אותם, ואילו הנקבה דוגרת עליהם עד שהם מגיעים לגיל 8 ימים, ורק אז היא מצטרפת למלאכת ההאכלה. הגוזלים פורחים מהקן כשהם בני 14-17 ימים, וכעשרה ימים לאחר מכן יכול להתחיל מחזור הטלה חדש.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה (חשוב למניעת הכתמת הבגדים). שימו לב! יש לנשוף לתוך המבחנה לאט ובזהירות רבה.
לגלות אם זרעים של שעועית נושמים, והאם יש הבדל בין זרעי שעועית יבשים לבין זרעים שהותפחו במים.
זרעי שעועית יבשים, זרעי שעועית תפוחים, מבחנות, קשית שתייה, חומר בוחן - אינדיקטור לנוכחות פחמן דו-חמצני כמו מי סיד צלולים, פנול פטלאין או תמיסת פנול אדום.
*23*
לפניכם זרעי שעועית יבשים וזרעי שעועית שהותפחו במים. האם הזרעים שלפניכם חיים? מדוע אתם חושבים כך? האם הם נושמים? על מה מבוססת השערתכם?
מימין: זרעי שעועית יבשים
משמאל: זרעי שעועית שהותפחו
נשפו בעזרת קשית השתייה לתוך המבחנה המכילה את החומר הבוחן. תארו מה קרה. שינוי הצבע של הבוחן התרחש בגלל נוכחות הפחמן הדו-חמצני שהשתחרר מגופכם.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
א. מזגו לתוך 3 מבחנות כמות שווה של חומר בוחן (כ-3 סמ"ק).
ב. לאחת המבחנות הוסיפו 5 זרעי שעועית יבשים, למבחנה שנייה הוסיפו 5 זרעי שעועית תפוחים ומבחנה שלישית תישאר ללא זרעים. ודאו שהזרעים טבולים כולם בתוך החומר הבוחן, ובמקרה הצורך הוסיפו עוד כמות שווה של בוחן לכל המבחנות.
א. תארו את התוצאות: תארו את צבע החומר הבוחן בשתי המבחנות כעבור יום-יומיים - האם היה הבדל בין שתיהן?
ב. האם במבחנות של חבריכם לכיתה התוצאות היו דומות?
1. מי הגורם המשפיע ומי הגורם המושפע בניסוי זה? הסבירו.
2. מהי חשיבותה של הנשיפה לתוך החומר הבוחן להבנת הניסוי?
3. מהי הביקורת בניסוי זה?
4. האם יש חשיבות לכך שמספר הזרעים בשתי המבחנות שווה? הסבירו.
5. מה מסקנתכם מהניסוי?
6. איזו מסקנה הייתם מסיקים אם הצבע של החומר הבוחן לא היה משתנה בזמן הניסוי?
7. האם תוכלו לשכנע את הוריכם שזרעים הם יצורים חיים?
כתבו טיעון: נסחו טענה והביאו נימוקים שיתמכו בה.
*24*
להכיר את אופן גדילת הגביש, השונה מגדילה ומהתפתחות של יצורים חיים.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה (חשוב למניעת הכתמת הבגדים). שימו לב! אם יש פצע ביד, הכנסת היד לתמיסה עלולה לגרום תחושת צריבה.
תמיסה מרוכזת של נחושת גופרתית, כוס כימית, גביש קטן של נחושת גופרתית, חוט תפירה דק, מקל (או עיפרון).
א. שערו: האם גביש של נחושת גופרתית הוא חי או לא חי? מדוע אתם חושבים כך?
ב. קחו חוט. קשרו בצד אחד שלו גביש קטן של נחושת גופרתית, ובצידו האחר קשרו מקל. יש להתאים את אורך החוט כך שהגביש יהיה תלוי באמצע גובה הכוס.
ג. מלאו את הכוס בתמיסת הנחושת הגופרתית עד לגובה של כ-3/4 הכוס.
ד. הניחו את המקל בפתח הכוס, כשהגביש משתלשל אל תוך תמיסת הנחושת הגופרתית.
ה. עקבו אחר המתרחש במשך שבוע ימים, בלי להזיז את הכוס ובלי לטלטל אותה.
א. תארו מה קרה לגביש.
ב. האם גבישים של נחושת גופרתית חיים? נמקו.
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
ב. גביש קטן קשור על חוט
ג. הגביש גדל בתוך התמיסה
ד. גביש גדול של נחושת גופרתית
*25*
1. התבוננו בתמונות שלפניכם.
א. מה מאפיין את גדילתם של יצורים חיים?
ב. במה גדילת הגביש שונה מגדילתם של היצורים שבתמונות?
(בספר תמונות, היעזר במנחה)
2. א. העתיקו את הטבלה שלפניכם ומלאו אותה.
אם יש צורך, אספו מידע ממקורות מידע מתאימים.
פריטים/ מאפייני חיים | תנועה | נשימה | הזנה | הפרשה | תגובה לגירויים | רבייה | גדילה והתפתחות | מבנה תאי |
צמח שתול בעציץ | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
אבן | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
אש | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
קונכייה ריקה של חילזון | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
נמלה | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
גביש בתמיסה מתאימה | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
מפל מים | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
אלמוג | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
עננים | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
ב. על פ המידע בטבלה שמילאתם, מה מהפריטים חי ומה אינו חי? נמקו.
*26*
3. שרה טוענת כי חיידקים אינם מפרישים חומרי פסולת.
הוכיחו לשרה שהיא טועה באמצעות נימוקים הסותרים את טענתה.
4. עינן (איגלנה) הוא יצור חד-תא זעיר החי במים. בתא העינן נוצר כלורופיל (החומר הירוק המצוי גם בצמחים) ובולטת בהם "עין" אדומה - אזור שהוא רגיש לאור. אם מאירים על מבחנה שבתוכה עיננים, רובם מתרכזים בחלק המואר של המבחנה. אילו מאפייני חיים באים ליד ביטוי במקרה כזה?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
צולמו במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 600
5. מה משותף לתהליכי החיים האלה:
נשימה, תנועה, הפרשה?
א. הם מתרחשים בבעלי-חיים אך לא בצמחים.
ב. הם יכולים להתרחש ביום אך לא בלילה.
ג. הם יכולים להתרחש ביבשה אך לא במים.
ד. הם מתרחשים ביצורים חיים אך לא בדוממים.
6. האם לכל היצורים החיים יש את כל מאפייני החיים?
כתבו טיעון: נסחו טענה והביאו דוגמאות שיתמכו בטענה שלכם.
*27*
(צורכי קיום - דברים חיוניים שבלעדיהם היצורים החיים אינם יכולים לחיות, כגון חמצן, מים ומזון.)
מה יצור חי צריך כדי לחיות?
היצורים החיים זקוקים לסביבה שהם משיגים בה את כל צורכי הקיום הנחוצים להם. מהם צורכי קיום, ומדוע הם נחוצים?
לאחרונה דנים בהקמת תחנת חלל על הירח או על מאדים, כדי לאסוף שם משאבי טבע עבור כדור-הארץ.
חשבו על אסטרונאוטים שיעבדו תקופה ארוכה בתחנת החלל. מה צריך לספק להם כדי שיבצעו את משימתם ויחזרו בשלום?
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
רוב היצורים החיים, ובכללם בעלי-חיים וצמחים, זקוקים לחמצן. החמצן מגיע אל תאי גופם ומשתתף בתהליך הנשימה. בתהליך זה התאים מפרקים חומרים ומפיקים מהם את האנרגיה הדרושה להם לתהליכי החיים. החמצן נמצא באוויר שסביבנו והוא גם מומס במי האוקיינוסים. דגים יכולים לקלוט את החמצן המומס במים, אבל כאשר בני אדם צוללים לעומק הם צריכים להשתמש בבלוני חמצן.
המים הם המרכיב העיקרי בגופם של יצורים חיים, והם נחוצים לכל היצורים החיים. חומרים רבים מומסים במים שבגוף, והם התווך (החומר המתווך) שהתהליכים המתרחשים בגוף מתקיימים בו. וכמובן, המים הם סביבת חיים ליצורים שחיים בהם, כגון דגים, אצות ועוד.
*28*
(בספר חמש תמונות, היעזר במנחה)
חומרי המזון (חומרים אורגניים) הם מקור האנרגיה לכל היצורים שאינם מייצרים מזון בעצמם (הצמחים מייצרים מזון, השאר חייבים לאכול מזון או לקלוט אותו ממקור חיצוני). המזון הוא גם מקור של החומרים הבונים את הגוף ומאפשרים לו לפעול.
עבור צמחים, אור השמש הוא מקור האנרגיה המאפשר להם לייצר את מזונם בתהליך הפוטוסינתזה. בתהליך הפוטוסינתזה הצמחים זקוקים גם לפחמן דו-חמצני. האור משפיע על תהליכים נוספים המתרחשים בצמחים (לבלוב, פריחה, שלכת וכדומה) ובבעלי-חיים (עונת רבייה, נדידה, תרדמת חורף וכדומה).
הקרקע היא התשתית (הבסיס) שהצמחים גדלים עליה. בתוכה גדלים ונאחזים שורשי הצמחים, והיא מקור חשוב של מלחים (מינרלים) מסוימים שהצמחים קולטים יחד עם המים. הקרקע היא גם סביבת חיים ליצורים שונים שמתחפרים בתוכה או חיים בין רגביה.
כל היצורים החיים יכולים להתקיים רק בטווח טמפרטורות מוגבל. טמפרטורות גבוהות מדי או נמוכות מדי פוגעות בתהליכים המתרחשים בתאי הגוף ועלולות לסכן את החיים. עם זאת, יש יצורים שמותאמים לחיים בטמפרטורה נמוכה, כגון חיות הקוטב, ויש כאלה שיכולים להתקיים בטמפרטורה גבוהה, כגון חיידקים שחיים במעיינות מים חמים.
היצורים החיים זקוקים לסביבה בטוחה שבה הם יכולים להתגונן מסכנות ומאויבים, להתרבות ולגדל את צאצאיהם, ובתנאי מזג אוויר קשה גם למצוא מחסה.
*29*
1. התבקשתם להכין רשימת ציוד לאיש ולאישה: האיש יוצא למסע רגלי ארוך במדבר, והאישה יוצאת לטיסה אל הירח.
א. כתבו רשימה של 5-10 פריטים שצריך לקחת אל שני המקומות האלה, וסדרו אותם על פי דרגת חשיבותם.
ב. האם יש הבדל בין שתי רשימות הציוד מבחינת הפריטים או מבחינת סדר חשיבותם?
2. כידוע, היצורים החיים שונים מאוד זה מזה. למשל, חיידק שונה מכלנית, וכלנית שונה מפיל. אך האם צורכי הקיום שלהם שונים גם הם?
נסחו את טענתכם ונמקו אותה.
3. באחד מגני החיות שבדרום הארץ שוקלים להוסיף בעלי-חיים חדשים: דוב קוטב, סוס פוני ודובי פנדה.
תארו את ההבדלים בין צורכי הקיום שצריך לספק לכל אחד מהם.
4. בתחילת שנת הלימודים ביקרו תלמידים בשמורת שלולית החורף, שהייתה יבשה מאז האביב הקודם. הם החליטו לבדוק אם האדמה שאספו מקרקעית השלולית היבשה מכילה יצורים חיים. לצורך כך הם הכניסו לתוך אקווריום ריק אדמה שלקחו מהשלולית היבשה, שפכו לאקווריום מים שהביאו מהנחל הזורם ליד היישוב והעמידו את האקווריום במקום חשוף לשמש. כעבור שבועיים לקחו דגימות מן המים, התבוננו בהן באמצעות מגדלת ומיקרוסקופ וגילו שבמים שוחים יצורים זעירים רבים.
נח אמר שמתוצאות הניסו באדמת שלולית החורף אפשר להסיק שבאדמת השלולית היבשה היו יצורים חיים רדומים, והרטבתם במים השלימה את כל צורכיהם והם התעוררו לחיים. ריק טענה שהמסקנה הזאת אינה ודאית.
א. מי משניהם צודק? נמקו.
ב. מה חשוב לשנות בניסוי הזה (להוסיף או להחסיר משהו) כדי להסיק מסקנה ברת תוקף?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
יצורים זעירים שוחים במים
*30*
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
דונליאלה - קוטרה 8 מיקרומטרים.
הלובקטריום - אורכו 5 מיקרומטרים.
5. ים המלה מכיל 30% מלה (לשם השוואה: בים התיכון יש רק כ-3% מלח) והוא נחשב סביבה עוינת חיים.
במשך שנים שיערו שבעלי-חיים או צמחים לא יכולים להתקיים ברמה כזו של מליחות, וכינו את ים המלח בשם "ים המוות".
יום אחד חוקר סקרן התבונן בטיפה אחת ממי ים המלח בעזרת מיקרוסקופ, ראה במים תנועה של גופיפים דומים ליצורים חד-תאיים זעירים, והסיק שחיים במי ים המלח דווקא כן אפשריים.
מה לדעתכם היה החוקר צריך לעשות במקרה כזה? בחרו בכל המשפטים הנכונים.
א. לשנות את השערת הניסוי שלו.
ב. להתעלם מהתוצאות כי לא ייתכנו חיים בים המלח.
ג. לבדוק במיקרוסקופ דגימות נוספות ממי ים המלח.
ד. לשנות את המסקנה שהסיק מהממצאים שמצא.
ה. לפרסם את הממצאים בעיתון מדעי.
6. לפניכם תיאור של חורש בכרמל. קראו אותו וציינו אילו צורכי קיום מספקת סביבת החורש בכרמל לצמחים ולבעלי-החיים המתקיימים בה. פרטו והביאו סימוכין מהקטע שקראתם.
שטחים נרחבים בכרמל מכוסים חורש שעצים ושיחים גדלים בו בצפיפות, ובהם: אלון מצוי, אלה ארצישראלית, אלת המסטיק וקטלב מצוי. באביב, לאחר עונת הגשמים, פריחת הצמחים רבה והשטח מתמלא בשלל פרחים צבעוניים. פרפרים מתעופפים באוויר, מוצצים מן הפרחים צוף מתוק ואגב כך מאביקים את הפרחים. גם ציפורים רבות חיות ומקננות בחורש, ואוכלות את הפירות המתוקים שעל העצים והשיחים. בקיץ השמש קופחת ובחוץ חם ויבש, אך התנאים בתוך סבך החורש נוחים הרבה יותר: הרוח כמעט שאינה מורגשת, ובצל שמתחת לעצים האוויר קריר ואפלולי. בעלי-החיים השוכנים בסבך, כמו לטאות, זיקיות ונחשים, מאבדים פחות מים מאשר בעלי-החיים הנמצאים בשטח הפתוח. הקרקע שמתחת לצמחים מכוסה כל השנה במרבד לח של עלים שנשרו, ומתחתיו רוחשים חיים. בעלי-חיים קטנים, ובהם חיפושיות ועכבישים, מסתתרים שם בשעות החום והיובש, אך לקראת ערב, כשהאוויר מתקרר והלחות עולה, הם יוצאים מן המסתור ומחפשים טרף שמסתתר מתחת לשיחים ולאבנים. צמחים מטפסים נשענים על ענפי העצים והשיחים ונאחזים בהם, וגדלים כלפי מעלה עד שהם נחשפים לאור השמש.
*31*
את הרכיבים בטבע נהוג לארגן בתרשים שנקרא המדרג הביולוגי. (מדרג ביולוגי - תרשים המציג את כדור-הארץ ואת הייצורים החיים על פניו במערך מדורג של רמות ארגון: מן הרמה הגדולה ביותר (כדור הארץ כולו) ועד לרמת האטומים הבונים את גופם של היצורים החיים.) הסכמה מורכבת מרמות ארגון, שכל אחת מהן נכללת ברמה שלפניה ומכילה את הבאה אחריה. למשל, הגוף השלם - היצור החי - מהווה רמת ארגון. רמה זאת כוללת את מערכות הגוף, ומערכות אלו בנויות מתאים. התא הוא יחידת החיים הבסיסית והוא מורכב מאברונים, האברונים מורכבים ממולקולות, והמולקולות - מאטומים.
אם נעלה ברמות הארגון, ניווכח שכל יצור ח הוא חלק מקבוצה של יצורים מאותו המין - מאוכלוסייה. כל אוכלוסייה היא חלק מחברה, כל חברה היא חלק ממערכת אקולוגית, וכל המערכות האקולוגיות יחד הן הביוספרה.
לפניכם תרשים של המדרג הביולוגי בטבע:
- אטום - מולקולה - אברון - תא - רקמה - איבר - מערכת בגוף - יצור חי - אוכלוסייה - חברה - מערכת אקולוגית - ביוספרה
*32*
*32*
תחום בכדור-הארץ שיצורים חיים מתקיימים בו ביבשה, בים ובאוויר. את הביוספרה אנו מחלקים למערכות האקולוגיות המתקיימות בכדור-הארץ. סדר הגודל של הביוספרה: עשרות אלפי קילומטרים (10^7 מטרים).
מערכת הכוללת את כל מרכיבי הסביבה - היצורים החיים וגורמי הסביבה הדוממים - ואת כל יחסי הגומלין המתקיימים ביניהם, כלומר את ההשפעות שלהם זה על זה.
שוניות אלמוגים הן מהמערכות האקולוגיות העשירות והמורכבות ביותר בעולם, והן מהוות בית לרבע מכלל היצורים החיים בים! סדר הגודל של מערכות אקולוגיות: מקילומטרים עד סנטימטרים (10^(-2)-10^3 מטרים).
אוכלוסיות של יצורים חיים ממינים שונים החיים בצוותא באותה המערכת האקולוגית.
בשונית האלמוגים יש חברות עשירות שונות. לדוגמה, חברה הכוללת אוכלוסיות של מינים שונים של אלמוגים ושל דגים.
קבוצה של יצורים חיים השייכים לאותו המין וחיים בצוותא באותה הסביבה.
אוכלוסיית דגי פרפרון יפים מתקיימת בשוניות האלמוגים.
גוף הפועל באופן עצמאי ומקיים את כל מאפייני החיים. יצורים חיים מורכבים מתא אחד או יותר. דג הפרפרון הוא דוגמה לאחד ממיני היצורים החיים בשוניות האלמוגים.
סדר הגודל של יצורים חיים: ממטרים עד מיקרומטרים (10^(-6)-10^0 מטרים).
(בספר חמש תמונות, היעזר במנחה)
- כדור הארץ- מערכת אקולוגית - שוניות אלמוגים
- חברת ייצורים בשוניות אלמוגים
- אוכלוסיית דגי פרפרון
- דג הפרפרון
*33*
יחידת המבנה הבסיסית של כל החומרים בעולם, כולל החומרים המרכיבים את היצורים החיים.
אטום החנקן הוא אחד מאבני הבניין הבסיסיות של החלבונים ושל חומצות הגרעין שבדנ"א.
סדר הגודל של אטומים: אנגסטרם (10^(-10) מטרים).
שני אטומים (או יותר) הקשורים ביניהם בקשר כימי.
דנ"א הוא מולקולה המורכבת מאלפים עד מיליארדים של אטומים, וכאשר היא פרושה לגמרי אורכה עשוי להגיע עד 2 מטרים!
סדר הגודל של מולקולות: מננומטרים עד אנגסטרם 10^(-10)-10^(-9) מטרים).
מבנה הנמצא בתאים וממלא תפקיד כלשהו המאפשר את קיום החיים בתא.
גרעין התא הוא אברון המצוי במרבית התאים, ובו נמצא החומר המכיל את המידע התורשתי - דנ"א (DNA).
סדר הגודל של אברונים בתא: ממיקרומטרים עד ננומטרים (10^(-9)-10^(-6) מטרים).
יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של הגוף החי. התאים בונים את הרקמות ואת האיברים בגופם של היצורים החיים.
תאי העצב מרכיבים את מערכת העצבים של הדגים ושל בעלי-החיים. סדר הגודל של תאים: מעשרות סנטימטרים עד מיקרומטרים (10^(-6)-10^(-1)מטרים).
קבוצה של תאים הדומים זה לזה במבנה ובתפקיד. רקמת תאי העצב היא הרקמה העיקרית שבונה את מערכת העצבים.
סדר הגודל של רקמות בגוף: ממטרים עד מילימטרים (10^(-3)-10^(0) מטרים).
מבנה בגופם של יצורים חיים, המכיל מספר רקמות ויש לו תפקוד מסוים בגוף.
המוח הוא אחד האיברים המרכזיים במערכת העצבים בגופם של דגים ושל בעלי-חיים אחרים.
סדר הגודל של איברים בגוף: ממטרים עד סנטימטרים (10^(-2)-10^(0)מטרים).
קבוצה של איברים שפעולתם המשותפת אחראית לתפקוד מסוים של הגוף.
מערכת העצבים, הכוללת את המוח והעצבים, היא דוגמה למערכת בגוף.
סדר הגודל של מערכות בגוף: ממטרים עד סנטימטרים (10^(-2)-10^(0)מטרים).
(בספר שבע תמונות, היעזר במנחה)
- מערכת העצבים של דג הפרפרון - מוח של דג - רקמת תאי העצב - תא עצב - גרעין תא עצב - מולקולת דנ"א - אטום חנקן
*34*
*34*
היכנסו אל היחידה המקוונת מסע אל המדרג הביולוגי שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה. התבוננו ב-3 הדוגמאות וברמות המדרג הביולוגי בכל אחת מהן. קראו את כל המידע, וענו על השאלות שלפניכם.
מסע אל המדרג הביולוגי
ביוספירה - מערכת אקולוגית - חברה - אוכלוסייה - אורגניזם - מערכת בתוך הגוף - איבר - רקמה - תא - אברון - מולקולה - אטום
מערכת אקולוגית - שונית האלמוגים
מערכת אקולוגית היא סביבה. המורכבת ממרכיבים חיים וממרכיבים דוממים, המשפיעים זה על זה.
יש מערכות אקולוגיות זעירות. שגודלן סנטימטרים ספורים. ויש כאלה המשתרעות על פני קילומטרים רבים.
שוניות אלמוגים הן מהמערכות האקולוגיות העשירות והמורכבות ביותר בעולם, והן מהוות בית לרבע מכלל היצורים החיים בים!
1. מה הקשר בין רמת ארגון אחת לזאת שמעליה ולזאת שמתחתיה?
האם אחת מכילה את האחרת? ואם כן - מה מכיל את מה? נמקו בעזרת דוגמאות.
2. ציינו את סוג התאים הנזכרים ב-3 הדוגמאות שבפעילות.
האם כל סוג תא כזה נמצא רק אצל היצור הנזכר באותו מדרג? נמקו.
3. לפי דעתכם, האם אפשר להרחיב את רמות הארגון בטבע גם מעל לרמות המדרג הביולוגי? אם כן - אילו רמות עשויות להיות מעל הביוספרה?
4. ענבל טוענת שהתא הוא יחידת החיים הקטנה ביותר.
עמית טוען שהאטום הוא יחידת החיים הקטנה ביותר.
על פ מה שאתם יודעים כעת, מ משניהם צודק? נמקו.
5. מה יקרה לדעתכם אם יהיה פגם בסוג אחד של מולקולה הנוצרת בגוף?
תארו את ההשפעה שיכולה להיות לכך על כל רמות הארגון.
*35*
6. התבוננו באיורים שלפניכם. לאיזו רמת ארגון במדרג הביולוגי כל אחד מהם שייך? (למערכת אקולוגית, לחברה, לאוכלוסייה, ליצור חי למערכת בגוף, וכדומה).
(בספר שמונה תמונות, היעזר במנחה)
צפו באינטרנט בסרטון Powers often, וענו על השאלות שבעמוד הבא.
*36*
1. מה רואים בסרטון? תארו בקיצור.
2. אילו חלקים מן המדרג הביולוג זיהיתם בסרטון?
3. אילו מכשירים נדרשו כדי לראות ולצלם את כל התמונות שבסרטון?
כתבו ליד כל מכשיר מה ניתן לראות בו. היעזרו גם בסרטון וגם במדרג הביולוגי.
4. על סמך הסרטון, מה גדול יותר - תא או מולקולה? אטום או תא? מולקולה או אטום? כיצד אתם יודעים זאת?
הסרטון Powers often מראה את המתרחש בטווח של 40 סדרי גודל, ממרחק של 10^24 מטרים מכדור-הארץ ועד סדר גודל של 10^(-16) מטרים (כלומר בתוך החומר הבונה את הגוף).
כדי להבין זאת, צריך לדעת כיצד נהוג לכתוב מספרים בחזקות של 10:
10=10^0
10=10^1
100=^10^2
1,000=10^3
וכך הלאה.
גם מספרים קטנים מ-1, שברים, ניתן לכתוב בצורת חזקות.
אם נמשיך לרדת בסדרי הגודל - 1,000; 100; 10; 1, נגיע לעשירית - 1/10. ובהמשך: מאית, אלפית, אחד חלקי 10,000, וכך הלאה.
אם המספר הוא שבר, מוסיפים את הסימן מינוס לפני מעריך החזקה.
במעריך חזקה שלילי, ככל שהספרה גדולה יותר, כך המספר כולו קטן יותר;
בדיוק כמו שככל שהמכנה של שבר גדול יותר, כך השבר כולו קטן יותר.
10^(-1) = עשירית, 1/10
10^(-2) = מאית, 1/100
10^(-3) = אלפית, 1/1,000
10^(-16) = 1/10,000,000,000,000,000
אם היחידה הבסיסית שלנו היא מטר, כל מה שמצוי בתחום שבין 1 מטר עד 9.99 מטרים נמצא בסדר גודל אחד - סדר גודל של מטרים אחדים. התחום שבין 10 מטרים לבין 99.99 מטרים הוא בסדר גודל של עשרות מטרים. בתחום שמ-100 מטרים ועד 999.99 מטרים סדר הגודל הוא של מאות מטרים.
*37*
סנטימטר שווה למאית המטר. לכן כל מה שמצוי בתחום שבין 1 סנטימטר עד 9.99 סנטימטרים נמצא בסדר גודל אחד, סדר גודל של מאיות המטר. אם אנו בודקים שברים קטנים מסנטימטר אחד, למשל כל מה שמצוי בתחום שבין מילימטר אחד ל-9.99 מילימטר, סדר הגודל הוא של אלפיות המטר. וכך הלאה.
אנמיה חרמשית היא מחלה תורשתית, המדגימה את ההשפעה של שינוי ברמת ארגון אחת במדרג הביולוגי על הרמות האחרות.
מחלה זאת פוגעת בתאי הדם האדומים. אצל החולים בה יש פגם בייצור מולקולות של המוגלובין. המוגלובין הוא חלבון שנמצא בתוך תאי הדם האדומים, קושר אליו חמצן ונושא אותו אל כל תאי הגוף. הפגם גורם לכך שלמולקולות של החולים באנמיה חרמשית יש צורה מעוותת, והתוצאה היא שגם לתאי הדם האדומים יש צורה מעוותת: צורת חרמש במקום הצורה העגולה הרגילה. מכאן שם המחלה.
(חרמש - כלי חקלאי ובו סכין בצורת קשת.)
תאי הדם החרמשיים נצמדים זה אל זה ויוצרים חסימות בצינורות הדם, כתוצאה מכך אספקת הדם (ועמו החמצן) אל האזורים החסומים מתמעטת. נוסף על כך, התאים החרמשיים נהרסים מהר יותר מתאי דם בריאים, והדבר גורם לחוסר בתאי דם אדומים (אנמיה). חוסר הדם וחסימות כלי הדם פוגעים באספקת הדם אל הרקמות בגוף, וגורמים לחולשה, לחיוורון, לכאבי בטן, לדלקת ריאות, למחלות לב, ועוד. המחלה עלולה לגרום אפילו למוות.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
מימין: תא דם של אדם בריא.
משמאל: תא דם של אדם החולה באנמיה חרמשית.
האנמיה החרמשית נפוצה אצל הילידים באפריקה הטרופית. מכיוון שזו מחלה תורשתית, היא עוברת מהורים לילדיהם ונפוצה גם אצל צאצאיהם האמריקנים.
*38*
1. העתיקו את הטבלה והשלימו בה את שמות המרכיבים שנפגעים אצל החולים באנמיה חרמשית, ואת תיאור הפגיעות בכל רמת ארגון של המדרג הביולוגי. היעזרו בדוגמה.
רמת המדרג הביולוגי | המרכיב שנפגע באנמיה חרמשית | תיאור הפגיעה |
האוכלוסייה | חלק מילידי אפריקה הטרופית וצאצאיהם | תסמינים כגון חולשה, חיוורון, כאבי בטן, דלקת ריאות, מחלות לב |
האורגניזם | -- | -- |
המערכת בגוף | -- | -- |
הרקמה | -- | -- |
התא | -- | -- |
המולקולה | -- | -- |
2. באיזו רמת ארגון הפגיעה הראשונה חלה אצל החולים באנמיה חרמשית?
3. שם המחלה נובע מפגיעה באחת מרמות הארגון. באיזו רמה?
- תחום הביולוגיה, מדעי החיים, עוסק בתופעות, במבנים ובתהליכים ביצורים חיים.
- דרך החקירה הנהוגה בתחום זה היא שיטת החקר המדעית.
- במסגרת החקר המדעי משתמשים במיומנויות שונות ובכללן כתיבת דוח ניסוי וטיעון.
- המשותף לנו וליצורים חיים אחרים הוא רב מאוד: מאפייני החיים, צורכי הקיום ומבנה פנימי דומה.
- את הרכיבים בטבע נהוג לארגן בתרשים שנקרא המדרג הביולוגי. התרשים מורכב מרמות ארגון, שכל אחת מהן שונה מזאת שמעליה ומזאת שמתחתיה, על אף שכל רמה נכללת ברמות שמעליה.
*39*
1. האם נגיף (וירוס) הוא חי?
א. חפשו מידע על נגיפים. תארו ממה הם בנויים, מה קורה להם במשך הזמן, וכיצד נוצרים נגיפים חדשים. בעזרת מידע זה כתבו טיעון: נסחו טענה מתאימה והביאו נימוקים שיתמכו בה.
ב. מה צריך לבדוק כדי להכריע בסוגיה זאת?
2. התאימו את הדוגמאות למושגים.
מושגים:
רקמה
אטום
אברון
מערכת
מולקולה
איבר
יצור חי
תא
דוגמאות:
מיטוכונדריון
הלב, כלי הדם והדם
נוירון - יחידה של מערכת העצבים
גלוקוז
שריר
חתול
יחידה אחת של החומר ברזל
מוח
3. סדרו את רשימת רמות הארגון מהרמה הגדולה (הרחבה) ביותר ועד הקטנה ביותר, והביאו לכל רמה שתי דוגמאות (שונות מאלו הנזכרות בשאלה הקודמת).
רמות הארגון: מערכת אקולוגית, מולקולה, מערכת בגוף, תא, אוכלוסייה, יצור חי, חברה, איבר, רקמה, אטום, אברון
4. מהם צורכי הקיום של יצורים חיים?
א. דברים שנמצאים בתוך גופם של יצורים חיים.
ב. דברים שבלעדיהם היצורים החיים לא יוכלו לחיות.
ג. דברים שהאדם צריך לדאוג שיימצאו בסביבה.
ד. דברים שצריך להביא כאשר עוברים לסביבה חדשה.
5. מהי יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של הגוף החי?
א. איבר
ב. כדורית דם
ג. תא
ד. רקמה
6. מהי יחידת המבנה הבסיסית של החומרים בעולם ובגוף האדם?
א. תא
ב. מולקולה
ג. אטום
ד. איבר
*40*
7. הקטע שלפניכם מספר על כורים שנלכדו במכרה בצ'ילה. קראו אותו וענו על השאלות שאחריו.
בחודש אוגוסט 2010 אירעה התמוטטות במכרה זהב ונחושת בצפון צ'ילה. בעת ההתמוטטות היו במכרה 33 כורים בעומק של כמעט 700 מטרים מתחת לפני האדמה. בשבועות הראשונים לא היה ברור אם הכורים נותרו בחיים, אך אנשי החילוץ לא איבדו תקווה וקדחו חורים אל תוך המנהרות שנחסמו.
כעבור 17 ימים נוצר קשר עם הלכודים והתברר שכולם בריאים ושלמים.
הם סיפרו שכאשר המכרה התחיל לקרוס, הם הספיקו להיכנס אל מקלט תת-קרקעי שהיה בו מספיק חמצן, מזון ומים.
מאותו הרגע החלו פעולות נמרצות להצלת הכורים. בשלב הראשון הכניסו למכרה צינורות פלסטיק דקים שהגיעו עד הכורים. הצינורות אפשרו לתקשר עם הכורים ולהכניס אל המכרה דברים חיוניים. בהמשך תכננו לחפור חפירה רחבה יותר שתאפשר לחלץ את הכורים הלכודים. המחלצים העריכו שהחפירה תימשך חודשיים.
א. בזכות מה הצליחו הכורים הלכודים להישאר בחיים?
ב. מה אתם הייתם מעבירים אל הלכודים עד שיחולצו מן המכרה?
ג. חפשו מידע על המקרה באינטרנט, וכתבו מה עלה בגורלם של הכורים: כמה זמן היו לכודים? האם הצליחו לחלץ את כולם? ואם כן, כיצד חולצו?
8. עלה יבש שנשר מעץ - האם הוא חי או לא חי? נמקו.
9. תא אחד בגופו של יצור רב-תא, כגון תא דם, האם הוא יצור חי? נמקו.
10. רשמו את המושגים הבאים מהגדול לקטן: רקמה, יצור חי איבר, תא.
במשפטים שלפניכם יש עובדות, השערות ומסקנות.
קראו את המשפטים וענו על שאלות 11-13 שאחריהם.
א. בניסוי שתכננתם יש בעיה, הוא אינו כולל בידוד משתנים.
ב. רעידת האדמה ביפן גרמה לגלי צונאמי שפגעו בחוף וגרמו נזקים רבים.
ג. כדאי להפחית באכילת מזון מעובד, הוא עלול להכיל הרבה שומן ולפגוע בבריאות.
ד. קיים קשר בין מידת המאמץ הגופני לבין קצב פעימות הלב.
ה. התנאים השוררים על חלק מהירחים המקיפים את צדק ואת שבתאי מאפשרים קיום של יצורים חיים.
ו. מסקנתנו היא שסנדלית היא יצור חי כ בתצפית מיקרוסקופית ראינו שהיא נעה, בולעת מזון ומגיבה לגירויים.
11. אילו מהמשפטים שלמעלה הם טיעון?
12. אילו מהמשפטים שלמעלה הם טענה?
13. אילו מהמשפטים שלמעלה הם עובדה (שאינה טיעון או טענה)?
*41*
*41*
- כל היצורים החיים בנויים מתאים.
- התא הוא יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של החיים.
- המצאת המיקרוסקופ אפשרה את גילוי התאים.
- מאפייני החיים מתקיימים בתאים.
- לכל התאים מבנה בסיסי דומה ומתקיימים בהם תהליכים דומים.
- יש מגוון גדול של תאים הנבדלים זה מזה בצורה ובתפקיד.
- תא
- יצור חד-תא
- יצור רב-תא
- אבדוני התא
- מיקרוסקופ
*42*
האם חשבתם פעם ממה העור שלכם בנוי? היד? הריאה? וממה בנוי העלה? וגזע העץ? והחיידקים?
כל היצורים החיים בנויים מתאים. התא הוא יחידת המבנה הבסיסית של כל היצורים החיים.
רוב התאים זעירים, ומכיוון שהעיניים שלנו אינן מסוגלות להבחין בעצמים כה קטנים, אנו צריכים להיעזר באמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ כדי לראותם. ואכן, התאים התגלו לראשונה רק במאה ה-17, כאשר רוברט הוק בנה מיקרוסקופ, צפה בפיסת שעם וגילה מבנים דמויי תאים.
רק כ-150 שנה לאחר מכן הגיעו חוקרים למסקנה כי כל היצורים החיים: צמחים, בעלי-חיים, פטריות וחיידקים - כולם בנויים מתאים. בדרך כלל גודלם של תאים הוא 1 עד 500 מיקרומטרים. יש יצורים חיים הבנויים מתא אחד, ובהם: חיידק, סנדלית או אמבה, ולעומתם יש יצורים הבנויים ממיליארד תאים, ובהם: פיל, עץ אלון ואדם.
(מיקרומטר - (מיקרון) יחידת אורך שגודלה מיליונית המטר (אלפית המילימטר).)
מגוון התאים החיים הוא עצום. יש תאים המרכיבים את גופם של בעלי-החיים ויש תאים המרכיבים את הצמחים. בין התאים בגופם של בעלי-החיים יש תאי עצב, תאי שריר ותאי דם אדומים. בין התאים בצמחים יש תאי עצה, תאי סיבים ותאי שעם.
אומנם סוג התאים שונים זה מזה, אך לכולם יש מאפייני חיים משותפים: כל התאים נושמים, גדלים ומתפתחים, צורכים אנרגיה ומזון ומגיבים לגירויים. למרות השוני בצורות התאים השונים ובגודלם, המבנה של כל התאים דומה, וכמובן: המוצא של כל התאים החיים הוא מתאים שקדמו להם!
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- וירוס בין תאי-דם
צולם במיקרוסקופ אלקטרונים בהגדלה פ 4,000
- אמבה
צולמה במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 600
איגלנות
צולמו במיקרוסקופ אור בהגדלה פ 600
*43*
תאים מאותו הסוג בגופם של יצורים חיים (כלומר תאים בעלי מבנה ותפקוד דומים), מקובצים בדרך כלל ברקמה. הרקמות בונות איברים, והאיברים בונים את היצור כולו.
עם שכלול המיקרוסקופים ושיטות המחקר, התפתח גם חקר התא, התגלו מבנים ייחודיים בתוך התא ומסביב לו, ופוענחו תהליכים המתרחשים בו. כך נמצאו תשובות לשאלות שונות, לדוגמה: כיצד חומרים נכנסים אל התא ויוצאים ממנו? אילו חומרים נוצרים בתא? כיצד תאים מתרבים? ומה תפקידם של חלקי התא השונים? עם זאת, שאלות רבות נותרו ללא מענה, ובמעבדות רבות בעולם ממשיכים לחקור את תהליכי החיים המופלאים שבתא.
ידע והבנה של תהליכים המתרחשים בתוך התא, תורמים להבנה של תהליכים המתרחשים ביצור השלם הבנוי מתאים. לדוגמה, אילו תהליכים מתחוללים בתאי עורנו בעקבות חשיפה ממושכת לקרינת השמש; כיצד תהליכים תוך-תאיים אלה גורמים לעור להשתזף; ומדוע השפעתם ארוכת הטווח עלולה לגרום לסרטן העור.
מדענים ומהנדסים נעזרים בידע הקיים על תאים, ומפתחים יישומים שונים בתעשייה וברפואה. לדוגמה, הם לוקחים תאים ממח עצם של אדם בריא ומשתילים בגופו של אדם שמערכת החיסון שלו פגועה, או משתמשים בתאי חיידקים כדי ליצור תרופה לטיפול בסוכרת.
בפרק זה תלמדו על מבנה התא, על חלקיו ועל תהליכי החיים המתרחשים בו.
תכירו גם סוגים שונים של תאים ותשוו ביניהם. אך ראשית - העבר:
כיצד התגלו התאים לראשונה?
לפניכם תמונות של תאים מסוגים שונים שצולמו מבעד למיקרוסקופ.
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- חיידקי לקטובצילוס
צולמו במיקרוסקופ אלקטרונים בהגדלה פי 1,000
- תאים בעלה
צולמו במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 400
- חתך בגבעול
צולם במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 200
*44*
באמצע המאה ה-17 בנה חוקר אנגלי בשם רוברט הוק (1635-1703) מיקרוסקופ בעל שתי עדשות מלוטשות, שאפשר לראות דרכו בהגדלה עד פי 200.
במיקרוסקופ הזה נראו בפעם הראשונה פרטים זעירים שלא יכלו לראותם קודם לכן. באחד ממחקריו התבונן הוק בפיסת שעם מגזע עץ האלון דרך המיקרוסקופ שבנה, והבחין במבנה שדמה בעיניו לצורתה של "חלת דבש". החדרים הקטנטנים והצפופים שיצרו את המבנה המסודר הזכירו לו תאי נזירים במנזר, ולכן קרא להם תאים. בהמשך גילה הוק כי גם ברקמות אחרות של צמחים, כמו רקמות של עלים וגבעולים, ניתן להבחין ב"תאים מלאי מיצים", אך הוא לא ידע מהם.
באותה התקופה החל אנטוני ואן-לבנהוק (1632-1723), סוחר בדים הולנדי, לעסוק בליטוש עדשות. הוא התקין מהן מיקרוסקופים וצפה בעצמים שונים; באריגים, בשערות מפרוות חיות, בעוקץ של דבורה, בראש של זבוב ועוד. ואן-לבנהוק הצליח לייצר מיקרוסקופ משוכלל בעל יכולת הגדלה פי 250.
כמה שנים אחרי שהוק גילה את התאים, לקח ואן-לבנהוק דגימה ממי שלולית בקרבת ביתו, וכאשר התבונן בה מבעד למיקרוסקופ זה, הופתע לגלות מגוון יצורים זעירים שוחים במים. הוא קרא להם "חי-קטנים". בסקרנותו הרבה המשיך ואן-לבנהוק לצפות בדגימות משלוליות מי-גשם, מביצות, מאדמה ומחומר שגירד בין שיניו ובכולם ראה יצורים זעירים. הוא שכר את שירותיו של צייר שיכין ציורים של כל מה שראה, ובדוחות מפורטים שכתב על ממצאיו הוא תיאר את חישוב הגודל שערך, שמהם עלה כי אפשר להכניס מיליון יצורים כאלה בגרגר חול אחד! בהמשך הוא הבחין גם בתאי הדם האדומים, בתאי זרע ובתאים מפיסת עור גופו.
כושר ההפרדה של העין (היכולת להבחין בפרטים קטנים, בנפרד זה מזה) הוא עשירית המילימטר. עד המצאת המיקרוסקופ היה בלתי אפשרי לראות דברים קטנים מעשירית המילימטר.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
- פיסת השעם שבה צפה הוק
- המיקרוסקופ של הוק
הנה קטע מתוך מכתב ששלח ואן-לבנהוק אל "אגודת המדענים המלכותית של אנגליה" בשנת 1674:
"... במרחק מה מביתי יש שלולית גדולה, אשר קרקעיתה בוצית. בחורף מימיה צלולים, אך בקיץ הם הופכים עכורים, ועננות ירקרקות צפות בהם. [...] נטלתי מעט מהמים בכלי זכוכית, ובחנתי אותם תחת המיקרוסקופ שלי.
ראיתי במים כמעין מקלות קטנים מעוקלים מתנועעים. [...] אורכם לא עלה על עובייה של שערה מראש אדם [...] וביניהם שחו חלקיקים עגולים ירקרקים רבים מאוד. [...] יצורים קטנטנים אחרים שראיתי היו קטנים פי מאה מעינה של כינה! הם נעו זעו לכל הכיוונים, אך פעמים רבות ראיתי אותם נעצרים במקום אחד ומסתחררים סביב עצמם במהירות רבה. [...] החי-קטנים, שראיתי במי השלולית, היו בעלי צבעים מגוונים: חלקם לבנים או שקופים, אחרים ירוקים, ואחדים אפורים. הם נעו במים בחינניות בכיוונים שונים: למעלה, למטה וסחור-סחור. [...] נפלא לראותם! לדעתי, יצורים זעירים אלה קטנים פי אלף מן היצורים הקטנים ביותר שראיתי עד כה!"
אנטוני ואן-לבנהוק, 1674
*45*
(בספר שתי תמונות)
דיוקן של רוברט הוק מאת ריטה גריר, 2004
דיוקן של אנטוני ואן-לבנהוק
חוקרים רבים המשיכו את דרכם של רוברט הוק ושל אנטוני ואן-לבנהוק, מגלי התאים הראשונים. אך רק באמצע המאה ה-19, כ-150 שנים מאוחר יותר, לאחר שהעדשות שוכללו והתחדדה תמונת התאים במיקרוסקופ, חלה התקדמות של ממש בחקר התאים. שני חוקרים גרמנים בשם מטיאס שליידן (1804-1881) ותיאודור שוואן (1810-1882), התבוננו במגוון של תאים בצמחים וברקמות של בעלי-חיים שונים, והגיעו יחד למסקנה כ כל היצורים החיים בנויים מתאים. יש יצורים שהם חד-תאיים, כלומר בנויים מתא אחד בלבד, ובהם: חיידקים, אצות ופטריות מסוימות (כגון שמרים), ויש יצורים שהם רב-תאיים, כלומר בנויים מתאים רבים, ובהם: צמחים ובעלי-חיים.
בנוסף, הם הבינו כ התא הוא היחידה הבסיסית של החיים, כלומר התא הוא הדבר הקטן ביותר שמקיים את החיים.
מאוחר יותר קבע רודולף וירכאו (1821-1902), שחקר גדילת תאים והתרבותם, עיקרון חשוב נוסף שנכון לכל התאים: תא מוצאו מתא.
כלומר כל תא מקורו בתא קודם שהתחלק לשני תאים.
תגליותיהם של חוקרי התאים הראשונים היו בסיס להבנה של מבנה התאים, של תכונותיהם ושל תהליכים שונים המתרחשים בהם. התצפיות והניסויים של חוקרים חלוצים אלה, הובילו למסקנות ולרעיונות היסוד שעליהם מתבסס חקר התא מאז ועד היום.
1. על פ מכתבו של ואן-לבנהוק, באילו סביבות חיים של יצורים חד-תאיים הוא צפה מבעד למיקרוסקופ שבנה? מה אפשר להסיק מכך על סביבות החיים של יצורים חד-תאיים?
2. אחת הדגימות שבהן צפה ואן-לבנהוק במיקרוסקופ הייתה של חומר שגירד מבין השיניים:
א. מה הוא ראה בחומר הזה?
ב. לעיתים ואן-לבנהוק גירד מבין שיניו חומר לאחר ששתה קפה או תה חמים מאוד, וצפה בו. שערו: מה ראה בדגימה כזאת מבעד למיקרוסקופ? הסבירו את השערתכם.
3. נסחו כמה שאלות שלדעתכם שאלו המדענים באותה תקופה בעקבות גילוי התאים הראשונים בעזרת המיקרוסקופ.
*46*
כידוע, מיקרוסקופ הוא מכשיר המאפשר לראות עצמים קטנים בהגדלה. לכן באמצעותו אפשר להבחין בעצמים זעירים שהעין שלנו אינה מסוגלת להבחין בהם. המיקרוסקופ הוא אחת ההמצאות הטכנולוגיות שקידמו במידה משמעותית את חקר התא.
את המיקרוסקופים הראשונים המציאו בסוף המאה ה-16 שני מלטש עדשות הולנדים (זכריאס והנס יאנסן). במיקרוסקופים שלהם היה אפשר לראות עצמים רק בהגדלה עד פ 9. בתחילת המאה ה-17 פיתח את המכשיר איש המדע, הממציא האיטלקי הגדול, גלילאו גליליי (1564-1642). הוא שכלל אותו ואף נתן לו את שמו (בלטינית: מיקרו = קטן, סקופ = להתבונן).
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
עדשת עין
עדשת עצם
שולחן המיקרוסקופ
צמצם
בורג הכוונה גס
בורג הכוונה עדין
מנורה (מקור אור)
*47*
יש סוגים שונים של מיקרוסקופים. הנפוץ ביותר והראשון שהומצא נקרא מיקרוסקופ אור. מיקרוסקופ אור יכול להגדיל את מראה העצמים עד פי 1,000(!) מגודלם האמיתי. דרכו ניתן לראות חלקי גוף של יצורים קטנטנים, כגון קשקשים על כנף של פרפר או שערות זעירות במחוש של דבורה, תאי גוף מסוגים שונים, וכן יצורים חד-תאיים זעירים כגון אמבה ואפילו חיידק שגודלו אלפיות מילימטרים בלבד!
מיקרוסקופ אור מגדיל את התמונה באמצעות העדשות האופטיות המותקנות בו. הוא בנוי מצינור שבקצהו התחתון יש עדשה מגדילה הנקראת עדשת העצם; ובחלקו העליון יש עוד עדשה מגדילה הנקראת עדשת העין. את העצם הנבדק מניחים על שולחן המיקרוסקופ מול העדשות. ממנורה שבתחתית המיקרוסקופ מגיע אור שצריך לעבור דרך העצם הנבדק, דרך העדשות, ועד עיני המתבוננים בו. לכן חשוב שהעצם יהיה דק מאוד ויונח על גבי זכוכית דקה ושקופה.
כדי להכין עצם גדול להתבוננות במיקרוסקופ, חותכים מהעצם פרוסות דקות מאוד, ואם צריך - צובעים אותו בצבעים מיוחדים שמבליטים אותו או חלקים ממנו.
כיצד מיקרוסקופ אור פועל?
האור מן המנורה של מיקרוסקופ האור עובר דרך צמצם (המאפשר לכוון את כמות האור), דרך העצם שבודקים, ודרך עדשת העצם (ניתן לבחור בין מספר עדשות עצם). עדשה זו מגדילה את המראה של העצם פי 4, פי 10, פי 20, פי 40 ועד פי 100. לאחר מכן קרני האור עוברות דרך עדשת העין, המגדילה פי 10 או פי 20. לדוגמה, אם עדשת העצם מגדילה פי 20 וגם עדשת העין מגדילה פי 20, העצם נראה גדול פי 400 מגודלו המקור (20 כפול 20). כדי לקבל תמונה חדה וברורה, יש להרחיק את העצם (המונח על שולחן המיקרוסקופ) מעדשת העצם, או לקרב אותו אליה עד לנקודה שבה המראה ממוקד. עושים זאת בעזרת בורגי ההכוונה המעלים ומורידים את שולחן המיקרוסקופ.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
בהגדלה פי 40
בהגדלה פי 100
בהגדלה פי 200
*48*
מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מיקרוסקופ חדיש יותר, שהומצא רק באמצע המאה ה-20. מיקרוסקופ זה מבוסס על קרן אלקטרונים (חלקיקים המרכיבים את האטומים) שהיא דקה מאוד בהשוואה לקרן אור, ולכן הוא מגדיל את התמונה של העצם הנצפה עד פי מיליון!
באמצעותו ניתן לראות חיידקים קטנים במיוחד, נגיפים, מבנים תוך-תאיים (אברונים) ואף מולקולות. הפעולה של מיקרוסקופ אלקטרונים חודר מבוססת על מעבר (חדירה) של קרן של האלקטרונים דרך העצם שבודקים. הפעולה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מבוססת על החזרה של האלקטרונים מהעצם שהם פוגעים בו. במיקרוסקופ כזה מתקבלת תמונה תלת-ממדית של העצם שמתבוננים בו.
(נגיפים - (וירוסים) גופיפים קטנים מאוד שגודלם בדרך כלל בין 10 ל-300 ננומטר (מיליונית המילימטר), ורוב מאפייני החיים אינם מתקיימים בהם. נגיפים מסוגלים להתרבות רק בתוך תאים חיים.)
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
קרדית האבק
צולם במיקרוסקופ אלקטרונים סורק בהגדלה פ 40
1. מה בתמונה?
התבוננו בתצלומי העצמים שצולמו באמצעי הגדלה שונים ובאמצעות מיקרוסקופים שונים, ונסו לזהותם. את התשובות תמצאו בסוף הפרק, בעמ' 84.
(בספר 4 תמונות, היעזר במנחה)
צולם בהגדלה פי 200
צולם בהגדלה פי 60
*49*
2. "המצאת המיקרוסקופ פרצה את הדרך למהפכה מדעית הודות לאפשרויות שנפתחו לחוקרים."
א. האם לדעתכם הטענה הזאת נכונה? אספו מידע ממקורות שונים על תרומת המיקרוסקופ להתפתחות המדע, במיוחד בחקר התאים.
היעזרו במידע הזה כדי לנמק את עמדתכם.
ב. על פ המידע שאספתם, באילו תחומים משתמשים במיקרוסקופ ומה אפשר לראות באמצעותו?
3. נסו לדמיין: אם לא היו ממציאים את המיקרוסקופ, אילו דברים לא היינו יודעים? כתבו קטע קצר בן מספר שורות המתאר לדעתכם את העולם ללא מיקרוסקופים.
כאשר מסתכלים בהגדלה על עצמים שצולמו במיקרוסקופים שונים, מתגלות לפעמים צורות מעניינות שלפעמים מזכירות יצירות אמנות. אבל מכיוון שהעצם מוצג בהגדלה או שרק חלק קטן ממנו מוצג, לא תמיד קל לזהות מה בתמונה.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
יצור חד-תאי במי הים
צולם בהגדלה פי 600
כיתה: ז5
שם התלמיד: אלי ישראלוב
הגדלה פי: 200
מי מצליח לזהות?
רמז: מעופף
א. חפשו ברשת תמונות מיוחדות שצולמו במיקרוסקופ.
ב. הכינו מצגת שיתופית והוסיפו לה את התמונה שלכם, בלי לכתוב את שמכם או את שם העצם המצולם. אם אפשר, כתבו באיזו הגדלה צולמה התמונה.
ג. לאחר שהכנת המצגת תושלם, הקרינו את התמונות וערכו תחרות שמטרתה זיהו העצמים שבתמונות.
*5*
להתנסות בעבודה במיקרוסקופ אור, לצפות בתאים של אפידרמיס מבצל ובתאים של אפיתל מן הלחי הפנימית ולהשוות ביניהם.
(אפידרמיס - רקמת תאים העוטפת מבחוץ את גופם של יצורים חיים ומגנה על הרקמות הפנימיות. דוגמאות: שכבות של רקמת אפידרמיס בעור של בעלי-חיים; רקמת האפידרמיס העוטפת את הצמחים.)
(אפיתל - רקמת תאים המרפדת מבפנים איברים של יצורים חיים ומגנה על הרקמות הפנימיות. דוגמה: רקמת אפיתל מרפדת את הצד הפנימי של איברי מערכת העיכול ושל צינורות הדם.)
מיקרוסקופ, זכוכיות נושאות, זכוכיות מכסות, כלי עם מים, 2 טפי, תמיסת צבע מתילן כחול, נייר סופג, קיסמי עץ, רבע בצל, סכין, מלקטת (פינצטה).
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה (חשוב למניעת הכתמת הבגדים). שימו לב! יש לקחת את המיקרוסקופ בשתי ידיים כשהוא מאונך לרצפה. יד אחת תומכת בתחתית המיקרוסקופ, והיד האחרת אוחזת בגוף המיקרוסקופ.
התבוננו במיקרוסקופ שלכם, העתיקו את המשפטים שלפניכם והשלימו אותם:
עדשת העין במיקרוסקופ שבכיתה מגדילה פי --.
במיקרוסקופ זה יש עדשות עצם שונות, המגדילות פי --.
פי --, פי -- ופי --.
מהלך הפעילות
כדי שנוכל להתבונן בתאים, יש להכין מהדוגמאות תכשיר לצפייה במיקרוסקופ.
(תכשיר - פריט שהוכן במיוחד להסתכלות במיקרוסקופ.
זכוכית נושאת שהניחו עליה עצם כלשהו (כגון פיסת רקמה, יצור חד תאי שערה))
א. הכינו שני תכשירים של תאי אפידרמיס מבצל:
1. טפטפו טיפת מים על כל זכוכית נושאת.
2. בעזרת המלקטת קלפו בזהירות קרום שקוף מצידו הפנימי של אחד מגלד הבצל.
*51*
3. חתכו מן הקרום פיסות שיהיו קטנות מהזכוכית המכסה, והניחו פיסה אחת בתוך טיפת המים שעל כל זכוכית נושאת.
4. כסו כל תכשיר בזכוכית מכסה וספגו את עודפי המים.
ב. הכינו שני תכשירים של תאי אפיתל מהלחי הפנימית:
1. טפטפו טיפת מים על כל זכוכית נושאת.
2. בעזרת קיסם גרדו בעדינות את הצד הפנימי של הלחי (בתוך הפה).
3. פזרו בתוך טיפות המים, בערבוב עדין, את התאים שעל הקיסם.
4. כסו כל תכשיר בזכוכית מכסה וספגו את עודפי המים.
ג. צבעו במתילן כחול תכשיר אחד מכל סוג:
1. טפטפו באמצעות טפי טיפת מתילן כחול בצד אחד של זכוכית המכסה, והצמידו את הטפי לזכוכית הנושאת שמתחתיה. הניחו בעדינות נייר סופג בצד האחר של זכוכית המכסה וספגו את המים שמתחתיה. הצבע הכחול יחדור אל מתחת לזכוכית המכסה.
2. כאשר הצבע יתפזר על הדוגמה כולה, ספגו בעדינות את עודפי הצבע בנייר סופג. שימו לב! מתילן כחול צובע את גרעיני התאים בצבע כהה יותר מהצבע של שאר חלקי התא.
*52*
א. את ההתבוננות במיקרוסקופ מתחילים תמיד בהגדלה הקטנה ביותר, שברוב המיקרוסקופים היא פי 4. סובבו לכיוון שולחן המיקרוסקופ את עדשת העצם עם ההגדלה הקטנה ביותר (שהיא גם הקצרה ביותר).
ב. הניחו על שולחן המיקרוסקופ את התכשיר שאתם רוצים להסתכל בו. קרבו את השולחן בעזרת בורג ההכוונה הגס עד למרחק הקטן ביותר מעדשות העצם. בעת פעולה זאת חשוב לוודא שעדשת העצם אינה פוגעת בתכשיר (ואינה נפגעת בעצמה).
ג. הסתכלו בתכשיר מבעד למיקרוסקופ. זהו את התאים והתמקדו בהם באמצעות סיבוב בורג ההכוונה הגס, ולאחר מכן באמצעות סיבוב בורג ההכוונה העדין.
ד. העבירו אל מרכז שדה הראייה (המואר) את החלק שבחרתם להגדיל עוד יותר. סובבו את גלגל עדשות העצם עד שעדשת העצם הבינונית (לרוב, מגדילה פי 10) תהיה מולו. מקדו את הראייה בתאים.
ה. נסו להתבונן בתאים גם מבעד לעדשת העצם הגדולה (בדרך כלל מגדילה פי 40), אך היזהרו שעדשת העצם לא תפגע בתכשיר!
ו. ציירו תא אפידרמיס של בצל ותא אפיתל של הלחי הפנימית, כפי שראיתם אותם מבעד למיקרוסקופ. חשבו את מידת ההגדלה של התאים שאתם מציירים. לשם כך הכפילו את ההגדלה של עדשת העין בהגדלה של עדשת העצם. כתבו מהי מידת ההגדלה, ואם הבחנתם בפרטים מסוימים בתאים השונים, ציינו גם אותם בציור.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
תאי אפידרמיס של בצל
(צבועים במתילן כחול).
צולמו במיקרוסקופ בהגדלה פי 200
תאי אפיתל מן הלחי הפנימית
(צבועים במתילן אדום).
צולמו במיקרוסקופ בהגדלה פ 400
1. מה ההבדל בין תכשיר תאי הבצל שהוספתם לו צבע מתילן כחול לבין התכשיר שלא צבעתם? הסבירו את חשיבות הצביעה בצבע מתילן כחול.
2. באיזו הגדלה הצלחתם לראות את התאים בצורה הטובה ביותר בכל אחד מן התכשירים?
*53*
היכנסו אל היחידה המקוונת מבעד למיקרוסקופ שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר תמונת מסך, היעזר במנחה)
מבעד למיקרוסקופ
מיקרואורגניזמים, סוגי תאים, תהליכים בתא
- תאי דם
תאי דם אדומים (בוורוד), תאי דם לבנים (בסגול כהה) וטסיות דם (זעירות, בסגול כהה). שימו לב לגרעינים בתאי הדם הלבנים ולהיעדרם בתאי הדם האדומים ובטסיות הדם.
הגדלה: 600
בפעילות זו עומד לרשותכם מיקרוסקופ אור וירטואלי, שבאמצעותו אפשר לראות תמונות וסרטונים של תאים ושל יצורים זעירים (מיקרואורגניזמים) שונים (וגם מספר תהליכים בתא).
כדי לצפות בפריטים השונים:
א. הדליקו את האור במיקרוסקופ הווירטואלי.
ב. בחרו בתמונת תאי אפידרמיס של צמח.
ג. התאימו את עוצמת התאורה לצפייה מיטבית בתאים.
ד. סובבו את כפתור המיקוד (הפוקוס) עד שהתאים ייראו ברורים וחדים.
ה. התבוננו בתאים וקראו את המידע עליהם.
ו. בדרך דומה התבוננו בתמונת תאי אפיתל (המרפדים את הוושט) וקראו את המידע עליהם.
התבוננו בתמונת תאי אפידרמיס של צמח ובתמונת תאי אפיתל.
תארו את הדמיון ואת ההבדלים ביניהם על פ תמונות אלו.
*54*
התא הוא לא רק יחידת המבנה הבונה את כל היצורים החיים, אלא גם יחידת החיים הקטנה ביותר המקיימת את כל פעולות החיים. התא הוא היחידה הבסיסית המשותפת לכל היצורים החיים על פני כדור-הארץ.
רוב מאפייני החיים שעוזרים לנו להבדיל בין חי ללא חי מתבטאים בתאים. כלומר: כל תא - גם תא עצמאי של יצור חד-תאי וגם תא יחיד מגופו של יצור רב-תא - ניזון וצורך אנרגיה, נושם, מפריש פסולת, גדל ומתפתח, מגיב לגירויים מסביבתו ועוד.
האם זה באמת כך? ואם כן, כיצד ניתן לדעת זאת?
כדי לענות על שאלות אלו, נבדוק את מאפייני החיים של היצור החד-תאי סנדלית.
חפשו מידע על הסנדלית וענו על השאלות שלפניכם:
1. מה גודל הסנדלית?
2. איפה היא חיה?
3. ממה היא ניזונה?
4. התבוננו בתמונות ובאיורים של הסנדלית ותארו את המראה שלה במילים.
כך תדעו מה לחפש בעת שתצפו בסנדליות מבעד למיקרוסקופ.
5. נסחו שתי שאלות נוספות לקבלת מידע מעניין על הסנדלית.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
סנדלית
צולמה במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 400
*55*
מטרות הפעילות: לצפות בסנדלית מבעד למיקרוסקופ ולזהות מאפייני חיים: תנועה, הזנה ותגובה לגירויים.
אמצעי זהירות: כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
ציוד: מיקרוסקופ אור, זכוכיות נושאות, זכוכיות מכסות, 5 טפי, תמיסת מתיל- צלולוז 30%, תרבית סנדליות, שמרים צבועים בקונגו אדום, מים מזוקקים, תמיסת מלח מרוכזת, נייר סופג.
(תרבית - תאים שהתפתחו מתא אחד או מתאים אחדים כתוצאה מהתחלקותם.)
א. הכינו תכשיר סנדליות: טפטפו באמצעות טפי 2 טיפות של מתיל-צלולוז 30% על זכוכית נושאת. באמצעות טפי אחר הוסיפו טיפה מתרבית הסנדליות.
ב. כסו בזהירות בזכוכית מכסה, וספגו בעדינות את עודף הנוזלים.
ג. צפו בסנדליות מבעד למיקרוסקופ (התחילו בהגדלה קטנה ועברו לבינונית).
ד. זהו את חלקי הסנדלית: ריסים (דמויי שערות) המקיפים את גופה, שקע הפה, בועית מתכווצת.
ה. ציירו את אחת הסנדליות ואת חלקיה, כפי שראיתם אותה מבעד למיקרוסקופ. ציינו את מידת ההגדלה ואת הפרטים שראיתם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- בועית מתכווצת
- גרעין
- ריסים
- שקע הפה
- בועית מתכווצת
*56*
ו. ענו על השאלות שלפניכם.
1. האם הבחנתם בתנועה כלשהי של הסנדליות? תארו אותה.
2. במה הסנדלית נעזרת לצורך תנועה?
א. הכינו את תכשיר הסנדליות כמו בחלק א. באמצעות טפי נקי הוסיפו לתכשיר הסנדליות טיפה מתרבית השמרים הצבועים בקונגו אדום.
ב. צפו בתרבית הסנדליות מבעד למיקרוסקופ בהגדלות שונות.
ג. עקבו אחר אחת הסנדליות במשך דקה או שתיים.
שימו לב! תאי השמרים נכנסים לתוך הסנדליות דרך שקע הפה שבקרום התא, ישר אל תוך "בועיות מזון".
ד. זהו את בועיות המזון בסנדלית, והוסיפו אותן לציור הסנדלית שציירתם בחלק א.
ה. ענו על השאלות שלפניכם.
1. מה לדעתכם מתרחש בתוך בועיות המזון של הסנדלית?
2. לאיזו מערכת או לאיזה איבר בגופם של יצורים רב-תאיים מקבילות בועיות המזון של הסנדלית?
3. מדוע היה צריך להשתמש בתצפית בשמרים צבועים?
(בספר איור, היעזר במנחה)
*57*
קראו את ההנחיות למהלך הניסו וכתבו מהי שאלת החקר בניסוי זה.
השערה: שערו מהי התשובה לשאלת החקר.
א. הכינו 3 תכשירים של סנדליות כמו בחלק א, אך טפטפו רק טיפה אחת של מתיל-צלולוז 30% על הזכוכית הנושאת.
ב. באמצעות טפי נקי, הוסיפו לאחד התכשירים טיפה אחת של מים מזוקקים, לתכשיר שני הוסיפו טיפה אחת של תמיסת מלח, ולתכשיר שלישי טיפה נוספת של מתיל-צלולוז (הוא יהיה כמו בחלק א של הפעילות).
ג. צפו בסנדליות מבעד למיקרוסקופ. מה ראיתם? זהו את הבועיות המתכווצות בשני התכשירים ומדדו את מספר ההתכווצויות שלהן במשך זמן מדוד. שימו לב! בכל סנדלית יש שתי בועיות מתכווצות שמוציאות עודפי מים החודרים אל הסנדלית מן הסביבה החיצונית המימית שהיא נמצאת בה.
ד. ענו על השאלות שלפניכם.
1. א. לפי דעתכם, מה קרה לסביבה הנוזלית של תרבית הסנדליות כאשר הוספתם לה תמיסת מלח?
ב. לפי דעתכם, מה קרה לסביבה הנוזלית של תרבית הסנדליות כאשר הוספתם לה מים מזוקקים?
2. א. מהם הגורמים המשפיעים בניסוי זה?
ב. מהם הגורמים המושפעים בניסוי זה?
3. איזה משלושת התכשירים הוא הביקורת בניסוי?
א. האם ראיתם תגובה של הסנדליות לשינויים אלה? אם כן, תארו אותה.
ב. העתיקו את הטבלה שלפניכם, והשלימו בה את הפרטים ממדידות של תלמידים שונים. הוסיפו לטבלה שורות לפי הצורך.
המדידה | מספר ההתכווצויות של הבועיות המתכווצות במשך -- שניותמתיל-צלולוז מעורב במים מזוקקים | מספר ההתכווצויות של הבועיות המתכווצות במשך -- שניותמתי-צלולוז בלבד | מספר ההתכווצויות של הבועיות המתכווצות במשך -- שניותמתיל-צלולוז מעורב בתמיסת מלח מרוכזת |
1 | -- | -- | -- |
2 | -- | -- | -- |
3 | -- | -- | -- |
ג. הסבירו מדוע חשוב להשוות תוצאות שמדדו תלמידים שונים.
מהי המסקנה העולה מחלק זה של הניסוי לגבי מאפייני החיים של הסנדלית?
*58*
1. אילו מאפייני חיים גיליתם בסנדלית?
2. מבחינת החקר המדעי, מהם ההבדלים העקרוניים בין חלקים א-ב של הפעילות לבין חלק ג?
3. הסנדליות הגיבו לשינו בריכוז המלח בסביבה. לאילו גירויים נוספים הסנדליות עשויות להגיב? נסחו שאלות חקר מתאימות.
4. האם לדעתכם מתקיימים גם מאפייני חיים נוספים בסנדלית (נשימה, הפרשה, גדילה, התפתחות ורבייה)? נסחו את תשובתכם כטיעון.
5. הציעו רעיון לניסוי או לתצפית שיבדקו אחד ממאפייני החיים שלא ראיתם עד כה בסנדלית.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
היכנסו אל היחידה המקוונת מבעד למיקרוסקופ שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. הדליקו את האור במיקרוסקופ.
ב. בחרו בסנדלית, אחד המיקרואורגניזמים שאפשר לצפות בהם במיקרוסקופ הזה.
(מיקרואורגניזמים - (מיקרו=זעיר; אורגניזם = יצור, חי) כלל היצורים החיים הזעירים שאפשר לראותם. רק בעזרת אמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ.)
ג. התאימו את עוצמת התאורה לצפייה מיטבית.
ד. סובבו את כפתור המיקוד (הפוקוס) עד שהסנדלית תיראה ברורה וחדה.
מבעד למיקרוסקופ
מיקרואורגניזמים, סוגי תאים, תהליכים בתא
סנדלית
פרוטיסט בעל ריסים. חד-תאי, שימו לב לחתיכות המזון (הירקרקות שהסנדלית בלעה ולשתי הבועיות המתכווצות המוציאות את עודפי המים החודרים לתא.
הגדלה: 400
*59*
ה. ענו על השאלות:
1. מהם הגושים הירוקים הנראים בתוך הסנדלית?
א. גרעיני התא של הסנדלית.
ב. הכלורופלסטים של הסנדלית.
ג. מזון צמתי שהסנדלית בלעה.
ד. הבועיות המתכווצות של הסנדלית.
2. ציינו אברונים וחלקי תא שאפשר לזהות בסרטון הסנדלית ולא הבחנתם בהם בסנדלית החיה שצפיתם בה.
בפעילות שביצעתם למדתם שהסנדלית היא יצור שכל כולו תא אחד בלבד, ומתקיימים בה מאפייני חיים: היא צורכת מזון, נעה ומגיבה לגירויים מהסביבה. עוד מאפייני חיים שלא בדקתם בניסוי הזה מתקיימים בסנדלית ובתאים של יצורים חד-תאיים אחרים. הסנדלית גדלה ומתפתחת מרגע היווצרותה מתא סנדלית קודם שהתחלק לשניים, עד שגם היא עוברת תהליך של רבייה ומתחלקת לשני תאי סנדלית חדשים. בנוסף, כמו כל תא, הסנדלית נושמת בתהליך שנקרא נשימה תאית (שבו אנרגיה משתחררת מפירוק חומרי מזון), ומפרישה החוצה חומרי פסולת ופחמן דו-חמצני.
(נשימה תאית - תהליך המתרחש בכל תא ותא: אנרגיה משתחררת מפירוקם של חומרי מזון (לרוב, בעזרת חמצן). אנרגיה זאת חיונית לקיומם של תהליכי החיים בתא. ברוב התאים הנשימה התאית מתרחשת במיטוכונדריה.)
האם בתאים שהם חלק מרקמה של יצור חי רב-תאי יתקיימו תמיד כל מאפייני החיים, כפי שהכרתם בסנדלית?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
רקמת תאי עצב
צולמה במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 60
*60*
כל ביצה שהעופות מטילים היא תא אחד, עטוף בקרומים ובקליפה. את ביצת העופות הגדולה ביותר הייתה מטילה ציפור הפיל, שחיה במדגסקר עד לפני כ-400 שנים ונכחדה. ציפור הפיל התנשאה לגובה של למעלה מ-3 מטרים ומשקלה היה כ-400 ק"ג. לכן אין פלא שהביצים שהטילה היו באורך של למעלה מ-30 ס"מ ובנפח של עד 8 ליטרים.
בימינו, ביצי העופות הגדולים ביותר הם של יענים, ביצים שאורכן כמעט 20 ס"מ. את הביצים הקטנות ביותר מטילות צופיות מאפריקה, גודלן כגרגיר אפונה ומשקלן 0.3 גרם.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
ביצת תרנגולת וביצת יען
בגופם של יצורים חיים רבים יש חלקים שאינם בנויים מתאים.
השיער שלנו, חלקים בשיניים, פרוותם של יונקים, קרניים וציפורניים, כל אלה אינם בנויים מתאים אלא מחומרים (בעיקר חלבונים) שהופרשו מן התאים. חלבונים אלה בונים גם את הנוצות ואת המקור של השפות. גם קונכיות של חלזונות ושל צדפות אינן בנויות מתאים, אלא עשויות מחומר גירני וממעט חלבון.
לעומת זאת, עצמות בנויות מתאים וגם משכבות של סידן ושל סיב חלבון שתאי העצם מפרישים אל סביבתם. ביחד הם יוצרים את רקמת העצם. גם השיניים שלנו ושל שאר בעלי-החיים מכילות בחלק החיצוני סיב חלבון, סידן וזרחן המעניקים להן את קשיחותן, ואילו בחלק הפנימי עשויות מרקמה "רכה" שמורכבת מתאים.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
חתך בשן
צולם במיקרוסקופ בהגדלה פ 5
- אמאיל השן (אינו מורכב מתאים)
- חניכיים (מורכבים מתאים)
- מוך השן (מורכב מתאים)
רקמת עצם
צולמה במיקרוסקופ בהגדלה פ 60
*61*
לכל התאים, גם של בעלי-החיים וגם של הצמחים, יש מבנה בסיסי דומה. החלקים העיקריים המשותפים לתאי היצורים החיים הם:
קרום התא - קרום העוטף את התא ומפריד אותו מן הסביבה החיצונית. קרום התא הוא קרום בררני, לא כל חומר יכול לעבור דרכו. הקרום מאפשר לשמור על סביבה פנימית קבועה, וכן קשר דו-סטרי בין התא לבין סביבתו.
(קרום בררני - קרום המאפשר מעבר של חומרים מסוימים, ומונע מעבר של חומרים אחרים.)
ציטופלזמה - (הפלזמה של התא) נוזל צמיגי במרקם של ג'ל, הממלא את רוב נפח התא. בציטופלזמה מומסים חומרים שונים והיא יוצרת בתא סביבה פנימית מימית, החיונית לקיומם של כל התהליכים המתרחשים בתא.
בציטופלזמה של רוב התאים יש גופיפים הקרויים אברונים. אלה מבנים תוך-תאיים מיוחדים, בעלי תפקודים מוגדרים, המוקפים בקרום בררני שדומה במבנהו לקרום התא. האברונים יוצרים בתא מדורים שונים, המאפשרים "חלוקת עבודה" בתוך התא ומגבירים את יעילותם של התהליכים המתרחשים בתוכו.
(אברון - מבנה הנמצא בתא וממלא תפקיד כלשהו המאפשר את תהליכי החיים בתא.)
גרעין התא - קיים ברוב התאים (פרט לתאי חיידקים), והוא האברון הגדול והבולט ביותר בתא. בגרעין התא נמצא החומר התורשתי (דנ"א) המכיל את כל המידע על תכונות האורגניזם. גרעין התא חיוני לקיומו של התא, לתפקודו ולהתרבותו, מפני שהחומר התורשתי שבתוכו מכיל את ההוראות הדרושות לבניית התא ולביצוע כל פעולות החיים.
מיטוכונדריה - "תחנות הכוח" של התא. תהליך הנשימה התאית מתבצע בהם.
ריבוזומים - "מפעלי החלבונים" של התא. חלבונים מיוצרים בהם לפי המידע המגיע אליהם מן החומר התורשתי שבגרעין התא.
אברוני גולג'י- מבנים דמויי שקיקים שטוחים המונחים זה מעל זה. הם מסייעים בעיבוד חלבונים ושומנים הנוצרים בתא ובהפרשתם אל מחוץ לתא.
רשת תוך-תאית - רשת מסועפת מאוד של קרומים בררניים המצויה באזור הציטופלזמה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
(20 מיקרומטרים)
- גרעין התא
- רשת תוך-תאית
- אברון גולג'י
- קרום התא
- מיטוכנדריון
- ריבוזומים
*62*
מלבד החלקים המשותפים לכל התאים החיים, בתאי צמח יש מבנים נוספים ייחודיים:
דופן התא - מבנה קשיח העוטף את תא הצמח מחוץ לקרום. הדופן מייצבת את התא, שומרת על צורתו, ומגנה עליו מפגיעות ומלחץ. לדוגמה: כאשר התא מאבד מים הוא מתכווץ, אך הדופן שומרת על יציבות התא ואינה מאפשרת לו לקרוס פנימה. כאשר מים רבים חודרים אל תא של צמח הוא מתנפח מעט, אך שומר על צורתו בזכות הדופן הנוקשה שאינה מאפשרת לו להתנפח יותר מדי ו"להתפוצץ". בדופן התא יש פתחים רבים ולכן היא אינה בררנית (בניגוד לקרום התא) אלא מאפשרת לחומרים שונים לעבור דרכה.
דופן תא אופיינית גם לתאים של יצורים אחרים, כגון פטריות וחלק מן החיידקים.
כלורופלסט - אברון המכיל צבען (פיגמנט) ירוק שנקרא כלורופיל. תהליך הפוטוסינתזה מתרחש בכלורופלסט. בתהליך זה הצמחים מייצרים בעצמם את מזונם בעזרת אור השמש.
(פוטוסינתזה - תהליך שמתרחש בתאי הצמח הירוקים. בתהליך זה הצמחים מייצרים. בעצמם את מזונם . (סוכר) מפחמן דו-חמצני וממים בעזרת אור. השמש.)
חלולית (וקואולה) - חלל פנימי בתוך תא הצמח המוקף בקרום ותופס חלק נכבד מנפחו של התא. על אף שמה, החלולית אינה חלולה אלא מלאה במים ובחומרים שמומסים בהם, ומתפקדת כמאגר של נוזלים ושל חומרים שונים. לחלולית תפקיד חשוב בשמירה על מאזן המים בתא. לדוגמה, בתנאים של חוסר מים בצמח, מים עוברים מן החלולית אל הציטופלזמה, והחלולית מתכווצת.
(בספר איור, היעזר במנחה)
(20 מיקרומטרים)
- רשת תוך-תאית
חלולית (וקואולה)
- אברון גולג'י
- דופן התא
- גרעין התא
- ריבוזומים
- קרום התא
- כלורופלסט
- מיטוכנדריון
*63*
בתאים של חיידקים אין גרעין. אומנם החומר התורשתי של החיידקים מרוכז באזור מסוים בציטופלזמה, אך הוא אינו מוקף בקרום.
גם תאי דם אדומים בוגרים של כל היונקים (ובכללם האדם) הם חסרי גרעין. תאי הדם האדומים מאבדים את הגרעין במהלך התבגרותם. בתאים חסרי גרעין אלה אין מידע גנטי להעביר לדור הבא, ולכן הם אינם יכולים להתחלק וליצור תאי בת.
לעומת זאת, יש פטריות ויצורים חד-תאיים מסוימים שבתאים שלהם יש יותר מגרעין אחד.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- שערית
- ריבוזום
- דופן התא
- קרום התא
- DNA
- שוטון
*64*
מטרת הפעילות: הכרת מבנה תא הצמח.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
ציוד: מיקרוסקופ אור, עלה מהצמח אלודיאה, זכוכית נושאת, זכוכית מכסה, כלי עם מים, טפי, נייר סופג, מלקטת (פינצטה).
א. טפטפו טיפת מים על זכוכית נושאת.
ב. בעזרת המלקטת הניחו בזהירות עלה צעיר של אלודיאה בתוך טיפת המים.
ג. כסו את הדוגמה בזכוכית מכסה וספגו בעדינות את עודף הנוזל.
ד. התבוננו בתכשיר מבעד למיקרוסקופ בהגדלות השונות ונסו לזהות תאים.
ציירו את התאים כפי שהם נראים מבעד למיקרוסקופ.
אם הבחנתם בחלקי תא המוכרים לכם, ציינו את שמם בציור.
תנו כותרת לציור, וכתבו את מידת ההגדלה של התאים שאתם מציירים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
תאים בעלה של אלודיאה צולמו במיקרוסקופ בהגדלה פ 400
1. מה תפקידה של דופן התא? באילו מצבים היא שומרת על צורת התא וכיצד היא עושה זאת?
2. השוו בין דופן התא לבין קרום התא. התייחסו לתבחינים (קריטריונים) כמו מידת הקשיחות, חדירות לעומת בררנות, תפקיד התאים, וסוגי התאים שהדופן והקרום נמצאים בהם.
3. מה הגורם המעניק לעלים של צמחים את הצבע הירוק האופייני להם?
א. דופנות התאים
ב. קרומי התאים
ג. הפלזמה של התאים
ד. הכלורופלסטים שבתאים
4. לפי מה שראיתם, כמה כלורופלסטים נמצאים בתא יחיד של אלודיאה?
א. 1 בלבד
ב. 2-10
ג. 50-100
ד. מעל 500
*65*
היכנסו אל היחידה המקוונת
תא בעל-חיים ותא צמח שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
תא בעל-חיים ותא צמח
- תא בעל-חיים
- תא צמח
הקישו על כל אחד מהאברונים לקבלת מידע.
התבוננו בפרטי התאים וסכמו:
1. מהם המאפיינים המשותפים לתא צמח ולתא של בעל-חיים?
2. מהם ההבדלים בין תא צמח לתא של בעל-חיים?
היזכרו בתאי הצמחים שצפיתם בהם מבעד למיקרוסקופ ובאיורי התאים שבפעילות הקודמת, והכינו דגם תלת-ממד של תא (צמח או בעל-חיים) הכולל את חלקי התא השונים. תוכלו לפסל אותו מפלסטלינה, מפימו, מחמר או מכל חומר אחר.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
- דגם של תא צמח
- דגם של תא בעל-חיים
*66*
כל התאים הבונים את גופם של היצורים החיים בעולמנו - בעלי-חיים, צמחים, פטריות, חיידקים וחד-תאיים אחרים - עטופים בקרום התוחם את התא ומפריד אותו מן הסביבה החיצונית. הקרום הזה אינו מעטפת פשוטה, אלא אחד מפלאי הטבע שהתפתחו על פני כדור-הארץ. הוא בעל תכונה הקובעת אילו חומרים יחדרו אל תוך התא או יצאו ממנו החוצה. כלומר קרום התא הוא בררני, חומרים מסוימים עוברים דרכו, וחומרים אחרים אינם יכולים לעבור דרכו.
הקרום מגן על התא מפני כניסת גורמים זרים (כגון חיידקים או נגיפים) ומפני חומרים העלולים להזיק לתא. הודות לקרום התא, הסביבה הפנימית של התא קבועה ויציבה פחות או יותר (בתוך טווח צר של ערכים) ואינה מושפעת בקלות משינויים בסביבה החיצונית. אם כך, לקרומי התאים יש תפקיד חיוני בשמירה על פעילותם התקינה של תאי הגוף ועל פעילותו של הגוף כולו.
אחת מפעולות החיים החיוניות לקיומו של התא היא קליטת חומרים מן הסביבה ופליטת חומרים אל מחוץ לתא. תאים קולטים מן הסביבה חומרים חיוניים, כגון חומרי מזון שונים הנחוצים לבניית התא וכמקור של אנרגיה, חמצן הנחוץ לתהליך הנשימה התאית, ומים שהם המרכיב העיקרי של התא. התאים גם פולטים החוצה חומרים שונים כגון חומרי פסולת, פחמן דו-חמצני ומים.
קרום התא בנוי משתי שכבות של מולקולות שומניות. חלבונים שונים משובצים בין מולקולות השומן (ראו באיור). מבנה זה של הקרום מאפשר מעבר בררני של חומרים דרכו.
(בספר איור, היעזר במנחה)
*67*
חומרים עוברים דרך קרום התא בשתי דרכים עיקריות:
פעפוע (דיפוזיה) - מעבר חומרים בתהליך של פעפוע שאינו מצריך השקעת אנרגיה. פעפוע של חומר נעשה דרך שתי שכבות השומן או דרך תעלות ונשאים המצויים בקרום.
משאבות - מעבר של חומרים באמצעות משאבות מיוחדות המצויות בקרום. פעולה זאת מצריכה השקעת אנרגיה: התא "שואב" את החומר לתוכו או ממנו החוצה.
החלקיקים, הבונים את כל החומרים בעולמנו, נמצאים בתנועה מתמדת.
כל חלקיק נע לכל הכיוונים ותוך כדי כך הוא מתנגש בחלקיקים אחרים. התנועה האקראית (המקרית) של חלקיקי החומר וההתנגשויות שלה□
זה בזה, גורמות לפיזור אחיד של חלקיקי החומר במרחב. תהליך זה נקרא פעפוע (דיפוזיה).
(פעפוע (דיפוזיה) - מעבר והתפשטות של חומר ממקום שריכוזו גבוה אל מקום שריכוזו נמוך, כתוצאה מתנועתם האקראית (מקרית) של חלקיקי החומר לכל הכיוונים ושל ההתנגשויות .שלהם זה בזה. תהליך הדיפוזיה אינו מצריך השקעת אנרגיה.)
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
חלקיקי חומר של תרכיז מיץ הפטל נעים לכל עבר ומתחילים להתפזר בתוך המים שבכוס.
כעבור זמן מה, לאחר שהחלקיקים התפזרו בצורה שווה במים, הנוזל נראה אחיד בצבעו.
כאשר באזור אחד יש יותר חלקיקים של חומר כלשהו (ריכוז גבוה של החומר) מאשר באזור אחר, קיים סיכוי שיותר חלקיקי חומר ינועו מן האזור שבו הם רבים, אל האזור שיש בו פחות חלקיקים (ריכוז נמוך של החומר). חלקיקים יכולים לנוע גם בכיוון ההפוך, אך הסיכוי לכך קטן יותר. לכן, על אף שחלקיקי החומר נעים לכל הכיוונים, בסך הכול כיוון התנועה של רוב חלקיקי החומר הוא מהאזור שריכוזם בו גבוה אל האזור שריכוזם בו נמוך.
כאשר חומר מפעפע מריכוז גבוה אל ריכוז נמוך, נהוג להגיד שהחומר נע עם כיוון מפל הריכוזים.
*68*
מולקולות המים והגזים החיוניים לתהליכי הנשימה והפוטוסינתזה הם דוגמה לחומרים המפעפעים דרך קרום התא.
אם יש בסביבה החוץ-תאית חומר שריכוזו גבוה מריכוזו בתוך התא, ואם הקרום חדיר לחומר זה, החומר יפעפע עם כיוון מפל הריכוזים, כלומר רוב חלקיקי החומר הזה ינועו מהסביבה החוץ-תאית אל תוך התא. לפעמים תנועת החומר נמשכת עד להשגת פיזור אחיד בשני ציד קרום התא, כלומר עד שריכוזו בתוך התא יהיה שווה לריכוזו מחוץ לתא.
אם ריכוז החומר הזה בסביבה החוץ-תאית נמוך מריכוזו בתוך התא, החומר יפעפע ע□ כיוון מפל הריכוזים מהתא אל הסביבה התוץ-תאית. גם כאן התהליך יכול להתרחש עד להשגת פיזור אחיד של החומר בשני צידי הקרום, כלומר עד שריכוזו בתוך התא יהיה שווה לריכוזו מחוץ לתא.
א. היכנסו אל היחידה המקוונת דיפוזיה (פעפוע) בתמיסה שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה. צפו בהדמיה של פיזור חלקיקי החומר בכוס המים.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
דיפוזיה (פעפוע) בתמיסה
כיצד מתפזרים חלקיקי המומס בממס?
לחצו על הפעלה ובדקו זאת.
*69*
ב. היכנסו אל היחידה המקוונת דיפוזיה (פעפוע) דרך קרום התא שבאתר אופק על-יסוד - מדע וטכנולוגיה. צפו בהדמיה של מעבר חלקיקי החומר דרך קרום התא.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
דיפוזיה (פעפוע) דרך קרום התא
ג. היעזרו בהדמיות שראיתם וענו על השאלות שלפניכם.
1. האם יש הבדל בין תנועת חלקיקי החומר שמתפזרים בדיפוזיה בתוך תמיסה לבין תנועת חלקיקי חומר שעוברים בדיפוזיה דרך קרום התא?
2. חמצן עובר מהדם אל תאי הגוף בתהליך של פעפוע.
מה אפשר ללמוד מכך על ריכוזו בדם לעומת ריכוזו בתאים?
3. בהנחה שהחומר המפעפע דרך קרום התא הוא חמצן, איזה מהמשפטים שלפניכם נכון?
א. רוב חלקיקי החמצן עוברים מהתאים אל הדם.
ב. כל חלקיקי החמצן עוברים מהתאים אל הדם.
ג. כל חלקיקי החמצן עוברים מהדם אל תוך התאים.
ד. רוב חלקיקי החמצן עוברים מהדם אל התאים.
4. כאשר מפעילים את ההדמיה של דיפוזיה (פעפוע) דרך קרום התא, רואים שני חצים באזור הקרום.
א. מה מייצגים חצים אלה?
ב. תארו מה קורה לחצים אלה במשך זמן הפעלת ההדמיה.
ג. הסבירו את השינוי בגודל החצים.
*70*
לדמות את תהליך הפעפוע של חומרים דרך קרום התא הבררני.
אמצעי זהירות
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
2 כוסות כימיות, 2 משורות של 10 מ"ל או יותר, 2 שקיות דיאליזה באורך של כ-20 ס"מ, תמיסת יוד מהולה (1% I/KI), תמיסת עמילן (1%).
הכניסו למבחנה כ-1 סמ"ק תמיסת עמילן וטפטפו לתוכה 2-4 טיפות מתמיסת היוד.
שימו לב! כאשר יוד בא במגע עם עמילן מופיע צבע כחול כהה!
א. טבלו את שתי שקיות הדיאליזה במים כדי לרכך אותן.
ב. קשרו היטב צד אחד של כל שקית. הכניסו מים לשתי השקיות כדי לוודא שאין נזילה, ורוקנו אותן.
חלקיקי העמילן שבתמיסה גדולים הרבה יותר מחלקיק היוד שבתמיסה.
מהי ההשפעה של גודל החלקיקים שבתמיסות על יכולתם לעבור דרך קרום בררני?
*71*
א. מלאו בכוס כימית תמיסת יוד.
ב. העבירו באמצעות משורה תמיסת עמילן אל תוך שקית דיאליזה, קשרו היטב את קצה השקית ושטפו אותה מבחוץ כדי להיפטר משאריות תמיסה.
ג. הכניסו את השקית אל הכוס הכימית המכילה תמיסת יוד. הקפידו שהשקית תהיה טבולה כמעט לחלוטין בתמיסה.
שערו: האם החומרים שבתמיסות פעפעו דרך הקרום של השקית? האם לאחר 10 דקות התמיסות בכוס ובשקית יהיו אחידות?
לאחר כ-10 דקות התבוננו במערכת הניסוי.
תארו במילים את מה שקרה בחלק זה של הניסוי.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
היוד בכוס, והעמילן בשקית הדיאליזה
א. מלאו בכוס כימית תמיסת עמילן.
ב. העבירו באמצעות משורה תמיסת יוד אל תוך שקית דיאליזה, קשרו היטב את קצה השקית ושטפו אותה מבחוץ כדי להיפטר משאריות תמיסה.
ג. הכניסו את השקית אל הכוס הכימית המכילה תמיסת עמילן. הקפידו שהשקית תהיה טבולה כמעט לחלוטין בתמיסה.
שערו: האם החומרים שבתמיסות, היוד או העמילן יפעפעו דרך הקרום של השקית?
האם לאחר 10 דקות התמיסות בכוס ובשקית יהיו אחידות?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
היוד בשקית הדיאליזה, והעמילן בכוס
*72*
א. לאחר כ-10 דקות התבוננו במערכת הניסוי. תארו במילים את מה שקרה בחלק זה של הניסוי.
ב. העתיקו את הטבלה שלפניכם וסכמו בה את תוצאות הניסוי.
השלימו בכל תא ריק: בשקית הדיאליזה או בכוס הכימית.
החומר | חלק א: מיקום החומר בתחילת הניסוי | חלק א: מיקום החומר בסוף הניסוי | חלק ב: מיקום החומר בתחילת הניסוי | חלק ב: מיקום החומר בסוף הניסוי |
יוד | -- | -- | -- | -- |
עמילן | -- | -- | -- | -- |
1. איזה חומר פעפע דרך השקית ואיזה חומר לא פעפע? נמקו.
2. התבוננו בטבלת התוצאות והסבירו אותן בעזרת המידע הבא: חלקיקי היוד קטנים בהרבה מחלקיק העמילן.
3. האם חלקיקי היוד עברו רק מצידו האחד של הקרום אל צידו השני או גם בכיוון ההפוך? נמקו. בתשובתכם היעזרו בהסבר על התנועה האקראית של החלקיקים, בעמ' 67.
4. העתיקו את המשפטים שלפניכם והשלימו אותם.
השתמשו במילים: בררני, פעפוע, גדול, קטן, עמילן, יוד, גודל חלקיקי החומר.
בשקית הדיאליזה יש נקבים זעירים שגודלם -- מגודל חלקיקי העמילן, אך הם -- בהרבה מגודל חלקיקי היוד. לכן הקרום ששקית הדיאליזה עשויה ממנו אינו חדיר ל--, אך כן חדיר ל-- העובר דרכו בתהליך של --.
שקית הדיאליזה בנויה כקרום -- בדומה לקרום התא. תכונת החומר הקובעת את יכולתו לעבור דרך הקרום של שקית הדיאליזה היא --.
5. מהם שני הגורמים שפעפוע דרך קרום בררני תלוי בהם?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
גם שקיק תה דומה לקרום בררני
*73*
נדמה את קרום התא לקירות של בית, התוחמים את הבית מכל הכיוונים ומפרידים אותו מן הסביבה שבחוץ. הקירות שומרים על אקלים נוח ונעים בבית. לדוגמה, בחורף הגשם אינו חודר אל הבית והחום אינו "בורח" מן הבית אל הסביבה. אולם קירות הבית אינם אטומים לגמרי. בבית יש דלתות שנפתחות לפעמים. בנוסף, בקירות הבית קבועים חלונות שדרכם יכולים להיכנס אוויר או יתושים, וגם החתולה יכולה לחמוק מבעדם אל החצר.
השוו את קרום התא לקירות הבית וענו על השאלות שלפניכם.
1. העתיקו את הטבלה שלפניכם, היעזרו בידע קודם ובמה שקראתם, והשלימו בה את הפרטים.
סעיפים להשוואה | קירות הבית (והבית) | קרום התא (והתא) |
א. בנויים מ... | -- | -- |
ב. התנאים בסביבה הפנימית לעומת התנאים בסביבה החיצונית (דומים/שונים) | -- | -- |
ג. מה צריך להיכנס מהסביבה החיצונית? | -- | -- |
ד. מה צריך לצאת אל הסביבה החיצונית? | -- | -- |
2. במה קירות הבית דומים לקרום התא?
3. במה קירות הבית שונים מקרום התא?
4. מדוע קרום התא נקרא בררני?
5. מהם שלושת תפקידיו של קרום התא?
6. לפניכם משפטים שונים המתארים את קרום התא ואת דופן התא.
מהם המשפטים הנכונים?
א. קרום התא נמצא רק בתאים של בעלי-חיים, ודופן התא נמצאת רק בתאי צמחים.
ב. קרום התא בררני, ודופן התא אינה בררנית.
ג. דרך הקרום עוברים חומרים רק עם כיוון מפל הריכוזים, ודרך דופן התא - רק בניגוד לכיוון מפל הריכוזים.
ד. קרום התא רך וגמיש, ודופן התא קשיחה אך מחוררת (יש בה פתחים).
ה. קרום התא מאפשר לחומרים רק להיכנס מבחוץ אל תוך התא, ודופן התא מאפשרת לחומרים רק לצאת מתוך התא החוצה.
7. בעקבות ההשוואה בין קירות הבית לקרום התא, התעורר בכיתה ויכוח האם ההשוואה הזו אכן מסייעת להבנת הנושא. מה דעתכם בנושא זה? נסחו טענה על ההשוואה בין קירות הבית לבין קרום התא ותפקודו, ונמקו אותה.
*74*
עד כה למדתם שהתא הוא יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של החיים, וכי התא מקיים את רוב מאפייני החיים. אך מגוון התאים בעולם היצורים החיים גדול מאוד, האם יש משהו משותף לתא חיידק, לתא אפידרמיס בעלה של צמח, לתא ביצית ולתא מן הריאה? במה תאים מסוגים שונים דומים זה לזה? ובמה הם שונים זה מזה?
את גופו של יצור ח אפשר לדמות למכונה משוכללת. כפי שהמכונה בנויה מחלקים קטנים ושונים זה מזה הממלאים בה תפקידים שונים, כך גם ביצורים רב-תאיים (בעלי-חיים וצמחים) יש מגוון גדול של תאים השונים זה מזה בתפקודיהם. לסוג התאים השונים יש חשיבות רבה בתפקוד תקין של היצור הרב-תאי.
בין התאים המרכיבים את גופם של בעלי-החיים: תאי שריר, תאי עצב, תאי דם אדומים, תאי דם לבנים, תאי רבייה (תאי זרע ותאי ביצה), תאי עצם ותאי סחוס. בין התאים הבונים את הצמחים: תאי יונקות בשורשי הצמח, תאי עצה ותאי שיפה ברקמת ההובלה, תאי אפידרמיס (העוטפים את הצמח) ותאי הרבייה.
הסבירו מה דומה ומה שונה בתאים בעלי תפקידים שונים.
הנה דוגמאות של תאים מסוגים שונים:
תפקידם של השרירים הוא להניע את הגוף. תאי השריר מאורכים, גמישים מאוד ויכולים להתכווץ ולהתקצר וגם להתרפות ולהתארך. בתאי השריר יש אברוני מיטוכונדריה רבים המספקים את האנרגיה הרבה הנחוצה למילוי תפקידם. קבוצה של תאי שריר נקראת סיב שריר.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צולם בהגדלה פי 600
מערכת העצבים קולטת מידע מן הסביבה, מעבדת אותו ומעבירה אל חלקי הגוף השונים הוראות כיצד לפעול. תאי העצב מצויים במוח, בחוט השדרה ובסיב העצבים המגיעים אל כל מקום בגוף. לכל תא עצב יש שלוחות שאחת מהן ארוכה במיוחד. באמצעות שלוחות אלו המידע עובר אל תאים אחרים גם אם הם מרוחקים מתא העצב, בתנאי שהם סמוכים לקצה השלוחה הארוכה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צולם בהגדלה פ 200
*75*
תפקידם של תאי הדם האדומים הוא להוביל חמצן מן הריאות אל כל תאי הגוף ולהשתתף בסילוק הפחמן הדו-חמצני מתאי הגוף אל הריאות. תא דם אדום הוא חסר גרעין ורוב נפחו מלא בחומר הנקרא המוגלובין. ההמוגלובין קושר אליו חמצן ופחמן דו-חמצני. תאי הדם האדומים נעים עם זרם הדם. הם קטנים מאוד, בעלי צורת דסקית פחוסה, גמישים ומסוגלים להידחס ולהידחק גם אל תוך נימי הדם הצרים ביותר.
(המוגלובין - חלבון שנמצא בתאי הדם האדומים של בעלי-חיים רבים וממלא את רוב נפחם של תאים אלה. תפקידו לקשור חמצן ופחמן דו-חמצני. ההמוגלובין מכיל אטומים של ברזל, החיוניים לקשירת החמצן.)
(בספר איור, היעזר במנחה)
צולם בהגדלה פי 4,000
בתוך זרם הדם יש גם תאי דם לבנים השייכים למערכת החיסון. תפקידם הוא להגן על הגוף מפני גורמים זרים העלולים לחולל מחלה (חיידקים, נגיפים, פטריות חד-תאיות ואף חלקיקי אבק או פיח). חלק מתאי הדם הלבנים יכולים לשנות את צורתם: לשלוח שלוחות המקיפות את הגורם הזר, ולהכניס אותו אל תוכם. כך הם "בולעים" גופיפים החודרים אל הגוף ומפרקים אותם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צולם בהגדלה פי 1,500
תאי זרע הם תאי הרבייה הזכריים. התלכדות של תא זרע עם תא הרבייה הנקבי (תא ביצה) יוצרת עובר. בבעלי-חיים תאי הזרע הם קטנים ובעלי שוטון המאפשר להם לנוע בזריזות ולהגיע אל תאי הביצה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צולם בהגדלה פי 600
תאים אלה עוטפים את גופם של יצורים חיים, ובונים את רקמת העור של בעלי-החיים ואת רקמת האפידרמיס של הצמחים. תפקידם הוא להגן על הרקמות הפנימיות של הגוף. תאי האפידרמיס צפופים מאוד וצמודים זה לזה, ויוצרים שכבה המונעת חדירה של גורמים זרים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צולם בהגדלה פי 100
לתאי האפידרמיס בשורשי הצמחים יש תפקיד נוסף: קליטת מים ומינרלים מן הקרקע. תאי האפידרמיס הנמצאים קרוב לקצה השורש הם בעלי שלוחות ארוכות ודקיקות הנקראות יונקות. יונקת אחת צומחת בכל תא, והיא חודרת בין גרגרי האדמה, מגדילה את שטח הפנים של קרום התא ומשפרת את קליטת המים והמינרלים בצמח.
(שטח הפנים - השטח של השכבה החיצונית של גוף כלשהו. שטח הפנים של גוף הוא סך כל שטח הגוף הפונים כלפי חוץ ובאים במגע עם הסביבה החיצונית.)
(בספר איור, היעזר במנחה)
צויר בהגדלה פ 400
*76*
1. העתיקו את הטבלה וערכו בה את המידע על סוג התאים השונים.
ציינו את תפקידי התאים השונים ואת המבנה שלהם. היעזרו בדוגמת תאי השריר.
שם התא | תפקיד התא | מבנה התא |
תאי שריר | להתכווץ ולהתרפות, כדי להניע את איברי הגוף. | גמיש ובעל צורה מאורכת, מכיל אברוני מיטוכונדריה רבים. |
תאי עצב | -- | -- |
תאי דם אדומים | -- | -- |
תאי דם לבנים | -- | -- |
תאי זרע | -- | -- |
תאי אפידרמיס | -- | -- |
תאי יונקות | -- | -- |
2. א. מהם המאפיינים המשותפים לכל התאים בטבלה?
ב. במה התאים שבטבלה שונים זה מזה?
3. אחד העקרונות המרכזיים במדעי החיים הוא ההתאמה בין מבנה לבין תפקוד.
כיצד העיקרון הזה מתבטא בכל סוג של תאים?
4. לפניכם 4 תפקידים שונים של תאים בגוף האדם. אילו תאים מבצעים כל תפקיד? היעזרו ברשימת התאים: תאי אפידרמיס, תאי דם לבנים, תאי שריר, תאי זרע, תאי עצב, תאי עצם, תאי דם אדומים.
שימו לב! שני סוג תאים אינם מותאמים לתפקידים שברשימה.
א. התכווצות והנעת איברי הגוף.
ב. קליטת מידע מהסביבה והעברתו ברחבי הגוף.
ג. הובלת חמצן בתוך הגוף.
ד. יצירת מעטפת חיצונית המגנה על הגוף.
5. לפניכם תרחיש בדיוני:
בכוכב הלכת גמא-18 התרחש אסון טבע: הקרחונים הענקיים שבאוקיינוס אפסילון נמסו, והכוכב כולו הוצף במים. בנוסף, כל המזון נגמר ובני האדם החיים במושבת החלל נמצאים בסכנת חיים.
1. אילו היו בידיכם טכנולוגיות מתקדמות של הנדסה ביולוגית, כיצד הייתם משנים את התכונות של תאי גופם של התושבים במושבת החלל כדי שיוכלו לשרוד?
2. מה יהיה תפקידם של תאים מהונדסים אלה, וכיצד יוכלו לבצע אותו?
3. תנו שם לתאים האלה וציירו תא אחד.
4. הסבירו כיצד צורת התאים שהמצאתם והמבנה שלהם (חלקי התא והאברונים שבו) מותאמים לתפקודם?
*77*
היכנסו אל היחידה המקוונת מבעד למיקרוסקופ שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. הדליקו את האור במיקרוסקופ.
ב. בחרו תא שברצונכם לראות בהגדלה.
ג. התאימו את עוצמת התאורה לצפייה מיטבית.
ד. סובבו את כפתור המיקוד (הפוקוס) עד שהפריט ייראה ברור וחד.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מבעד למיקרוסקופ
מיקרואורגניזמים, סוגי תאים, תהליכים בתא
תאי דם
תאי דם אדומים (בוורוד). תאי דם לבנים (בסגול כהה) וטסיות דם (זעירות, בסגול כהה). שימו לב לגרעינים בתאי הדם הלבנים ולהיעדרם בתאי הדם האדומים ובטסיות הדם.
הגדלה
*600*
ה. בדרך דומה התבוננו בתאים ובמיקרואורגניזמים שונים, וקראו את המידע עליהם.
ו. ענו על השאלות שלפניכם.
1. התבוננו בתאי שריר ותאי עצב ותארו את הדמיון ואת ההבדלים ביניהם.
2. ציינו מה התפקיד של תאי שריר ושל תאי עצב והסבירו כיצד הם מותאמים למילוי תפקידם.
3. המשפטים שלפניכם מתארים תכונות של תאי דם אדומים ולבנים. איזה מהמשפטים שגוי?
א. בתאי דם לבנים יש גרעין ובתאי דם אדומים אין גרעין.
ב. תאי הדם הלבנים גדולים יותר מתאי הדם האדומים.
ג. תאי הדם הלבנים מעטים יותר מתאי הדם האדומים.
ד. תאי הדם הלבנים מעוגלים ותאי הדם האדומים מאורכים.
*78*
כל היצורים החיים בנויים מתאים. יש הבנויים מתא אחד, ואחרים מורכבים מתאים רבים. דוגמה: בגוף האדם יש מאות מיליארדי תאים ואף יותר! בגופם של יצורים רב-תאיים רבים יש קבוצות של תאים מאותו הסוג (המבנה, התכונות והתפקוד משותפים), ואלה יוצרים רקמה. דוגמאות: תאי עור רבים יוצרים יחד רקמת עור, תאי שריר יוצרים רקמת שריר, ותאי אפידרמיס בעלה של צמח יוצרים רקמת אפידרמיס. הרקמות השונות בונות את איברי הגוף, ומספר איברים המשתתפים באותו התהליך יוצרים מערכת בגוף. לדוגמה: רקמת העצבים בונה את המוח ואת שאר התאים המרכיבים את מערכת העצבים. מערכות גוף שונות בונות את היצור השלם. לדוגמה: מערכת הנשימה, מערכת העיכול, מערכת העצבים ושד, בונות את האדם.
ומה קורה בתוך התאים? התאים מכילים אברונים שונים המורכבים ממגוון גדול של מולקולות הבנויות מאטומים מסוימים.
היכנסו אל היחידה המקוונת מסע אל המדרג הביולוג שבאתר אופק על-יסוד - מדע וטכנולוגיה. צפו בדוגמאות למדרג ביולוגי ב-3 סביבות חיים שונות.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מסע אל המדרג הביולוגי
ביוספירה - מערכת אקולוגית - חברה - אוכלוסייה - אורגניזם - מערכת בתוך הגוף - איבר - רקמה - תא - אברון - מולקולה - אטום
מערכת אקולוגית - הסוואנה האפריקנית
מערכת אקולוגית היא סביבה. המורכבת ממרכיבים חיים וממרכיבים דוממים, המשפיעים זה על זה. יש מערכות אקולוגיות זעירות. שגודלן סנטימטרים ספורים, ויש כאלה המשתרעות על פני קילומטרים רבים.
הסוואנה היא אזור מישורי. מכוסה בעשב. ומעט שיחים ועצים מפוזרים בו. סוואנות נמצאות באזורים תמים ולחים. כמו מרכז אפריקה.
במערכת האקולוגית של הסוואנה האפריקנית תמצאו מגוון רב של בעלי-חיים - אוכלי עשב וטורפים.
*79*
בכל סביבת חיים התמקדו ברמות הארגון השונות, קראו את המידע וענו על השאלות שלפניכם.
1. העתיקו את הטבלה שלפניכם והשלימו בה את הפרטים לפי 3 הסביבות שבהדמיה. הוסיפו דוגמה כלשהי (שאינה בהדמיה).
רמת הארגון/ דוגמאות | בסוואנה האפריקאית | בשונית האלמוגים | בחורש הים-תיכוני | דוגמה נוספת (שאין בהדמיה) |
יצור חי | -- | -- | -- | -- |
מערכת בתוך הגוף | -- | -- | -- | -- |
איבר | -- | -- | -- | -- |
רקמה | -- | -- | -- | -- |
תא | -- | -- | -- | -- |
אברון | -- | -- | -- | -- |
2. אילו אברונים נראים באיור התאים ב-3 הדוגמאות שבהדמיה, והאם האברונים האלה נמצאים בכל סוג התאים? נמקו.
3. לפניכם משפטים המתייחסים לתאים של יצורים חיים. איזה משפט נכון?
א. יש בעלי-חיים שאין להם רקמת שריר.
ב. יש צמחים שיש להם רקמת שריר.
ג. יש חיידקים שאין להם רקמת אפידרמיס.
ד. יש צמחים שאין להם תאי אפידרמיס.
4. רוב התאים בגוף האדם הם זעירים, וכדי לראותם יש להיעזר באמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ. אך יש בגופנו גם תאים שעשויים להגיע לאורך של מטר ויותר. מהם?
א. תאי שריר
ב. תאי עצב
ג. תאי אפידרמיס
ד. תאי עצם
5. לפניכם משפטים המתייחסים לחלקי התא ואברוניו. איזה משפט נכון?
א. בתאי אפידרמיס יש כלורופלסטים.
ב. בתאי צמח אין חלולית.
ג. בתאי עצב אין מיטוכונדריה.
ד. בתאי שריר יש הרבה מיטוכונדריה.
*80*
כיצד מתנהלת תקשורת בין התאים ביצור החי? מי מקבל מידע? מי מוסר מידע? ומה קורה כאשר התקשורת משובשת?
בתאים חיים יש מעין "מרכזיות" הקולטות מסרים שמגיעים מבחוץ ומעבירות אותם אל תוך התא. "מרכזיות" אלו הן חלבונים מיוחדים, הממוקמים בקרומי התאים ופועלים בקולטנים (מקבלי מידע). חומרים שונים המגיעים אל סביבת התא (חומרים שהופרשו מתאים אחרים בגוף או שמקורם בסביבה החיצונית) נקשרים אל קולטנים אלה. כאשר קולטן מסוים מקבל "שיחה נכנסת", כלומר חומר מתאים נקשר אליו, הקישור מפעיל את הקולטן, והוא מעביר את המידע אל תוך התא, אל הגרעין או אל אבדוני תא אחרים.
העברת המסר, מרגע קליטתו ועד מסירתו לנמען המתאים בתוך התא, היא תהליך מורכב. חוקרים ממכון ויצמן למדע ברחובות גילו שהתהליך מבוסס על העברת אותות בשרשרת באמצעות חלבונים שנמצאים בתוך התא: כל חלבון קולט מסר מהחלבון שלפניו, ומעביר אותו אל הבא בתור, כמו במרוץ שליחים... והתוצאה: התא מגיב למסר שנקלט - מגביר או מאט תהליכים שונים (למשל, מגביר את קצב הנשימה התאית) או גורם לשינויים בצורת התא (למשל, תא דם לבן השולח שלוחות).
קליטת המסרים, העברתם בתוך התא והתגובה להם, הן הגורמים לתאים לגדול ולהתפתח, להתרבות באמצעות חלוקה ועוד. אך כאשר העברת האותות משתבשת, תאים מתחלקים בצורה לא מבוקרת והדבר עלול לגרום להתפתחות של גידולים סרטניים. התגליות של חוקרים אלה עשויות לסייע בפיתוח תרופות למחלות שונות.
1. על פ קטע המידע, איזה אברון בתא קיבל מסר משובש על החלוקה התאית?
2. היכן נמצאים קולטני המידע בתא?
3. על פ מה שלמדתם עד כה, תנו דוגמה למסר שתא צריך לקבל כדי לפעול כהלכה.
*81*
כאשר מסתכלים בהגדלה על תאים של יצורים חיים, מתגלות לפעמים צורות יפות שמזכירות יצירות אמנות. אפשר להכין מהן תערוכה מעוררת סקרנות, יצירתיות וחשיבה.
א. התחלקו לקבוצות וחפשו תמונות מעניינות של תאים.
ב. הכינו הסבר קצר המפרט מה רואים בכל תמונה שבחרתם. אם אפשר, כתבו באיזו הגדלה היא צולמה.
ג. מיינו את התמונות שאספתם לפי קריטריונים שתקבעו מראש
(למשל, לפי הגודל האמיתי של התאים, לפי מידת ההגדלה של התצלום, לפי סוג התאים, סוג המיקרוסקופ וכדומה).
ד. היעזרו בתוכנות מתאימות לעריכת מסמכים שיתופיים כדי לרכז את התמונות והמידע מכל הקבוצות ולעצב את התערוכה.
ה. הציגו את התערוכה שלכם בכיתה, באתר האינטרנט של בית הספר או במקום מתאים אחר.
(בספר תמונות, היעזר במנחה)
דוגמאות לתאים שצולמו מבעד למיקרוסקופ
- יצורים חד-תאיים ימיים
- אצה חד-תאית
- גרגר אבקה (של צמח)
- יצור חד-תאי ימי
- גופם של כל היצורים החיים בנוי מתאים - מתא אחד או מתאים רבים. עובדה זאת נודעה לחוקרים רק לפני כ-350 שנים, לאחר שהומצא המיקרוסקופ.
- התא הוא יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של החיים.
- בטבע יש מגוון גדול של תאים. כולם דומים במאפייני החיים המתקיימים בהם, בצורכי הקיום שלהם ובמבנה הבסיסי שלהם.
- לכל התאים מבנה בסיסי דומה ומתקיימים בהם תהליכים דומים, אך הם עשויים להיות שונים זה מזה בגודל, בצורה ובתפקיד.
- יש תאים שהם יצורים עצמאיים - יצורים חד-תאיים, ויש תאים שהם חלק מגופו של יצור רב-תאי.
- בגופם של יצורים רב-תאיים יש תאים שהמבנה והתפקיד שלהם דומים והם מרכיבים רקמות. הרקמות מרכיבות את האיברים ואת המערכות בגופם של היצורים הרב-תאיים.
*82*
1. מדוע התא נחשב כיחידת המבנה והתפקוד הבסיסית ביצורים חיים?
א. כי גופם של היצורים החיים בנוי מתאים.
ב. כי רוב העצמים בטבע בנויים מתאים.
ג. כי רוב מאפייני החיים מתקיימים בתאים.
ד. כי היצורים החיים התפתחו מתא אחד.
2. ציינו לגבי כל משפט אם הוא נכון או לא נכון, ותקנו את המשפטים שאינם נכונים.
א. יש יצורים חיים מסוימים שאינם בנויים מתאים.
ב. קבוצה של תאי שריר רבים יוצרים יחד רקמת שריר.
ג. יש יצורים רב-תאיים שגופם מורכב ממיליוני תאים, ויש יצורים חד-תאיים שגופם מורכב מתא אחד בלבד.
ד. יצורים חיים מקיימים את מאפייני החיים, אך התאים - לא.
ה. התאים הם דו-ממדיים (שטוחים).
ו. גודלם של רוב התאים נמדד במיקרומטרים (אלפיות המילימטר), וניתן לראותם רק במיקרוסקופ.
ז. לכל התאים יש מבנה בסיסי ותהליכים דומים, אך תפקודם יכול להיות שונה.
3. מה בנוי מתאים? בחרו מן הרשימה: גבעול, רגל, סלע, אמבה, שיער, שיח ורדים, אש, רקמת עור, פקעת תפוח-אדמה, אדמה, עצם, נמר, אוזן, שיניים.
4. "אם יפרידו זה מזה תאים מרקמה של יצור רב-תא (למשל, רקמת תאי עצב של עכבר), יתקבלו יצורים חד-תאיים שכל אחד מהם יתפקד כמו סנדלית." האם הטענה הזאת נכונה? נמקו.
5. לפניכם ציור של תא.
(בספר ציור, היעזר במנחה)
א. מהם שמות החלקים המסומנים בציור?
ב. האם התא שמצויר הוא תא צמח או תא של בעל-חיים? נמקו את תשובתכם.
ג. איזה חלק של התא המצויר קיים ברוב תאי בעלי-חיים וגם ברוב תאי צמחים, אך אינו קיים כלל בתאי חיידקים?
*83*
6. לפניכם כמה משפטים העוסקים בגרעין התא. איזה מהמשפטים נכון?
א. החומר התורשתי (הדנ"א) שנמצא בגרעין מכיל את ההוראות הדרושות לבניית התא ולתפקודו.
ב. הגרעין הוא "תחנת הכוח" של התא, ומתרחש בו תהליך הפקת אנרגיה מפירוק חומרי מזון.
ג. הגרעין הוא אברון שנמצא בכל תא ותא.
ד. כל התאים בגוף האדם הם בעלי גרעין.
7. מה ההבדל בין תאי אפיתל שנלקחו מלחי של אדם לבין תאי אפידרמיס של בצל?
א. תאים של אדם בעלי דופן, ושל בצל חסרי דופן.
ב. תאים של אדם חסרי דופן, ושל בצל בעלי דופן.
ג. תאים של אדם בעלי קרום, ושל בצל חסרי קרום.
ד. תאים של אדם חסרי קרום, ושל בצל בעלי קרום.
8. המשפטים הבאים מתארים תוצאה אפשרית של פגיעה באחד מחלקי תא הצמח.
באיזה חלק של התא עוסק כל משפט?
א. תאי הצמח לא יוכלו לקלוט את אור השמש ולייצר באמצעותו מזון.
ב. תאי הצמח לא יוכלו לבצע את תהליך הנשימה התאית.
ג. תאי הצמח יהיו רגישים יותר לפגיעות וללחץ, וצורתם תהיה לא יציבה.
ד. תאי הצמח לא יוכלו לשמור על מאזן מים תקין.
9. מדענים מנסים ליצור במעבדה תאי שריר מלאכותיים כדי להשתיל אותם באנשים החולים במחלת ניוון שרירים קשה. איזו תכונה חייבת להיות לתאים כאלה?
א. יכולת לקשור חמצן, כדי להובילו אל תאי הגוף.
ב. יכולת "לבלוע" גורמים זרים שחדרו אל הגוף.
ג. יכולת להעביר מידע אל תאים קרובים או רחוקים.
ד. יכולת להתכווץ ולהתקצר וגם להתרפות ולהתארך.
*84*
10. למרות השוני בין התאים השונים, כל התאים דומים במבנה הבסיסי שלהם.
א. כתבו 3 מאפיינים משותפים לתא עצב ולתא דם אדום.
ב. כתבו מאפיין אחד או תכונה אחת המבדילים בין תא עצב לתא דם אדום.
ג. כיצד ההתאמה בין מבנה התא לתפקודו מתבטאת בתא עצב ובתא דם אדום?
11. מהו הסדר הנכון של רמות הארגון במדרג הביולוג (מהקטן לגדול)?
א. תא, רקמה, אברון, מערכת בגוף, איבר, יצור חי
ב. איבר, תא, אברון, רקמה, מערכת בגוף, יצור חי
ג. אברון, תא, רקמה, איבר, מערכת בגוף, יצור חי
ד. תא, רקמה, אברון, איבר, יצור חי מערכת בגוף
12. קרומי תא בררניים מאפיינים רק:
א. תאים של צמחים אך לא תאים של בעלי-חיים.
ב. תאים של בעלי-חיים אך לא תאים של צמחים.
ג. תאים שצריך לצבור בתוכם חומרים מסוימים כמו סוכר.
ד. תאים של כל היצורים החיים בכדור-הארץ.
13. מה נכון להגיד על תכונת הבררנות של קרום התא?
א. היא חשובה בעיקר להכנסת חומרים חיוניים אל התא.
ב. היא חשובה בעיקר לסילוק חומרים מזיקים מתוך התא.
ג. היא חיונית לשמירה על התכולה והרכב החומרים התקין בתא.
ד. היא חיונית לשמירה על הרציפות והשלמות של קרום התא.
תשובה לשאלה 1 בעמ' 48:
(א) ראש של עכביש
(ב) ראש של יתוש
(ג) גבישים של חומצת לימון
(ד) קשקשים בכנף של פרפר
*85*
*85*
- המים חיוניים לקיומם של כל היצורים החיים.
- המים הם המרכיב העיקרי בגופם של יצורים חיים.
- למים תכונות ייחודיות, החשובות לקיומם של תהליכי החיים (זרימה והובלה, המסה, התאדות ועוד).
- המים הם מרכיב חיוני בהובלת חומרים בגופם של בעלי חיים.
- מערכת ההובלה ביצורים רב-תאיים מאפשרת להעביר ביעילות חומרים מומסים לכל חלקי הגוף.
- תכונות המים - זרימה, המסה, חום סמלי, התאדות
- מערכת ההובלה
*86*
העברת חומרים חיוניים ממקום למקום ופינוי הפסולת הם תנאים מהותיים לתפקוד תקין של כל חברה מתקדמת. ואכן, מדי יום אפשר להבחין באלפי משאיות המעבירות מוצרי מזון למרכולים ולחנויות, במכליות המעבירות דלק מבתי הזיקוק לתחנות הדלק, ובמשאיות אשפה המפנות את הזבל שהושלך לפחים.
בדומה למתרחש בחברת בני האדם, גם בתוך גופם של היצורים החיים יש צורך להוביל חומרים שונים ממקום למקום. החומרים החיוניים הנקלטים בגופם של יצורים חיים (כמו מזון ומים) חייבים להגיע אל כל אחד מתאי הגוף. כמו כן, חומרי הפסולת הנוצרים בתאים חייבים להגיע אל המקום שבו הם מסולקים אל מחוץ לגוף.
המערכת המוליכה את כל החומרים האלה ממקום למקום בתוך הגוף היא מערכת ההובלה. מערכת ההובלה מקשרת בין מערכות גוף כמו מערכות הנשימה, העיכול וההפרשה, ומובילה ביניהן חומרים שונים. מערכת ההובלה מוליכה אל תאי הגוף את החמצן הנקלט במערכת הנשימה. היא מוליכה גם את הפחמן הדו-חמצני הנוצר בתאים אל מערכת הנשימה, שם הוא נפלט אל מחוץ לגוף. מערכת ההובלה מוליכה אל תאי הגוף את המים והמזון הנקלטים במערכת העיכול, וגם מוליכה אל מערכת ההפרשה (השתן) את חומרי הפסולת הנוצרים בתאים, שם הם מסולקים מהגוף החוצה. כמו כן היא מוליכה ממקום למקום בתוך הגוף חומרים שנוצרים בתאים.
בבעלי-חיים, מערכת ההובלה היא מערכת הדם המורכבת מהלב, מכלי הדם ומתאי הדם. בצמחים, מערכת ההובלה מורכבת מצינורות העצה והשיפה.
מערכות ההובלה של היצורים החיים יכולות להעביר חומרים שונים רק כשהם מומסים במים. המים ממסים חומרים וגם ממלאים תפקידים חיוניים נוספים בגופם ובתאיהם של כל היצורים החיים. זאת הסיבה לכך שהמים הם מרכיב עיקרי בכל יצור חי ובלעדיהם לא ייתכנו חיים בכדור-הארץ.
בפרק זה תלמדו על חשיבות המים בגופם של יצורים חיים, על תכונות המים החיוניים לקיומם של החיים ועל תכולת המים בגוף. מידע נוסף על המבנה והתפקח- של מערכות ההובלה בבעלי-חיים ובצמחים תלמדו בפרקי הספר הבאים.
*87*
(בספר איור, היעזר במנחה)
עינן (איגלנה), יצור חד-תאי
הובלה ביצורים חד-תאיים
ביצורים חד-תאיים הובלת חומרים היא פשוטה כי התאים שלהם נמצאים במגע עם הסביבה החיצונית. לכן ביצורים חד-תאיים החומרים עוברים מהסביבה החיצונית אל תוך התא או יוצאים מתוך התא אל הסביבה החיצונית ישירות דרך קרום התא, בתהליך של פעפוע.
נוסף על כך, כמויות המים והמזון הנכנסות אל התא וכמויות חומרי הפסולת היוצאות מהתא ביצורים זעירים אלה הן קטנות מאוד. לכן, למרות העובדה שקצב הפעפוע של חומרים שונים דרך קרום אינו מהיר מאוד, הוא עונה על הצורך להעביר חומרים מהסביבה החיצונית אל התא או בכיוון הפוך, ואין להם צורך במערכת הובלה.
מערכת ההובלה (הדם) בגוף הכלב
הובלת חומרים בגופם של יצורים רב-תאיים, ובמיוחד באלה שגופם גדול, היא מורכבת. מלבד החומרים הנכנסים אל גופם מהסביבה החיצונית והחומרים היוצאים מן הגוף החוצה, יש גם הרבה חומרים שנוצרים במקום מסוים בתוך הגוף וצריכים להגיע אל תאי הגוף המרוחקים מהמקום הזה. ביצורים רב-תאיים אין מגע ישיר של התאים הנמצאים בעומק הגוף עם הסביבה החיצונית. כמו כן, לרוב התאים אין מגע ישיר עם תאי הגוף האחרים והמרוחקים מהם. הובלת כל החומרים האלה בתהליך של פעפוע אינה יעילה מספיק. אומנם גם בהם עוברים חומרים מתא אחד לתאים שכנים בתהליך של פעפוע, אבל קצב העברת החומרים בדרך זו אינו עונה על הצורך להעביר כמויות גדולות של חומרים ממקום למקום בגוף בזמן קצר (למשל, מהלב אל כף הרגל). זאת הסיבה לכך שביצורים רב-תאיים יש צורך במערכת הובלה - מערכת מיוחדת המותאמת לשינוע יעיל של חומרים, בכמות ובקצב העונים על צורכי הגוף.
(בספר איור, היעזר במנחה)
מערכת ההובלה (הדם) בגוף הכלב
*88*
המים חיוניים לקיום היצורים החיים כי חומרים מוצקים כמעם שאינם יכולים לעבור ממקום למקום בתוך הגוף או בתוך התאים עצמם. לדוגמה, המזון המוצק שאנו מכניסים לפה יכול להתקדם דרך הוושט אל הקיבה רק לאחר שהוא נרטב ברוק והופך לעיסה רטובה.
כמה מים יש בגוף? - המים הם המרכיב העיקרי בגוף האדם ובגופם של כל שאר היצורים החיים בכדור-הארץ.
קרוב ל-70% ממשקלו של גוף האדם הם מים. גם בגופם של יצורים חיים אחרים יש כמות גדולה של מים.
לפניכם דוגמאות לכמות המים ביצורים שונים (תכולת המים באחוזים ממשקל הגוף כולו).
(בספר שישה איורים, היעזר במנחה)
מדוזה - 97%
דג - 67%
תרנגול - 74%
סנדלית - 98%
זרע של חיטה - 13%
כלנית - 70%
1. סרטטו גרף עמודות והציגו בו את הנתונים על כמות המים בגופם של היצורים השונים שבתמונות.
2. איזה מרכיב בחרתם להציג בציר האופקי (ציר X) ואיזה בציר האנכי (ציר Y)?
3. דרגו את בעלי-החיים ברשימה שלמעלה מהיצור ה"מימי" ביותר ועד היצור ה"יבש" ביותר.
4. האם הנתונים על תכולת המים בגופם של יצורים חיים הפתיעו אתכם? הסבירו את תשובתכם.
5. מה ההבדל בין הצגת המידע בגרף עוגה (הגרפים שלמעלה) לבין הצגתו בגרף עמודות (בשאלה 1)? איזה מידע קל יותר להפיק מכל אחד מסוג הגרפים האלה?
*89*
המים בגופם של יצורים חיים נמצאים ב-3 "מדורים": בתוך התאים, בין תאי הגוף של יצורים רב-תאיים, ובתוך מערכת ההובלה של בעלי-החיים והצמחים. כלומר, הסביבה הפנימית בגופם של היצורים החיים, בתוך התאים ובין התאים היא סביבה מימית.
לדוגמה, כ-70% מהמים שבגוף האדם נמצאים בתוך התאים כי הציטופלזמה מורכבת בעיקר ממים שחומרים שונים מומסים בהם. כ-22% מכלל המים שבגוף נמצאים ברווחים שבין התאים, ורק כ-8% מכלל המים שבגוף נמצאים בפלזמה של הדם, שגם היא מורכבת בעיקר ממים שחומרים שונים מומסים בהם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
התפלגות המים בגוף האדם
בתוך התאים - 70%
בין התאים - 22%
בפלזמה של הדם - 8%
כמה מים נמצאים בתוך הצמח? - הדבר תלוי במין של הצמח. יש צמחים שמכילים כמות גדולה של מים בתאיהם, ויש המכילים כמות קטנה יותר של מים. הבדלים בתכולת המים עשויים להיות גם בין רקמות שונות באותו הצמח, כמו עלים, גזעים, פירות וזרעים. אך בכל אחד ממיני הצמחים, כמו בשאר היצורים האחרים, כמות המים צריכה להיות בתחום קבוע (לא גבוהה מדי ולא נמוכה מדי). אם כמות המים אינה נשמרת בתחום הקבוע, הצמח עלול להיות בסכנת חיים.
במצב תקין מתרחשים בצמח תהליכים שונים המווסתים את תכולת המים בו, ושומרים על הסביבה הפנימית היציבה בתוכו.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
דוגמה לצמח אוגר מים (מימין) ולצמח שאינו אוגר מים (משמאל)
1. האם לדעתכם יש קשר בין תכולת המים ביצורים חיים לבין תנאי הסביבה שלהם או לגורמים אחרים? נמקו.
2. איזה יתרון יש לצמחים אוגרי מים, כמו קקטוסים? נמקו.
*90*
לגלות את כמות המים בצמחים ולערוך השוואה בין תכולת המים בצמחים שונים.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
א מהי שאלת החקר?
ב. תארו את שלבי הניסוי.
ג. כתבו את רשימת הציוד הנחוץ לביצוע הניסוי.
בחרו צמחים ממינים שונים ושערו: מה תכולת המים בצמחים שבחרתם? דרגו את הצמחים בסדר יורד - מתכולת המים הגבוהה ביותר ועד הנמוכה ביותר. הסבירו על סמך מה שיערתם זאת.
בצעו את הניסוי שתכננתם.
סכמו את התוצאות שקיבלתם.
א. האם ההשערות שלכם אומתו או הופרכו? הסבירו.
ב. האם קיבלתם תוצאות שהפתיעו אתכם? הסבירו.
ג. נסחו מסקנה כללית על כמות המים בצמחים.
*91*
המים הם חומר בעל תכונות מיוחדות, והודות לתכונות אלו הם יכולים למלא מגוון תפקידים שכולם חיוניים לקיומם של היצורים החיים.
- המים הם הומר נוזל בטווח שבין 0 ל-100 מעלות צלזיוס, ולכן הם נוזליים בטמפרטורת הגוף (כ-37 מעלות צלזיוס).
-המים הנוזליים ממסים חומרים רבים.
- המים, כמו כל הנוזלים, זורמים ממקום למקום.
- המים מתאדים אל האוויר.
- המים מתחממים לאט וגם מתקררים לאט.
(בספר שש תמונות, היעזר במנחה)
מים קפואים
מים נוזליים זורמים
מים רותחים
מים ממסים
מים מתאדים לאוויר
מים מתחממים ומתקררים לאט
המים נמצאים בגוף החי במצב של נוזל. נפח המים הנוזליים נשמר בתנאים קבועים. המים שבתאים מפעילים לחץ על קרומי התאים (ועל דופנות התאים בצמחים וביצורים אחרים שיש להם דופן תא). תכונה זו מסייעת לשמור על יציבות התאים ועל יציבות הגוף כולו.
*92*
המים הם ממס מצוין של חומרים רבים, אך הם אינם ממסים את כל החומרים. למשל, חומרים שונים כמו סוכר ומלחים מומסים במים וזורמים ממקום למקום עם המים שבגוף. עם זאת, המים אינם ממסים שומנים וחומרים אחרים הבונים את קרומי התאים. לכן הקרומים של תאי הגוף נשארים יציבים ואינם מתפרקים.
תערובת של מים עם חומרים המומסים בהם נקראת תמיסה מימיית. דוגמה לתמיסה מימית היא הפלזמה של הדם. גם במקומות אחרים בגופם של יצורים חיים, כגון בתוך תאי הגוף ובמרווחים שבין התאים, יש תמיסה מימית של מים עם חומרים שונים מומסים בהם.
מה קורה כשחומר מתמוסס במים? כאשר חומר מתמוסס במים, חלקיקי המים (הממס) וחלקיקי החומר (המומס) מתערבבים זה בזה. התמיסה המימית שנוצרת היא תערובת אחידה ונוזלית של חלקיקי החומר המומס ושל חלקיקי המים.
1. תהליכי חיים רבים יכולים להתרחש רק בסביבה מימית, שבה החומרים השונים המומסים מתפזרים בתמיסה בצורה אחידה ובאים בקלות במגע זה עם זה ועם חלבונים מיוחדים (אנזימים), שתפקידם לאפשר פירוק והרכבה של חומרים. למשל, חומרי המזון שהתפרקו במערכת העיכול מגיעים אל התאים, ושם נוצרים מהם החלבונים והחומרים האחרים הבונים את התא והמאפשרים את הפעילויות המתרחשות בתא.
2. ההמסה מפרידה את החומר המומס לחלקיקיו (למולקולות או לאטומים), וכך מאפשרת לחלקיקים לעבור מחסומים (כגון קרום התא). כך החומר יכול לפעפע אל תוך תאי הגוף או מן התאים החוצה. היזכרו בניסוי פעפוע דרך קרום בררני (בעמ' 70 בפרק התא), שם ראיתם שהיוד המומס במים יכול לפעפע דרך הקרום. האם גם גרגרי יוד יבשים, שלא התמוססו במים, יכולים לפעפע דרך הקרום? מובן שלא!
*93*
לבדוק מסיסות של חומרים שונים במים.
4 מבחנות, 4 פקקי מבחנות, 2 כפיות, מים, סוכר, קמח, גבישי יוד, גבישי קלי (פרמנגנט האשלגן).
אמצעי זהירות
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעברה.
שערו: איזה חומר תמוסס במים ואיזה חומר לא יתמוסס בהם ונמקו את השערתכם.
א. סמנו את המבחנות במספרים 1 עד 4.
ב. מלאו מים במבחנות עד חצי הגובה.
ג. הכניסו לכל מבחנה חומר אחר בכמויות שוות: למבחנה 1: מעט גרגרי סוכר, למבחנה 2: מעט קמח למבחנה 3: מעט גבישי יוד, ולמבחנה 4: מעט גבישי קלי.
ד. פקקו את המבחנות ונערו אותן בעדינות מצד לצד כדי לערבב את החומרים.
1. תארו מה קרה בכל מבחנה: אילו חומרים התמוססו במים ואילו לא התמוססו במים?
2. כיצד אתם יודעים זאת?
*94*
א. היכנסו אל היחידה המקוונת תהליך ההמסה שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה, והפעילו את ההדמיה.
ב. בחרו בכל פעם חומר אחד: מלח או סוכר, ועקבו אחר תהליך ההמסה שלו במים.
ג. הסבירו: מה מתרחש כאשר חומר נמס במים? הסבירו את המתרחש ברמת המקרו - מה אתם רואים? וברמת המיקרו - מה מתרחש ברמה החלקיקית?
ד. סידור החלקיקים של סוכר במצב המוצק - במה הוא שונה מסידור החלקיקים במצב המומס?
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
(בספר איור, היעזר במנחה)
מלח במצב מוצק
מלח מומס במים
הערה: יונים הם חלקיקים בעלי מטען (חיוב או שלילי).
*95*
לבדוק את השפעת המים על התגובה בין סודה לשתייה ומלח לימון.
אבקת סודה לשתייה (סודה ביקרבונט; NaHCO[3]), חומצת לימון (חומצה ציטרית; C[6]H[8]O[6]), 2 כפיות, 2 כוסות כימיות גדולות (500 סמ"ק), מים.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, הלוק מעבדה.
א. הכניסו לכל כוס כימית כפית של סודה לשתייה וכפית של חומצת לימון, וערבבו את שני החומרים.
ב. הוסיפו לאחת הכוסות מעט מים וערבבו.
תארו מה קרה בכל כוס.
1. מהי הבקרה בניסוי זה?
2. נסחו את המסקנה העולה מתוצאות הניסוי.
3. האם נכון להגיד שכל החומרים יכולים להגיב זה עם זה רק לאחר שהתמוססו במים?
בניסוי הקודם ראיתם דוגמה לתגובה כימית המתקיימת בין שני חומרים רק כשהם מומסים במים. גם רוב התהליכים בתוך הגוף יכולים להתרחש רק בין חומרים כשהם מומסים במים. לדוגמה, אנו יכולים לחוש בטעם האוכל שאנו אוכלים רק כאשר חומרים שהתמוססו במים שברוק חודרים אל פקעיות המצויות בלשון, מגרים את תאי החישה וגורמים לתחושת הטעם.
תוכלו לבדוק זאת בהתנסות שלפניכם.
*96*
בהתנסות זו אסור להשתמש בכלי המעבדה, אלא להשתמש בסוכר ובכפית המשמשים למאכל.
מטרת ההתנסות: לבדוק את השפעת המים על היכולת שלנו לחוש טעם בלשון.
ציוד: נייר טישו, סוכר, תמיסת סוכר, כפית.
א. יבשו את הלשון בנייר הטישו, והניחו על קצה הלשון היבשה כמה גרגרי סוכר. האם הבחנתם בטעם של הסוכר?
ב. הכינו תמיסת סוכר - ערבבו מעט סוכר במעט מים.
ג. כעת חזרו שוב על הבדיקה, אך הפעם טפטפו את תמיסת הסוכר על הלשון בכפית נקייה. האם הבחנתם בטעם של הסוכר?
תארו מה קרה בכל אחד מהמקרים: האם חשתם בטעם גרגרי הסוכר על הלשון היבשה? האם חשתם בטעם של תמיסת הסוכר על הלשון היבשה?
א. האם המים חשובים בתהליך הטעימה?
ב. שערו: מדוע אנו חשים בטעם של תמיסת הסוכר יותר מאשר בטעם של סוכר מוצק? הסבירו.
1. מה קורה לחומר כשהוא מתמוסס במים?
2. כיצד אפשר לדעת שהחומר המתמוסס במים נמצא בהם ואינו "נעלם"? הביאו שתי דוגמאות מתוך ההתנסויות שלכם.
3. הביאו דוגמאות לתהליכים נוספים בגוף הקשורים בהמסת חומרים.
*97*
המים יכולים לזרום בקלות ממקום למקום עם החומרים המומסים בתוכם.
1. המים שנמצאים בגוף מובילים את החומרים המומסים בהם ממקום למקום בתוך הגוף. הודות לתכונת הזרימה פועלת בגוף מערכת ההובלה (מערכת הדם). מערכת ההובלה מביאה לכל תא בגוף את החומרים שהוא זקוק להם, וגם מובילה חומרים שונים שיוצאים מתוך התאים. כך מתקיים הקשר בין מערכות הגוף השונות.
2. המים הזורמים נושאים לא רק את החומרים המומסים בהם אלא גם חום. תופעה זאת נקראת הסעת חום. הודות לתכונת הזרימה, החום מוסע ממקום למקום בגוף. כך, למשל, זרם הדם מעורב בפיזור החום בתוך הגוף, בפליטת חום מן הגוף אל הסביבה, ובשמירה על טמפרטורת הגוף. כאשר הגוף מתחמם, למשל בעת פעילות גופנית נמרצת, זרם הדם מסיע את החום אל פני השטח של הגוף, והחום העודף משתחרר אל הסביבה דרך העור.
מים (וגם נוזלים אחרים) שנמצאים במגע עם האוויר - מתאדים, כלומר עוברים ממצב צבירה נוזל למצב צבירה גז. כך למשל מים מתאדים מגיגית שנשארה בחוץ, מכביסה לחה או מרצפה שנשטפה. מים מתאדים גם מהגוף שלנו: מהעור, מהפה ומן הריאות. תהליך ההתאדות - המעבר של מים ממצב נוזל למצב גז - צורך אנרגיה, הנלקחת מן הסביבה. לכן כאשר המים מתאדים, הסביבה שלהם (האוויר, העור, הכביסה הלחה, הרצפה וכדומה) מתקררת.
התאדות המים מסייעת לקרר את גופם של יצורים חיים. לדוגמה, כאשר טמפרטורת הגוף עולה אנחנו מתחילים להזיע. הזיעה מורכבת ברובה הגדול ממים, וכשהם מתאדים אל האוויר הגוף מתקרר. תכונת ההתאדות של המים חשובה מאוד לוויסות הטמפרטורה של הגוף. כדי להמחיש מה מרגישים כאשר נוזל מתנדף מהעור, ניעזר באצטון, נוזל המתנדף במהירות גדולה מאוד.
*98*
האצטון מתאדה מהר יותר ממים, ולכן התחושה של הקירור חזקה יותר מאשר התחושה באידו של מים.
אפשר להרחיב את ההתנסות לפעילות חקר שבה תיערך השוואה בין נוזלים שקצב ההתאדות שלהם שונה (כמו מים, שמן ואצטון), ולראות את ההשפעה של הגורם המשפיע (קצב ההתאדות) על הגורם המושפע (הטמפרטורה).
פעילות אפשרית נוספת: להרטיב חלק מן הבגד (לדוגמה שרוול), ולחוש בהבדלי הטמפרטורה בין האזור היבש לאזור הרטוב (שהמים מתאדים ממנו).
לבדוק כיצד התאדות נוזל משפיעה על טמפרטורת העור.
אצטון, טפי.
בפעילות זו נשתמש באצטון (המוכר לנו כנוזל להסרת לק מציפורניים).
יש לטפטף על היד טיפה אחת או שתיים בלבד, ויש להימנע מנשימת אדי האצטון הנפלטים מהבקבוק.
טפטפו מספר טיפות אצטון על גב כף היד.
א. האם אתם רואים את טיפת האצטון על גב כף היד?
ב. תארו מה הרגשתם.
1. מה קרה לאצטון? - נסחו מסקנה הנובעת מהתוצאות.
2. הציעו התנסות אחרת שתדגים את העיקרון הזה.
*99*
אם נכנסתם לשחות בים בבוקר או בצהריים, בוודאי שמתם לב שגם אם בחוץ כבר חם, מי הים עדיין קרים יותר מן האוויר. ומה קורה בערב? אז נעים יותר לשהות במי הים החמימים מאשר באוויר המתקרר. תופעה זאת נובעת מאחת מתכונות המים - למים יש חום סגולי גבוה, ולכן הם מתחממים לאט ומתקררים לאט.
(חום סגולי - כמות האנרגיה הנחוצה כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 גרם חומר במעלת צלזיוס אחת.)
הודות לחום הסגול הגבוה, היצורים החיים (שרוב גופם עשוי מים) יכולים לשמור על טמפרטורת גוף קבועה יחסית - לא להתחמם מהר מדי כאשר הסביבה חמה, ולא להתקרר מהר מדי כאשר הסביבה קרה. תכונה זאת של המים חשובה לשמירה על חום גופם של היצורים החיים, במיוחד בטמפרטורות סביבה קיצוניות.
באמצעות מד החום יש לערבב בעדינות את הנוזלים המתחממים ולהימנע מלגעת בדופנות המבחנות. כדי להימנע מחימום החומרים על אש הגזייה, יש להכניס את שתי המבחנות לתוך כוס המכילה מים שזה עתה רתחו.
מטרת הניסוי: להשוות בין מהירות ההתחממות של המים לבין מהירות ההתחממות של השמן.
הניסוי יבוצע על ידי המורה. חשוב להקפיד שפתחי המבחנות לא יופנו לכיוון התלמידים.
ציוד: מבחנה המכילה 20 גרם מים, מבחנה המכילה 20 גרם שמן, 2 מדי טמפרטורה, שעון עצר, אטבים, גזייה או קומקום חשמלי, מעמד למבחנות כוס.
שערו: איזה חומר יתחמם לאט יותר - המים או השמן? נמקו.
*100*
א. מדדו את הטמפרטורה ההתחלתית של המים ושל השמן.
ב. מזגו מים רותחים לכוס עד מחצית גובהה. הכניסו אל המים הרותחים את המבחנות המכילות מים ושמן, והפעילו את שעון העצר.
ג. מדדו את משך הזמן העובר עד שהטמפרטורה של המים ושל השמן במבחנות עולה ב-40 מעלות צלזיוס מהטמפרטורה ההתחלתית.
תוצאות: העתיקו את הטבלה שלפניכם ומלאו בה את כל הפרטים.
הנוזל הנבדק | טמפרטורה התחלתית (צלזיוס) | טמפרטורה סופית (צלזיוס) | הפרש הטמפרטורות (צלזיוס) | משך החימום (שניות) |
שמן | -- | -- | -- | -- |
מים | -- | -- | -- | -- |
1. איזה חומר מתחמם לאט יותר - מים או שמן? האם השערתכם התאמתה?
2. מדוע היה חשוב בניסוי לקחת 20 גרם מים ו-20 גרם שמן?
3. אילו היה קיים יצור דמיוני שבגופו היה שמן במקום מים, כיצד הייתה הטמפרטורה של גופו משתנה בסביבה חמה לעומת יצור שבגופו מים?
4. רוב הגוף של יצורים חיים מורכב ממים, שהם חומר המתחמם לאט ומתקרר לאט. איזה יתרון יש לכך?
- המים הם המרכיב העיקרי בגופם של יצורים חיים, והם חיוניים לקיומם של כל היצורים החיים.
- התכונות הייחודיות של המים (כושר המסה גדול, יכולת זרימה, התאדות בטמפרטורת החדר וחום סגול גבוה) מאפשרות את תהליכי החיים.
- בגוף ובתאים המרכיבים אותו יש סביבה מימית שבתוכה חומרים שונים מומסים, עוברים ממקום למקום ומשתתפים בתהליכי החיים.
- ביצורים חד-תאיים, חומרים מפעפעים אל תוך התא ומתוך התא החוצה באופן ישיר דרך קרום התא, ולכן הם אינם זקוקים למערכת הובלה.
- ביצורים רב-תאיים יש צורך במערכת הובלה יעילה המאפשרת לשנע במהירות את כמויות החומרים העוברים בין חלקי הגוף השונים.
*101*
1. באילו יצורים חיים יש צורך במערכת הובלה?
א. ביצורים בודדים.
ב. בכל היצורים החיים, החד-תאיים והרב-תאיים.
ג. ביצורים חד-תאיים בלבד.
ד. ביצורים רב-תאיים בלבד.
2. אילו חומרים מועברים במערכת ההובלה?
בחרו את כל התשובות הנכונות.
א. חומרי מזון
ב. מים
ג. גזים מומסים
ד. חומרי פסולת
3. לפניכם רשימה של תכונות המים ורשימת תפקידים של המים בגוף. כתבו את התפקיד המתאים לכל תכונה, והסבירו את הקשר בין התכונה לבין התפקיד.
(שימו לב! לחלק מהתכונות יש יותר מתפקיד אחד, ולהיפך: יש תפקידים שמספר תכונות תורמות)
תכונות של המים
יכולת המסה של חומרים רבים
זרימה
התחממות אטית והתקררות אטית
התאדות בטמפרטורת החדר
תפקידים של המים בגוף
ויסות הטמפרטורה בגוף
האצה של תהליכי חיים
הובלת חומרים בגוף
לאפשר מעבר של חומרים דרך קרומים
4. איזה מהתהליכים שלפניכם מתרחש כאשר זיעה מתאדה מעור הגוף?
א. הגוף קולט חום מהסביבה.
ב. הגוף פולט קור אל הסביבה.
ג. טמפרטורת הגוף יורדת.
ד. טמפרטורת הסביבה יורדת.
5. מדוע חשים קרירות כאשר מורחים כוהל על הגוף?
א. כי הטמפרטורה של הכוהל נמוכה מטמפרטורת הסביבה.
ב. כי הכוהל הוא חומר צורב, והצריבה גורמת לתחושת קרירות.
ג. כי הכוהל מחטא וכל חומר חיטוי גורם לתחושת קרירות.
ד. כי התאדות הכוהל צורכת אנרגיה הנלקחת מגופנו.
6. בקיץ, כאשר חם, יש אנשים המרטיבים את הרצפה בבית אך אינם מייבשים אותה. מה יכולה להיות הסיבה לכך?
*102*
7. מה היה קורה למרק שלנו אילו המלח לא היה מתמוסס במים? הסבירו.
8. מה היה קורה לכביסה שלנו אילו אבקת הכביסה לא הייתה מתמוססת במים? הסבירו.
9. כל יצור חי זקוק למים בכמות מסוימת בגופו, אך גם עודף מים בתאים עלול לסכן את החיים.
מה עלול לקרות אם תכולת המים בגוף תהיה גדולה מדי?
בחרו בכל התשובות הנכונות.
א. החומרים המומסים בגוף יתפזרו בתוך כמות גדולה של מים.
ב. חלקיקי החומרים המומסים לא יגיבו זה עם זה בקצב ובכמות הנחוצים.
ג. התמיסות המימיות של נוזלי הגוף ייעשו מרוכזות מדי.
ד. חלקיקי החומרים המומסים בגוף ייפגשו זה עם זה לעיתים רחוקות יותר.
10. כל יצור ח זקוק למים בכמות מסוימת בגופו.
מה עלול לקרות אם תכולת המים בגוף תהיה קטנה מדי?
בחרו בכל התשובות הנכונות.
א. תתרחש הולכת חום מהסביבה החיצונית אל תוך הגוף.
ב. כמות הזיעה תפחת, וטמפרטורת הגוף תעלה.
ג. הולכת החומרים בגוף תיפסק ותפגע בכל התהליכים בתא.
ד. החומרים המומסים יגיבו זה עם זה בקצב ובכמות גדולים מדי.
11. יש מדענים העוסקים בחיפוש אחר סימני חיים על כוכבי לכת ועל גופים אחרים בחלל. על סמך מה שלמדתם בפרק זה, הביאו 3 נימוקים שונים לכך שחשוב לברר אם יש מים במצב נוזלי באותם המקומות בחלל.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
זרמי מים על פני מאדים (נראים ככתמים אפורים)
*103*
*103*
- הצמח גם קולט מים מן הסביבה (בשורשים) וגם פולט מים אל הסביבה (בעלים).
- החומרים עוברים ממקום למקום בתוך הצמח בצינורות עצה (המובילים בעיקר מים) ובצינורות שיפה (המובילים בעיקר תמיסת סוכר).
- בצינורות העצה פועלים כוחות המעלים את המים בצמח לגובה רב, בניגוד לכוח הכבידה.
- מאזן המים בצמח נקבע על פי כמויות המים שהוא קולט ופולט באותו הזמן.
- כאשר כמות המים בצמח נמוכה מדי, הצמח כמש.
- עצה
- שיפה
- צינור נימי
- כמישה
- דיות
- פיוניות
- שטח פנים
- מאזן מים
*104*
כשאנו פותחים את הברז בבית, אינם מופתעים לראות את המים הזורמים ממנו, אך האם ידעתם כי כדי להעלות את המים עד לקומות הגבוהות של בתי המגורים, יש צורך להפעיל משאבות הדוחפות את המים בכות עצום כלפי מעלה?
ומה קורה בצמחים? - מובן שאין בהם משאבות כאלה, לא בעצי דולב הצומחים בנחלי הגליל ומתנשאים לגובה של בניין בן 4-5 קומות, וגם לא בעצי הג'ונגל שחלקם צומחים לגובה 100 מטרים ויותר! איך המים מצליחים להגיע מהשורשים שבקרקע עד לקצות הצמרות של עצים גבוהים כאלה?
תארו לעצמכם מה היה קורה לעץ גבוה אילו המים שקלט בשורשיו היו מתחילים לעבור מתא לתא בתהליך של פעפוע - הם היו מגיעים אל הצמרת רק כעבור ימים רבים או אפילו שבועות ארוכים, הרבה אחרי שהעץ היה מתייבש ומת...
ברור שבצמחים כאלה הולכת חומרים מתא אל תא בפעפוע אינה יכולה לעמוד בקצב הנדרש כדי להעביר בזמן קצר כמויות גדולות של חומרים (כגון מים, מזון, מלחים, וכדומה). לכן גם בצמחים קיימת מערכת הובלה מורכבת, המקשרת בין חלקי הצמח ומאפשרת מעבר של חומרים בין איבריו: השורש, הגבעול, העלים, הפרחים והפירות.
אילו חומרים עוברים בתוך הצמחים?
א. מים והמלחים המומסים בהם, שהצמח קולט מן האדמה.
ב. סוכר שנוצר בתהליך הפוטוסינתזה בחלקים הירוקים של הצמח, בעיקר בעלים.
ג. חמצן ופחמן דו-חמצני שהצמח קולט מהאוויר, והם נחוצים לתהליכי הנשימה והפוטוסינתזה.
ד. חומרים רבים אחרים שנוצרים בחלק מתאי הצמח ועוברים אל שאר איבריו.
בפרק זה נעסוק בשאלות שונות הקשורות להובלת חומרים ולמאזן המים בצמחים, לדוגמה:
- מה במערכת ההובלה של הצמח גורם למים לעלות לגובה של עד עשרות מטרים מעל לפני האדמה, בניגוד לכוח הכובד?
- איך מערכת ההובלה של הצמח מצליחה להעביר בתוך הצמח חומרים שונים ובכיוונים שונים?
- אם לא משקים צמח ביום חמסין, מדוע העלים שלו תלויים ברפיון על הגבעול?
*105*
מערכת ההובלה של הצמח עשויה מרשת מסועפת של צינורות, המגיעה אל כל איברי הצמח ומקשרת ביניהם.
לו יכולנו לסלק את כל תאי הצמח ולהשאיר בשלמותן רק את רקמות ההובלה, היינו רואים רשת של צינורות המסתעפת ומגיעה אל כל חלקי הצמח - השורשים, הגבעולים, העלים, הפרחים והפירות - ומקשרת ביניהם.
מערכת ההובלה של הצמח מורכבת משני סוגים של רקמות: עצה ושיפה, והיא כוללת את צינורות העצה ואת צינורות השיפה. כל קבוצה של צינורות עצה אחדים ושל צינורות שיפה (יחד עם תאים נוספים) נקראים צרור צינורות. בצרורות הצינורות קל להבחין בעלים, במיוחד בצדם התחתון. אלה הם ה"עורקים" של העלה.
(צינורות עצה - צינורות הובלה בצמחים. המים והמלחים המומסים בהם עוברים בצינורות אלה - מהשורש אל שאר איברי הצמח.
צינורות שיפה - צינורות הובלה בצמחים. תוצרי הפוטוסינתזה וחומרים נוספים עוברים בצינורות אלה - מהעלים הבוגרים ומהחלקים הירוקים של הצמח אל שאר איבריו.)
(בספר איור, היעזר במנחה)
המים עוברים בצינורות העצה של הצמח (בכיוון החצים הכחולים) וחומרי המזון עוברים בצינורות השיפה (בכיוון החיצים הוורודים).
*106*
התפקיד העיקרי של צינורות העצה: להוביל את המים ואת המלחים המומסים בהם (חומרי דשן שהצמח קולט מהקרקע) - מן השורש אל שאר איברי הצמח.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
צינורות העצה בנויים מ"חוליות" הנמצאות זו ליד זו לאורך הצינור. כל חוליה היא תא עצה אחד, והתאים מחוברים זה לזה בשורה ארוכה. הדפנות של תאי העצה עבות (יחסית לגודל התא), נוקשות וחזקות, ויש בהן נקבים רבים. דרך נקבים אלה המים עוברים בקלות מחוליה לחוליה, מצינור לצינור (בין צינורות שכנים באותו צרור הצינורות), ומכל צינור אל תאי הצמח הסמוכים לו.
תאי עצה חדשים נוצרים בקודקודי הצמיחה של הצמח, הנמצאים בניצנים מתפתחים של ענפים, של עלים ושל פרחים, וכן בקצות השורשים המתארכים. (קודקוד צמיחה - אזור בצמח שבו מתרחשת צמיחה וגדילה של איבריו (ניצנים, פרחים, ענפים או עלים, וכן קצות השורשים).) תאי העצה הצעירים מתארגנים זה בהמשכו של זה לצורת צינור, הדפנות שלהם מתעבות והם מתים. קרומי התאים, הציטופלזמה שלהם ושאר אברוני התא מתפרקים, ונשארות רק הדפנות של התאים. התוצאה: נוצרים צינורות חלולים, שהמים זורמים לאורכם ללא עיכוב. הדפנות העבות שומרות על צורת הצינור ומבטיחות שמעבר המים יהיה מהיר.
*107*
גבעול של צמח שבקצהו פרח בצבע לבן (עדיפות לפרחי ציפורן, פטוניה או חרצית), 3 מבחנות, צבעי מאכל אדום וכחול.
אמצעי זהירות
חלוק, כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף.
א. מלאו מבחנה אחת במי ברז, ואת שתי האחרות במים מעורבים בצבעי מאכל: באחת - צבע אדום, ובאחרת - צבע כחול.
ב. העמידו את המבחנות זו ליד זו (בצנצנת רחבה או במעמד מבחנות).
ג. חתכו בזהירות את בסיס הגבעול לאורכו בסכין חד, ופצלו אותו לשלושה חלקים.
ד. הכניסו כל חלק מבסיס הגבעול החתוך אל אחת המבחנות.
ה. צלמו או ציירו את הפרחים בתחילת התצפית, ופעם נוספת כעבור יומיים-שלושה.
ו. תארו מה קרה לכמות המים בכל מבחנה.
ז. בחרו קטע גבעול שהיה מחוץ (מעל) לתמיסות הצבע שבמבחנות. חתכו אותו לרוחבו, ובדקו אם אפשר להבחין בצבעים גם בתוכו.
1. תארו את ממצאי התצפית והסבירו אותם.
2. מדוע היה חשוב להכין תמיסות צבע?
3. האם התרחשה תנועה של מים מכל שלוש המבחנות או רק משתי מבחנות הצבעים? הסבירו.
*108*
כאמור, צינור עצה בנוי משורה של תאי עצה (מתים וחלולים), המחוברים זה מעל זה בשורה אחת. הקוטר של כל צינור עצה הוא זעיר (מיקרוסקופי), בהתאם לקוטר תאי העצה המרכיבים אותו. צינורות דקיקים כאלה נקראים צינורות נימיים.
(צינורות נימיים - צינורות דקים במיוחד, שהקוטר הפנימי שלהם קטן מאוד.)
המים והמלחים המומסים בהם נקלטים בשורשי הצמחים, ומשם הם עולים בצינורות העצה ומתפזרים בכל איברי הצמח, ובכלל זה בעלים שבצמרות העצים הגבוהים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
תנועת המים בצינורות העצה של הצמח:
מהשורש (א) אל הגבעול (ב) אל העלה (ג) ומשם אל האוויר
*109*
מה בצינורות העצה גורם למים לעלות לגובה רב - אפילו עד עשרות מטרים מעל פני האדמה - בניגוד לכוח הכובד, וללא השקעת אנרגיה?
גורם חשוב לעלייה של כמויות המים הגדולות בצינורות העצה הוא תנועת המים ממקום שריכוזם בו גבוה, אל מקום שבו ריכוזם נמוך. אדמה רטובה יכולה להכיל תמיסה שריכוז המים בה עולה על 95%. ריכוז המים הממוצע בתאי הצמח הוא כ-75%, ואילו האוויר יבש הרבה יותר. גם אוויר לח מאוד מכיל רק עד 3% מים. לכן המים נעים עם כיוון מפל הריכוזים מן הקרקע אל הצמח, וממנו - אל האוויר. בשל ההפרשים הגדולים בריכוז המים בין הצמח לבין האוויר, כמות עצומה של מים מתנדפת מן הצמח אל האוויר בתהליך שנקרא דיות.
(דיות - תהליך של יציאת אדי מים מן הצמח אל האוויר שמסביב לו.)
נוסף על כך, המבנה המיוחד של מולקולות המים גורם להן להיצמד זו אל זו בכוחות תאחיזה, ממש כמו מגנטים זעירים. הצמח אינו משקיע אנרגיה בתהליך זה, המים נכנסים אל צינורות העצה הנימים ועולים בהם בזכות כוח הנימיות שכוח התאחיזה הוא מרכיב חשוב שלו. לכן, כל זמן שעמודת המים הממלאת את צינורות העצה היא רציפה (כלומר אין בצינורות בועת אוויר שמנתקת את האחיזה בין מולקולות המים), המים נמשכים כלפי מעלה בצינורות, וממלאים את מקומן של כמויות המי□ הגדולות המתנדפות מעלי הצמח אל האוויר.
(בספר איור, היעזר במנחה)
תרשים חתך של עלה, על פ תמונות שצולמו במיקרוסקופ אור בהגדלה פי 40
*110*
להדגים את הקשר בין קוטר הצינור לבין גובה המים העולים בו.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
כוסית ובה מים צבועים, מבחר צינורות זכוכית בקטרים שונים ובהם צינורות נימיים.
א. סדרו את הצינורות לפי הקוטר (הפנימי) שלהם, מן העבה ביותר עד הדק ביותר.
ב. החזיקו במאונך את הצינור העבה ביותר, וקרבו בזהירות את קצהו התחתון עד שייגע בפני המים הצבועים.
ג. תעדו את גובה עליית המים בצינור.
ד. עשו כך גם בשאר הצינורות, ותעדו את גובה עליית המים בכולם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
עליית מים בצינורות שקוטרם שונה
1. מה הגורם המשפיע ומה הגורם המושפע בתצפית זו?
2. תארו במילים (או ציירו) את ממצאי התצפית.
3. מדוע היה חשוב להשתמש במים צבועים?
4. צינורות הזכוכית שבדקתם הרבה יותר עבים מצינורות העצה הנימיים של הצמח (אפילו הדק ביותר). מה אפשר להסיק מכך לגבי עליית המים בצינורות העצה בעצים גבוהים מאוד?
*111*
מלבד מערכת העצה, המוליכה מים ומומסים מן השורשים אל הגבעולים ואל העלים, יש בצמח מערכת הובלה המוליכה חומרים בכיוון ההפוך. זאת מערכת השיפה. צינורות השיפה מוליכים תמיסה של סוכרים (תוצרי הפוטוסינתזה) וחומרים נוספים הנוצרים בחלקים הירוקים של הצמח, ממקום היווצרותם אל שאר איברי הצמח.
צינורות השיפה בנויים מ"חוליות". החוליות הן תאים, שנמצאים גם כן זה ליד זה בשורה ארוכה לאורך כל צינור, אבל הם שונים מאוד מצינורות העצה במבנה ובתפקוד. הקוטר של צינורות השיפה קטן יותר מזה של צינורות העצה, הדפנות שלהם דקות יותר, ודופנות הרוחב בין תא לתא לאורך הצינור מנוקבות כמו כברה (לכן הם נקראים גם תאי כברה).
(כברה - כלי שבתחתיתו יש רשת צפופה, ובו מנפים (מסננים) קמח או גרגרים אחרים.)
(בספר איור, היעזר במנחה)
צינורות השיפה הם תאים חיים, כלומר אינם חלולים כמו צינורות העצה. מעבר החומרים לאורך הצינור, ומן הצינור אל צינורות ואל תאים שכנים, מתבצע דרך קרומים בררניים, והוא מורכב יותר ממעבר המים בצינורות העצה. לכן רקמת השיפה כוללת גם את תאי הכברה וגם תאים נוספים (תאי לוואי) הצמודים לצינורות השיפה ומסייעים למעבר החומרים בתוכם.
*112*
תנועת הסוכר בצמח מתרחשת עם כיוון מפל הריכוזים, כלומר ממקום שתמיסת הסוכר מרוכזת בו, אל מקום שריכוזה נמוך יותר. במקומות מסוימים בצמח מנוצל סוכר רב לתהליכים שונים בתאים, ולכן ריכוז הסוכר במקומות כאלה יורד מהר, וסוכר רב צריך להגיע לשם. מקומות אלה הם:
א. קודקוד הצמיחה של הצמח: הניצנים וקצות השורשים. כאשר קודקוד הצמיחה פעילים, הסוכר מנוצל בהם כמקור של חומר בנייה ושל אנרגיה לתהליכים של חלוקת תאים ושל גדילה.
ב. רקמות האגירה של הצמח הנמצאות בגבעולים, בשורשים, בפקעות, בבצלים ובסירות. סוכר שאינו מנוצל בתאים לפעילות שוטפת, הופך כאן לעמילן ונשמר לשעת הצורך.
(בספר איור, היעזר במנחה)
בטטה (לפופית הבטטה)
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת ההובלה בצמח שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה. הפעילו את ההדמיה וענו על השאלות שלפניכם.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת הובלה בצמח
מערכת ההובלה של הצמח מורכבת מצינורות עצה, צינורות שיפה ותאים נלווים שונים.
לחצו על אברי הצמח: עלה, גבעול ושורש, וצפו בתנועת המים והמומסים בצינורות העצה ובתנועת הסוכרים בצינורות השיפה.
1. השוו את צינורות העצה לצינורות השיפה: במה הם דומים זה לזה ובמה הם שונים זה מזה?
2. מהו כיוון הזרימה של החומרים בצינורות השיפה, מן העלים אל ניצנים של פרחים? ומן העלים אל השורשים?
3. מדוע לא כל הסוכר הנוצר בתהליך הפוטוסינתזה עובר בצינורות השיפה אל איברי הצמח האחרים? מה קורה לסוכר שאינו מגיע אל השורשים?
*113*
1. צינורות ההובלה של הצמח כוללים:
א. רק צינורות עצה.
ב. רק צינורות שיפה.
ג. רק צינורות עצה וצינורות שיפה.
ד. צינורות עצה, צינורות שיפה ותאים נוספים.
2. מה גורם למים ולמלחים המומסים בהם להתקדם בצינורות העצה?
א. משאבות זעירות המצויות לאורך הגבעול.
ב. הפרשים בריכוז המים וכוח הנימיות.
ג. הלחץ הפנימי בתאי העצה.
ד. כוח הכבידה של כדור-הארץ.
3. אילו מהמשפטים מתארים את צינורות העצה, ואילו את צינורות השיפה?
א. הם חלולים ועשויים מתאים מתים.
ב. הם מוליכים סוכר כלפי מטה, בכיוון השורשים.
ג. הם מוליכים מים ממקום שבו ריכוזם גבוה למקום שבו ריכוזם נמוך.
ד. הם עשויים מתאים חיים שיש בהם קרומים בררניים.
ה. הם מוליכים סוכר כלפי מעלה, בכיוון הפרחים והפירות.
4. חקלאים הוסיפו למי השקיה חומר המזרז את הבשלת הפירות.
סביר להניח שהובלת החומר בצמח תהיה:
א. בצינורות השיפה.
ב. בצינורות העצה.
ג. לא בשיפה ולא בעצה.
ד. גם בשיפה וגם בעצה.
5. הוריו של אור ארגנו לו מסיבת בר-מצווה. הם רצו לקשט את הבית בזרי פרחים צבעוניים, אך בחנות הפרחים נשארו פרחים לבנים בלבד.
כיצד אפשר להכין זרים צבעוניים מפרחים אלה? הציעו פתרון להוריו של אורי.
6. כדי לייצר ממחטות נייר (טישו), מרסקים סיב (תאי) צמח, מרטיבים אותם, מוסיפים דבק וחומרים נוספים ויוצרים מהם עיסה. אחר כך דוחסים את עיסת הנייר, מכינים ממנה משטחים דקים ומייבשים אותם.
על איזה עיקרון דומה מתבסס תהליך ספיגת הנוזלים בממחטות הנייר ותהליך עליית המים בצינורות העצה של הצמח, ומה ההבדל בין שני תהליכים אלה?
7. תכננו מוצר שימנע הצטברות של זיעה על עור הגוף בזמן ביצוע פעילות גופנית נמרצת כמו רכיבה על אופניים או ריקוד, ויהיה מבוסס על מנגנון הובלת המים בצינורות העצה של הצמח. רצו שלמוצר יהיו יתרונות נוספים כמו סיוע בוויסות טמפרטורת הגוף.
*114*
כמעט כל מי שהתנסה בגידול צמחים בגינה או בעציץ, שכח לפחות פעם אחת להשקותם בזמן. והתוצאה... הצמח כמש. תהליכים רבים בצמח תלויים בכמות המים בתאים, והם עלולים להיפגע בצורה קשה בתנאים של חוסר מים ממושך. לכן גם אם משקים את הצמח הכמש, לא תמיד הוא מצליח להתאושש ולפעמים הוא נובל ומת.
(כמישה - מצב של חוסר מים הגורם לקמילה, לנבילה של הצמח. הגבעולים הדקים מתכופפים, העלים מצטמקים, מתקמטים ותלויים ברפיון על הגבעולים.)
כאשר מים חודרים אל תא הצמח, הדפנות הקשיחות העוטפות את התא מחוץ לקרום התא, כמעט שאינן מאפשרות לתא "להתנפח". במצב כזה תוכן התא לוחץ על דופנות התא מבפנים כלפי חוץ, ממש כמו גלגל אופניים מנופח היטב. הקשיחות של הדפנות מגבילה את כמות המים שיכולים להיכנס אל תא הצמח. לכן כאשר הלחץ בתוך התא מגיע לשיאו, כניסת המים אל התא נעצרת. כאשר בתאי הצמח יש מספיק מים, גבעוליו מזדקפים והעלים נפרשים.
אבל אם צמח לא מושקה בזמן, ובתאיו יש חוסר מים, הלחץ בתוך התאים יורד. כעבור זמן מה, תוכן התא מתכווץ ומתרחק מן הדופן הקשיחה העוטפת את תא הצמח מבחוץ, ממש כמו גלגל אופניים שהאוויר יצא ממנו. במצב זה הצמח כמש והעלים שלו רכים, מקומטים ותלויים ברפיון על הגבעול.
אם כך, כמות המים בתאי הצמח משפיעה גם על מראה הצמח (אם הוא רענן וזקוף או רפוי וכמוש) וגם על התהליכים המתרחשים בתאיו.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- צמח רענן וזקוף
- צמח כמוש
*115*
1. ערכו השוואה בין צמח כמוש לבין צמח רענן: העתיקו את הטבלה שלפניכם והשלימו את הפרטים החסרים בה.
מצב הצמח | צמח רענן | צמח כבוש |
כמות המים בתאים | -- | -- |
הלחץ בתוך התאים | -- | -- |
מראה הגבעולים הדקים | -- | -- |
מראה העלים | -- | -- |
2. כדי להדגים מה קורה בצמח רענן ובצמח כמוש, הוצגו בכיתה שתי שקיות ניילון - אחת מלאה במים, ואחת מלאה רק למחצה.
א. מה מייצגות שקית המים המלאה ושקית המים המלאה בחלקה?
ב. מה הקשר בין שקיות המים לבין תופעת הכמישה בצמח?
(בספר איור, היעזר במנחה)
כמות המים בצמח נקבעת על ידי מאזן המים בצמח, כלומר תלויה בכמות המים שהצמח קולט מן הסביבה ומאבד אל הסביבה באותו הזמן.
אם קצב הקליטה של המים (בשורשים) שווה לקצב איבוד המים מן הצמח (בדיות) - מאזן המים בצמח תקין, והצמח זקוף ורענן. אך אם קצב איבוד המים גדול מקצב קליטת המים בצמח - מאזן המים שלילי.
מאזן מים שלילי מסוכן לצמח, גורם לכמישתו ועלול לגרום למותו. יש מיני צמחים שיתחילו לכמוש זמן קצר אחרי שנוצר בהם מאזן מים שלילי, לפעמים אפילו כעבור דקות. במינים אחרים הכמישה תתבטא כעבור זמן ארוך יותר - שעות או ימים.
*116*
רוב הצמחים החיים ביבשה קולטים את המים בשורשיהם. המים מפעפעים מן האדמה אל תוך הצמח דרך תאי האפידרמיס העוטפים את השורשים מבחוץ, עוברים אל צינורות העצה, ומגיעים דרכם אל כל תאי הצמח. חלק גדול מן המים שנקלטים בצמח, נפלט אל האוויר שמסביב לצמח.
- הגודל של מערכת השורשים של הצמח, ובעיקר שטח הפנים הכולל שלה.
(שטח הפנים - השטח של השכבה החיצונית של גוף כלשהו. שטח הפנים של הגוף הוא סך כל שטחי הגוף הפונים כלפי חוץ ובאים במגע עם הסביבה החיצונית.)
- מפל הריכוזים של המים ושל המלחים מן הקרקע אל תוך הצמח, ומשם - אל האוויר שמחוץ לצמח. חלק גדול מתנועת החומרים בצמח מתרחש ממקום שריכוזם בו גבוה, אל מקום שבו ריכוזם נמוך.
(מפל הריכוזים מושפע בין השאר מקצב דיות המים, שהטמפרטורה משפיעה עליו. ראו בעמוד 124.)
- גם לטמפרטורה השפעה על קליטת המים בשורשים. כאשר הטמפרטורה יורדת והמים קופאים, הם אינם יכולים להיקלט בשורשים. מאידך טמפרטורה חמימה מזרזת תהליכים שונים בצמח ובכללם גם את קליטת המים בשורשים.
*117*
להדגים את הקשר בין שטח הפנים לבין צורת הגוף.
2 מלפפונים ירוקים בגודל דומה, סכין.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה. אסור לאכול את הירקות שטופלו בציוד המעבדה.
א. חתכו את אחד המלפפונים לאורכו לסעיפים דקים (ל"גפרורים").
ב. השוו את שטח הפנים של המלפפון השלם, לשטח הפנים של כל סעיפי המלפפון שחתכתם.
(בספר תמונה)
מלפפון חתוך לסעיפים
1. תארו את ממצאי התצפית: מה ההבדל בין שטח הפנים של המלפפון השלם לבין שטח הפנים של המלפפון שנחתך לסעיפים דקים? נמקו.
2. המלפפון החתוך מדגים את שטח הפנים של מערכת השורשים של הצמח. איזה מאפיין של מבנה השורש מדגימים סעיפי המלפפון החתוך?
3. הציעו דרך אחרת להדגים את הקשר בין שטח הפנים של גוף לבין צורתו.
4. כתבו טיעון על הקשר בין מידת ההסתעפות של השורשים לבין שטח הפנים של השורש ויעילות קליטת המים בצמח. זכרו: טיעון כולל טענה ונימוקים התומכים בה.
5. ציינו דוגמה נוספת לאיבר כלשהו (בצמח, בבעל-חיים או באדם), ששטח הפנים הגדול שלו חיוני לתפקודו.
*118*
כאמור, ככל ששטח הפנים של השורש גדול יותר, כך קצב קליטת המים בשורש מהיר יותר (כלומר כמות המים הנקלטת בשורש ביחידת זמן גדולה יותר).
קליטת המים בשורש מתרחשת דרך תאי האפידרמיס העוטפים את השורש מבחוץ. השורשים מסועפים מאוד, ותאי האפידרמיס הנמצאים קרוב לקצה של כל אחד מסעיפי השורש הם בעלי שלוחות ארוכות ודקיקות, דמויות שערות, שנקראות יונקות. מכל תא בולטת יונקת אחת, והיא חודרת בין גרגרי האדמה ומגדילה את שטח הפנים של קרום התא שהמים נקלטים דרכו.
(יונקות - שלוחות עדינות של תאי האפידרמיס, הנמצאות קרוב לקצות הסעיפים של השורש. היונקות מגדילות את שטח הפנים של השורש ומשפרות את יכולתו של הצמח לקלוט מן הקרקע את המים ואת. המלחים המומסים בהם.)
מספר היונקות שצומחות משורש של צמח אחד הוא עצום. חוקרים מצאו שבשורש של צמח חיטה יש למעלה מ-2,000 יונקות בכל סנטימטר מרובע של שטח הפנים! תארו לכם כמה יונקות יש בשורשים של עץ גדול ששורשיו גדולים ומסועפים מאוד...
הסתכלו בתמונות של שורשי הצמח שלפניכם.
ציינו שני גורמים המשפיעים על שטח הפנים של השורש ועל קצב קליטת המים בו, והסבירו אותם.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- קטע ממערכת השורשים של הצמח
- סעיפי השורשים והיונקות העדינות המתבלטות מהם, צולמו במיקרוסקופ בהגדלה פי 400
*119*
התבוננו בציוד ותכננו ניסוי שמטרתו למדוד את כמות המים שהצמח קולט ביחידת זמן.
ציינו את אמצעי הזהירות הנדרשים ופרטו את כל שלבי הביצוע של הניסוי.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
מספר גבעולי צמח (עם עלים ו/או פרחים בכמות זהה), משורות, מים, בקבוק שמן בישול.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
יונקות בשורש צעיר של זרע נובט
*120*
היכנסו אל הפעילות המקוונת אל תוך השורש שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
הפעילו את ההדמיה של כניסת המים לשורשי הצמחים וענו על השאלות שלפניכם.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
אל תוך השורש
1. האם צמח גדול ומפותח צריך מערכת שורשים גדולה? נמקו.
2. ציינו שני גורמים המשפיעים על קצב קליטת המים בשורש.
הסבירו את התרומה של כל גורם.
3. כתבו טענה על הקשר בין גודלו של החלק העל-אדמתי של הצמח (הגבעולים והעלים) לבין שטח הפנים של מערכת השורשים שלו ונמקו אותה.
4. לפי דעתכם, האם יש סביבות חיים שיש בהן עדיפות לצמחים בעלי מערכת שורשים גדולה במיוחד או מצומצמת במיוחד? נמקו.
*121*
חוקרים מדדו ומצאו שרוב המים שהצמח קולט בשורשיו, לפעמים עד 99% מכמות המים שנקלטו בצמח, מתנדפים מן הצמח אל האוויר בתהליך הדיות.
בצמח יש פתחים זעירים שנקראים פיוניות. רוב הפיוניות נמצאות בעלים ומיעוטן בגבעולים, והן יכולות להיסגר ולהיפתח. דרך הפיוניות הצמחים קולטים מן האוויר חמצן לנשימה ופחמן דו-חמצני לתהליך הפוטוסינתזה, ודרכן נפלטים מן הצמח עודפי פחמן דו-חמצני וחמצן (מתהליכי הנשימה והפוטוסינתזה).
(פיוניות - פתחים זעירים בעלים ובגבעולים צעירים של צמחים, שדרכם מתבצע חילוף גזים בין הצמח לאוויר.)
כאשר הפיוניות פתוחות מתרחש חילוף הגזים בין הצמח לאוויר, והצמח יכול לנשום ולבצע פוטוסינתזה. אילו היו פתחי הפיוניות פתוחים כל הזמן, הצמח היה יכול לקלוט ברציפות הרבה חמצן לנשימתו וגם הרבה פחמן דו-חמצני עבור תהליך הפוטוסינתזה.
האם באמת כדאי שפתחי הפיוניות יהיו פתוחים כל הזמן? - לא ולא! פיוניות פתוחות מסכנות את הצמח: כך הרבה אדי מים מתנדפים ממנו אל האוויר שמסביב בתהליך של דיות, והצמח עלול להיקלע לסכנת התייבשות ומוות.
לפניכם תצלומים של פיונית פתוחה ופיונית סגורה. שימו לב לשני התאים של הפיונית, ולפתח הפיונית הנמצא ביניהם.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
פיוניות של הצמח יהודי נודד בהגדלה פי 400
כאשר הצמח רווי במים, גם תאי הפיונית רוויים במים. תאי הפיונית תופחים, מקבלים צורת חצי סהר, ופתח הפיונית נפתח. במצב כזה הצמח מאבד מים בתהליך של דיות, אבל גם קולט פחמן דו-חמצני ומבצע פוטוסינתזה. לעומת זאת, כאשר חסרים מים בתאי הפיונית, התאים מתכווצים ומתיישרים מעט, נצמדים זה לזה, פתח הפיונית נסגר, ותהליך הדיות נפסק. הפתיחה והסגירה של הפיוניות מסייעות לשמור על מאזן מים תקין בצמח.
*122*
לראות את הפיוניות בעלה באמצעות מיקרוסקופ.
מיקרוסקופ, עלים של צמח (מומלץ: יהודי נודד), זכוכית נושאת, זכוכית מכסה, בקבוקון מים עם טפי, מלקטת דקה (פינצטה), נייר סופג.
אמצעי זהירות
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
א. טפטפו טיפת מים אחת על הזכוכית הנושאת.
ב. קלפו בעזרת המלקטת פיסה מן האפידרמיס התחתון של העלה, והניחו אותה על טיפת המים.
ג. כסו בזכוכית מכסה, וספגו את עודפי המים שמסביב.
ד. הניחו את התכשיר שהכנתם על שולחן המיקרוסקופ, וצפו בפיוניות.
ה. ציירו פיונית אחת ואת תאי האפידרמיס שמסביב לה.
1. תארו את מבנה הפיונית, והסבירו מדוע היא נקראת בשם זה.
2. במה תאי הפיונית שונים משאר תאי האפידרמיס שמסביב להם?
3. מה קורה לתאי הפיונית כשהיא נפתחת ונסגרת?
*123*
היכנסו אל היחידה המקוונת מבעד למיקרוסקופ שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. הדליקו את האור במיקרוסקופ הווירטואלי.
ב. בחרו בסרטון פיונית.
ג. התאימו את עוצמת התאורה וסובבו את כפתור המיקוד (הפוקוס) עד שהתאים ייראו ברורים וחדים.
ד. שימו לב להבדל בעובי הדופן בצדדים השונים של כל אחד מתאי הפיוניות (הצד הפונה לכיוון הפתח לעומת שאר הצדדים של תא פיונית).
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
פיוניות
מיקרואורגניזמים, סוגי תאים, תהליכים בתא
פיונית
כל אחת מהפיוניות שבין תאי אפידרמיס של הבצל מורכבת משני תאים (תאים סוגרים) ובתוכם כלורופלסטים. וצורתה מזכירה פה (זוג שפתיים).
הגדלה
*400*
היכנסו אל היחידה המקוונת פיוניות שבאתר אופק על יסודי - מדע וטכנולוגיה.
הפעילו את ההדמיה, עקבו אחרי מנגנון הפתיחה והסגירה של הפיוניות וענו על השאלות שלפניכם.
1. מהו הגורם הישיר המשפיע על מצב הפתיחה או הסגירה של הפיונית?
כיצד הוא משפיע?
*124*
2. העתיקו את המשפטים שלפניכם, והשלימו אותם בעזרת המילים הבאות: מאבדים, תופחים, מתיישרים, קולטים, חצי סהר, נסגר, נפתח, יורד, עולה.
כאשר תאי הפיונית -- מים מן התאים הסמוכים להם, הם -- ומקבלים צורת -- כתוצאה מכך פתח הפיונית --.
כאשר תאי הפיונית -- מים, הם --, נצמדים זה לזה, ופתח הפיונית --.
כמות המים הנפלטת מהצמח דרך הפיוניות בתהליך הדיות מושפעת מגורמים שונים:
- תכונות הצמח, ובהן: מספר העלים והשטח של עלה (הקובעים את סך שטח העלים), ומידת הפתיחה של הפיוניות.
- גורמים סביבתיים, ובעיקר: לחות האוויר, הטמפרטורה ועוצמת הרוח.
לחות האוויר משפיעה על קצב הדיות כמו שהיא משפיעה על קצב התאדות המים מבריכה או מרצפה רטובה. היזכרו מה קורה ביום שרב לבגדים לחים: הם מתייבשים מהר מאוד. בדומה לכך, ככל שהאוויר יבש יותר, כך יותר אדי מים יוצאים דרך הפיוניות (עם כיוון מפל הריכוזים), וקצב הדיות מהיר יותר. לעומת זאת, כאשר האוויר לח, גם קצב הדיות אטי יותר.
הרוח מפזרת את אדי המים ומרחיקה אותם מסביבת העלה. כך היא מאפשרת לכמות נוספת של מים להתאדות. לכן ככל שהרוח חזקה יותר, כך האוויר שליד הצמח יבש יותר וקצב הדיות עולה.
הטמפרטורה - ככל שהאוויר חם יותר, קצב הדיות מהיר יותר, ואילו באוויר קר - קצב הדיות אט יותר.
(בספר איור, היעזר במנחה)
*125*
חוקרים ביצעו ניסוי: הם העמידו ענפים של צמח בגודל דומה במשורות מלאות מים. אחר כך שפכו מעט שמן על פני המים. חלק מן הצמחים הם העמידו בחדר שהטמפרטורה בו הייתה גבוהה, ואת הצמחים האחרים העמידו בחדר שהטמפרטורה בו הייתה נמוכה. שאר התנאים היו זהים.
החוקרים מדדו ומצאו: כאשר הטמפרטורה של הסביבה עולה ב-10 מעלות, קצב הדיות עולה פי 2.
(בספר איור, היעזר במנחה)
1. מדוע החוקרים שפכו שמן על פני המים?
2. מה הגורם המשפיע ומה הגורם המושפע בניסוי זה?
3. איך החוקרים קבעו מה היה קצב הדיות בניסוי?
4. אילו ניסויים נוספים אפשר לבצע כדי לבדוק את השפעתם של גורמים אחרים על תהליך הדיות?
*126*
א. נסחו השערה בנוגע לקשר בין מספר העלים על הגבעול לכמות המים שהצמח מדיית.
ב. תכננו ניסוי שיבדוק אם יש קשר בין מספר העלים על הגבעול לבין תהליך הדיות.
ג. תארו את מערכת הניסוי את הביקורת ואת כל שלבי הניסוי.
ד. כתבו את רשימת הציוד הנחוצה לביצוע הניסוי.
ה. ציינו את אמצעי הזהירות הנדרשים.
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
ביצוע הניסוי: בצעו את הניסוי ותעדו את התוצאות.
האם ההשערה שלכם אומתה או הופרכה? הסבירו.
נסחו מסקנה כללית על השטח הכולל של כל עלי הצמח ועל איבוד המים בתהליך הדיות.
1. מדוע קצב עליית המים בגבעול הוא מדד טוב לתהליך הדיות?
2. לפי דעתכם, מה יקרה אם מרחו את כל עלי הצמח בשכבה עבה של וזלין?
(וזלין - משחה שקופה ושמנונית המשמשת לייצור תרופות.)
3. התרשים שלפניכם מציג התאדות מים מן האדמה ודיות מים מן הצמח במשך יממה. תארו את ההבדלים בין איבוד המים מן הצמח ומן הקרקע בשעות היממה השונות, והסבירו אותם.
(בספר גרף, היעזר במנחה)
איבוד מים בשעות היממה מן הצמח ומן הקרקע
*127*
4. הפיוניות של רוב הצמחים סגורות בלילה. איזה כוח גורם למים להגיע אל חלקי הצמח הגבוהים בשעות אלו?
5. לצמחי מדבר רבים יש עלים קטנים. איזה יתרון עשוי להיות לתכונה הזאת?
6. העתיקו את התרשים שלפניכם, והשלימו את הפרטים החסרים בו.
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
הטמפרטורה עולה - קצב הדיות -- - עליית המים בגבעול --
הרוח מתגברת - לחות האוויר בקרבת הצמח -- - קצב הדיות -- - הלחץ הפנימי בתאי הצמח -- - הפיוניות -- - איבוד המים מן הצמח פוחת
*128*
- מערכת ההובלה של הצמח מורכבת מרשת מסועפת של צינורות, המגיעה אל כל איברי הצמח ומקשרת ביניהם.
- המרכיבים העיקריים של מערכת ההובלה הם צינורות העצה הנימיים שמובילים מים ומלחים מן השורש אל שאר חלקי הצמח, וצינורות השיפה המובילים את תוצרי הפוטוסינתזה.
- הולכת המים והמלחים בצמח מן השורשים ועד לגובה רב, ובניגוד לכוח הכבידה, אפשרית הודות לרינת ולכוחות התאחיזה בין מולקולות המים.
- מאזן המים בצמח תלוי בכמות המים שהצמח קולט בשורשיו, ובכמות המים שהצמח מאבד בתהליך הדיות.
- מאזן מים שלילי בצמח עלול לגרום לכמישת הצמח ולהתייבשותו.
- קצב קליטת המים תלוי בעיקר בשטח הפנים של השורש, וקצב הדיות של המים תלוי בעיקר בשטח העלים של הצמח ובמידת הפתיחה של הפיוניות שבעלים.
*129*
1. העתיקו את המשפטים שלפניכם, והשלימו אותם בעזרת המילים הבאות: אדמה, הרבה, יורד/ת, ישרה, מים, מתגבר, נסגרות, נפסק, סוגר, סוכר, שלה, עלים, עצה, שאר חלקי הצמח, שיפה.
צינורות ה-- של הצמח מוליכים -- ומלחים, מן ה-- ועד --. צינורות ה-- של הצמח מוליכים מן ה-- ועד --.
בצהריים, כאשר טמפרטורת האוויר עולה, תהליך הדיות – והצמח מאבד -- מים. באותו הזמן, הלחץ בתאיו --, תאי הפיונית מקבלים צורה --, והפיוניות --. התוצאה: איבוד המים בצמח --.
כאשר הרוח חזקה, לחות האוויר בקרבת הצמח --, קצב הדיות -- וקצב עליית המים בגבעול --. במצב כזה, סביר שהצמח -- את הפיוניות שלו.
2. במה תלוי שטח הפנים הכולל של מערכת השורשים של הצמח?
א. באורך השורשים.
ב. במידת ההסתעפות של השורשים.
ג. במספר היונקות שבכל קצות השורשים.
ד. כל התשובות נכונות.
3. מדוע הפוטוסינתזה מתמעטת בשעות הצהריים בצמחים הגדלים באזורים יבשים?
א. בשעות אלו יש יותר מדי אור בסביבה.
ב. כדי שההתאדות תהיה קטנה יותר.
ג. בשעות אלו הפיוניות של הצמח נסגרות.
ד. כדי שהצמח יהיה בתרדמת צהריים.
4. מה מאפיין את שטח הפנים של שורש שמפוצל לסעיפים רבים ודקים?
א. הוא שווה לשטח הפנים של שורש שאינו מסועף.
ב. הוא גדול יותר ביחס לשטח הפנים של שורש שאינו מסועף.
ג. הוא קטן יותר ביחס לשטח הפנים של שורש שאינו מסועף.
ד. א אפשר לדעת מה שטח הפנים שלו.
*130*
5. מה יקרה לצמח שמורחים וזלין על כל שטח העלים שלו?
החליטו לגבי כל משפט אם הוא נכון או שגוי.
א. קליטת המים בשורשי הצמח תיעצר.
ב. תנועת המים תעבור מצינורות העצה אל צינורות השיפה.
ג. הצמח עלול להיקלע למצב של חוסר מינרלים.
ד. שטח הפנים של השורש יגדל.
ה. תהליך הדיות ימשיך כל עוד יש מים בצמח.
6. תלמידים שמו לב שהצמחים בגינה כמשו בצהריים, אך בערב שוב היו זקופים על אף שלא השקו אותם. מדוע הכמישה חלפה?
א. חמצן ופחמן דו-חמצני חדרו אל הגבעולים ואל העלים, וגרמו לצמחים להזדקף.
ב. השורשים והיונקות שלהם התארכו והסתעפו, וגרמו לייצוב הצמחים בקרקע.
ג. הנשימה והפוטוסינתזה גברו בחושך, והמזון שנוצר גרם לצמחים להזדקף.
ד. הצמחים המשיכו לקלוט מים בשורשיהם בצהריים, גם כאשר הפיוניות נסגרו.
7. מתי מאזן המים בצמח תקין?
א. כאשר כמות המים הנקלטת בצמח קטנה מכמות המים הנפלטת ממנו.
ב. כאשר כמות המים בסביבה החיצונית שווה לכמות המים בצמח.
ג. כאשר כמות המים הנקלטת בצמח שווה לכמות המים שהצמח מאבד.
ד. כאשר כמות המים שהצמח מאבד קטנה מכמות המים הנקלטת בו.
8. איך המים מצליחים לעלות מן השורשים עד לצמרות העצים הגבוהים?
תארו את מסלול המים ואת הכוחות הגורמים לתנועתם.
9. בגוף האדם, הלב הוא הדוחף את הדם בכלי הדם תוך כדי השקעת אנרגיה.
האם גם בצמח נדרשת השקעת אנרגיה כדי להזרים את המים בצינורות העצה? נמקו.
10. הסבירו את המשפט הבא: "מידת הפתיחה של הפיוניות בצמח היא מעין פשרה בין צורכי הצמח: מצד אחד לייצר מזון, ומצד שני לשמור על מאזן מים תקין".
11. בשל מחירי המים הגבוהים בישראל, באילו שעות ביממה כדאי להשקות את הצמחים בשדות החקלאות? נמקו.
*131*
*131*
- מערכות שונות פועלות בגופם של יצורים חיים, ובהן: מערכת התנועה, מערכת העצבים, העור, מערכת ההובלה (הדם), מערכת הנשימה, מערכת העיכול, מערכת ההפרשה (השתן) ועוד.
- כל המערכות בגופו של יצור חי פועלות בתיאום ובשיתוף פעולה.
- שיתוף הפעולה בין מערכות הגוף חיוני לקיום הגוף ולבריאותו.
- תהליך של שחרור האנרגיה בתא מחייב שיתוף פעולה בין מערכות העיכול, הדם והנשימה.
- פעילות גופנית מוגברת, כגון ריצה, היא דוגמה לצורך בשיתוף פעולה בין מערכות הגוף.
- מערכת ותת-מערכת
- מערכת התנועה
- העור
- מערכת העצבים
- מערכת הנשימה
- מערכת העיכול
- מערכת ההובלה (הדם)
- מערכת ההפרשה (השתן)
- שחרור אנרגיה בתא
*132*
העץ מלבלב, הפרפר מעופף, והילד משחק - המראות היומיומיים האלה הם פעולות מורכבות המתרחשות בגופו של היצור החי. כדי שהעץ ילבלב, יש צורך בפעולה משותפת של השורשים עם הגבעולים, עם העלים ועם חלקים נוספים של הצמח. פעולה משותפת של חלקי הגוף חיונית גם לפרפר המעופף וגם לילד המשחק. תהליכים מורכבים מתרחשים כל הזמן בגופם של יצורים חיים, והמערכות שבתוך הגוף הן האחראיות על קיום התהליכים האלה.
מערכת היא כל קבוצה של חלקים הפועלים במשותף ומבצעים פעולה או תפקיד מסוים. העץ, הפרפר, הילד - כל אחד מהם הוא מערכת. כל יצור חי הוא מערכת, כי הוא מורכב מחלקים רבים ושונים. אומנם לכל חלק יש תפקיד אחר, אך כל החלקים פועלים בשיתוף פעולה. כך היצור כולו פועל כמערכת אחת - מלבלב, מעופף, משחק.
חלקי הגוף השונים של היצור החי הם בעצמם תת-מערכות של הגוף השלם, אך גם הם מערכות. דוגמאות למערכות בגופם של בעלי-חיים: מערכת הנשימה, מערכת העיכול ומערכת ההובלה (הדם). דוגמאות למערכות בצמחים: מערכת השורשים ומערכת ההובלה.
למעשה, כל מערכת בגוף היא מערכת בתוך מערכת, כ גם כל אחד מן התאים הבונים את המערכות בגוף הוא מערכת בפני עצמו. גם הוא מורכב מחלקים רבים ושונים (אברונים) הפועלים יחד. שיתוף הפעולה בין כל המערכות ותת-המערכות המרכיבות את הגוף החי הוא חיוני, מפני שבזכותו היצורים מצליחים לחיות.
*133*
כדי להבין כיצד גופו של היצור החי פועל כמערכת אחת, נתמקד בגוף המוכר לנו ביותר - גוף האדם.
חשבו, למשל, על מה שקורה בגוף שלכם בזמן שאתם רצים.
כאשר אנו רצים, אנו מרגישים שהרגליים נעות ושהשרירים ברגליים מתכווצים ומתרפים. כך אנו מבצעים את התנועות הדרושות לריצה. לא רק שרירי הרגליים פועלים בזמן ריצה, אלא גם שרירי הידיים, הגו, הצוואר והפנים.
האם רק השרירים פועלים בזמן ריצה?
כאשר אנו רצים, אנו מרגישים שהלב שלנו פועם בחזה בחוזקה ושהדופק שלנו מהיר. אנחנו מתנשמים, כלומר נושמים בקצב מוגבר. אנחנו סמוקים (נראים אדומים), ואנחנו מזיעים.
מדוע כל זה קורה?
מה הקשר בין קצב הלב לבין הריצה?
מה הקשר בין מערכת הנשימה לבין הריצה?
ומה הקשר בין התאדמות העור וההזעה לבין הריצה?
(בספר איור, היעזר במנחה)
- הזעה, הסמקה, הגברת קצב הלב, הגברת קצב הנשימה, הפעלת השרירים
כדי לענות על שאלות אלו, נחזור בקצרה על המערכות בגוף האדם.
*135*
גופנו מורכב ממערכות שונות. חלק מהן פרושות בכל הגוף, ואחרות ממוקמות רק באזור מסוים בגוף. בין המערכות הפרושות בכל הגוף: מערכת התנועה (השלד והשרירים), מערכת העצבים, העור ומערכת ההובלה (הדם). המערכות הממוקמות רק באזור מסוים הן: מערכת הנשימה, מערכת העיכול, מערכת ההפרשה (השתן) ומערכת הרבייה.
לפניכם איורים של חלק ממערכות הגוף.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- מערכת התנועה (השלד והשרירים)
- מערכת הנשימה
- מערכת העיכול
- מערכת ההובלה (הדם)
- מערכת ההפרשה (השתן)
- מערכת העצבים
*136*
(השלד והשרירים)
התבוננו באיור השלד והשרירים, ותוכלו לראות שהשלד והשרירים נמצאים בכל גופנו. השלד והשרירים ביחד נקראים מערכת התנועה. כל תנועה בגוף מתחילה מדחף עצבי המורה לשריר להתכווץ. השריר המתכווץ מזיז את העצם המחוברת אליו בגידים, וכך אנו מזיזים רגליים וידיים, רצים ומתעמלים. שרירים אלה מניעים את העצמות ונקראים שרירי שלד, והם פועלים בהתאם לרצוננו. גם תנועות פנימיות ובלתי רצוניות, כגון התכווצות הלב או המעיים, הן התכווצויות של שרירים.
לעצמות השלד יש תפקיד נוסף מלבד תנועה: הן מעניקות לגוף צורה ויציבות. העצמות הרחבות והשטוחות (כגון עצמות הגולגולת ועצמות האגן) משמשות להגנה על איברים פנימיים חיוניים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
הגולגולת
הצלעות
מפרק הכתף
עצם הזרוע
עמוד שדרה
מפרק המרפק
עצמות האמה
עצמות האגן
עצם הירך
עצמות השוק
שרירי ההבעה
שרירי החזה
שרירי הזרוע
שרירי הבטן
שרירי הירך (הארבע ראשי)
מפרק המרפק
מפרק הברך, גיד
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת התנועה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת התנועה בגוף האדם (דגם תלת - ממדי)
כיפוף רגל
הרגל מורכבת משוק וירך. בין השוק לירך נמצא מפרק הברך המאפשר את כיפוף הרגל. מפרק זה דומה בצורתו לציר של דלת ולכן הוא נקרא מפרק צירי. התנועות המתאפשרות בברך הן כיפוף ויישור השוק וכן סיבוב של השוק ושל כף הרגל כלפי מטה וכלפי מעלה. לשוק שתי עצמות היכולות לנוע זו סביב זו.
א. הפעילו את הדגם התלת-ממדי ולמדו על עצמות השלד, על המפרקים, ועל אופן התנועה והכיפוף של הגב, היד, הרגל וכף היד.
ב. בצעו את המשימות ביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
*137*
במערכת הנשימה מתרחש חילוף הגזים בין הגוף לסביבה. זאת המערכת הקולטת חמצן מן הסביבה ופולטת פחמן דו-חמצני אל הסביבה. החלקים במערכת הנשימה הם: פתחי הנשימה (האף והפה), צינורות הנשימה (הקנה והסמפונות) הריאות והסרעפת. הריאות מורכבות ממיליוני שקיקים מיקרוסקופיים שהאוויר נכנס אליהם, הנקראים נאדיות הריאה. כל נאדית עטופה ברשת עדינה של נימי דם. הסרעפת היא מחיצה שרירית המפרידה בין הריאות לחלל הבטן, והיא מעורבת בתהליך הנשימה.
בתהליך הנשימה מתרחשות שתי פעולות: שאיפה ונשיפה. בפעולת השאיפה המוח פוקד על שרירי הנשימה ועל הסרעפת להתכווץ. התוצאה היא שנפח בית החזה גדל, והאוויר נכנס דרך האף והפה אל קנה הנשימה. משם הוא עובר אל הסמפונות, ומשם אל נאדיות הריאות שבהן מתרחש חילוף הגזים. האוויר ממלא את הנאדיות, והחמצן שבתוכן מפעפע דרך קרום הנאדיות הדק אל נימי הדם הצמודים אל הקרום. בו-בזמן גם הפחמן הדו-חמצני מפעפע מן הדם אל חלל הנאדית, והדם הזורם הלאה מוביל את החמצן אל תאי הגוף.
בפעולת הנשיפה שרירי הנשימה והסרעפת מפסיקים להתכווץ. נפח בית החזה קטן, והאוויר יוצא החוצה כשהוא מכיל פחות חמצן ויותר פחמן דו-חמצני בהשוואה לאוויר הנכנס אל הריאות.
(בספר איור, היעזר במנחה)
אף+פה
קנה הנשימה
הסמפונות
ריאות
סרעפת
סמפונות - נאדיות הריאה
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת הנשימה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת הנשימה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי)
הנשימה היא תהליך שבו מתרחש חילוף גזים בין הגוף לבין הסביבה באמצעות שאיפה ונשיפה.
בשאיפה הנפח של בית החזה גדל, ואוויר עשיר בחמצן ודל בפחמן דו-חמצני חודר אל הריאות.
בנשיפה הנפח של בית החזה קטן, ואוויר עני בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני נפלט החוצה.
א. הפעילו את הדגם התלת-ממדי וראו מה קורה בזמן שאיפה ונשיפה. שימו לב לכל חלקי המערכת וכיצד פועלים במשולב.
ב. בצעו את המשימות ביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
*138*
מערכת העיכול קולטת אל גופנו חומרי מזון ומים. החלקים במערכת העיכול הם: הפה, צינור העיכול (הוושט, הקיבה והמעיים) ובלוטות המפרישות מיצי עיכול - בלוטות הרוק, הכבד, הלבלב ועוד. בתוך צינור העיכול המזון מפורק למרכיבים קטנים יותר, ואלה נספגים מחלל הצינור דרך דופנות המעי אל נימי הדם הנמצאים בצד האחר של דופנות המעי.
הבלוטות מפרישות מיצי עיכול המכילים חומרים שמפרקים את המזון למרכיבים קטנים ופשוטים יותר, הניתנים לספיגה אל הדם.
פירוק המזון מתחיל כבר בפה, כאשר השיניים חותכות וטוחנות את המזון לחתיכות קטנות יותר. הרוק מרטיב את המזון, וחומר (אנזים) שמצוי בו מפרק את העמילן (שבמזון) לסוכרים פשוטים יותר.
הוושט מעביר את עיסת המזון מן הפה אל הקיבה, ושם פירוק המזון נמשך. שרירי הקיבה לשים את המזון והופכים אותו ל"דייסה", ומיצי עיכול מפרקים את חומרי המזון לחומרים פשוטים יותר. המזון ממשיך להתקדם מן הקיבה אל המעיים. במעיים מתבצע פירוק נוסף של המזון למרכיבים קטנים ופשוטים הנספגים אל הדם דרך הדפנות של תאי המעיים.
חומרים שלא התעכלו ולא נספגו במעי, נפלטים החוצה בצואה דרך פי הטבעת. חשוב לציין: החומרים בצואה לא נוצרו בתאי הגוף אלא הם שאריות של המזון.
(בספר איור, היעזר במנחה)
פה
ושט
כבד
קיבה
מעי דק (סיסים בתוך המעי הדק)
מעי גס
פי הטבעת
(בספר איור, היעזר במנחה)
מערכת העיכול היא צינור רציף שאורכו כ-9 מטרים, יותר מפי 5 מגובהו של אדם ממוצע.
*139*
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת העיכול בגוף האדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
הפעילו את הדגם התלת-ממדי וחקרו את מבנה מערכת העיכול.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת העיכול בגוף האדם (דגם תלת ממדי)
מערכת העיכול בנויה כצינור ארוך ומפותל המתחיל בפה ומסתיים בפי הטבעת, שלאורכו המזון עובר תהליך של פירוק מכני ופירוק כימי. תוצרי הפירוק נספגים מהמעי אל הדם, והשאריות שלא עוכלו נפלטות החוצה. כל חלק בצינור מותאם לביצוע שלב אחר בתהליך העיכול. אל הצינור מתקשרות בלוטות (הכבד והלבלב).
באותה יחידה מקוונת היכנסו אל ההדמיה מסעו של המזון במערכת העיכול.
א. בדקו מה קורה למזון בחלקים השונים של מערכת העיכול.
ב. בצעו את המשימות ביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מסעו של המזון במערכת העיכול
חומרים שברוק מתחילים את עיכול המזון.
המזון מתרכך בעזרת הרוק שבתוך הפה, והשיניים לועסות אותו.
*140*
החלקים במערכת ההובלה הם: הלב, כלי הדם (עורקים, נימים, ורידים) וכן הדם, הזורם בלב ובכלי הדם. תפקידה העיקרי של המערכת הוא להוביל חומרים ממקום למקום בתוך הגוף, אך יש לה תפקיד חשוב גם בהגנה מפני מחלות ובשמירה על טמפרטורת גוף קבועה.
בהמשך הספר תלמדו בהרחבה על מערכת ההובלה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
כלי דם: עורקים וורידים, לב
היכנסו אל היחידה המקוונת
מערכת ההובלה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת ההובלה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי)
מערכת ההובלה היא מערכת מסועפת של כלי דם שבמרכזה הלב (משאבה), הדוחף את הדם ומזרים אותו בכלי הדם בשני מחזורים: המחזור הגדול והמחזור הקטן. במערכת ההובלה קיימים כמה סוגים של כלי דם: עורקים, נימים וורידים. העורקים מסתעפים שוב ושוב לצינורות הצרים ביותר הנקראים עורקיקים.
א. הפעילו את הדגם התלת-ממדי, בחנו את מערכת ההובלה השלמה, וחקרו את מרכיבי מחזור הדם הקטן ומחזור הדם הגדול.
ב. הפעילו את ההדמיה וחקרו את מסלול מעבר הדם והחומרים שבו במחזור הדם הגדול ובמחזור הדם הקטן.
ג. בצעו את המשימות ביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
*141*
תפקידה של מערכת ההפרשה הוא לווסת את כמות המים ואת כמות המלחים המומסים בגוף, ולפלוט פסולת שנוצרת בתאים. החלקים במערכת ההפרשה הם: הכליות, שלפוחית השתן, והצינורות המחברים ביניהן.
התהליכים המתבצעים בכליות הם: סינון של הדם והפרשה של חלק מן החומרים המומסים בדם (חומרים שנוצרו בתאים והם בבחינת פסולת). נוזל השתן הנוצר בכליות מכיל מים וחומרי פסולת מומסים במים, והוא מופרש משלפוחית השתן אל מחוץ לגוף.
כאשר כמות הנוזלים שאנו שותים אינה מספקת ויש סכנת התייבשות, פחות מים מופרשים אל השתן והשתן נעשה מרוכז יותר, הצבע שלו מתכהה וריחו מתחזק. אך גם במצב זה הפקת השתן אינה נפסקת כי הגוף מוכרח להפריש כמות מסוימת של שתן בכל יממה, אחרת לא יצליח להיפטר מחומרי הפסולת העלולים להרעיל אותו.
(בספר איור, היעזר במנחה)
כליה
צינור מוביל השתן
שלפוחית השתן
שופכה
כליה
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת ההפרשה בגוף האדם (דגם תלת- ממדי) שבאתר אופק על-יסוד - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת ההפרשה בגוף האדם (דגם תלת-ממדי)
מערכת ההפרשה כוללת שתי כליות, שני צינורות מובילי שתן, שלפוחית שתן ושופכה. הדם מוזרם אל הכליות דרך עורקי הכליה, עובר בהן תהליך סינון ויוצא דרך ורידי הכליה. השתן המכיל חומרים שסוננו מתוך הדם (בעיקר מים, שתנן ועודפי מלחים) מתנקז דרך צינורות מובילי שתן אל שלפוחית השתן ונאגר...
א. הפעילו את הדגם התלת-ממד, בחנו את מבנה מערכת ההפרשה: הכליות, שלפוחית השתן והצינורות המחברים ביניהם.
ב. היכנסו להדמיה מערכת ההפרשה (השתן), הפעילו אותה וחקרו את מבנה המערכת ותפקודה.
ג. בצעו את המשימות שביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
*142*
כמות אדירה של מידע מגיעה אל מוחנו בכל רגע ורגע. חלק מהמידע מקורו מחוץ לגוף ואנו קולטים אותו בחושינו, ומידע נוסף מגיע אל המוח גם מהאיברים השונים שבתוך הגוף. המוח מעבד את כל המידע הזה ושולח הוראות שונות (מידע) אל איברי הגוף האחרים. מערכת העצבים בגופנו היא רשת התקשורת האחראית על ההעברה של המידע הרב הזה ועל עיבודו.
מערכת העצבים כוללת את:
א. מערכת העצבים המרכזית, המורכבת מהמוח ומחוט השדרה. בחלק זה נמצאים מרכזי הקליטה של כל הגירויים, וכן מרכזים המשגרים דחפים חשמליים העוברים בסיבי העצב וגורמים להפעלת איברי הגוף השונים. למערכת העצבים המרכזית יש תפקיד חשוב - תיאום בין המערכות השונות בגוף וויסות שלהן.
ב. מערכת העצבים ההיקפית, המורכבת מסיבי עצבים הנחלקים לשני סוגים: תחושתיים ותנועתיים. העצבים התחושתיים מעבירים אל המוח מידע שנקלט מתוך הגוף ומידע שנקלט מן הסביבה באמצעות איברי החוש השונים: ראייה, שמיעה, טעם, ריח ומגע. העצבים התנועתיים מפעילים את השרירים והרקמות שבגוף ומאפשרים להגיב על הגירויים השונים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
המוח - תאי עצב
חוט השדרה
סיבי העצבים
המידע הנקלט מן הסביבה וגם מתוך הגוף עובר עיבוד במוח, ובסיומו נשלחות הוראות פעולה אל חלקי גוף שונים. פקודות הפעולה עוברות באמצעות סיבי העצבים אל שרירים או אל בלוטות. דוגמאות: מראה וריח של מזון טעים מגיעים אל המוח, מעובדים בו וגורמים להפעלה של בלוטות הרוק; מראה האוטובוס העוצר בתחנה גורם למוח לתת פקודה לשרירי הרגליים להתחיל לרוץ כדי להספיק להגיע לאוטובוס.
בגוף קיימת גם מערכת עצבים עצמאית (אוטונומית) המעצבבת את הלב, את כלי הדם ואת מערכת השתן. זוהי מערכת של עצבים לא-רצוניים, כלומר עצבים שאין אנו שולטים בהם כרצוננו. למשל, האדם אינו יכול להפסיק את פעימות לבו גם אם ירצה בכך.
*143*
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת העצבים בגוף האדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת העצבים בגוף האדם (דגם תלת-ממדי)
מערכת העצבים קולטת מידע מן הסביבה החיצונית וגם מתוך הגוף. המידע עובר עיבוד במוח, וכתוצאה מכך פקודות פעולה עוברות אל חלקי הגוף השונים.
מערכת העצבים בנויה משני חלקים: מערכת העצבים המרכזית ומערכת העצבים ההיקפית.
א. הפעילו את הדגם התלת-ממדי, בחנו את מערכת העצבים המרכזית ואת מערכת העצבים ההיקפית.
ב. בצעו את המשימות ביחידת הלימוד ובדקו את תשובותיכם.
*144*
העור הוא הכסות (המעטפת) החיצונית של הגוף, ויש לו חשיבות רבה בהגנה על גופנו, בשמירה על חום הגוף ובקליטת מידע מן הסביבה החיצונית. העור מורכב מתאים צפופים, וצפיפות זו יוצרת מעטה חזק וגמיש המגן על הגוף מפני חדירה של גורמי מחלות (חיידקים או וירוסים) ושל חומרים מזיקים. העור גם מגן על הגוף מקרינה ומהתייבשות, ומווסת את טמפרטורת הגוף באמצעות בלוטות הזיעה 1על ידי ויסות זרימת הדם באזור העור.
בעור יש גם תאי עצב הקולטים גירויים מן הסביבה, כגון מגע, כאב, לחץ, חום וקור. הגירויים מהסביבה מעוררים פעולות ואמצעי זהירות השומרים על סביבה פנימית קבועה גם כאשר הסביבה החיצונית משתנה. לדוגמה, כאשר מגבירים את הפעילות הגופנית וטמפרטורת הגוף עולה, מתגברת הפרשת זיעה המסייעת לקירור הגוף.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- מרקם העור
- שכבות העור
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
העור העוטף את גופנו
העור מורכב מתאים צפופים היוצרים מעטה חזק וגמיש, שמכסה את גופנו ומגן עליו.
העור בנוי מ- 3 שכבות: אפידרמיס, דרמיס ושכבת שומן תת-עורי. בעור יש כלי דם, תאי עצב (קולטני חישה שונים),בלוטות זיעה וחלב. היעזרו בחצים והזיזו את האיור לכיוונים שונים.
היכנסו אל היחידה המקוונת העור העוטף את גופנו שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. שוטטו באמצעות העכבר על חלקי העור השונים וקבלו עליהם מידע.
ב. ענו על השאלות ביחידת הלימוד.
*145*
הכינו כרטיסיות מידע על שתי מערכות בגוף:
מערכת הנשימה ומערכת נוספת על פי בחירתכם.
היעזרו במקורות מידע שונים וכללו בכל כרטיסייה את הפרטים האלה:
תפקיד המערכת: תיאור קצר של תפקיד/י המערכת.
איברי המערכת: תיאור המרכיבים של המערכת.
המבנה והתפקוד הייחודי של כל איבר: תיאור המבנה והתהליך המתרחש בכל חלק במערכת.
התאמת מבנה לתפקוד: הסבר על הקשר בין המבנה של המערכת וחלקיה לבין התפקודים שלהם.
הקשר למערכות אחרות: הסבר על שיתוף הפעולה בין המערכת למערכות אחרות בגוף בביצוע תהליכי חיים.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
*146*
מערכות הגוף משתפות פעולה בכל מה שקורה בגוף החי בכל רגע. לדוגמה, הן משתפות פעולה בקליטה של צורכי הקיום, בהובלתם אל התאים ובפליטה של חומרים אחרים שנוצרו בתאים. אילו חומרים היצורים החיים קולטים מן הסביבה? הם קולטים חמצן, מים ומזון. ואילו חומרים הם פולטים? - בעיקר פחמן דו-חמצני פסולת ומים.
כיצד צורכי הקיום האלה מגיעים אל כל תא בגופו של היצור החי? וכיצד החומרים האחרים נלקחים ממנו?
ביצורים חד-תאיים שחיים בסביבה מימית, תהליך הקליטה והפליטה נעשה ישירות בין היצור לסביבה דרך קרום התא. אך ביצורים רב-תאיים גדולים, כמונו, בני האדם, יש צורך במערכות מסוגים שונים: מערכות שיקלטו את החומרים מן הסביבה, מערכות שיובילו חומרים ומידע בתוך הגוף, ומערכות שיפלטו את החומרים המיותרים מן הגוף החוצה, וכל זה צריך להתרחש בתיאום מדויק. כך מערכת העיכול קולטת מים ומזון, מערכת הנשימה קולטת חמצן ופולטת פחמן דו-חמצני מערכת ההובלה (הדם) מובילה חומרים בתוך הגוף - אל התאים ומהם, מערכת ההפרשה פולטת פסולת מומסת בשתן, ומערכת העצבים מתאמת בין מערכות הגוף השונות.
בזכות שיתוף הפעולה בין כל המערכות הללו, כל תא בגוף מקבל את החומרים הדרושים לו ונפטר מהחומרים המיותרים.
לאחר שלמדתם על המערכות בגוף ועל החשיבות שבשיתוף הפעולה והתיאום ביניהן, חשבו שוב על מה שקורה בגוף בזמן שאתם מבצעים פעילות גופנית נמרצת, כגון ריצה או רכיבה על אופניים.
- מה אתם מרגישים כשאתם רצים?
- אילו תופעות מתרחשות בגוף שלכם?
- מה החשיבות של כל אחת מן התופעות האלו?
- אילו מערכות בגוף מעורבות בכל אחת מן התחושות ומן התופעות הללו?
*147*
(בספר תרשים מלווה באיורים, היעזר במנחה)
- פעילות גופנית נמרצת - העור: הזעה מוגברת, הסמקה של העור - התאדות הזיעה מקררת את הגוף, הרחבת כלי דם בעור משחררת חום רב יותר
- פעילות גופנית נמרצת - השלד והשרירים: תנועה של הגוף - התכווצות השרירים מניעה את הגוף
- פעילות גופנית נמרצת - מערכת הנשימה: הגברת קצב הנשימה - קליטה של יותר חמצן ופליטת יותר פחמן דו-חמצני
- פעילות גופנית נמרצת - מערכת הדם: הגברת קצב הלב - הולכה של יותר מזון וחמצן אל התאים, ושל יותר פחמן דו-חמצני אל הריאות
*148*
אילו מערכות ואיברים משתתפים בריצה?
העתיקו את התרשים שלפניכם, ומלאו את המשבצות הריקות.
היעזרו במחסן המילים.
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
ריצה
התופעות/ התחושות: הסמקה, --, --, הגברת קצב הנשימה, --
המערכות והאיברים המשתתפים: --, --, התנועה (שלד ושרירים), --, --
תפקיד המערכת: --, לקרר את הגוף, --, --, להוביל חומרים
מחסן מילים: מערכת הנשימה, העור, הזעה, קצב לב מוגבר, לקרר את הגוף, להכניס חמצן לדם ולסלק פחמן דו-חמצני מהדם, לקרר את הגוף, להניע את הגוף, העור, השרירים פועלים, מערכת ההובלה
היכנסו אל הפעילות המקוונת הגוף כמערכת שבאתר אופק על-יסוד - מדע וטכנולוגיה.
1. א. הפעילו את ההדמיה ובצעו אימון מדורג: התחילו בעמידה (0 קמ"ש), עברו להליכה (3 קמ"ש), לריצה קלה (8 קמ"ש) ולריצה מהירה (12 קמ"ש).
בכל שלב המתינו עד שיתקבלו הערכים המרביים (המקסימליים) של קצב הלב, קצב הנשימה, טמפרטורת הגוף וצריכת החמצן, רשמו אותם ורק אחר כך עברו לשלב הבא.
*149*
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
הגוף כמערכת
ב. העתיקו את הטבלה והשלימו בה את הנתונים: כתבו בכל מדד את הערכים המרביים שהתקבלו בכל סוג פעילות.
המדד/ סוג פעילות | מנוחה (עמידה) | הליכה (3 קמ"ש) | ריצה קלה (8 קמ"ש) | ריצה מהירה (12 קמ"ש) |
קצב הלב (פעימות בדקה) | -- | -- | -- | -- |
קצב הנשימה (נשימות בדקה) | -- | -- | -- | -- |
צריכת חמצן (ליטר לדקה) | -- | -- | -- | -- |
הזעה (מעט, בינוני, הרבה) | -- | -- | -- | -- |
הסמקה (מעט, בינוני, הרבה) | -- | -- | -- | -- |
טמפרטורת הגוף (מעלות צלזיוס) | -- | -- | -- | -- |
2. סכמו את התוצאות שהתקבלו: כיצד המדדים (קצב הלב, קצב הנשימה, צריכת החמצן, הזעה, הסמקה וטמפרטורת הגוף) משתנים בכל סוג של פעילות?
3. הסבירו את התוצאות שהתקבלו:
א. מדוע צריכת החמצן בגוף עולה בזמן מאמץ גופני? אילו אזורים בגוף הם התורמים העיקריים לעלייה זו?
ב. מה הקשר בין השינוי בצריכת החמצן לבין השינוי בקצב הנשימה?
ג. מה הקשר בין השינוי בצריכת החמצן לבין השינוי בקצב הלב?
4. נסחו שתי שאלות שאפשר לענות עליהן באמצעות ההדמיה.
5. בטמפרטורה גבוהה מ-40 מעלות צלזיוס, תפקוד הגוף עלול להיפגע.
א. מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר שגוף הנערה הגיע אליה בזמן האימון שביצעתם בהדמיה?
ב. אילו תהליכים בגופה של הנערה מנעו מהטמפרטורה לעלות לערכים מסוכנים הגבוהים מ-40 מעלות צלזיוס?
*150*
היכנסו אל ההדמיה זרמים משתנים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
הפעילו את ההדמיה העוסקת בשינויי זרימת הדם לאיברי הגוף בזמן ארבע פעולות יומיומיות: מנוחה, מנוחה אחרי אכילה, פעילות מתונה ופעילות מאומצת. בחירה באפשרות השוואת תוצאות מציגה גרף עם כל הפרטים.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
זרמים משתנים
1. העתיקו את הטבלה שלפניכם והשלימו בה את כל הפרטים.
מצבים | מנוחה | מנוחה אחרי אכילה | פעילות מתונה | פעילות מאומצת |
זרימת דם אל השרירים | -- | -- | -- | -- |
זרימת דם אל מערכת העיכול | -- | -- | -- | -- |
זרימת דם אל העור | -- | -- | -- | -- |
2. סכמו את הנתונים המוצגים בטבלה:
א. באיזה מצב זרימת הדם אל השרירים היא הגבוהה ביותר?
באיזה מצב היא הנמוכה ביותר?
ב. באיזה מצב זרימת הדם אל מערכת העיכול היא הגבוהה ביותר?
באיזה מצב היא הנמוכה ביותר?
ג. באיזה מצב זרימת הדם אל העור היא הגבוהה ביותר?
באיזה מצב היא הנמוכה ביותר?
*151*
3. במצבים שונים של הגוף, כאשר אזורים מסוימים מגבירים את פעילותם וזרימת הדם אליהם מוגברת, אזורים אחרים מפחיתים את פעילותם וזרימת הדם אליהם פוחתת.
חזרו אל הנתונים המתקבלים בהדמיה בלחיצה על השוואת נתונים.
א. אילו אזורים בגוף מפחיתים את פעילותם בזמן פעילות גופנית ביחס למצב מנוחה? מה ההיגיון בכך? כתבו טענה ונמקו אותה.
ב. אילו אזורים בגוף מפחיתים את פעילותם לאחר אכילה?
הסבירו: מדוע לא רצו לבצע פעילות גופנית נמרצת לאחר סעודה דשנה?
כתבו טענה ונמקו אותה.
4. לאיזה איבר מסופקת כמות דם קבועה, ללא תלות בסוג הפעילות?
להדגים את השפעת המאמץ הגופני על קצב הנשימה, על הדופק, ועל כמות הפחמן הדו-חמצני הנפלט בנשיפה.
נסחו השערה מנומקת:
כיצד מאמץ גופני ישפיע על קצב הנשימה, על הדופק ועל כמות הפחמן הדו-חמצני הנפלטת בנשיפה?
שעון עצר או שעון עם שניות, 2 מבחנות, מעמד למבחנות, 2 קשיות שתייה, מי סיד צלולים (או חומר בוחן אחר לפחמן דו-חמצני, כגון פנול אדום או ברומתימול כחול).
*152*
כפפות, משקפי מגן, שיער אסוף, חלוק מעבדה. חשוב לבצע את הנשיפות לתוך המבחנות (באמצעות קשיות השתייה) בעדינות רבה כדי למנוע התזה של הנוזלים אל מחוץ למבחנות, אך יש לנשוף בעוצמה דומה בכל המדידות.
עבדו בזוגות. בכל פעם האחד יבצע את המאמץ הגופני, והאחר ימדוד את קצב הנשימה ואת הדופק.
א. לפני תחילת המאמץ הגופני:
1. התבוננו בבני הזוג וראו כיצד בית החזה עולה בכל נשימה.
ספרו את מספר הנשימות במשך 30 שניות והכפילו ב-2 כדי לקבל את מספר הנשימות במצב מנוחה בדקה. כתבו את התוצאה.
2. הניחו 2 אצבעות על הצד הפנימי של שורש כף היד של בני הזוג. מצאו את הדופק וספרו את מספר הפעימות ב-15 שניות.
הכפילו ב-4 כדי לקבל את מספר פעימות הדופק במצב מנוחה בדקה.
כתבו את התוצאה.
3. נשפו, כל אחד בתורו, לתוך מבחנה המכילה 10 סמ"ק חומר בוחן.
מדדו את הזמן שלוקח לבני הזוג לנשוף לתוך המבחנה עד שהם מעכירים. (אם השתמשתם בחומר בוחן אחר, נשפו עד שהצבע מתחלף.)
ב. בצעו פעילות גופנית מאומצת במשך 5-10 דקות רצופות, כגון ריצה מהירה, עלייה וירידה מהירות במדרגות, או מעבר ממצב עמידה למצב ישיבה בכפיפות ברכיים.
לאחר המאמץ הגופני: חזרו על המדידות שביצעתם בתחילת הניסוי. הקפידו לבצע את המדידות מיד אחרי הפעילות הגופנית!
*153*
העתיקו את הטבלה והשלימו בה את תוצאות המדידות שביצעתם.
שם התלמיד/ ה | במצב מנוחה | מיד לאחר המאמץ הגופני |
מספר נשימות בדקה | -- | -- |
דופק (מספר פעימות בדקה) | -- | -- |
זמן נשיפה עד השתנות הבוחן | -- | -- |
1. א. סכמו את התוצאות שבטבלה.
כתבו מה היה השינוי שחל ממצב מנוחה למצב שמיד אחרי הפעילות הגופנית בכל אחד מהמשתנים האלה: מספר הנשימות בדקה, הדופק, וזמן הנשיפה עד השתנות חומר הבוהן.
ב. הכינו טבלה כיתתית מסכמת.
דונו והחליטו: מה כדאי להציג בטבלה המסכמת - את הנתונים שמדדתם או את ההפרשים שחישבתם?
2. מדוע התבקשתם לבצע את המדידות מיד לאחר המאמץ הגופני?
3. מדוע חשוב בשתי המדידות למלא במבחנות כמות זהה של חומר בוחן ולנשוף באותה העוצמה?
4. מדוע חשוב להשוות את הנתונים של כל התלמידים, ולא להסתפק בתוצאות של זוג תלמידים אחד בלבד?
5. מה הקשר בין המאמץ הגופני, קצב הנשימות ומשך הנשיפה לבין השינוי בצבע של החומר הבוחן?
6. נסחו מסקנה: מה קורה בגוף בזמן פעילות גופנית מאומצת?
7. כתבו טיעון בדבר הקשר בין קצב הלב לביצוע המאמץ הגופני.
8. מה הקשר בין מה שקרה בתאי הגוף לבין מה שקרה בגוף השלם?
*154*
כדי להבין את פעולתן של מערכות הגוף ואת שיתוף הפעולה ביניהן בזמן פעילות גופנית נמרצת, חשוב להבין מה מתרחש בתאים הבונים את הגוף.
כל תאי הגוף זקוקים לאנרגיה זמינה, כלומר לאנרגיה שהם יכולים להשתמש בה כדי לבצע את התהליכים המתרחשים בהם. תאי השריר זקוקים לאנרגיה זמינה בכמות גדולה במיוחד.
מה מקורה של האנרגיה הזמינה שתאי הגוף משתמשים בה? המקור הוא האנרגיה הטמונה במזון. פירוק של מרכיבי מזון בעזרת חמצן, משחרר אנרגיה הנחוצה לפעילות התאים. תהליך זה נקרא נשימה תאית והוא מתרחש באברוני תא מיוחדים - מיטוכונדריה.
(נשימה תאית - תהליך המתרחש בכל תא ותא: אנרגיה משתחררת מפירוקם של חומרי מזון (לרוב, בעזרת חמצן). אנרגיה זאת חיונית לקיומם של תהליכי החיים בתא. ברוב התאים הנשימה התאית מתרחשת במיטוכונדריה.)
(בספר איור, היעזר במנחה)
בתהליך הנשימה התאית, חמצן ומזון נקלטים בתאים, משתחררת אנרגיה, ופחמן דו-חמצני ומים מופרשים מהתאים
אם כך, כדי שהתאים יוכלו לפעול הם זקוקים למרכיבי מזון ולחמצן. זאת הסיבה שמערכת הנשימה ומערכת העיכול קולטות מן הסביבה חמצן ומזון, ומעבירות אותם אל הדם.
הדם מוביל את מרכיבי המזון ואת החמצן אל תאי הגוף.
בזמן פירוק המזון בעזרת החמצן ושחרור האנרגיה, משתחרר גם פחמן דו-חמצני בתאים והוא עלול להזיק, לכן צריך לסלק אותו מן התאים ומן הגוף החוצה.
מה מסלק את הפחמן הדו-חמצני מתאי הגוף? - הדם.
לאן הדם מוביל את הפחמן הדו-חמצני? - אל מערכת הנשימה, ומשם אל מחוץ לגוף.
*155*
זאת הסיבה לכך שבזמן ריצה אנו מרגישים דופק מהיר. הלב עובד מהר יותר ומזרים אל תאי השריר דם רב יותר מאשר במצב של מנוחה. כך גם במערכת הנשימה - נשימות מהירות מגבירות את קצב כניסת החמצן מן הריאות אל הדם, וכך מגיע יותר חמצן אל תאי השריר ויותר פחמן דו-חמצני נפלט בכל רגע נתון. העלייה בכמות הפחמן הדו-חמצני נקלטת במוח, והמוח פוקד על שרירי מערכת הנשימה לפעול בקצב מהיר יותר.
תהליך הנשימה התאית מספק אנרגיה זמינה, אך כתוצר לוואי של פעילותו העיקרית, חלק מן האנרגיה המשתחררת בתאים הוא חום. לא רק שאנרגיה זאת אינה זמינה, אלא יש להיפטר ממנה כדי שהטמפרטורה של הגוף לא תעלה יותר מדי. החום הזה משתחרר אל הסביבה באמצעות התאדות הזיעה ובאמצעות התאדמות (הסמקה) של העור. ההתאדמות נובעת מהרחבה של כלי דם בעור, וכך נמנעת התחממות יתר של הגוף.
אם כן, כדי שהגוף יפעל בהצלחה הוא חייב לפעול כמערכת אחת, שבה מתקיים שיתוף פעולה בין כל המערכות בגוף. את שיתוף הפעולה אנו חשים במיוחד בזמן פעילות גופנית נמרצת (כי אז אנחנו מרגישים את העלייה בקצב הלב ובקצב הנשימה, את ההתאדמות של העור ואת ההזעה), אך למעשה שיתוף הפעולה הזה מתרחש כל הזמן.
שיתוף הפעולה בין מערכות הגוף והתיאום ביניהן מתבטאים גם בכמות הדם הזורמת אל כל מערכת במצבים שונים. בזמן פעילות מאומצת, כשהשרירים הם אלה הזקוקים לאספקת אנרגיה מרובה, הרבה מאוד דם (אפילו פי 20!) מוזרם אליהם - על חשבון מערכות אחרות. כך אספקת החמצן אל השרירים מוגברת. כאשר מערכת העיכול פעילה, בעקבות ארוחה דשנה, יותר דם מוזרם אליה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- טיפות זיעה
- הנימים הקרובים לעור מתרחבים ומאבדים חום לסביבה
- בלוטות הזיעה מתחילות להפריש זיעה וגורמות לאובדן חום על ידי אידוי
1. התאחדות הכדורגל העולמית FIFA (פיפ"א) החליטה כי משחקי המונדיאל לא יתקיימו בערים שגובהן מעל 2,000 מ' מעל פני הים. במקומות אלה האוויר דליל, והישגי הספורטאים עלולים להיפגע. מה ההסבר המדעי להחלטה זאת?
2. מספר אברוני המיטוכונדריה בתאי שריר גדול בהרבה ממספרם בתאי עור. איזה יתרון יש לעובדה זו?
3. האם יש הבדל בין כמות הפחמן הדו-חמצני הנפלטת מן הריאות בזמן מנוחה, לבין הכמות הנפלטת בזמן פעילות גופנית? נמקו.
4. מה עלול לקרות לאדם שמתכוון לרוץ אך התפקוד של אחת המערכות בגופו פגוע? בתשובתכם התייחסו בנפרד לפגיעה בכל אחת מן המערכות: העור, הנשימה, הדם, השרירים.
*156*
כשאנחנו מתחילים לרוץ, ההחלטה מתקבלת קודם כל במוח. זאת החלטה רצונית שלנו. המוח מעביר לשרירי הרגליים הוראה להתכווץ באמצעות דחפים השברים בסיבי עצבים, ואנו מתחילים לרוץ. תאי השריר פועלים במרץ וזקוקים לתוספת אנרגיה. בזמן הזה קצב הנשימה עולה, ויותר חומרי מזון מתפרקים בתאים בעזרת החמצן. כמות החמצן בתא יורדת, ויותר פחמן דו-חמצני נוצר בכל תא ותא. כאשר יותר אנרגיה מופקת, כמו בזמן ריצה, כמות הפחמן הדו-חמצני בדם עולה.
הפחמן הדו-חמצני מגיע מתאי השריר אל הדם, ועם הדם הוא מגיע גם אל המוח. במוח יש קולטנים החשים בעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני בדם, ומעבירים את המידע הזה אל מרכז הנשימה במוח. מרכז הנשימה במוח שולח דחפים בסיבי העצב אל שרירי הנשימה ומורה להם לפעול בקצב מוגבר. אנחנו מתחילים להתנשם - לנשום בקצב מוגבר. תהליך זה אינו רצוני.
התוצאה של ההתנשמות היא שיותר אוויר נכנס אל הריאות ויותר חמצן מגיע אל הדם. כך השרירים מקבלים את תוספת החמצן הנחוצה להפקת האנרגיה בעת פעולתם, ויותר פחמן דו-חמצני מסולק מן הגוף.
אם כן, המוח הוא הגורם המשפיע על קצב הנשימה, בהתאם לכמות הפחמן הדו-חמצני שנוצרת בשרירים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- החלטה לרוץ מתקבלת במוח ועוברת אל השרירים כדחף עצבי
- ריצה - השרירים פועלים
- פחמן דו-חמצני שנוצר בתאי השריר עובר לדם ומגיע למוח
- מרכז הנשימה במוח מעביר דחף עצבי הגורם לשרירי הנשימה להגביר את הפעילות
- קצב הנשימה גובר
*157*
1. איזה משני המשפטים שלפניכם מתאר את המנגנון הפועל בגוף בזמן ריצה? נמקו את בחירתכם.
א. בזמן ריצה הגוף מגביר את קצב הנשימה כדי לספק את הצורך של תאי השריר בחמצן.
ב. בזמן ריצה קצב הנשימה מתגבר עקב עלייה ברמת הפחמן הדו-חמצני בדם.
2. האם רק בזמן ריצה קיים קשר בין המוח למערכות גוף האדם?
איבן פאבלוב היה חוקר רוסי שהתעניין במיוחד במערכת העיכול, ונעזר לצורך מחקריו בכלבים. הוא שם לב שבכל פעם שהוא מגיש לכלבים מזון, הם מפרישים רוק. פאבלוב רצה לבדוק האם גם גירויים אחרים, מלבד מראה המזון, יכולים להשפיע על הפרשת הרוק. הוא בחר בצלצול פעמון: בכל פעם שהגיש לכלבי הניסוי שלו מזון, הוא גם צלצל בפעמון. לאחר זמן מה הגיע יום המבחן: הוא ניגש לכלבים וצלצל בפעמון בלי להגיש להם מזון. גם בפעם הזאת הפרישו הכלבים רוק!
מה הוכיח הניסוי של איבן פאבלוב?
א. שיש קשר בין מערכת העיכול למערכת הנשימה.
ב. שיש קשר בין מערכת העיכול להפרשת רוק.
ג. שיש קשר בין מערכת העיכול למערכת העצבים.
ד. שיש קשר בין צלצול פעמון לעיכול המזון.
*158*
התרשים שלפניכם מציג קשרים בין תהליכים ומערכות גוף שונות. התבוננו בו וענו על השאלות שאחריו.
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
1. נסחו 5 משפטים: כל משפט יתאר קשר כלשהו בין המערכות והתהליכים המתרחשים בגוף. לשם כך בחרו שני מושגים שחץ מקשר ביניהם.
דוגמאות:
תנועה של הגוף נובעת מפעילות השרירים.
פעילות שרירים דורשת אספקת אנרגיה.
2. תארו תהליך אחד מבין אלה המופיעים בתרשים.
התייחסו לרצף הסיבות בתהליך זה.
*159*
- כל מערכות הגוף, ובהן: מערכת התנועה, מערכת העצבים, העור, מערכת ההובלה (הדם), מערכת הנשימה, מערכת העיכול, מערכת ההפרשה (השתן) ועוד, פועלות בתיאום ובשיתוף פעולה.
- שיתוף הפעולה בין מערכות הגוף מאפשר את קיומו של הגוף ואת יכולתו לבצע מדי פעם מאמץ מוגבר, כמו בזמן ריצה, רכיבה על אופניים וכדומה.
- ביצוע הפעילות הגופנית מתאפשר בעזרת האנרגיה המשתחררת מפירוק המזון בתהליך הנשימה התאית.
- תפקוד תקין של הגוף אפשרי בזכות מערכת הנשימה המספקת חמצן ומסלקת פחמן דו-חמצני מערכת העיכול המספקת מרכיבי מזון, ומערכת הדם המובילה את החומרים הנחוצים אל כל תאי הגוף ומסלקת מן התאים את הפחמן הדו-חמצני. מערכת הדם גם מסיעה את החום שנוצר אל העור.
- התיאום בין המערכות הללו מתבצע על ידי מערכת העצבים.
*160*
1. אילו חומרים נכנסים אל כל תא, ואילו חומרים יוצאים ממנו?
היעזרו במחסן המילים (רשימה חלקית). מחסן מילים: פחמן דו-חמצני, מזון, פסולת, חמצן
(בספר איור, היעזר במנחה)
2. חומרים נקלטים בגופם של יצורים חיים, וחומרים נפלטים מן הגוף.
כיצד זה קורה? - כדי לענות על השאלה, העתיקו את שתי הטבלאות והשלימו אותן.
קליטת חומרים | חמצן | מזון | מים |
המערכת הקולטת | -- | -- | -- |
המערכת המובילה בתוך הגוף | -- | -- | -- |
התחנה הסופית | -- | -- | -- |
פליטת חומרים | פחמן דו-חמצני | פסולת מומסת בשתן |
מקום היווצרותם בגוף | -- | -- |
המערכת המובילה בתוך הגוף | -- | -- |
המערכת הפולטת | -- | -- |
התחנה הסופית | -- | -- |
3. אדם וחתול נמצאים בחדר אטום במשך זמן ארוך.
א. לאחר זמן מה ישתנה הרכב האוויר בחדר. מה יהיו השינויים?
ב. השינוי בהרכב האוויר בחדר נובע מתהליך המתרחש גם בגופו של האדם וגם בגופו של החתול. מהו התהליך וכיצד הוא גורם לשינוי בהרכב האוויר?
ג. האם כדאי לאדם בחדר האטום לשבת ללא תנועה או לנצל את הזמן לתרגילי התעמלות? נמקו את תשובתכם.
*161*
4. בזמן מאמץ גופני, זרימת הדם מתגברת אל:
א. מערכת העיכול ומערכת השתן.
ב. המוח ומערכת העצבים.
ג. השרירים בלבד.
ד. העור והשרירים.
נמקו את בחירתכם.
5. התאימו את התפקיד למערכת:
א. מערכת העיכול
ב. מערכת ההובלה
ג. מערכת ההפרשה
ד. מערכת העצבים
ה. מערכת התנועה
ו. מערכת הנשימה
קליטת חמצן מהאוויר ופליטת פחמן דו-חמצני אל האוויר.
קליטת מידע, עיבוד מידע ותיאום בין הפעולות בגוף.
מניעה את הגוף.
קליטת מזון ומים מהסביבה.
העברת חומרים ממקום למקום בתוך הגוף.
פליטת חומרים אל מחוץ לגוף.
6. תארו את הקשר בין 5 זוגות המערכות שלפניכם. השתמשו במילים הבאות: פקודות, מזון, ספיגה, תנועה, חמצן, קליטה, שרירים.
א. מערכת הנשימה ומערכת ההובלה
ב. מערכת העיכול ומערכת ההובלה
ג. מערכת העצבים ומערכת התנועה
ד. מערכת הנשימה ומערכת התנועה
ה. מערכת הנשימה ומערכת העיכול
7. אילו שינויים מתרחשים בגוף האדם בזמן רכיבה מהירה על אופניים?
קבעו נכון או לא נכון, ותקנו את המשפטים שאינם נכונים.
א. קצב הלב גובר.
ב. זרימת הדם אל שרירי הרגליים גוברת.
ג. זרימת הדם אל מערכת העיכול גוברת.
ד. פחות פחמן דו-חמצני נפלט מן הריאות.
ה. כלי הדם בעור מתרחבים.
ו. צריכת החמצן בתאי השריר אינה משתנה.
ז. קצב הנשימה גובר.
*162*
8. לפניכם מידע על תהליך עיכול המזון. קראו אותו.
ברגע שאנחנו רואים מזון או מריחים אותו, המוח נותן פקודה לבלוטות הרוק להפריש רוק. כשאנחנו נוגסים במזון נגיסה ראשונה, שרירי הלעיסה ושרירי הלשון מתחילים לטחון את המזון ולערבב אותו בפה יחד עם הרוק. המזון מתחיל להתפרק, ואחרי שאנו בולעים אותו הוא מועבר באמצעות הוושט אל הקיבה. בקיבה נמשכים גם תהליך הטחינה וגם תהליך הפירוק. מן הקיבה עוברים מרכיבי המזון אל המעי הדק, ושם נמשך הפירוק בעזרת חומרים שהגיעו מן הכבד ומן הלבלב. במעי הדק החומרים המפורקים גם נספגים ועוברים דרך דופנות המעי אל תוך נימי הדם הרבים. הדם מוביל את מרכיבי המזון אל תאי הגוף.
א. על פי מידע זה, אילו איברים וחלקים בגוף האדם משתתפים בפעולת העיכול?
מהו תפקידו של כל איבר/חלק בפעולת העיכול, ולאיזו מערכת הוא שייך?
ארגנו את המידע בטבלה כמו זו שלפניכם.
שם האיבר/ חלק | שייך למערכת | תפקידו בפעולת העיכול |
-- | -- | -- |
-- | -- | -- |
ב. כיצד תהליך העיכול ממחיש את החשיבות של שיתוף הפעולה בין המערכות בגוף?
9. יש הטוענים שאפשר לראות בנשימה ובעיכול מערכת אחת - מערכת האנרגיה.
האם אתם מסכימים עם טענה זאת? נמקו את דעתכם.
10. העתיקו את התרשים וכתבו את שמות המערכות המשתפות פעולה כדי להשיג את צורכי הקיום לתאי הגוף. היעזרו במחסן המילים:
מערכת ההובלה, מערכת העיכול, מערכת הנשימה, מערכת ההפרשה (השתן)
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
*163*
*163*
- מערכת ההובלה מקשרת בין כל חלקי הגוף ומאפשרת מעבר חומרים לכל חלקי הגוף.
- מערכת ההובלה באדם מורכבת מהלב ומכלי הדם - עורקים, נימים וורידים.
- הדם מורכב מפלזמה ומתאי דם, ותפקידיהם: להוביל חומרים, להגן על הגוף ולמנוע דימום.
- אורח חיים בריא הוא מכלול של התנהגויות מקדמות בריאות שהאדם יכול לשלוט בהן. התנהגויות כאלה מעכבות התפתחות של מחלות כגון טרשת עורקים, ומשפרות את איכות החיים.
- כלי דם: נימים, עורקים, ורידים
- דופק
- מחזור הדם
- הלב
- מסתמים
- קוצב לב
- טרשת העורקים
- עורקים כליליים
- מח העצם
- נוזל הדם (פלזמה)
- תאי הדם: תאי דם אדומים, תאי דם לבנים וטסיות דם
*164*
מה ייחודה של מערכת ההובלה באדם?
למדתם כי ליצורים גדולים, שגופם בנוי מתאים רבים, יש הרבה תאים בעומק גופם. לתאים כאלה אין קשר עם הסביבה החיצונית, ולכן הם זקוקים למערכות שיבצעו את התפקידים הבאים: קליטת חמצן, מזון ומים אל תוך הגוף, הובלת חומרים מן המערכות הקולטות אל כל תאי הגוף, והובלת פחמן דו-חמצני וחומרי פסולת שנוצרים בתאי הגוף אל המערכות הפולטות אותם מן הגוף החוצה.
מערכת הנשימה קולטת חמצן אל תוך הגוף ופולטת את הפחמן הדו-חמצני מן הגוף החוצה. מערכת העיכול קולטת את המזון ואת המים אל תוך הגוף. מערכת ההפרשה (השתן) מסלקת מן הגוף חומרי פסולת שנוצרו בתאים.
ואיזו מערכת מוליכה את כל החומרים האלה ממקום למקום בתוך גוף האדם? - זהו התפקיד של מערכת ההובלה (הדם). מערכת ההובלה מעבירה גם חומרים נוספים ממקום למקום בתוך הגוף. למשל, היא מעבירה חומרים הנקראים הורמונים מהמקום שהם נוצרים בו אל המקום שהם פועלים בו ומשפיעים עליו. הודות לכך שהדם זורם בכל הגוף ונושא עמו חומרים שונים, נוצרים קשרים בין כל המערכות בתוך הגוף.
(הורמון - חומר שנוצר במקום מסוים בגוף (בדרך כלל בבלוטה כלשהי), נישא בזרם הדם ומגיע אל כל תאי הגוף, אך רק תאים מסוימים מגיבים לו (תאי מטרה).)
למערכת ההובלה תפקיד חשוב בשמירה על בריאות הגוף. כשאנו חולים ומקבלים תרופות, היא מובילה אותן עד למקום שהן פועלות בו. היא גם מובילה את התאים של מערכת החיסון ואת הנוגדנים שהתאים האלה מייצרים, אל המקומות בגוף שגורמי מחלה פלשו אליהם.
אם כך, כאשר יש בעיה באחד מחלקי מערכת ההובלה, האדם חולה ולפעמים המחלה חמורה. היצרות של כלי הדם, הפרעה בזרימת הדם, בעיה באחד מחלקי הלב, כמות לא תקינה של תאי דם - לכל אחת מאלה ייתכנו השפעות מרחיקות לכת על הבריאות של האדם.
בפרק זה נכיר את המבנה ואת התפקידים של מערכת ההובלה באדם.
נכיר את צינורות הדם - העורקים, הנימים והוורידים, נכיר את הלב, את המבנה שלו ואת התפקיד שלו, וכן את הדם עצמו - תאי הדם ונוזל הדם. כמו כן נכיר היבטים שונים של בריאות מערכת הדם.
*165*
כל אחד מאתנו נדקר בעבר. כשאנחנו נדקרים, אנו מדממים במקום הדקירה, ואין זה משנה היכן נדקרים: ביד, ברגל, בגב, בבטן... דם נוזל בכל מקום שנדקרים בו. הדבר מעיד על רשת של צינורות דם - כלי הדם - הפרושה בכל מקום ומקום בגופנו בגופנו אין אזורים ללא כלי דם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
אף שבכפות הידיים והרגליים יש גם ורידים וגם עורקים, מאוירים שם רק הוורידים או רק העורקים, כדי להציגם בצורה ברורה.
אף שלעורקים ולוורידים צבע זהה, וגם לדם הזורם בהם צבע דומה, בספר זה בחרנו בצבעים שונים לסימונם.
העורקים והדם העשיר בחמצן הזורם בהם - בצבע אדום.
הוורידים והדם העני בחמצן הזורם בהם - בצבע כחול.
הנימים שהדם בהם מכיל כמות בינונית של חמצן - בצבע סגול.
*166*
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
האם אנחנו יכולים לראות את צינורות הדם האלה? - כן, אפשר לראותם בחלקים מסוימים בגוף. למשל, התבוננו בגב כף היד ובצד הפנימי של אמת היד (מן המרפק עד כף היד). אתם רואים שם צינורות כחלחלים משתקפים דרך העור. אלה הם הוורידים. ניתן לראות אותם כי הם עוברים קרוב לשטח העור.
(ורידים - כלי דם המובילים דם מאיברי הגוף אל הלב.)
לעומת זאת, את נימי הדם קשה לראות מפני שהם דקים מאוד. רק כשהנימים גדושים בדם, ניתן לראותם. למשל, משכו מעם את העפעף התחתון, והתבוננו בחלק הלבן של העין - ייתכן שתוכלו להבחין שם בנימים בצבע אדום.
(נימים - כלי דם דקיקים שמחברים את העורקים אל הוורידים ובהם מתרחש מעבר החומרים בין הדם לבין התאים.)
את העורקים א אפשר לראות, כי הם נמצאים עמוק יותר בתוך הגוף, רחוק מן העור. אך יש כמה מקומות המכונים נקודות דופק, שבהם תוכלו להרגיש את פעימות העורק - הוא מתרחב ונהיה צר, שוב מתרחב ושוב נהיה צר.
(עורקים - כלי דם שמובילים דם מן הלב אל שאר האיברים בגוף)
הניחו שתי אצבעות - את האצבע המורה ואת האמה שלידה - על שורש כף היד שלכם, באזור שנמצא בהמשך לאגודל. הרגישו את הדופק.
*167*
הדופק משקף את פעימות הלב: בזמן מנוחה הלב מתכווץ כ-70 פעם בדקה, ובכל התכווצות הוא דוחף את הדם אל העורקים; העורקים מתרחבים כתוצאה מכמות הדם המוזרמת לתוכם; את ההתרחבות הזאת אנחנו מרגישים בנקודות הדופק.
בדרך כלל איננו מודעים לכך שהלב שלנו פועל, אבל לפעמים, במיוחד בזמן התרגשות, פחד או אחרי פעילות גופנית מוגברת, אנו מרגישים את פעימות הלב - אנחנו מרגישים "דפיקות לב"!
הלב הוא איבר שרירי וחשוב ביותר הממוקם במרכז בית החזה ונוטה מעט שמאלה. (לב - איבר שרירי הפועל בלי הפסקה. מתכווץ ומתרחב בקצב סדיר, ומזרים את הדם בכלי הדם שבגוף.)
זאת משאבה שדוחפת ומזרימה את הדם בצינורות הדם הלב מזרים באופן קבוע ורציף דם עשיר בחמצן לכל חלקי הגוף, ומנקז מהאיברים את הדם העני בחמצן. כאשר הלב מתכווץ, הוא דוחף את הדם שבתוכו אל עורק גדול המסתעף לעורקים קטנים יותר ויותר. הדם ממשיך לזרום מן העורקים אל הנימים הפרושים בגוף כרשתות מסועפות המקיפות את כל תאי הגוף. רק שם, בנימי הדם, חומרים כמו חמצן ופחמן דו-חמצני עוברים מן התאים אל הדם ומן הדם אל התאים. הדם ממשיך לזרום מהנימים אל הוורידים - מווריד קטן אל ורידים גדולים יותר ויותר, עד שהוא חוזר אל הלב. כך הדם זורם בגוף במסלול סגור.
הדם מוביל אל התאים: חמצן, מרכיבי מזון, מים, מלחים והורמונים.
הדם מוביל מן התאים: חומרים שנוצרו בתאים - הורמונים, פחמן דו-חמצני וחומרי פסולת שונים.
הדם עצמו מורכב מנוזל הדם (פלזמה) ומתאי הדם: תאי הדם האדומים, תאי הדם הלבנים, וטסיות הדם.
(נוזל הדם (פלזמה) - החלק הנוזלי של הדם, שבו תאי הדם נמצאים ובתוכו חומרים שונים מומסים.)
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
תרשים פעילות הלב (הסבר בעמ' 173)
*168*
(בספר איורים, היעזר במנחה)
- וריד: רקמת שריר, רקמת חיבור, תאי אנדותל
- נים
- עורק
בחתך של כלי הדם תוכלו לראות שדופנות העורקים והוורידים הן אלסטיות (גמישות) ויכולות להימתח ולחזור למצבן הקודם. גם דופנות העורקים וגם דופנות הוורידים מורכבות מ-3 שכבות: בשכבה החיצונית רקמת שריר, אחריה רקמת חיבור, והשכבה הפנימית ביותר היא דקה ועשויה תאים הנקראים תאי אנדותל. השכבות בדופנות העורקים, בעיקר רקמות החיבור והשרירים, עבות יותר מן השכבות בדופנות הוורידים, ולכן העורקים חזקים יותר וגמישים יותר מן הוורידים.
דופנות הנימים דקיקות במיוחד כי הן מורכבות רק משכבה של תאי אנדותל. מכיוון שדופנות הנימים דקות כל כך, חומרים יכולים לעבור מן הדם אל תאי הגוף ולהיפך - מתאי הגוף אל הדם. מעבר החומרים אינו יכול להתקיים דרך הדפנות העבות והמורכבות של העורקים ושל הוורידים, אלא רק דרך הדפנות הדקות של הנימים!
כאמור, הדם שיוצא מן הלב זורם בעורקים. כשהלב מתכווץ הוא דוחף את הדם ומזרים אותו בלחץ רב אל העורקים. הדם יוצא מהלב דרך העורק הגדול ביותר הנקרא אבי העורקים, ומשם זורם לכל חלקי הגוף בעורקים רבים ההולכים ומסתעפים לעורקים ולעורקיקים קטנים יותר ככל שמתרחקים מהלב.
*169*
הדם זורם מהר ומפעיל לחץ על דופנות העורקים מבפנים. העורקים מסוגלים להזרים דם המגיע מן הלב בלחץ גבוה הודות למבנה השרירי והגמיש של הדפנות שלהם.
כפי שראיתם, אנו מרגישים את הדופק בנקודות שונות בגוף - במקומות שהעורקים קרובים אל העור. וכך, בכל פעם שהלב מתכווץ, גל של דם לוחץ על העורקים ומרחיב אותם, ואנו מרגישים פעימה של דופק.
הדם זורם מעורק גדול אל עורקים קטנים יותר ויותר, עד שהוא עובר מן העורקיקים הכי קטנטנים אל רשת של נימים. בנימים הדקיקים מהירות הזרימה של הדם פוחתת מאוד, וכך גם הלחץ שהדם מפעיל על דופנות הנימים.
נימי הדם דקיקים כל כך, עד שכמעט לא ניתן לראות אותם ללא מיקרוסקופ. הם יוצרים רשת מסועפת מאוד של צינורות עדינים סביב תאי הגוף, סביב הנאדיות בריאה וסביב דופנות המעיים. הודות לרשתות הנימים, כל תאי הגוף מקבלים את צורכי הקיום הנחוצים להם.
הדם המגיע מן העורקיקים אל רשתות הנימים, נאסף מרשתות הנימים אל ורידונים ומהם אל הוורידים. אם כן, רשתות הנימים מחברות בין העורקים לבין הוורידים.
כאמור, המעבר של חומרים מן הדם אל תאי הגוף ומתאי הגוף אל הדם מתרחש רק בנימי הדם. החומרים עוברים בדרך של פעפוע, כלומר על פי כיוון מפל הריכוזים. החמצן ומרכיבי המזון מפעפעים מהדם דרך דופנות הנימים אל תוך תאי הגוף. הפחמן הדו-חמצני וחומרי הפסולת שנוצרו בתאים מפעפעים מהתאים דרך דופנות הנימים אל הדם. גם מים מפעפעים דרך דופנות הנימים, בשני הכיוונים ועל פ הצורך; ועוד חומרים נוספים, כמו תרופות שאנו מקבלים, עוברים דרך דופנות הנימים אל התאים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
מעבר חומרים בין נימי הדם לבין תאי הגוף
*170*
היכן מתרחש בגוף פעפוע נוסף של חומרים אל הדם ומן הדם?
בנימי הריאות: חמצן מפעפע אל הדם, ופחמן דו-חמצני מפעפע מן הדם אל הריאות ומשם הוא יוצא מהגוף.
בנימי המעיים: מרכיבי המזון מפעפעים מחלל המעי, דרך דופן המעי, אל זרם הדם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
אחת מרשתות נימי הדם העוטפות את כל נאדיות הריאה
כאשר הדם מגיע מנימי הדם אל הוורידים, ההשפעה של דחיפת הלב כבר אינה מורגשת. הלחץ שהדם מפעיל על הדפנות של כלי הדם קטן במידה ניכרת, וגם מהירות הזרימה פוחתת מאוד. הדם מצליח לזרום בוורידים בעיקר בגלל הלחץ שהשרירים שמסביבם מפעילים. הדבר נכון בפרט לגבי הדם הזורם בוורידי הרגליים, משם עליו לזרום בכיוון הלב ובניגוד לכוח הכבידה. כל פעילות גופנית שבה שרירי השוק מתכווצים לעיתים קרובות, לוחצת וסוחטת את הוורידים שבתוכם, ועוזרת מאוד לזרימת הדם כלפי מעלה.
נוסף על כך, יש בוורידים מסתמים (שסתומים) קטנים המאפשרים לדם לזרום רק לכיוון הלב ולא לכיוון הנגדי. כאשר המסתמים האלה מתקלקלים, בעיקר ברגליים, הדם זורם בניגוד לכיוון הרצוי - במקום לזרום כלפי מעלה, אל הלב, הוא זורם כלפי מטה. במצב כזה הדם מרחיב את הוורידים והם נראים לעין. הוורידים התפוחים נקראים דליות. במקרים קשים הדליות גורמות כאבים. פעילות גופנית קבועה מונעת התפתחות דליות ברגליים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
מסתמים בוורידי הרגליים
*171*
1. מהו מסלול הזרימה של הדם בכלי הדם? העתיקו את המשפט שלפניכם והשלימו אותו.
הדם זורם מן הלב אל --, משם אל רשת של --, משם אל --, וחוזר אל הלב.
2. איזו משתי הטענות שלפניכם נכונה? נמקו.
טענה א: חמצן וחומרים נוספים מפעפעים רק דרך דופנות הנימים. טענה ב: חמצן וחומרים נוספים מפעפעים דרך דפנותיהם של כל כלי הדם: הנימים, העורקים והוורידים.
3. קראו במבוא לספר על רמות ארגון בטבע (עמי 31). קראו גם בפרק התא על המבנה של קרום התא (עמי 66).
הסבירו: כיצד ייתכן שחומרים שונים, כגון חמצן, מרכיבי מזון, פחמן דו-חמצני ומים, מצליחים לעבור דרך הדפנות של נימי הדם, של נאדיות הריאות ושל המעי?
4. קראו בפרק הבא את הניסוי הבודק מעבר של יוד ותמיסת עמילן באמצעות דיפוזיה דרך קרום בררני (עמ' 70).
איזה חומר יכול לעבור דרך הדפנות של נימי הדם אל תוך התאים - גלוקוז או עמילן? נמקו את תשובתכם בהתבסס על הניסוי.
5. הדפנות של העורקים עבות יותר מהדפנות של הוורידים. איזו חשיבות יש לכך?
6. מהו הכוח העיקרי המניע את זרימת הדם בעורקים? מהו הכוח המניע את זרימת הדם בוורידים?
7. מהו התפקיד של המסתמים בוורידים? מדוע חשוב שיהיו מסתמים דווקא בוורידים?
8. כיצד המבנה של כל סוג של כלי דם בגופנו מותאם לתפקידו?
העתיקו את הטבלה שלפניכם ומלאו בה את הפרטים.
כלי הדם | מבנה | תפקיד | הקשר בין המבנה לתפקיד |
עורק | -- | -- | -- |
נים | -- | -- | -- |
וריד | -- | -- | -- |
*172*
הכוח המניע של מערכת ההובלה באדם הוא הלב. וויליאם הרווי, רופא אנגלי בן המאה ה-17, היה הראשון שתיאר את הלב כך: "משאבה שדוחפת את הדם אל תוך כלי הדם".
כיצד הלב פועל?
הלב בנוי מרקמת שריר (שריר הלב). רקמה זו מקנה ללב את היכולת להתכווץ ולהתרפות ולהזרים את הדם לכל הגוף. ברקמת שריר הלב יש חללים שהדם נכנס לתוכם. החללים האלה הם חדרים ועליות. כאשר השרירים בדפנות של החדרים ושל העליות מתכווצים, הנפח של החדרים ושל העליות קטן, הלחץ בתוכם עולה, והדם נדחף מהם החוצה. כך דם עובר מהעליות אל החדרים, ומהחדרים אל העורקים.
למעשה, הלב אינו "משאבה" אחת בלבד אלא שתי משאבות צמודות: החלק השמאלי הוא משאבה אחת, והחלק הימני הוא משאבה נפרדת. מחיצה שרירית מפרידה ביניהן. שתי המשאבות מתכווצות יחד ודוחפות את הדם - כל אחת לצינור אחר: המשאבה השמאלית - אל אבי העורקים ומשם אל איברי הגוף השונים, והמשאבה הימנית - אל עורק הריאה. בצד הימני של הלב זורם דם שהוא דל בחמצן (ועשיר בפחמן דו-חמצני), ואילו בצידו השמאלי זורם דם עשיר בחמצן (ודל בפחמן דו-חמצני). המחיצה בין שני חלקי הלב יוצרת הפרדה מוחלטת בין הדם העשיר בחמצן לבין הדם הדל בחמצן, ולכן הם אינם מתערבבים.
הדפנות השריריות של החדר השמאלי עבות יותר מהדפנות של החדר הימני. כך הלב מצליח לייצר לחץ גדול יותר בחדר שמאל. הלחץ הגדול מזרים את הדם אל כל מקום בגוף, ואפילו אל הראש - בניגוד לכוח הכבידה. לעומת זאת, חדר ימין מזרים את הדם רק עד הריאות. לשם כך די בשריר דק יחסית בדפנות שלו.
(בספר איור, היעזר במנחה)
*173*
בעבר, עד שנודעו התגליות של וויליאם הרווי, חשבו שהדם נע בגוף בגלים, הלוך וחזור, כמו גאות ושפל: לרגע גופנו מוצף בדם, ומיד אחר כך הדם נסוג.
הרווי מדד את כמות הדם היוצאת מן הלב בכל פעימה, וראה שבכל התכווצות הלב דוחף אל אבי העורקים כ-60 סמ"ק דם (כרבע כוס). הוא חישב ומצא שבכל דקה הלב מזרים מעל 4 ליטרים של דם, ובמשך שעה - 2500 ליטרים (כ-250 קילוגרם)!
חישובים אלה גרמו להרווי לתהות: מאין מגיעה כמות גדולה כזאת של דם בזמן ה"גאות", ולאן היא נעלמת בזמן ה"שפל"? הרי לא ייתכן שאנו מייצרים כמות כזאת של דם בכל שעה! ועוד תהה הרווי: מה קורה לדם שזרם בכלי הדם ומילא את תפקידו? לאן הוא נעלם?
הרווי הגיע למסקנה כ הפתרון לשאלות אלו הוא שהדם זורם במעגל סגור. כלומר, הדם שיוצא מהלב חוזר אל הלב, ואחר כך שוב יוצא ממנו. רק באופן כזה ניתן להסביר את כמות הדם הגדולה שהלב מזרים בשעה - אותו הדם עובר שוב ושוב דרך הלב!
הרווי הוכיח את מסקנתו בסדרה של ניסויים. הוא הראה בהם כי הדם זורם תמיד רק בכיוון אחד.
התבוננו באיור המתאר את הניסו של הרווי:
(בספר איור, היעזר במנחה)
הניסוי של וויליאם הרווי
הרווי קשר חוסם ורידים במעלה הזרוע, וחיכה עד שהוורידים התמלאו בדם, התבלטו ונראו בבירור. אחר כך לחץ באצבעותיו על הווריד כדי "לסחוט" אותו ולרוקן אותו מדם. כאשר הרפה מן הלחיצה, שוב התמלא הווריד בדם, אבל הדם הגיע רק מכיוון כף היד ולא מכיוון המרפק.
כאמור, המסקנה הייתה שהדם זורם בווריד רק בכיוון אחד: מכף היד אל המרפק ומשם לכיוון הלב, ולא להיפך.
*174*
התגלית של הרווי שמה קץ לדעה ששלטה במשך כ-1,300 שנה, ולפיה הדם זורם בכלי הדם הלוך וחזור, כמו גאות ושפל. כיום ברור שהדם זורם במסלול סגור בכלי הדם כל הזמן.
אם הדם לעולם אינו יוצא מכלי הדם, כיצד הוא ממלא את תפקידו בהובלת חומרים אל התאים ומהתאים אל מקומות אחרים?
חזרו על הניסוי של הרווי, והתרשמו גם אתם מכיוון זרימת הדם בוורידים.
אל תקשרו חוסם ורידים כמו בניסוי של הרווי!
קשירה כזאת עלולה להיות מסוכנת ולחסום את זרימת הדם גם בעורקים.
לגלות באיזה כיוון הדם זורם בוורידים.
א. הסתדרו בזוגות.
ב. התבוננו בכלי הדם הכחלחלים הנראים מבעד לעור בגב כף היד שלכם ובאמת היד. אלה הם הוורידים. אצל אנשים מסוימים הוורידים בולטים מעל פני העור וניתן ממש לגעת בהם.
ג. אחד או אחת מכם יכווצו את כף היד לאגרוף מספר פעמים, וירפו.
התבוננו כיצד הוורידים מתמלאים ומתבלטים בצד הפנימי של אמת היד.
ד. כל זוג תלמידים "יסחטו" את הווריד, ויבדקו אם הוא התמלא:
1. לחצו קלות על אמצע הווריד הבולט בעזרת שתי האצבעות המורות שבשתי הידיים. הרחיקו אותן זו מזו בהדרגה, כלפי כף היד וכלפי המרפק, ו"רוקנו" את הווריד מדם.
2. הרימו רק את האצבע הקרובה אל המרפק, ובדקו אם הווריד התמלא בדם.
3. חזרו על הפעולה של "סחיטת" הווריד: הפעם הרימו רק את האצבע הקרובה אל כף היד, ושימו לב אם הווריד התמלא בדם גם כעת.
אם התוצאה אינה ברורה לכם - חזרו על הפעולה.
*175*
תארו את הכיוון שממנו שוב התמלא הווריד הלחוץ בדם.
מסקנה
מהו כיוון זרימת הדם בוורידים?
1. האם הניסו של הרווי מוכיח שהדם בוורידים של אמת היד זורם בשני הכיוונים או רק בכיוון אחד? נמקו את טענתכם.
2. כיצד הניסו של הרווי מאשש את מסקנתו כי הדם זורם במסלול סגור?
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
*176*
הדם שיוצא מן הלב זורם באחד משני המסלולים:
מחזור הדם הגדול או מחזור הדם הקטן. שני המסלולים מתחילים בלב ומסתיימים בלב.
מחזור הדם הגדול מתחיל בצד שמאל של הלב. כאשר החדר השמאלי של הלב מתכווץ, הדם נדחף בלחץ גבוה אל העורק הגדול ביותר, הנקרא אבי העורקים. משם הוא זורם אל עורקים קטנים יותר, המסתעפים מאבי העורקים ומגיעים אל כל איברי הגוף. ככל שהדם מתרחק מאבי העורקים, כך קוטר העורקים קטן, עד שהעורקים הקטנים ביותר נקראים עורקיקים. הדם עובר מן העורקיקים אל תוך רשת של נימים הפרושה סביב התאים בכל איבר בגוף. בנימים מתרחש חילוף החומרים בין תאי הגוף לבין הדם. מן הנימים הדם מתנקז אל ורידונים, ומהם אל ורידים גדולים יותר ויותר, עד שכל הדם החוזר מן הגוף מתנקז אל שני הוורידים הנסבים שמחזירים את הדם אל צד ימין של הלב.
אם כך, מחזור הדם הגדול מתחיל בצד שמאל של הלב, עובר בכל מקום בגוף, ומסתיים בצד ימין של הלב.
מחזור הדם הקטן הוא המשך של מחזור הדם הגדול. כאשר הלב מתכווץ, הדם שהגיע לצד ימין של הלב יוצא אל עורק הריאה. מעורק הריאה הדם זורם אל הסתעפויות הולכות וקטנות של העורקים ושל העורקיקים הנמצאים בריאות. מן העורקיקים הדם זורם אל רשת של נימים הפרושה על פני נאדיות הריאה, שם מתרחש חילוף הגזים בין הדם לבין נאדות הריאה. משם הדם חוזר דרך ורידי הריאה אל הצד השמאלי של הלב, ושם מחזור הדם הגדול מתחיל שוב.
אם כך, מחזור הדם הקטן מתחיל בצד ימין של הלב, עובר בריאות (מסביב לנאדיות), וחוזר אל צד שמאל של הלב.
(בספר איור, היעזר במנחה)
חמצן עובר מנאדיות הריאה לדם.
פחמן דו-חמצני עובר מהדם לנאדיות הריאה.
חמצן עובר מהדם לתאי הגוף.
פחמן דו-חמצני עובר מתאי הגוף לדם.
*177*
מה תפקידם של שני מחזורי הדם?
חמצן יוצא מן הדם שברשתות הנימים ועובר אל התאים שמסביב, ובאותו הזמן פחמן דו-חמצני עובר מן התאים אל הדם. כך הדם החוזר אל הלב (במחזור הגדול) נעשה עני בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני לפני שהדם הזה יוצא לסיבוב נוסף אל תאי הגוף, הוא ממשיך לזרום אל הריאות (במחזור הקטן). שם הוא מתעשר בחמצן, נפטר מפחמן דו-חמצני וחוזר אל צד שמאל של הלב. משם הוא יוצא שוב דרך אבי העורקים וזורם במחזור הדם הגדול.
היכנסו אל היחידה המקוונת מערכת ההובלה - מחזור הדם (דגם תלת-ממדי) שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
יחידה זו כוללת דגם תלת-ממדי של מערכת ההובלה, וכן הדמיה של מחזור הדם הגדול ומחזור הדם הקטן.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מערכת ההובלה - מחזור הדם (דגם תלת-ממדי)
מערכת ההובלה היא מערכת מסועפת של כלי דם שבמרכזה הלב (משאבה), הדוחף את הדם ומזרים אותו בכלי הדם בשני מחזורים: המחזור הגדול והמחזור הקטן. במערכת ההובלה קיימים כמה סוגים של כלי דם: עורקים, נימים וורידים. העורקים מסתעפים...
*178*
א. הגדילו, הקטינו וסובבו את הדגם התלת-ממדי של מערכת ההובלה באדם.
חקרו את מבנה המערכת, הכוללת לב, עורקים וורידים על כל הסתעפויותיהם.
ב. לחצו בהדמיה על מחזור הדם הגדול והתבוננו בשלבי המחזור הגדול.
ג. לחצו בהדמיה על מחזור הדם הקטן והתבוננו בשלבי המחזור הקטן.
ד. לחצו על המגדלת שבהדמיה ולמדו על הרכב הדם בעורקים ובוורידים.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
המחזור הגדול והמחזור הקטן
הלב מזרים את הדם בשני מחזורים: המחזור הגדול והמחזור הקטן. בשניהם הדם זורם מהלב אל העורקים המתפצלים לנימים שדרכם מתבצעים חילופי חומרים עם תאי הגוף או עם נאדיות הריאה. הנימים מתלכדים לוורידים שדרכם הדם חוזר אל הלב.
לפניכם 10 משפטים על מחזורי הדם בגוף. זהו את המשפטים השגויים ותקנו אותם.
1. מחזור הדם הקטן הוא בין הלב לבין החלק העליון של הגוף (הצוואר והראש).
2. במחזור הדם הגדול, חמצן עובר מנימי הדם אל התאים.
3. במחזור הדם הקטן, חמצן עובר מנאדיות הריאות אל נימי הדם.
4. במחזור הדם הגדול זורם דם עשיר בחמצן ועני בפחמן דו-חמצני ובמחזור הדם הקטן זורם דם עני בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני.
5. אבי העורקים הוא חלק ממסלול מחזור הדם הגדול.
6. הדם הזורם בעורק הריאה עשיר בחמצן.
7. ורידי הריאה מחזירים את הדם לצד שמאל של הלב.
8. מחזור הדם הקטן הוא בין הלב לבין הריאות.
9. אבי העורקים מזרים את הדם היוצא מצד ימין של הלב.
10. בצד ימין של הלב זורם דם עשיר בחמצן.
*179*
כפי שלמדתם, הכוח המניע את זרימת הדם הוא הלב - "משאבה כפולה" המורכבת משתי משאבות שמחיצה מפרידה ביניהן. החלוקה של הלב לחדרים ולעליות מאפשרת את הזרימה הרציפה של הדם בגוף, ממחזור הדם הגדול אל מחזור הדם הקטן, וחוזר חלילה.
בכל "משאבה" (כל צד של הלב) יש חדר ועליה, ובכל צד של הלב הדם זורם תמיד מן העלייה אל החדר, ומשם - אל עורק. העליות מתכווצות קצת לפני שהחדרים מתכווצים, וכל הדם שנמצא בהן עובר אל החדרים. רק אז החדרים מתכווצים, וכל הדם יוצא מהם אל העורקים. בבדיקה של לב פועם רואים את פעולת ההתכווצות של הלב, שמתחילה בעליות ועוברת אל החדרים, וכך היא דוחפת את הדם ומזרימה אותו הלאה.
הדם שהתחמצן בריאות מגיע דרך ורידי הריאות אל העלייה השמאלית, עובר ממנה אל החדר השמאלי ומשם אל אבי העורקים ואל שאר איברי הגוף. הדם החוזר מן הגוף אל הלב מגיע דרך הוורידים הנבובים אל העלייה הימנית, משם הוא עובר אל החדר הימני, וממנו - אל עורק הריאה ואל הריאות.
- מדוע כאשר הלב מתכווץ, הדם נדחף רק לכיוון אחד ולא לשני הכיוונים?
- מדוע הדם נדחף תמיד רק מן העלייה אל החדר, ולא חוזר מן החדר אל העלייה?
- מדוע הדם נדחף מן החדר אל העורק שיוצא ממנו, ולא חוזר מן העורק אל החדר?
הדבר אפשרי הודות ל-4 מסתמים (שסתומים) חד-כיווניים הנמצאים בלב. בין כל חדר לעלייה שמעליו יש מסתם חד-כיווני, המאפשר את זרימת הדם רק מן העליות אל החדרים, ולא להיפך. זוג נוסף של מסתמים נמצא בין החדרים לבין העורקים היוצאים מהחדרים. מסתמים אלה מאפשרים את זרימת הדם רק מן החדרים אל העורקים - מחדר שמאל אל אבי העורקים, ומחדר ימין אל עורק הריאה (ולא בכיוון הפוך).
(מסתמי הלב - מסתם נקרא גם שסתום. בלב יש 4 מסתמים המאפשרים זרימה חד-כיוונית של הדם בתוך הלב ומהלב החוצה.)
המסתם בין העלייה השמאלית לחדר שמאל נקרא מסתם דו-צניפי (מסתם מיטראלי).
המסתם בין העלייה הימנית לחדר ימין נקרא מסתם תלת-צניפי (מסתם טריקוספידאלי). המסתם בין חדר שמאל לאבי העורקים נקרא המסתם של אבי העורקים (מסתם אאורטאלי).
המסתם בין חדר ימין לעורק הריאה נקרא מסתם ריאתי (מסתם פולמונאלי).
(בספר איור, היעזר במנחה)
ארבעת מסתמי הלב
*180*
המסתמים מורכבים מרקמה עדינה מאוד, והם נפתחים ונסגרים עם כל פעימת לב. במצב של מנוחה הם נפתחים ונסגרים כ-70 פעמים בדקה! המסתמים עלולים להיפגע מסיבות רבות. הם עלולים להיות פגועים מלידה או להיפגע במהלך החיים.
אם מסתם אינו נפתח היטב, תיווצר היצרות במסלול זרימת הדם, והדם לא יזרום כמו שצריך. אם מסתם אינו נסגר היטב, הדם יחזור אל המקום שהוא בא ממנו.
אם מסתם פגוע מאוד, צריך להחליפו. רופאים מחליפים את המסתמים הפגועים במסתמים מלאכותיים או במסתמים ביולוגיים העשויים מרקמות של בעלי-חיים.
בדרך כלל החלפת מסתם נעשית בניתוח לב פתוח. בניתוח כזה מפסיקים את פעולת הלב ומזרימים את הדם למכונה. המכונה ממשיכה להזרים את הדם בגוף בזמן הניתוח. לאחר החלפת המסתם הפגוע הלב חוזר לפעול, מנתקים את המכונה ומחדשים את זרימת הדם דרך הלב.
התבוננו באיור הלב. על מה מצביע כל מספר?
היעזרו במחסן המילים (אפשר להשתמש באותה המילה יותר מפעם אחת).
(בספר איור, היעזר במנחה)
מחסן מילים: וריד נבוב, עלייה ימנית, מסתם עלייתי-חדרי, חדר ימין, עורק הריאה, מחיצה, אבי העורקים, וריד הריאות, מסתם חדרי-עורק, עלייה שמאלית, חדר שמאל
*181*
בצד ימין של הלב יש מנגנון מיוחד שנקרא קוצב לב. קוצב הלב מייצר דחפים חשמליים, ואלה מתפשטים בשריר הלב דרך רשת של סיבים הדומים לסיב עצבים. הרשת הזאת נקראת מערכת ההולכה החשמלית של הלב. כאשר הדחפים האלה מגיעים אל שריר הלב, הם גורמים לו להתכווץ.
קוצב הלב מייצר דחפים כאלה בקצב קבוע - כ-70 פעמים בדקה במצב מנוחה. אפשר להרגיש זאת כשמורדים את הדופק. בשעת הצורך (למשל בזמן פעילות גופנית מאומצת), מערכת העצבים משפיעה על קוצב הלב וגורמת לו להגביר את מהירותו.
הדרך המקובלת לבדיקה של קצב הלב ושל השינויים החשמליים בלב היא באמצעות מכשיר אק"ג.
תוצאות הבדיקה מתקבלות בצורת תרשים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- תרשים אק"ג
בגיל מבוגר קוצב הלב עלול "להתקלקל" ולא לייצר דחפים חשמליים בקצב הרצוי. במקרה כזה שותלים בגוף קוצב לב מלאכותי, והוא מעביר אל שריר הלב דחפים חשמליים הגורמים להתכווצותו. קוצב הלב המלאכות פועל באמצעות סוללות.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- קוצב לב מלאכותי (נראה בעיגול בצד ימין למעלה)
*182*
כאמור, הלב עשוי מרקמת שריר הבנויה מתאי שריר. כמו כל תאי הגוף, גם כל תא שריר צריך לקבל את צורכי הקיום שלו - חמצן ומרכיבי מזון, ולהיפטר מפחמן דו-חמצני ומפסולת. מכיוון שהלב פועם ללא הפסק, עליו לקבל אספקת דם ברציפות. תאי שריר הלב אינם יכולים לקבל את החומרים הנחוצים להם ישירות מן הדם הזורם בעליות ובחדרים של הלב. הסיבה לכך היא שהדם הזורם בחללי הלב רחוק יחסית מתאי שריר הלב. לכן עליהם לקבל את החומרים מנימי דם דקים המסתעפים בתוך שריר הלב ועוברים סמוך לתאים. לשם כך יש בלב מערכת כלי דם שתפקידה לספק את צורכי שריר הלב עצמו. מערכת זאת נקראת מערכת הדם הכלילית (כלילי = מקיף חלק בגוף), ויש בה עורקים כליליים, נימים ווורידים כליליים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
אבי העורקים הוא כלי הדם המזרים דם עשיר בחמצן אל כל הגוף. בכל מספר סנטימטרים מתפצל ממנו סעיף המוביל דם אל איבר מסוים - ליד ימין, לראש, לקירות בית החזה וכן הלאה. הסעיף הראשון המתפצל מאבי העורקים, קרוב מאוד אל הלב, הוא העורק הכליל הראשי.
העורק הכליל הראשי מזרים את הדם אל שריר הלב עצמו. הוא מתפצל לעורקים קטנים יותר ויותר, ומהעורקיקים הקטנים ביותר הדם זורם ברשתות של נימים סביב תאי שריר הלב. משם הדם נאסף אל מערכת של ורידונים וורידים המחזירים את הדם אל העלייה הימנית בלב.
*183*
היכנסו אל היחידה המקוונת זרימת הדם בלב שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
זרימת הדם בלב
הלב שלנו הוא שריר שפועל ללא הפסקה, הוא מתכווץ ומתרפה, מתכווץ ומתרפה, וכל תנועה כזאת היא פעימה של הלב. בכל התכווצות, הלב מזרים דם אל הגוף. הלב מחולק לשני חלקים על-ידי מחיצה. כל חלק בנוי מעלייה ומחדר. הדם עובר רק בכיוון אחד - מהעלייה אל החדר.
הפעילו את דגם הלב (מימין) וסובבו אותו לכיוונים שונים.
א. התבוננו באיורי הלב וזהו את העורקים והוורידים המחוברים אל הלב.
ב. שימו לב למסתמים בין העליות לחדרים ובין החדרים לעורקים.
ג. הפעילו את ההדמיה והתבוננו בזרימת הדם מהגוף אל הריאות ובזרימת הדם מהריאות אל הגוף.
היכנסו אל היחידה המקוונת לב פועם שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
א. הפעילו את ההדמיה של פעימות הלב, ובדקו את קצב הלב במצב מנוחה ובשני מצבי הפעילות.
ב. מהו קצב הלב בשלושת המצבים: מנוחה, פעילות מתונה ופעילות מאומצת?
ג. שימו לב לתרשים האק"ג, כשהלב פועם בכל פעם בקצב אחר. במה תרשים האק"ג שונה כאשר הלב פועם בקצב אטי לעומת קצב מהיר?
ד. זהו את המסתמים באיור של הלב: שני המסתמים שבין העליות לחדרים, והמסתמים שבין החדרים לעורקים היוצאים מהחדרים. ראו כיצד הם נפתחים ונסגרים בכל פעימה.
*184*
הלב של עופות דומה ללב שלנו, לכן תצפית בלב של תרנגול הודו תסייע לכם להבין כיצד הלב שלנו פועל.
ציוד: מגש, סכין, מלקטת (פינצטה) שני לבבות של הודו, דגם של לב, תמונה של לב.
כפפות, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- לב שלם
- לב חתוך לרוחבו
- לב חתוך לאורכו דרך החדר השמאלי
שימו לב להבדל בין עובי הדופן של החדר השמאלי לבין עובי הדופן של החדר הימני.
א. התבוננו בלבבות השלמים, ונסו לזהות את החלקים:
1. אבי העורקים, היוצא מן הלב ויוצר צורה של קשת.
2. כלי הדם הכליליים שעל פני שריר הלב עצמו.
ב. חתכו את אחד הלבבות לרוחב, בערך באמצע, וזהו את החלקים:
1. החדר השמאלי - בחתך צורתו עגולה, והוא מוקף בשריר עבה.
2. החדר הימני - בחתך צורתו כסהר, וסביבו דופן דקה.
ג. חתכו את הלב האחר לאורך:
1. על פ עובי הדופן, זהו אם חתכתם את צד שמאל של הלב או את צד ימין.
2. זהו את המסתם העדין בין העלייה לחדר.
1. האם הופתעתם ממבנה הלב? ממה הופתעתם?
2. אילו ניתחתם לב של כבשה, האם הוא היה דומה ללב של תרנגול הודו (פרט להבדל בגודלו)? הסבירו.
*185*
לבעלי-חיים מסוימים, כגון חרקים, יש לבבות רבים. לאורך הגב שלהם יש צינור דם גדול. השרירים של הדפנות של צינור הדם מעובים במקומות מסוימים. כל התעבות כזאת נקראת לב, כי כאשר השרירים האלה מתכווצים, הם דוחפים את הדם קדימה.
לדגים יש לב בעל שני חללים בלבד. הלב הזה דוחף את הדם לכיוון הזימים, שם הדם קולט חמצן ומשם הוא מועבר לכל חלקי גופו של הדג. החיסרון בלב כזה: הכוח שבו נדחף הדם נחלש כשהדם עובר דרך הזימים, ולכן הדם זורם בגוף בלחץ נמוך.
לדו-חיים ולזוחלים יש לב שאינו מחולק ל-4 חללים. לכן דם עשיר בחמצן ועני בפחמן דו-חמצני המגיע מן הריאות, מתערבב (לפעמים בחלקו) עם דם עני בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני המגיע מכל הגוף. כתוצאה מכך הדם המגיע אל התאים נושא פחות חמצן.
רק ליונקים ולעופות יש לב המחולק בצורה שלמה לשתי יחידות נפרדות: לעלייה ולחדר משמאל, ולעלייה ולחדר מימין. לב בעל 4 חללים מופרדים היטב, כמו אצל היונקים ואצל העופות, הוא לב יעיל יותר, המבטיח שהדם המוזרם אל הגוף הוא דם מחומצן היטב וזורם בלחץ גבוה.
(בספר איורים, היעזר במנחה)
- בלב של צפרדע ושל שאר הדו-חיים יש 3 חללים: שתי עליות וחדר אחד
- בלב של דג יש 2 חללים בלבד - עלייה וחדר.
בלב של הזוחלים יש 4 חללים, אך המחיצה בין צד שמאל לימין אינה שלמה.
לב שאין בו הפרדה בין דם מחומצן לבין דם שאינו מחומצן, הוא לב יעיל פחות. הסבירו את הטענה הזאת.
*186*
מחלות לב ומחלות במערכת הדם נפוצות ביותר בעולם המערבי, והן הגורם העיקרי לתמותה בו. באופן כללי מבחינים בין שלושה סוג מחלות: מחלות לב כליליות הנגרמות בשל סתימות בכלי הדם, הפרעות בקצב פעילות הלב, ומחלות לב מלידה כמו מום בלב.
כיום נעשים מאמצים רבים למניעת מחלות אלו. אומנם אין בידינו לשנות את התכונות שירשנו מהורינו, אבל התנהגות נכונה מגיל צעיר עשויה לקדם את הבריאות של כולנו, ולמנוע מחלות לב וכלי דם בגיל מבוגר.
טרשת העורקים היא מחלה שבה מתפתחים משקעים על הדפנות הפנימיות של העורקים, סותמים לאט-לאט את חלל העורק וחוסמים את זרימת הדם בתוכו. במקרים רבים מחלה זאת מתחילה כבר בגיל צעיר, אך בדרך כלל היא מתגלה רק בגיל 50-60, כאשר חסימת העורקים היא כבר משמעותית. במקרים חמורים נוצרים קרישי דם, והעורק נסתם לגמרי.
חסימה של עורקים עלולה להתרחש בכל הגוף, ובהתאם למיקום העורק החסום היא עלולה לפגוע באיברים שונים כמו הלב או המוח.
(בספר שלושה איורים, היעזר במנחה)
- עורק נקי מחסימה
- עורק חסום במידה חלקית
- עורק חסום לגמרי, עם קריש דם
יתר לחץ דם, סוכרת, ועודף כולסטרול בדם, הם שלושה גורמי סיכון להתפתחות של טרשת העורקים. כאשר גורמים אלה קיימים, אפשר לשמור על ערכים תקינים בגוף באמצעות תרופות מתאימות.
*187*
מה קורה אם העורקים הכליליים, שתפקידם לספק את צורכי שריר הלב עצמו, נגועים בטרשת עורקים?
במקרה כזה מתפתחת מחלת לב, הידועה בשם תעוקת הלב (אנגינה פקטוריס). כאשר העורקים הכליליים הולכים ונסתמים, זרימת הדם אל שריר הלב יכולה להספיק בתנאי מנוחה, אך במאמץ גופני כלשהו (כמו עלייה במדרגות או ריצה) מרגישים כאבים בחזה, שמכריחים אותנו לעצור ולנוח עד שהכאבים חולפים. מחלה זאת מחריפה עם השנים, בהתאם להחמרה בטרשת העורקים ועל פ גורמי הסיכון שיש לכל אדם.
החסימה של העורק הכליל עלולה להחמיר עד כדי חסימה מלאה. המשמעות של חסימה מלאה היא התקף לב - דם אינו מגיע אל האזור בשריר הלב שהעורק הסתום נמצא בו. תאי השריר מתים, ואזור זה מפסיק להתכווץ ולתרום להזרמת הדם לגוף.
אם האזור הפגוע בלב הוא קטן, מחלימים מן ההתקף. אבל אם הפגיעה היא באזור גדול, התקף הלב עלול לגרום לדום לב.
אם התרחש דום לב, חייבים לגרום ללב לחזור לפעילות מידית! עושים זאת באמצעות מכשיר החייאה (דפיברילטור), שמחזיר את הלב לפעולה באמצעות מכת חשמל. כיום יש מכשירי החייאה ניידים שאפשר להפעילם ללא צוות רפואי (לאחר הכשרה קצרה).
(בספר איור, היעזר במנחה)
*188*
אפשר לתת תרופות המרחיבות את כלי הדם, ואפשר גם לבצע צנתור (הכנסת צינור לתוך עורק, עד הלב). באמצעות צנתור אפשר לאתר את העורק הכליל החסום, לברר עד כמה החסימה חמורה ואפילו לפתוח חסימה כזאת: מחדירים אל האזור החסום בלון צנתור ומנפחים אותו. הבלון מועך את המשקע שבכלי הדם וכך משחרר את החסימה. במקרים רבים מחדירים אל העורק תומכן (סטנס) - מעין רשת קפיצית התומכת בכלי הדם מבפנים ושומרת שהוא יישאר פתוח לזרימת דם. כיום יש מגוון סוגים של תומכנים, העשויים מחומרים שונים המצופים בחומר תרופתי שמסרתו למנוע את הישנות החסימה.
כאשר העורקים הכליליים צרים מאוד או חסומים, אפשר לבצע ניתוח מעקפים. בניתוח כזה מחברים כלי דם (הנלקחים ממקום אחר בגוף המנותח) אל העורקים הכליליים החסומים. כך עוקפים את אזור החסימה ומחדשים את אספקת הדם התקינה לשריר הלב.
במהלך ניתוח מעקפים מחברים את המנותח למשאבה חיצונית המזרימה את הדם בגוף, מחמצנת את הדם ומנקה אותו מרעלים (מכונת לב-ריאות). החיבור למשאבה כזו מאפשר לעצור את פעולת הלב, ולחבר לעורקים הכליליים את כלי הדם המתאימים. בתום הניתוח מנתקים את המנותח ממכונת הלב-ריאות ומחדשים את פעולת הלב שלו.
מדי שנה מבוצעים בישראל אלפי ניתוח מעקפים, המאפשרים לחולים לחזור לאורח חיים תקין ומלא.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
- תומכן (סטנט)
- התומכן מאפשר לדם לזרום בעורק שהיה חסום
א ספיקה של הלב הוא מצב קבוע (כרוני), שבו הלב אינו מצליח להזרים דם בכמות מספקת למילוי צורכי הגוף. מצב כזה עלול להתרחש בעקבות פגיעה חמורה בתפקוד שריר הלב (כמו לאחר התקף לב חריף), אך גם בגלל סיבות אחרות כמו בעיות במסתם הלב. החולים באי ספיקה של הלב מתקשים לבצע אפילו פעילויות גופניות פשוטות, וחשים בקוצר נשימה אפילו בזמן מנוחה.
אפשר להקל על החולים באי ספיקה של הלב באמצעות תרופות או על ידי שינוי אורח החיים. אך כאשר הפגיעה היא בלתי הפיכה וכל הטיפולים אינם גורמים לשיפור, נוטים לבצע ניתוח השתלת לב. גם במהלך ניתוח השתלת לב מחברים את המנותח למכונת לב-ריאות, עוצרים את פעולת הלב הפגום, מנתקים אותו מכלי הדם ומחליפים אותו בלב תקין (הנתרם מאדם שנפטר בפתאומיות בגלל סיבה
*189*
שאינה קשורה לבעיות לב, כמו תאונת דרכים). לאחר ניתוח השתלת לב, החלמה ומנוחה, מושתל הלב חוזרים בהדרגה לשגרת חיים ועבודה, ואפילו יכולים לבצע פעילות ספורטיבית מתאימה.
מום בלב הוא תוצאה של מבנה לב לא תקין. מבנה לא תקין יכול להיות פגם במחיצה בין הצד הימני והשמאלי של הלב, בעיות במסתמי הלב, ובעיות בעורקים ובוורידים היוצאים מן הלב. סוג נוסף של מומים הוא מום בהולכה החשמלית הבא ליד ביטוי בקצב הלב. ברוב המקרים מומי הלב הם קלים, אך יש מקרים שבהם המומים מסכנים את אספקת הדם לגוף ויש צורך לתקן את המום.
הפרעות בקצב הלב נובעות מתפקוד לא תקין של קוצב הלב. במקרה של הפרעות חמורות בקצב הלב, ניתן להשתיל בגוף החולה קוצב לב מלאכותי, המשגר דחפים חשמליים אל שריר הלב בקצב דומה לפעולת קוצב הלב הטבעי.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
הפעלת מכונת לב-ריאות
*190*
מחלות לב וכל דם הן מתלות שכיחות בעולם המערבי: בארצות הברית, במערב אירופה וגם בישראל. המחלות הללו גורמות להתקפי לב ולאירועים מוחיים, שהם מגורמי המוות העיקריים באזורים אלו.
אחד המחקרים הארוכים והמשמעותיים שתרמו מאוד לגילוי גורמי הסיכון למחלת טרשת העורקים נערך בארצות הברית ונקרא מחקר פרמינגהאם .(Framingham)
בשנת 1948 נפתח מחקר גדול במרכז לחקר מחלות לב בעיירה פרמינגהאם במדינת מסצ'וסטס שבארצות הברית. מטרת המחקר הייתה לזהות את הגורמים למחלות לב וכלי דם. החוקרים החליטו לעקוב לאורך זמן אחרי אנשים בריאים רבים, לגלות את אורח החיים שלהם ואת ההרגלים שלהם, ולבדוק בפרקי זמן קבועים מה קורה להם מבחינה בריאותית.
5,209 תושבי פרמינגהאם, גברים ונשים בגילים 30-62, התנדבו למחקר. כולם תיעדו את אורח החיים שלהם, נבדקו ביסודיות על ידי רופאים, ודגימות דם ושתן שלהם נבדקו מעבדה. מדי שנתיים עברו המתנדבים את אותו התהליך - ריאיון, בדיקת רופאים ובדיקות מעבדה.
בשנת 1971, 23 שנים אחרי תחילת המחקר, הצטרפו אליו 5,124 מתנדבים נוספים, כולם בני זוג או ילדים של קבוצת המתנדבים המקוריים. בשנת 1994 הורחב המחקר לעיירות נוספות, כדי שאוכלוסיית המחקר תהיה מגוונת יותר מבחינת המוצא האתני, כלומר צורפו מתנדבים כהי עור ומתנדבים ממוצא דרום-אמריקני. בשנת 2002 נכנס אל המחקר גם הדור השלישי - נכדיהם של המתנדבים הראשונים.
המעקב הארוך סייע לזהות את גורמי הסיכון העיקריים למחלות לב וכלי דם: יתר לחץ דם, רמה גבוהה של כולסטרול בדם, עישון, השמנה, סוכרת, וחוסר בפעילות גופנית. כמו כן, הצטבר ידע רב על ההשפעה של גורמים שונים על בריאות האדם: תורשה, גיל, מגדר, רמות השומנים בדם, וגורמים פסיכולוגיים שונים.
המחקר הניב פרסום של 1,200 מאמרים בכתבי עת רפואיים. המושג גורם סיכון למחלת לב וכלי דם נעשה מוכר וידוע בציבור. בעקבות המחקר פותחו במשך השנים טיפולים יעילים למלחמה בגורמי הסיכון, ונקבעו אסטרטגיות שונות, חינוכיות ואחרות, במטרה להשפיע על אורח החיים.
*191*
המחקר עדיין לא הסתיים. בימים אלה הוא מתרכז בהשפעת התורשה על התפתחות טרשת העורקים. העובדה שיש נתונים רבים על 3 דורות של בני משפחה - הורים, בנים ונכדים - שכולם מתנדבים במחקר, צפויה לסייע בהסקת מסקנות נוספות.
1. כאמור, כל המתנדבים במחקר פרמינגהאם עברו מבדק בן 3 חלקים:
ריאיון, בדיקת רופאים ובדיקות מעבדה. מבדק זה נעשה מדי שנתיים במשך עשרות שנים. מדוע היה צורך בכל אחד מחלקי המבדק?
2. מה היה הגורם המושפע ומה היו הגורמים המשפיעים במחקר זה?
3. אילו שינויים היו עשויים להתגלות בכל אחד מחלקי המבדק במהלך השנים?
4. במחקר השתתפו מתנדבים רבים. מדוע היה חשוב לבדוק אלפי אנשים? האם לא ניתן להסתפק בכמה עשרות?
5. מדוע הוחלט בשנת 1971 להרחיב את המחקר ולכלול בו תושבים של עיירות נוספות? מה הייתה החשיבות של מהלך זה?
6. מחקר פרמינגהאם גרם לשינו באורח החיים בעולם המערבי. הסבירו טענה זאת.
7. האם יש גורמים נוספים שכדאי לבדוק בהמשך הניסוי?
הסבירו מדוע כדאי לבדוק אותם.
*192*
משקעים על דופנות העורקים מתפתחים במידה מסוימת אצל כולנו, אך יש כמה גורמי סיכון המאיצים את התפתחותם. חלק מגורמי הסיכון להתפתחות מחלות לב וכלי דם הם תורשתיים, ואותם לא נוכל לשנות. אבל גורמי סיכון אחרים הם התנהגותיים, כלומר קשורים לאורח החיים שלנו, ולכן חשוב להכיר אותם ולהימנע מהם כבר מגיל צעיר.
מהם גורמי הסיכון המאיצים את התפתחות מחלות הלב? ומה ניתן לעשות כדי להקטין את הסיכון ללקות במחלות לב?
עישון - מכל גורמי הסיכון הקשורים לאורח החיים, עישון הוא המסוכן ביותר. צריך להימנע מעישון מפני שהוא גורם להתמכרות. מי שמתחיל לעשן, מתקשה להיגמל. לכן חשוב לא להתחיל לעשן!
תזונה - אכילה של שומן מן החי (בשר אדום, בשר שמן, חמאה וכדומה) מעלה את רמת השומנים בדם. חלק מן השומנים משתתפים ביצירת המשקעים בתוך כלי הדם. לכן כדאי להמעיט באכילת שומן מן החי ולהגביר את אכילת הפירות והירקות.
השמנה - כידוע, השמנה מושפעת מכמות הקלוריות הכללית שבמזון, גם זאת שמקורה בשומן וגם זאת שמקורה באבות המזון האחרים. יש להישמר מפני השמנה.
חוסר פעילות גופנית - פעילות גופנית ושמירה על כושר גופני מעכבות את ההתפתחות של טרשת העורקים. חשוב לאמץ אורח חיים פעיל כבר בגיל צעיר, ולהתמיד בו גם בגיל מבוגר.
יתר לחץ דם, סוכרת ועודף כולסטרול בדם - אלה שלושה גורמי סיכון להתפתחות של טרשת העורקים. כאשר גורמים אלה קיימים, אפשר לשמור על ערכים תקינים בגוף באמצעות תרופות מתאימות.
מצבי לחץ נפשיים - גורם סיכון נוסף הוא לחץ נפשי, בעיקר אם הוא נמשך לאורך זמן. לחץ נפשי עלול לזרז התפתחות של טרשת העורקים ולגרום למחלות לב ולאירועים מוחיים.
*193*
כפי שלמדתם, הרגלים נכונים עשויים לחסוך בעיות רבות בעתיד. לכן חשוב שכבר היום תסגלו לעצמכם הרגלים נכונים המפחיתים את גורמי הסיכון לטרשת העורקים.
א. בחרו הרגל אחד שאתם מעוניינים לשנות אצלכם - תזונה או פעילות גופנית.
ב. הכינו טבלה שבועית כדי לסמן בה כיצד נהגתם בכל יום.
היעזרו בטבלאות שלפניכם.
1. אם אתם מרגישים שאתם אוכלים יותר מדי חטיפים, תעדו כמה חטיפים אתם באמת אוכלים.
טבלה שבועית - שינויים בתזונה
יום | מספר חטיפים מלוחים | מספר חטיפים מתוקים |
א | -- | -- |
ב | -- | -- |
ג | -- | -- |
ד | -- | -- |
ה | -- | -- |
ו | -- | -- |
שבת | -- | -- |
2. אם אתם מרגישים שאתם מבלים יותר מדי זמן בטלפון, במחשב או בטלוויזיה (על חשבון פעילות גופנית), תעדו את משך הזמן הזה.
טבלה שבועית - שינויים בפעילות גופנית
יום | מספר שעות בטלוויזיה | מספר שעות במחשב |
א | -- | -- |
ב | -- | -- |
ג | -- | -- |
ד | -- | -- |
ה | -- | -- |
ו | -- | -- |
שבת | -- | -- |
*194*
א. עשו את השינוי שהחלטתם לבצע בהרגלים שלכם.
ב. המשיכו לעקוב אחר פעולותיכם במשך חודש לפחות בעזרת טבלאות שבועיות נוספות.
א. השוו את הטבלה האחרונה לטבלה הראשונה שלכם:
האם הצלחתם לשנות את ההרגל?
ב. האם לדעתכם השינוי מספק?
ג. ואולי תרצו לעשות שינוי נוסף? תארו אותו.
א. חזרו על המעקב השבועי לאחר חצי שנה.
השוו את הטבלה הנוכחית לטבלאות הקודמות (חצי שנה קודם לכן).
ב. האם חזרתם להרגלים הישנים או הצלחתם לעשות שינוי בחייכם?
ג. הראו לבני משפחה את ההישגים שלכם בשינוי הרגלים מזיקים - אולי גם הם ירצו לשנות את ההרגלים שלהם?
הכינו כרזה (פוסטר) שבה תציגו בעיות שונות בתפקוד הלב, ואת הפתרונות הרפואיים החדישים לטיפול בבעיות אלו.
א. חפשו מידע על בעיות רפואיות בתפקוד הלב. היעזרו במקורות שונים, כמו תוכנית הלב שלי הנמצאת באתר האינטרנט של משרד החינוך.
ב. הכינו תיאור קצר של כל בעיה ושל הפתרונות המוצעים לה. תוכלו לצרף תמונות שמצאתם.
ג. נסחו כותרת מתאימה לכרזה ועצבו אותה בצורה ברורה ומעניינת.
ד. הציגו את הכרזה בכיתה, במעבדת מדעים או בכל מקום מתאים אחר.
*195*
הדם, שזורם בתוך כלי הדם ובתוך הלב, נראה לעינינו כנוזל אדום אחיד, אך למעשה הוא אינו כזה. הדם מורכב מנוזל הדם (פלזמה) ומתאי הדם: תאי הדם האדומים, תאי הדם הלבנים וטסיות הדם.
כמות נוזל הדם, הפלזמה, היא כ-55% מנפח הדם. מכיוון שהפלזמה נוזלית, היא יכולה לזרום בכלי הדם ולהניע ממקום למקום בגוף את תאי הדם ואת החומרים המומסים בפלזמה. ללא זרימה לא הייתה הובלה של חומרים בתוך הגוף.
הפלזמה של הדם היא נוזל צהבהב. כ-90% מהנפח שלה הם מים, והשאר - חומרים מומסים שונים. המים הם ממס טוב. יש להם יכולת המסה של חומרים רבים, ובהם: מרכיבי מזון, מלחים, חלבונים, סוכרים, חומרי פסולת שנוצרו בתאים, ותרופות שאנו נוטלים. חומרים נוספים כמו נוגדנים והורמונים נישאים אף הם באמצעות הפלזמה. כשהדם זורם בכלי הדם הוא מגיע אל כל תא ותא בגוף. חלק מן החומרים המומסים בפלזמה, כגון מרכיבי מזון, מפעפעים אל תוך התאים. חומרים אחרים, כגון חומרי פסולת, מפעפעים מן התאים אל הפלזמה.
(נוגדנים - חומרים שנוצרים על ידי מערכת החיסון של הגוף ופועלים נגד מרכיבים זרים (תאים או חומרים) החודרים אל הגוף.
הורמון - חומר שנוצר במקום מסוים בגוף (בדרך כלל בבלוטה כלשהי), נישא בזרם הדם ומגיע אל כל תאי הגוף, אך רק תאים מסוימים מגיבים לו (תאי מטרה).)
אם נעמיד מבחנה המכילה דם במשך כחצי שעה ללא תנועה, או שנכניס אותה למכונה המפרידה בין מרכיבי התמיסה (צנטריפוגה), נראה את הדם נפרד לשניים:
תאי הדם שוקעים בתחתית המבחנה, ומעליהם - הפלזמה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- פלזמה 55%: חלבונים 7%, מים 91%, מומסים אחרים 2%
- תאי דם 45%: תאי דם לבנים, טסיות דם, תאי דם אדומים
*196*
כאמור, יש בדם שלושה סוגים של תאים: תאי דם אדומים, תאי דם לבנים וטסיות דם.
כל תאי הדם נוצרים במח העצם. מח העצם הוא חומר אדום בעל מרקם של ג'ל שנמצא בתוך העצמות, ובעיקר בעצמות ארוכות. אפשר לראות אותו בעצמות שבורות של עוף או בעצמות בקר חתוכות שקונים לבישול מרק (אחרי הבישול צבעו של מח העצם נעשה חום, והוא מאבד את מרקם הג'לי). במח העצם יש גם כמות גדולה של שומן.
החשיבות של מח העצם היא בתאים שלו, המתפתחים בו לתאי דם. אלה הם תאי הגזע של מח העצם. זה מאגר של תאים שלא סיימו את התפתחותם, והם יכולים להפוך לתאי דם. כאשר מתעורר צורך, חלק מהם יכולים להתפתח במהירות לתאי דם אדומים, לתאי דם לבנים או לתאים שמתפרקים לרסיסים. רסיסים אלה הם טסיות הדם.
לאחר שתאי הדם השונים נוצרים במח העצם, הם עוברים אל כלי הדם שבעצם ומצטרפים אל הדם הזורם בגוף.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- מח עצם
תאי הדם האדומים אחראים בעיקר על הובלת החמצן מן הריאות אל תאי הגוף ומשתתפים בהובלת פחמן דו-חמצני מתאי הגוף אל הריאות. הם עושים זאת הודות למולקולות של החומר המוגלובין שנמצא בהם. ההמוגלובין מורכב מחלבון ומאטומים של ברזל, והחמצן נקשר לאטומי הברזל. כמעט כל הנפח של תא דם אדום מלא בהמוגלובין, ולכן כל תא דם אדום מוביל כמות גדולה של חמצן.
מספרם של תאי הדם האדומים הוא עצום: בכל מילימטר מעוקב של דם יש כ-5 מיליונים תאי דם אדומים! תאים אלה מעניקים לדם את צבעו האדום. בשלב מוקדם בהתפתחות של תאי הדם האדומים, גרעין התא מתמוסס ונעלם. כך רוב נפח התא מכיל המוגלובין. אורך החיים של תאים כאלה מוגבל: הם חיים רק כ-120 יום, ואז נהרסים. תאי דם אדומים חדשים נוצרים במקומם כל הזמן.
מצב של חוסר בתאי דם אדומים נקרא אנמיה. נהוג לאבחן אנמיה על פ כמות ההמוגלובין בדם: אם כמות ההמוגלובין בכל 100 סמ"ק דם נמוכה מ-12 גרמים אצל גברים או מ-11 גרמים אצל נשים, סימן שיש אנמיה.
החולים באנמיה (כלומר חסר בדמם תאי דם אדומים) סובלים מתסמינים שונים, כגון חולשה, חיוורון, עייפות, סחרחורת, ולפעמים אפילו עילפון.
*197*
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- תא דם לבן
- תא דם אדום
- טסית דם
תאי הדם הלבנים הם חלק ממערך ההגנה של הגוף מפני מחלות. יש בהם סוגים שונים שנלחמים בחיידקים, בנגיפים ובגורמי מחלה אחרים. מלחמתם בגורמים המזיקים מתבצעת באמצעים שונים, כמו יצירת נוגדנים או בליעת המזיק ופירוקו.
מספר תאי הדם הלבנים קטן בהרבה ממספר תאי הדם, האדומים. בכל מילימטר מעוקב של דם יש 6,000-9,000 תאי דם לבנים. אך כאשר גורם מחלה חודר אל גופנו, קצב ייצור תאי הדם הלבנים במח העצם מתגבר, ומספרם בכל מילימטר מעוקב של דם יכול להגיע ל-12,000 ואף ליותר מכך. תאי דם לבנים חיים תקופה ארוכה, לפעמים אפילו עשרות שנים. הם האחראים לכך שגופם מחוסן מפני מחלות מסוימות, גם שנים רבות אחרי שחלינו במחלת ילדות או אחרי שקיבלנו זריקת חיסון.
כאמור, טסיות הדם הן שברים קטנים של תאים גדולים מסוימים שנוצרים במח העצם ומתפרקים לרסיסים. בכל מילימטר מעוקב של דם יש 200,000-400,000 טסיות דם קטנטנות.
הטסיות מתקבצות במקום שכלי דם נפגע בו, והן משתתפות ביצירת קריש דם. תפקידו של קריש הדם הוא לעצור את הדימום מכלי הדם הפגוע. כלומר, לטסיות הדם יש תפקיד בקרישת הדם.
על ההתאמה בין המבנה של תאי הדם האדומים והלבנים לבין התפקיד שלהם, תוכלו לקרוא גם בפרק התא (בעמ' 75).
1. אילו תאים נוצרים במח העצם?
2. מהם תאי הגזע במח העצם?
3. האם בתוך העצמות יש כלי דם? על פי מה אתם יודעים זאת?
4. "הודות לכך שתא הדם האדום הוא חסר גרעין, הוא יכול להוביל יותר חמצן".
הסבירו מדוע משפט זה נכון. נמקו את תשובתכם.
5. מאילו תסמינים סובלים החולים באנמיה? מה הסיבה לכל התסמינים האלה?
6. הסיבה השכיחה ביותר לאנמיה היא חוסר ברזל במזון. מדוע חוסר ברזל במזון גורם לאנמיה?
7. מה תפקידן של טסיות הדם?
*198*
בבדיקת דם מקבלים מידע על מצב הבריאות של האדם הנבדק.
כדי לבצע בדיקת דם, לוקחים דגימת דם מן הזרוע, ובודקים את ההרכב של התאים ושל חומרים שונים בדם.
לפניכם תוצאות חלקיות מבדיקת דם.
שם הבדיקה | תוצאה | תוצאה לעומת טווח הנורמה(בטור זה, היעזר במנחה) |
תאי דם לבניםWBC | 11.2 K/mul | |
תאי דם אדומיםRBC | 4.78 M/mul | |
המוגלוביןHB | 14.0 g/dl | |
טסיות דםPLT | 409 K/mul | |
גלוקוזGLUCOSE | 114 mg/dl | |
סידןCALCIUM | 10.31 mg/dl | |
אלבומיןALBUMIN | 4.3 g/dl | |
זרחןPHOSPHORUS | 3.6 mg/dl | |
כולסטרולCHOLESTEROL | 187.8 mg/dl |
1. איך יודעים אם הערכים שנבדקו הם בטווח הנורמה או חורגים ממנו?
2. האם בתוצאות הבדיקה שלפניכם יש ערכים שחורגים מן הנורמה? אילו ערכים?
3. איזו תוצאה מעידה שכנראה הנבדק/ת סובל/ת מסוכרת? הסבירו.
*199*
4. לפניכם תוצאות של בדיקות דם של גילה ושל חנה.
האם הן חולות? אם כן, במה?
ספירת הדם של גיל:
WBC (תאי דם לבנים) - 11,000 בממ"ק
RBC (תאי דם אדומים) - 4,850,000 בממ"ק
Hb (המוגלובין) - 14.5 גרם ב-100 סמ"ק
טסיות - 380,000 בממ"ק
ספירת הדם של חנה:
WBC (תאי דם לבנים) - 8,000 בממ"ק
RBC (תאי דם אדומים) - 4,250,000 בממ"ק
Hb (המוגלובין) - 9.5 גרם ב-100 סמ"ק
טסיות - 380,000 בממ"ק
(בספר תמונה)
שקיות גם עם אינפוזיה
בבני אדם יש 4 קבוצות של סוגי דם, וכל אחד ואחת מאתנו משתייכים לאחת מהן. את 4 הקבוצות האלה מסמנים באותיות לועזיות: A, B, AB, O. מלבד ההשתייכות לאחת מ-4 הקבוצות הללו, יש גורם דם נוסף המכונה גורם רזוס (Rh), שנמצא רק אצל חלק מבני האדם. מי שיש להם גורם רזוס בדם, מסמנים את הסוג שלהם: + (פלוס), ומי שחסרים אותו מסמנים את הסוג שלהם: - (מינוס), אם כך, למעשה יש 8 סוגי דם: A+, A-, B+, B-, AB+, AB-, O+, O. בעלי Rh שלילי יכולים לתרום דם לבעלי Rh שלילי וגם חיובי, אך בעלי Rh חיובי יכולים לקבל תרומת דם רק מהדומים להם.
מהי המשמעות של סוג הדם?
המשמעות היא שאסור לתת עירוי של דם מסוג B לבעלי סוג דם A. עירוי כזה יגרום לתאי הדם הלבנים שלהם לייצר נוגדנים נגד הדם הזר, ולהרוס את תאי הדם הזר. הדבר עלול לגרום למותם של מקבלי עירוי הדם הלא מתאים.
אך יש סוג דם שהוא יוצא מן הכלל. זהו דם מסוג O. הוא אינו מעורר יצירת נוגדנים בכל סוגי הדם. אם כך, מי שיש לו דם מסוג A, יכול לקבל עירוי דם רק מסוג A או מסוג O. מ שיש לו דם מסוג B, יכול לקבל עירוי דם רק מסוג B או מסוג O. לבעלי דם מסוג AB ניתן לתת גם דם מסוג A, גם דם מסוג B, גם דם מסוג AB וגם דם מסוג O, כ הם אינם מייצרים נוגדנים נגד A או נגד B. לבעלי דם O ניתן לתת רק דם מסוג O.
את האפשרויות לתרום דם מסוג אחד לסוג אחר ניתן לסכם באמצעות התרשים שלפניכם. החצים מצביעים מהתורם לכיוון המקבל.
(בספר איור, היעזר במנחה)
שימו לב: מכל סוג דם ניתן לתרום לבעלי הסוג הזהה.
*200*
- יצורים גדולים שגופם בנוי מתאים רבים, זקוקים למערכת הובלה המקשרת בין כל חלקי הגוף ומאפשרת מעבר חומרים ממקום למקום בגוף.
- מערכת ההובלה (הדם) מעבירה חומרים שונים ממקום למקום בתוך הגוף: אל תאי הגוף היא מעבירה חמצן ומרכיבי מזון, מתוך תאי הגוף היא מעבירה פחמן דו-חמצני וחומרי פסולת. מערכת ההובלה מעבירה גם חומרים נוספים כמו הורמונים ונוגדנים שנוצרים בגוף וכן תרופות שאנו נוטלים.
- מערכת ההובלה מורכבת מהלב, שהוא "המשאבה" המניעה את הדם, ומכלי הדם שבתוכם זורם הדם - העורקים, הנימים והוורידים.
- המבנה של חלקי מערכת ההובלה מותאם למילוי תפקידיה:
שריר הלב חזק ופועם בלי הפסקה, כ-70 פעם בדקה (במצב מנוחה); דופנות העורקים והוורידים עבות, ואילו לנימים יש דפנות דקות המאפשרות חילופי חומרים בין התאים לדם.
- מסתמים הנמצאים בלב ובוורידים מאפשרים זרימה של דם בכיוון אחד בלבד, בתוך מערכת דם סגורה: ממחזור הדם הגדול אל מחזור הדם הקטן וחוזר חלילה.
- הדם מורכב מנוזל הדם (פלזמה) ומשלושה סוגים של תאים: תאי הדם האדומים המוליכים את החמצן ואת הפחמן הדו-חמצני; תאי הדם הלבנים שהם חלק ממערך ההגנה של הגוף מפני מחלות; וטסיות הדם המסייעות למנוע דימום.
- אורח חיים בריא הוא מכלול התנהגויות כמו הימנעות מעישון, תזונה מאוזנת ופעילות גופנית. התנהגויות כאלה מעכבות התפתחות של מחלות כגון טרשת עורקים, ומשפרות את איכות החיים.
*201*
1. הקשר בין מערכות העיכול, הנשימה וההפרשה (השתן) לבין מערכת ההובלה (הדם), מאפשר את קיומו של כל תא ותא בגוף. הסבירו מדוע המשפט הזה נכון.
2. הדם מורכב ברובו ממים. אילו תכונות של המים מתאימות להובלת חומרים?
3. אביב נשלחה על ידי הרופאה לעבור בדיקת דם.
לפניכם התוצאות של ספירת הדם:
(ריק) | מספר התאים בממ"ק | ערכים תקינים בממ"ק |
תאי דם אדומים (RBC) | 5,000,000 | 4,000,000 עד 6,000,000 |
תא דם לבנים (WBC) | 12,000 | 6,000 עד 9,000 |
(Platelets) טסיות דם | 300,000 | 200,000 עד 400,000 |
על אילו בעיות תוצאות אלו יכולות להצביע?
א. לחץ דם גבוה
ב. חדירת חיידקים לגוף
ג. אנמיה
ד. בעיה בקרישת הדם
4. מבנה הלב מעיד על תפקודו: השריר בחדר השמאלי של הלב עבה יותר מהשריר בחדר הימני.
הסבירו את המשפט הזה.
5. דרך איזה איבר עובר הדם שזורם במחזור הדם הקטן?
א. הכליות
ב. הריאות
ג. הראש
ד. הגפיים
6. לפני ניתוח הוזרקה תרופה מרדימה לווריד בזרוע השמאלית של משה. כעבור מספר שניות הגיעה התרופה אל המוח שלו, והוא נרדם. כמה פעמים עברה התרופה בלב של משה עד שהגיעה אל המוח? הסבירו.
7. מה גורם להתקף לב?
א. חסימה בווריד, במחזור הדם הגדול.
ב. חסימה בעורק, במחזור הדם הקטן.
ג. חסימה במעבר דם מעלייה אל חדר בלב.
ד. חסימה בעורק כלילי.
*202*
8. מה תפקידם של המסתמים בוורידים?
א. לכוון את זרם הדם בכיוון אל הלב.
ב. להגביר את הזרימה בעורקים.
ג. להאט את זרם הדם.
ד. להוריד את לחץ הדם.
9. היכן נוצרים תאי הדם, ומה מאפיין את התאים שתאי הדם נוצרים מהם?
10. מאיזה חלק הלב מקבל את הפקודה להתכווץ?
א. מקוצב הלב
ב. מאבי העורקים
ג. מהמסתמים
ד. מהמוח
11. העתיקו את המשפט והשלימו אותו:
מחזור הדם הגדול עובר מהחדר -- של הלב, אל --, אל העורקים ואל העורקיקים שב--, ואל – ש-- מתרחש בהם. משם הוא עובר אל ,-- ומשם חזרה אל העלייה של -- של --.
12. איזה מהמשפטים הבאים שגוי?
א. בכל הוורידים זורם דם עני בחמצן, ובכל העורקים זורם דם עשיר בחמצן.
ב. לכל הוורידים דופן דקה ואלסטית, ולכל העורקים דופן עבה ושרירית.
ג. בכל הוורידים זורם דם אל הלב, ובכל העורקים זורם דם מהלב.
ד. המסתמים נמצאים בלב ומורידים, אך אינם נמצאים בעורקים.
13. טיפת דם זורמת מן הלב לבוהן הרגל, וממנה חזרה ללב דרך כלי הדם. מה המסלול שעושה הטיפה בכלי הדם?
(בשאלה זו היעזר במנחה)
*203*
*203*
- מאזן מים תקין מושפע מתהליכי קליטת מים בגוף ופליטת מים מן הגוף.
- טמפרטורת הגוף תלויה במאזן שבין כמויות החום שנוצרות בגוף ונקלטות מן הסביבה לבין כמות החום שמתפזרת מן הגוף אל הסביבה.
- לבעלי-חיים יש מגוון של התאמות לשמירה על מאזן מים ועל מאזן חום תקינים.
- יש התנהגויות מומלצות לשמירה על מאזן מים ועל מאזן חום תקינים בגופנו.
- פעילות נמרצת בעומס חום גבוה עלולה לגרום למכת חום ולהתייבשות.
- מאזן מים בגוף
- הלחתה
- התייבשות
- מאזן חום בגוף
- עומס חום
- מכת חום
*204*
עד כה למדתם שכל היצורים החיים על פני כדור-הארץ, ובכללם האדם, זקוקים למים כדי לחיות. המים הם תנאי לקיומם של כל היצורים החיים מכיוון שכל תהליכי החיים בגוף מתבצעים בעזרת מים. למשל: חילוף הגזים במערכת הנשימה נעשה דרך קרום לח, ותהליכי העיכול קשורים בהפרשת מיצי עיכול המכילים מים.
המים הדרושים לפעילותו התקינה של הגוף נמצאים בכל מקום בגוף: בתוך התאים וגם במרווחים שביניהם, אך כמות המים אינה שווה בכל הגוף. לדוגמה, כמות המים בשרירים גדולה מכמות המים שבעצמות, וכמות המים בדם גדולה מכמותם בשרירים.
היצורים החיים על כדור-הארץ נמצאים בכל סביבה שיש בה מים. יצורים נמצאים במקומות שיש בהם שפע מים והטמפרטורות נוחות, אך גם במקומות שבהם שוררים תנאים קיצוניים של יובש וחום או של קור עז. כיצד נשמר מאזן מים תקין בגופם של יצורים חיים? וכיצד נשמר בגופם מאזן חום תקין?
טמפרטורת הגוף של היונקים ושל העופות היא קבועה. בגופם של יצורים אלה פועלות בתיאום מערכות שונות, והן מגיבות לכל שינוי בגוף ומחזירות את המצב לקדמותו.
בעזרת מנגנונים אלה נשמרים בגופם מאזן מים תקין ומאזן חום תקין, והיצורים מצליחים לשרוד גם בתנאי סביבה קיצוניים.
האדם יוצר תנאים סביבתיים נוחים לחיים בחום ובקור באמצעות ויסות החום בסביבת המגורים, שמירת חום גוף בעזרת לבוש מתאים, פיתוח שטחים ירוקים בסביבת המגורים ועוד. כמו כן חשוב לשמור על כללי התנהגות נכונים במצבים של עומס חום גבוה או קור קיצוני, כ הם מסייעים לשמור על מאזן מים ועל מאזן חום תקינים בגוף.
בפרק 3 בספר עסקתם בחשיבות המים בגופם של יצורים חיים. פרק זה עוסק בחשיבות השמירה על מאזן המים ועל מאזן החום בגוף. נכיר מנגנונים שונים של שמירה על מאזן המים ועל מאזן החום בגוף, וכן התאמות מיוחדות שהתפתחו אצל יצורים החיים בתנאים קיצוניים של חום, של יובש או של קור. נלמד על הסכנות של התייבשות ושל מכת חום ונכיר התנהגויות הנדרשות למניעתן.
*205*
כל היצורים החיים זקוקים למים בכמות מסוימת וקבועה בגופם - כל יצור בטווח ערכים האופייני לו. חוסר מים, וגם עודף מים מעבר לערכים אלה, עלול לפגוע בתהליכי החיים בגוף, עד כדי סכנת מוות.
כדי לשמור על כמות המים הנחוצה בגוף, יש צורך שכמות המים שהגוף קולט מן הסביבה תהיה שווה לכמות המים שהוא פולט אל הסביבה. במילים אחרות: יש צורך לשמור על מאזן מים תקין בגוף.
אם כמות המים שהגוף קולט גדולה מכמות המים שהגוף פולט - מאזן המים בגוף אינו תקין. כך גם אם כמות המים שהגוף קולט קטנה מכמות המים שהגוף פולט.
התרשים שלפניכם מציג את הדרכים השונות של קליטת מים ופליטתם, המשפיעות על מאזן המים בגוף אדם.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- קליטת מים: שתייה, מזון, תהליכים בגוף (מלבד המים הנקלטים מבחוץ, מים נוצרים גם בתאי הגוף בתהליכים שונים כגון תהליך הנשימה התאית.)
- פליטת מים: נשיפה, הזעה, שתן, צואה
*206*
רוב בעלי-החיים קולטים מים דרך הפה בשתייה ובאכילה, ובמקרים מסוימים גם דרך העור. האדם שותה מים וגם קולם מים במזון שהוא אוכל. אך יצורים חד-תאיים כמו חיידק, סנדלית או אמבה, קולטים מים מהסביבה דרך השטח החיצוני של התא שלהם. חלקיקי המים מפעפעים פנימה דרך קרומי התאים שלהם. בדרך זאת הם גם פולטים מים מן הגוף.
בעלי-חיים ממחלקת הדו-חיים (כמו צפרדעים וקרפדות) אינם שותים מים אלא קולטים את המים בפעפוע דרך העור שלהם. בדרך זאת הם גם פולטים מים המתאדים ישירות מן העור שלהם אל הסביבה. לכן הדו-חיים פגיעים במיוחד במצבים של זיהום מים ובמצבי יובש בסביבה.
(בספר שתי תמונות)
- ברדלס, כמו בעלי-חיים אחרים, שותה מים
- קרפדה קולטת מים דרך שטח העור
בעלי-חיים פולטים מים מן הגוף בדרכים שונות: בשתן, בזיעה, בנשימה ובצואה. בתנאי אקלים נוחים ובזמן פעילות גופנית מתונה, אנו בני האדם פולטים בממוצע כ-2.5 ליטר מים ביממה.
בכל יום אנו פולטים כמות מסוימת של שתן וכך אנו מוציאים מן הגוף חומרי פסולת שהתרכזו בו. הכמות הקטנה ביותר (המינימלית) של שתן שאדם מבוגר פולט ביום היא כ-400 סמ"ק (2 כוסות). ביום שבו אנו אוכלים ושותים בצורה רגילה אנו פולטים 1 עד 2 ליטרים של שתן.
לפעמים השתן שלנו בהיר ולפעמים הוא כהה. לפעמים יש לו ריח חזק ולפעמים כמעט אין לו ריח. הדבר תלוי בכמות המים ששתינו או שקלטנו ממשקאות שונים או מן המזון שאכלנו. כשאנו קולטים כמות גדולה של מים, עודף המים מופרש לשתן על ידי הכליות וכתוצאה מכך השתן נמהל במים. אם לא נקלוט כמות מספקת של מים, השתן יהיה מרוכז יותר ולכן צבעו יהיה כהה וריחו חריף.
(בספר תמונה)
כלב משתין
*207*
תפקיד הזיעה הוא לקרר את הגוף. הזיעה נוצרת בבלוטות זיעה שנמצאות בעור שלנו, והיא יוצאת מן הגוף דרך פתחים מיקרוסקופיים בעור שאליהם מגיעים צינורות קטנטנים מבלוטות הזיעה. לזיעה אין ריח והיא מורכבת בעיקר ממים ומעט מלחים המומסים במים. בקפלי הגוף (כגון בתי השחי) יש חיידקים שחיים ליד פתחי הזיעה, והם האחראים לריח שנהוג לקרוא לו "ריח של זיעה".
מתי אנו מזיעים?
אנו מזיעים כמעט תמיד, אבל הזיעה מתגברת כאשר טמפרטורת הגוף שלנו מתחילה לעלות. טמפרטורת הגוף עולה כאשר חם בסביבה או בזמן פעילות גופנית (מכיוון שפעולת השרירים שלנו מייצרת חום). בפעילות גופנית מאומצת ביום חם, כמות המים שאנו יכולים לאבד בזיעה עשויה להגיע אפילו ל-12 ליטרים! אך בדרך כלל אנחנו מזיעים הרבה פחות.
(בספר איור, היעזר במנחה)
איור של קטע מעור האדם (בהגדלה)
*208*
הזיעה עצמה אינה מקררת את הגוף, אלא התאדות הזיעה היא זאת שמקררת אותו. כאשר נוזל עובר ממצב צבירה נוזל למצב צבירה גז, כמו שקורה בהתאדות, חום נלקח מן הסביבה (עור הגוף) וכתוצאה מכך אנו מתקררים.
שיעור ההתאדות של הזיעה תלוי במידת הלחות באוויר וכן בעוצמת הרוח. כשהאוויר יבש (כמו באילת) וכשיש רוח, הזיעה מתאדה מהר ומקררת את הגוף ביעילות. כשהאוויר לח (כמו במישור החוף) וכשאין רוח, הזיעה מתאדה לאט או כלל אינה מתאדה, ולכן היא גם אינה מקררת את הגוף. במקרה כזה הזיעה ניגרת על הגוף, והחום מעיק עלינו.
לא כל בעלי-החיים מזיעים כמונו. יונקים גדולים מזיעים גם כן. הגמל, למשל, יכול להזיע ולאבד מים, אך גופו מסוגל לעמוד באיבוד כמות גדולה מאוד של מים ולהתאושש לאחר מכן, כאשר הוא שותה כמות גדולה ומשלים את החסר. לעומת זאת, יונקים קטנים יותר (כמו כלבים וחתולים) אינם מזיעים, וגם עופות זוחלים אינם מזיעים. לעופות אין בלוטות זיעה, ולזוחלים יש עור אטום למים (בהשוואה לעורנו) וגם הם חסרי בלוטות זיעה, ולכן הם אינם מאבדים מים בהזעה.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
אדים שננשפו והתעבו לטיפות מים באוויר קר
אם ביום חורף קר ננשוף על זכוכית החלון או סתם באוויר, נראה טיפות מים זעירות. מאין הגיעו טיפות מים זעירות אלה?
טיפות אלה הן תוצאה של התעבות אדי המים שהיו באוויר שנשפנו.
הריאות שלנו לחות, ואדי מים שמשתחררים מהרקמות הלחות מתערבבים עם האוויר שבנאדיות ויוצאים יחד איתו בנשיפה. כאשר אדי המים האלה פוגעים בזכוכית הקרה או באוויר הקר הם מתעבים.
בנשיפה אנו מאבדים כ-1/2 ליטר מים ביממה.
בעלי-חיים רבים מקררים את גופם באמצעות אידוי של המים הנפלטים בנשיפה מהפה ומן הלשון (רוק). כשם שהתאדות הזיעה מקררת את הגוף, כך גם המים המתארים מן הריאות, מן הפה ומן הלשון, מקררים את הגוף.
התבוננו בכלב לאחר שהתרוצץ ביום קיץ. הוא מתנשף במהירות ומשרבב את הלשון החוצה. התאדות הרוק מסייעת לו לקרר את הגוף בתהליך שנקרא הלחתה. בעלי-חיים שאינם מזיעים, כגון יונקים מסוימים, זוחלים ועופות, מקררים את הגוף בהלחתה.
(בספר תמונה)
כלב מקרר את גופו בהלחתה
*209*
1. התבוננו שוב באיור המתאר מאזן מים תקין בגופנו (עמ' 205).
א. באילו דרכים האדם קולט מים מן הסביבה? מהו המקור העיקרי לקליטה של מים אצל האדם?
ב. באילו דרכים האדם פולט מים אל הסביבה? מהו התהליך העיקרי לפליטה של מים מן הגוף אצל האדם?
ג. לפי דעתכם, כיצד מאמץ גופני משפיע על מאזן המים בגוף?
2. האיור שלפניכם מתאר מאזן מים שאינו תקין.
א. מדוע מאזן המים אינו תקין במקרה זה?
ב. אילו מצבים עשויים לדעתכם לגרום להפרעה כזאת במאזן המים? כיצד מצבים אלה ישפיעו על קליטת המים אל הגוף או על פליטת המים ממנו?
(בספר איור, היעזר במנחה)
- קליטת מים: שתייה, מזון, תהליכים בגוף
- פליטת מים: נשיפה, הזעה, שתן, צואה
3. לפניכם רשימת מושגים. הכינו תרשים מושגים שיתאר את מאזן המים בגוף.
את המושג הכללי ביותר כתבו בראש התרשים. מתחתיו כתבו שני מושגים משניים, ומתחתיהם כתבו את שאר המושגים במקומות המתאימים.
מושגים: זיעה, מאזן מים, בנשימה, בשתייה, קליטת מים, בצואה, בהלחתה, במזון, פליטת מים, בשתן
4. ילד וילדה עומדים על שפת בריכה ביום קיץ. הילד הגיע זה עתה, והילדה כבר קפצה אל המים ויצאה מהם. אחד מהם מרגיש שחם לו, ואילו האחר רועד מקור. למי משניהם קר ולמי חם? הסבירו.
5. אילו מערכות בגוף האדם משתתפות בשמירה על מאזן המים בגוף?
*210*
במדבר ובאזורים צחיחים אחרים המים הם מצרך נדיר. כשבודקים את אורח החיים של היצורים החיים באזורים אלה, מגלים שהתפתחו בהם התאמות שונות המאפשרות להם לשמור על מאזן מים תקין גם בתנאים הקשים השוררים בסביבתם. חלק מההתאמות הן התנהגותיות, ואחרות - גופניות (פיזיולוגיות). ההתאמות הללו מאפשרות להם להגדיל את כמות המים שהם קולטים מן הסביבה, או להפחית את כמות המים שהם פולטים מן הגוף.
לטאות מדבריות, לדוגמה, אינן שותות. הן קולטות את המים הדרושים להן רק מן המזון שהן אוכלות: חרקים או צמחים. גם צבי יכול לחיות ללא שתייה אם הוא אוכל לפחות חצי קילו עלים וענפים ביום.
(בספר תמונה)
- הצבי מקבל מים מהמזון שהוא אוכל
ציפורים בוגרות מסוג קטה עפות אל מקורות מים רחוקים וטובלות את נוצות הגחון שלהן במים. המים נספגים בנוצות, וכך הציפורים נושאות מים אל הצאצאים שלהן שנשארו במדבר.
- קטה מספיגה את נוצותיה במים
אצל בעלי-חיים מדבריים (ואחרים) החיים בתנאים של יובש, התפתחו מנגנונים שעוזרים להם להפחית את פליטת המים מן הגוף. אחד המנגנונים האלה הוא היכולת לרכז את השתן, ולהפריש כמות גדולה של פסולת עם כמות מעטה של מים.
תכונה זאת קיימת אצל הזוחלים ואצל העופות, המפרישים שתן שהוא כמעט מוצק. גם עכברי המדבר מפרישים שתן המרוכז פ 4 משתן של אדם.
*211*
הגמל יכול לשתות בבת אחת כמויות גדולות מאוד של מים, ולהסתפק בשתייה כזאת לעיתים רחוקות. עד 17 יום הגמל יכול להחזיק מעמד ללא שתייה, אפילו אם הוא אוכל מזון יבש. אך כדאי לדעת: המים אינם נאגרים בקיבתו של הגמל וגם לא בדבשת שלו, אלא מתפזרים בכל הרקמות של גופו. הדבשת מורכבת מרקמת שומן ואינה מכילה מים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
גמל צמא יכול לשתות בבת אחת כמות גדולה של מים
הפחתת פליטת המים מן הצואה בעלי-חיים החיים באזורים צחיחים מפרישים גללים יבשים מאוד וכך חוסכים מים. מבין הגללים של בעלי-חיים מדבריים, גללי הגמל הם בין היבשים ביותר.
בעלי-חיים מדבריים רבים הם פעילי לילה. בשעות היום החמות הם מסתתרים בתוך מחילות, שהאוויר בתוכן קריר ולח יותר מן הסביבה שבחוץ. כך הם מאבדים פחות מים אל הסביבה (בהזעה או בהלחתה), כ בתנאים אלה המים מתאדים פחות. לטאות מדבריות נמצאות במחילות עד 80% מן הזמן, ויוצאות החוצה לגיחות קצרות בלבד.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
ירבוע יוצא ממחילתו הלחה רק בשעות הלילה הקרירות
1. בבעלי-חיים מדבריים התפתחו מנגנונים שונים לשמירה על מאזן המים בתנאים של מחסור במים.
העתיקו את הטבלה שלפניכם ומיינו בה את המנגנונים האלה.
מנגנונים להגברת קליטת המים | מנגנונים להפחתת פליטת המים |
-- | -- |
-- | -- |
-- | -- |
-- | -- |
2. "האדם אינו מותאם לחיי מדבר, כי גוף האדם 'בזבזן' גדול של מים".
האם לדעתכם המשפט הזה נכון? הביאו נימוקים לטענתכם.
*212*
חוסר מים בגוף עלול לגרום להתייבשות. התייבשות מתרחשת כאשר אנו מאבדים מים בכמות של כ-5% ויותר ממשקל גופנו. לדוגמה, אדם שמשקלו 70 ק"ג יהיה בסכנת התייבשות אם יאבד 3.5 ק"ג ממשקלו.
בימים חמים, ובעיקר כאשר אנו מבצעים בהם גם פעילות גופנית, פליטת המים מגופנו מוגברת: אנו פולטים כמות גדולה יותר של מים הן בהזעה והן בנשימה (שהקצב שלה מהיר יותר). אומנם במצב זה פליטת המים דרך השתן פחותה - נפח השתן קטן והוא הופך מרוכז (כהה ובעל ריח חריף) - אך אין זה מספיק. אם לא נחזיר לגוף את כמות המים שאיבד, מאזן המים בגופנו יהיה לא תקין ואנו נסתכן בהתייבשות. באמצעות התנהגות נכונה ושתייה בכמות מספקת, אפשר לשמור על מאזן מים תקין ולהימנע ממצב של התייבשות.
מכיוון שהתייבשות עלולה לסכן חיים, חשוב לזהות את סימניה כדי לטפל בה בהקדם.
- חולשה
- סומק של העור
- תחושת צמא
- בחילה
- דופק מהיר
- בהמשך ייתכנו קוצר נשימה וסחרחורת
איבוד מים בכמות של 10% ממשקל הגוף הוא מצב של התייבשות קשה, וסימניה: הפרעות בהכרה, בלבול, הפרעות ראייה ושמיעה. מצב כזה, א□ אינו מטופל בזמן, עלול להסתיים במוות.
במצב של התייבשות יש להפסיק כל מאמץ גופני ולנוח במקום מוצל, כדי להקטין ככל האפשר את איבוד הנוזלים בהזעה.
מי שסובל מהתייבשות קלה, צריך לשתות בעצמו. במצב כזה ייתכן שקל יותר לשתות משקאות ממותקים מאשר מים. צריך לשתות כמויות קטנות שוב ושוב. אם ההתייבשות חמורה יותר, יש להגיע לבית חולים ולקבל עירוי של נוזלים לווריד.
מנגנון הצמא אמור להגן עלינו מפני התייבשות, אך מתברר שמנגנון זה אינו יעיל דיו. לא תמיד אנחנו שותים מספיק, גם כשיש מים בסביבתנו. לפעמים חסרים בגופנו מים רבים אך מספיק שמעט מים ירטיבו את הפה ואת הגרון כדי שנרגיש שאיננו צמאים.
*213*
בעבר חשבו שאפשר להרגיל את גוף האדם לצרוך פחות מים. בצבא הנהיגו משמעת מים: ניסו לאמן חיילים להסתפק במימייה אחת בעת מסע רגלי. עם הזמן התברר שלא ניתן להרגיל אנשים להסתפק במעט מים, לאחר שמשמעת המים גרמה לכמה מקרי התייבשות ואפילו למוות של חיילים. מאז השתנתה המגמה, וכיום מקפידים שחיילים המשתתפים במסע ישתו כל צורכם. גם בחיי היום-יום חשוב לשתות יותר ממה שתחושת הצמא שלנו מורה לנו.
המשקה הבריא ביותר הוא מים. בכל משקה אחר יש חומרים נוספים כגון סוכר, ממתיק מלאכות או חומרי צבע. אלה חומרים שמומלץ להמעיט בצריכתם.
1. רינת וירון השתתפו בריצה ארוכה שבמהלכה הם לא שתו ולא אכלו כלל (וגם לא היו בשירותים). רינת וירון נשקלו לפני הריצה ואחריה, ונמצא שכל אחד מהם איבד 3 ק"ג ממשקל גופו. הסבירו: מה יכול לגרום לירידה במשקל הגוף?
2. בסוף הריצה שניהם שתו כחצי ליטר (חצי קילוגרם) מים, ניגבו את פיהם, ולא הרגישו צורך לשתות עוד. הסבירו: מדוע רינת וירון לא הרגישו צורך לשתות עוד?
3. המליצו לרינת וירון מה לעשות עכשיו כדי לשמור על בריאותם. נמקו את המלצותיכם.
*214*
- האם אנחנו שותים מספיק?
- האם ילדים שותים מספיק?
- האם אנשים מבוגרים מאוד שותים מספיק?
- מה אנחנו שותים?
ערכו סקר בין אנשי הקהילה שלכם כדי להכיר את הרגלי השתייה שלהם.
התחלקו לקבוצות של 3-4 תלמידים, ופעלו בשלבים על פ ההנחיות שלפניכם.
שאלו את עצמכם: מה הייתם רוצים לדעת על הרגלי השתייה של הקהילה שלכם?
לדוגמה, האם אנשים שותים מים או רק משקאות ממותקים?
האם אנשים מבוגרים מאוד שותים משקאות קלים?
העלו שאלות שונות שנובעות מן הניסיון היומיומי שלכם.
שתפו את כל הכיתה בשאלות שהעליתם.
א. הכינו שאלון בדבר הרגלי שתייה: ההעדפות, הידע והעמדות בנוגע לחשיבות השתייה. הוסיפו גם שאלות הנוגעות לפרטים כגון מין, גיל, מקום מגורים וסוג המגורים (בית, פנימייה, בית אבות, וכדומה). אתם יכולים להכין שאלון שהנסקרים יוכלו למלא אותו בעצמם, או שאתם תראיינו אותם ותמלאו את התשובות בשאלון.
ב. הכינו דף מעקב ובקשו מבני המשפחה שלכם, כולל סבא וסבתא, למלא אותו במשך שלושה ימים. בדף יירשמו כל משקה שנלגם, כמותו השעה ביממה ופרטים אחרים.
שם: סבתא ברכה
יום מעקב: 1
השעה | 06:00 | 07:00 | 11:30 | 14:30 | -- |
סוג המשקה | מים | תה ממותק | מים | מיץ תפוזים | -- |
כמות שנלגמה | כוס | כוס | כוס | -- | -- |
*215*
היעזרו בשאלוני הסקר ובדפי המעקב שהכנתם, ואספו את הנתונים מקרובי המשפחה ומאנשים אחרים.
תכננו ביחד טבלה שבה ירוכזו כל הנתונים שאספו תלמידי הקבוצה. כדאי להיעזר בכלי ממוחשב כגון תוכנת אקסל. מלאו את הטבלה.
א. צרפו את כל הטבלאות הקבוצתיות לטבלה מסכמת כיתתית.
ייתכן שתרצו להציג את התוצאות בגרף. במקרה כזה החליטו איזה סוג גרף (עוגה, עמודות וכדומה) מתאים להצגת הנתונים שאספתם.
לאחר סיכום הנתונים יהיה לכם מאגר נתונים גדול. נתחו את הנתונים וענו על השאלות שהעליתם בתחילת המחקר.
למשל: כדי לענות על השאלה האם אנשים מבוגרים שותים משקאות קלים, בדקו אילו משקאות שותים אנשים מעל גיל 70.
ב. דונו בתוצאות שעלו מניתוח נתוני הכיתה והסיקו מהן מסקנות.
הביעו את דעתכם על תהליך המחקר שביצעתם:
האם המחקר חשוב? מדוע? מה למדתם ממנו? מה ההבדל בין הרושם הכללי שיש לכל אחד מאתנו מהתבוננות בסביבתו לבין תהליך מחקר?
*216*
סגלו לעצמכם הרגלים נכונים: עברו לשתיית מים.
הכינו טבלה שבועית כמו הטבלה שלפניכם, וסמנו בה כיצד נהגתם באותו השבוע.
הוסיפו שורות בהתאם לצורך.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- מומלץ להפחית
- כדאי להעדיף
יום | מקום ונסיבות (בבית, בהפסקה, בדרך הביתה, וכדומה) | סוג המשקה | כמות (כוס, פחית, בקבוק קטן וכדומה) |
ראשון | -- | -- | --- |
ראשון | -- | -- | -- |
ראשון | -- | -- | -- |
שני | -- | -- | -- |
שלישי | -- | -- | -- |
א. התבוננו בטבלה שלכם וקבלו החלטה שתוכלו לעמוד בה.
לדוגמה: אם אתם שותים בכל יום 2 בקבוקים קטנים של קוקה קולה - החליטו שאתם מסתפקים בבקבוק אחד ליום, ואם תהיו צמאים - תשתו מים; או אם אתם נוהגים לקנות פחית שתייה בדרך לבית הספר, החליפו אותה בבקבוק מים.
ב. כתבו מה החלטתם לשפר.
ג. המשיכו לעקוב אחרי הרגלי השתייה שלכם בטבלאות שבועיות במשך חודש לפחות.
אחרי חודש השוו את הטבלה האחרונה לטבלה הראשונה - האם שיניתם את ההרגלים? כתבו ליד הטבלאות מה הצלחתם לשנות ומה נשאר כשהיה.
א. אחרי חצי שנה חזרו על המעקב השבוע, והשוו את הטבלאות.
האם חזרתם להרגלים הישנים או שעשיתם שינוי קבוע בחייכם?
ב. הראו את הפעילות לבני משפחה והציגו להם את ההישגים שלכם בשינו הרגלי השתייה - אולי גם הם ירצו לשנות את ההרגלים שלהם.
*217*
*217*
בעלי-החיים נחלקים לשתי קבוצות על פי הטמפרטורה של גופם: בעלי טמפרטורת גוף קבועה ובעלי טמפרטורת גוף משתנה. ליונקים ולעופות יש טמפרטורת גוף קבועה. אצל זוחלים, דו-חיים, דגים ושאר בעלי-החיים, טמפרטורת הגוף מושפעת מהטמפרטורה של הסביבה שהם נמצאים בה.
(בעלי טמפרטורת גוף קבועה - בעלי-חיים שהטמפרטורה של גופם נשמרת קבועה למדי, גם כאשר הטמפרטורה של הסביבה משתנה. הם נקראים גם בעלי-חיים הומיאותרמיים.
בעלי טמפרטורת גוף משתנה - בעלי-חיים שהטמפרטורה של גופם משתנה בהשפעת שינויי הטמפרטורה של הסביבה. הם נקראים גם בעלי-חיים פויקילותרמיים.)
האדם הוא יונק והטמפרטורה של גופו קבועה, כלומר היא משתנה מעט מאוד בתוך טווח צר למדי.
במצב מנוחה, הטמפרטורה של גופנו משתנה בטווח של מעלה אחת - בין 36.5 מעלות צלזיוס ל-37.5 מעלות צלזיוס - גם כאשר הטמפרטורה בסביבה משתנה הרבה יותר מכך במהלך היממה ועוד יותר במהלך השנה.
כיצד נשמרת הטמפרטורה הקבועה של הגוף?
בגזע המוח שלנו יש מנגנון שפועל באופן דומה לתרמוסטט (וסת טמפרטורה) שמותקן בדוד חשמלי לחימום מים. בדוד חשמלי אנו מכוונים את התרמוסטט לטמפרטורה מסוימת, למשל 70 מעלות צלזיוס, וכאשר המים מגיעים לטמפרטורה הזאת ואף עוברים אותה במעט, המעגל החשמלי נפתח וגוף החימום מפסיק לחמם. אך כאשר המים מתקררים שוב אל מתחת לטמפרטורה שנקבעה, המעגל החשמלי נסגר וגוף החימום שב לחמם. כך הטמפרטורה של המים נשמרת קבועה, כלומר עולה ויורדת מעט סביב 70 מעלות צלזיוס.
מרכז ויסות הטמפרטורה במוח האדם "מכוון" לטמפרטורה 37 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורה של הגוף יורדת מעט מערך זה - מופעלים מנגנונים להעלאת הטמפרטורה; וכשהיא עולה מעט מעל ערך זה - מופעלים מנגנונים להורדת הטמפרטורה.
(בספר תמונות היעזר במנחה)
- זוחלים הם בעלי טמפרטורת גוף משתנה
- עופות הם בעלי טמפרטורת גוף קבועה
- יונקים הם עלי טמפרטורת גוף קבועה
*218*
בעלי-חיים שהטמפרטורה של גופם משתנה (פויקילותרמיים) נקראו בעבר "בעלי דם קר". כיום אין משתמשים במונח הזה מכיוון שדמם לא תמיד קר. כאשר הטמפרטורה בסביבה שלהם גבוהה - גם הטמפרטורה של גופם שלה, וכאשר הטמפרטורה של הסביבה נמוכה - גם הטמפרטורה של גופם יורדת (ורק אז דמם ושאר גופם באמת קרים).
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
הזיקית, כמו שאר הזוחלים, היא בעלת טמפרטורת גוף משתנה
כאשר הטמפרטורה של הסביבה משתנה, גופנו עלול להימצא בסכנה של התחממות יתר או של התקררות יתר. כדי לשמור על טמפרטורה קבועה של הגוף, יש לשמור על מאזן חום תקין. במילים אחרות: כמות החום שאנו מייצרים בגוף וקולטים מהסביבה, צריכה להיות שווה לכמות החום שהגוף פולט אל הסביבה.
אם כמות החום הנוצר בגוף יחד עם החום הנקלט בו גדולה מן החום הנפלט מן הגוף או קטנה ממנו - מאזן החום בגוף אינו תקין.
גופנו חש בטמפרטורת הסביבה בעזרת קולטני חום המצויים בעור. אך אף שטמפרטורת הסביבה עשויה להשתנות, טמפרטורת הגוף שלנו נשארת קבועה, כ-37 מעלות צלזיוס, הודות למנגנונים שונים, חלקם התנהגותיים וחלקם גופניים.
*219*
גורמים שונים משפיעים על התחממות הגוף, חלקם גופניים וחלקם סביבתיים.
- ייצור חום בתוך הגוף - בכל פעם שתאי גופנו מפיקים אנרגיה זמינה מן המזון באמצעות החמצן (בתהליך הנשימה התאית), כמות מסוימת מן האנרגיה שהייתה טמונה במזון אינה משתחררת כאנרגיה זמינה אלא משתחררת כחום. תהליך זה מתרחש בגופנו ללא הפסקה, וכתוצאה מכך חום משתחרר בגופנו כל הזמן. כמו כן, כאשר אנו מבצעים פעילות גופנית, השרירים צורכים יותר אנרגיה, הנשימה בתאי השריר מתגברת, וכתוצאה מכך יותר חום משתחרר בתוך הגוף. במצב כזה טמפרטורת הגוף מתחילה לעלות.
- קליטת הום מן הסביבה - כאשר הטמפרטורה של הסביבה גבוהה מהטמפרטורה של גופנו, אנו קולטים חום מן הסביבה. שימו לב: כאשר החזאים מודיעים מה תהיה הטמפרטורה של הסביבה, הכוונה תמיד לטמפרטורה בצל. אם נמצאים תחת קרינה ישירה של השמש, אנו קולטים חום גם כאשר הטמפרטורה של הסביבה נמוכה מ-37 מעלות צלזיוס.
קרינה ישירה - כאשר הטמפרטורה של הסביבה גבוהה מהטמפרטורה של גופנו, אנו קולטים חום מן הסביבה גם כאשר אנו נמצאים בצל. אנו קולטים חום מן הסביבה גם על ידי חשיפה ישירה לקרני השמש. הטמפרטורה של העור גבוהה יותר במקומות שהוא חשוף לקרינה ישירה, ולכן בימים חמים מומלץ ללבוש בגדים קלים ולחבוש כובע בעת שהייה בשמש. בנוסף, מומלץ להרכיב משקפי שמש שתפקידם למנוע נזקים ישירים שהשמש עלולה לגרום לעיניים.
רוח - הרוח מסייעת לפליטת החום, במיוחד בעת הסמקה. היא מרחיקה אוויר חם מקרבת הגוף וכך מאפשרת לחום נוסף להיפלט אל הסביבה. הרוח גם מסייעת לזיעה להתאדות.
לחות האוויר - כאשר לחות האוויר גבוהה, הזיעה מתאדה לאט יותר ומקררת פחות את הגוף. כאשר יש רוח במצב כזה, היא מרחיקה מקרבת העור את אדי המים שאנו פולטים אל האוויר, ובכך מסייעת לזיעה להתאדות.
עומס חום - עומס החום שמפרסמים בתחזית מזג האוויר בימי הקיץ, הוא מדד המחושב על פ נתוני הטמפרטורה של הסביבה, הלחות והרוח. מדד זה מבטא את מידת אי הנוחות הנובעת מהשילוב בין שני המדדים - טמפרטורת האוויר ולחות האוויר. כאשר הטמפרטורה ולחות האוויר אינן גבוהות במיוחד, אין עומס חום וההרגשה נעימה. אך אם אחת משתיהן או שתיהן עולות, האדם מרגיש פחות טוב ומנגנונים שמטרתם לקרר את הגוף נכנסים לפעולה. במצב של עומס חום קיימת סכנה כפולה: גם שהגוף יקלוט חום מן הסביבה, וגם שהמנגנונים המיועדים להוריד את טמפרטורת הגוף לא יפעלו ביעילות.
*220*
כאשר המוח קולט מידע על עליית הטמפרטורה של הגוף, מנגנונים גופניים-פיזיולוגיים מתחילים לפעול מיד, והם מגבירים את פליטת החום אל הסביבה ומחזירים את הטמפרטורה אל ערכה הקבוע.
- הסמקה - אנו מסמיקים ונראים אדומים גם בפנים וגם בשאר חלקי הגוף. האדמימות נובעת מכך שכלי דם הקרובים לעור מתרחבים (קוטרם עולה) ויותר דם זורם בהם. הכמות הגדולה של הדם הזורמת קרוב לפני השטח היא המעניקה לעורנו את הגוון האדום. הגברה של זרימת הדם בקרבת העור מאפשרת ליותר חום שהדם מוביל מן השרירים ומאיברים פנימיים להיפלט דרך העור אל הסביבה.
(בספר שני איורים, היעזר במנחה)
- הזעה - כפי שלמדתם בנושא חשיבות המים בגוף, ההזעה היא תהליך של איבוד מים המאפשר איבוד חום לצורך קירור הגוף. מקור האנרגיה להתאדות הזיעה מן הגוף הוא חום הנלקח מן העור וגורם לגוף כולו להתקרר.
כמות הזיעה שאנו מפרישים מושפעת ממידת הפעילות שלנו. ככל שאנו פעילים יותר, אנו מזיעים יותר. כמות הזיעה מושפעת גם מתנאי הסביבה שאנו נמצאים בה. ככל שחם יותר, אנו מזיעים יותר. אולם כאשר האוויר לח מאוד, תהליך האידוי אטי והזיעה אינה מקררת ביעילות את הגוף.
התנהגויות שמסייעות להימנע מעליית הטמפרטורה של הגוף
כדי להימנע מהתחממות יתר של הגוף, אנו יכולים לבצע פעולות רצוניות-התנהגותיות בנוסף על המנגנונים הפיזיולוגיים המתרחשים בגוף מעצמם. לדוגמה, אפשר להפחית את קליטת החום מן הסביבה באמצעות שהייה במקום קריר, לבוש קל, חבישת כובע, וכן מנוחה המקטינה את ייצור החום בגוף.
*221*
אם אנחנו לא מצליחים לפלוט את עודפי החום הנפלט בתוך גופנו או הנקלט מהסביבה, טמפרטורת הגוף עולה ויש חשש למכת חום. מכת חום היא מצב מסוכן מאוד, מפני שטמפרטורת הגוף עולה על 40 מעלות צלזיוס. מכת חום עלולה להתרחש, למשל, בפעילות גופנית מוגברת בתנאי מזג אוויר חם ולח, כאשר הזיעה אינה מתאדה מעל העור ולכן יעילות הקירור על ידי הזעה נפגעת.
בתחילתה הדופק מואץ וההזעה מתרבה. בהמשך חשים סחרחורת ובלבול, וכשהמצב מחמיר - מתחילים פרכוסים (עוויתות, התכווצויות בלתי רצוניות של השרירים) ואובדן הכרה. במצב כזה האדם נמצא בסכנת מוות, לכן יש לטפל בזריזות בכל מי שמראה סימנים של מכת חום.
כאשר הגוף נמצא במצב של מכת חום, יש לעשות את כל המאמצים להחזרת הטמפרטורה של הגוף למצב תקין. קירור הגוף יכול להיעשות באמצעות החזרת נוזלים לגוף והרטבת הגוף במים. חשוב מאוד להעביר את הסובל ממכת חום למקום קריר, ממוזג ומוצל.
1. סדרו את המשפטים בסדר הנכון:
א. בגוף ניגרת זיעה ובפנים נראית הסמקה.
ב. שרירי הגוף פועלים במאמץ.
ג. הצטברות מוגברת של חום בשרירי הגוף.
ד. הגוף מתקרר.
2. מנו שלוש דרכים שבהן ניתן לצנן את הגוף ולהוריד את הטמפרטורה שלו.
3. מדוע מאדימים אחרי ריצה ביום חם?
*222*
כאשר קר בחוץ, אנו חשים זאת באמצעות קולטני קור המצויים בעור שלנו. המידע מקולטני הקור מגיע אל המוח באמצעות סיבי העצבים. מנגנון ויסות הטמפרטורה במוח מעורר פעולות שמטרתן להעלות את הטמפרטורה של הגוף - חלק מהן גופניות, וחלקן התנהגותיות.
- הגברת ייצור החום בגוף - כאשר צריך להגביר את ייצור החום בגוף, מתחילות צמרמורת (רעידת שרירים) ונקישת שיניים. פעולות אלו נובעות מהתכווצות ומהרפיה של שרירים, ומטרתן - שחרור חום בגוף.
- הפחתת איבוד החום לסביבה - כלי הדם השטחיים בעור מתכווצים וקוטרם קטן. כתוצאה מכך פחות דם זורם בהם, והעור שלנו נראה חיוור. זהו תהליך הפוך לתהליך ההסמקה. כך קטנה בריחת חום אל הסביבה.
תגובה נוספת לקור מכונה "עור ברווז" - השערות הקטנטנות המפוזרות על פני כל הגוף סומרות (מזדקרות). מנגנון זה אינו יעיל אצל בני האדם כ השערות קטנות מאוד ואינן צפופות. אך בבעלי-חיים המכוסים בפרווה או בנוצות, סימור השיער או הנוצות גורם לכליאת אוויר בין השערות או הנוצות. פעולה זו יוצרת שכבה מבודדת השומרת שחום הגוף לא ייפלט בקלות אל הסביבה הקרה.
- שפשוף יד ביד, ריצה או קפיצה במקום - פעולות כאלה מייצרות חום בגוף.
אומנם התנהגויות אלה הן רצוניות, אך אנו עושים אותן בהיסח דעת.
רעידת שרירים יכולה לשחרר חום רב. החום הזה מועבר לדם הזורם לשרירים, והדם מפזר את החום בכל הגוף.
- הצטופפות והתכדרות - הצטופפות של אנשים או התכנסות של האדם על ידי התכופפות והתכדרות הגוף (מלשון כדור) - התנהגויות אלה מצמצמות את שטח הפנים של הגוף, כלומר מקטינות את שטח המגע עם הסביבה הקרה ואת איבוד החום. כאשר אנשים מצטופפים זה ליד זה, רק אלה שנמצאים במעגל החיצוני חשופים לסביבה הקרה.
מי שנמצא במעגלים הפנימיים חשוף פחות לסביבה וגם קולט חום מגופם של שכניו. גם ההתכדרות מקטינה את שטח המגע של הגוף עם הסביבה הקרה, וכך היא מקטינה את איבוד החום.
1. יש אנשים הסובלים מכך שבמזג אוויר קר כפות הידיים שלהם מחווירות מאוד, ובשלב מסוים אף מכחילות (מחוסר דם). מהו המנגנון האחראי לכך?
2. במה פעולת השרירים בזמן צמרמורת ונקישת שיניים שונה מפעולת השרירים בזמן ריצה או פעילות גופנית אחרת?
*223*
לרוב, הגוף שלנו מצליח לשמור על טמפרטורה קבועה פחות או יותר, גם כשחם בחוץ או כשאנו מבצעים פעילות גופנית. אולם בתנאים מסוימים אנו עשויים להימצא בסכנה של מכת חום.
היכנסו אל היחידה המקוונת מאזן חום בגוף האדם שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
מאזן חום בגוף האדם
א. הפעילו את ההדמיה ובדקו:
כיצד תנאי סביבה שונים (עומס החום) ומידת הפעילות הגופנית משפיעים על הטמפרטורה של גוף האדם, שנמצא בחוץ במשך 60 דקות?
ב. העתיקו את הטבלה וכתבו בה את טמפרטורת הגוף הגבוהה ביותר שהגוף הגיע אליה: במצבי מנוחה, בפעילות מתונה ובפעילות מאומצת. אם המספר אינו מופיע, כתבו הערכה של הטמפרטורה הסופית שתתקבל.
תנאי הסביבה/ מידת הפעילות הגופנית | מנוחה | פעילות מתונה | פעילות מאומצת |
עומס חום קל | -- | -- | -- |
עומס חום כבד | -- | -- | -- |
ג. הסבירו את התוצאות:
1. באילו מן המצבים הטמפרטורה של הגוף התאזנה? באילו מן המצבים היא לא התאזנה?
2. אילו מנגנונים בגוף גרמו לטמפרטורה של הגוף להתאזן ברוב המצבים שנבדקו?
3. על פ התוצאות שהתקבלו בהדמיה, מתי יש סכנה של מכת חום? מדוע?
*224*
אצל בעלי-חיים מסוימים התפתחו מנגנונים המאפשרים להם לחיות גם בתנאי מזג אוויר קיצוניים מאוד, כגון במדבר. גם אצלם חלק מן המנגנונים הם גופניים וחלק התנהגותיים.
התנהגות זאת משותפת לבעלי-חיים מדבריים רבים, כגון לטאות ומכרסמים שונים.
כאשר הטמפרטורה בחוץ, על פני הקרקע, תחת קרינה ישירה של השמש, יכולה להגיע ל-70 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה במחילה בעומק 5 ס"מ אינה עולה על 50 מעלות צלזיוס, ובמחילה עמוקה יותר - רק 30 מעלות צלזיוס או פחות מכך.
אומנם במשך היום הלטאות יוצאות מהמחילות, אך הן עושות זאת לפרקי זמן קצרים בלבד. לעומת זאת, מרבית העכברים המדבריים שוהים במחילות במשך כל היום, ויוצאים מהן רק בלילה.
(בספר שני איורים, היעזר במנחה)
הירבוע מסתתר במחילתו בשעות היום החמות, ויוצא ממנה רק בלילה
*225*
כאשר קרני השמש פוגשת באדמה הן מחממות אותה, והאדמה החמה מחממת את האוויר שמעליה. ככל שמתרחקים מן האדמה החמה, טמפרטורת האוויר יורדת. חיפושיות ולטאות החיות במדבר מיישרות את רגליהן ומרחיקות את גופן מהמשטח החם שהן עומדות עליו. כך הן נמצאות באוויר פחות חם, ומקטינות את קליטת החום אל גופן. גם רגליו הארוכות של הגמל מרחיקות אותו מן הקרקע החמה.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
לטאה מרחיקה את גופה מהחול החם
בשעות הבוקר הקרירות צבע גופו של החרדון כהה, ומאפשר לו לקלוט את קרינת השמש ולהתחמם. בצהריים, כאשר חם, צבע גופו של החרדון משתנה מחום כהה (כמעט שחור) לצהבהב בהיר. ככל שצבע הגוף בהיר יותר, כך הוא קולט פחות קרינה ומתחמם פחות.
(בספר שתי תמונות, ניעזר במנחה)
שינויים בצבע גופו של החרדון בשעות הבוקר (מימין) ובשעות הצהריים (משמאל)
לבעלי-חיים מדבריים מסוימים יש אוזניים גדולות ובולטות במיוחד, ובהן כלי דם רבים. כאשר טמפרטורת הדם גבוהה מטמפרטורת האוויר שבסביבה, שטח הפנים הגדול של האוזניים מאפשר לפלוט חום רב מן הגוף, וכך הגוף מתקרר.
לבעלי-חיים כאלה, כמו שועל הפנק החי בנגב, האוזניים הגדולות משמשות מעין "רדיאטור" המקרר את הגוף.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
האוזניים הגדולות של הפנק מסייעות לקירור גופו
*226*
א. אספו מידע על בעלי-חיים מדבריים שאינם מתוארים בפרק.
ב. מיינו את המנגנונים לשמירה על מאזן מים תקין ולשמירה על מאזן חום תקין של בעלי-חיים מדבריים לשתי קבוצות:
1. מנגנונים התנהגותיים - המתבטאים במה שבעל-החיים עושה.
2. מנגנונים גופניים (פיזיולוגיים) - המתבטאים במבנה גופו של בעל-החיים או בפעולת גופו.
ג. העתיקו את הטבלה והשלימו בה את הנתונים.
היעזרו בדוגמה שלפניכם.
תיאור המנגנון | התנהגותי או גופני (פיזיולוגי) | מטרת הפעולה:קליטת מים, מניעת התחממות, קירור הגוף וכדומה | שם בעל-החיים | שייך לקבוצה: יונקים, עופות, זוחלים וכדומה |
קליטת מים מהמזון | התנהגותי | קליטת מים | לטאות שונות | זוחלים |
-- | -- | -- | -- | -- |
-- | -- | -- | -- | -- |
(בספר תמונה)
סוריקטות במדבר נמיביה
*227*
כאשר גופנו נמצא במנוחה, טמפרטורת הגוף יכולה להישמר קבועה בדרך כלל. קצב פליטת החום בהזעה וישירות דרך עור הגוף מצליח לפלוט את החום העודף המצטבר בגוף, ושתיית כמות מספקת של מים מאפשרת לשמור על מאזן מים תקין בגוף.
אבל כאשר גופנו נמצא בפעילות מאומצת במצב של עומס חום גבוה, כלומר הטמפרטורה גבוהה ולחות האוויר גבוהה, קיימת סכנה הן של התייבשות (איבוד מים) והן של מכת חום (טמפרטורות גבוהות).
כפי שלמדתם, התאדות הזיעה מסייעת לקרר את הגוף, וכך גם הלחתה אצל בעלי-חיים מסוימים. אבל כשמזיעים או מלחיתים, מאבדים מים!
במצבים קיצוניים, כשטמפרטורת הסביבה גבוהה והאדם פעיל מאוד מבחינה גופנית, הוא יכול לאבד בזיעה אפילו 12 ליטרים מים!
כאשר מאבדים כמויות גדולות של מים, ולא משלימים את החסר, עלולים להגיע למצב של התייבשות. במצב של התייבשות מנגנוני ההסמקה וההזעה נפגעים.
בעת מאמץ גופני מוגבר, ובסביבה שבה הטמפרטורה גבוהה, הגוף מפריש עוד ועוד מים בהזעה או בהלחתה - במטרה למנוע מטמפרטורת הגוף לעלות. כאשר הזיעה מתאדה בקצב מהיר היא אכן מקררת את הגוף. זה קורה כשהאוויר יבש וכשיש רוח. אם הזיעה אינה מתאדה מהר בגלל הלחות הגבוהה שבאוויר, היא ניגרת על הגוף ואינה מקררת. במצב כזה גם מאבדים מים (סכנה להתייבשות) וגם לא מתקררים (סכנה למכת חום), אך תגובת הגוף מכוונת לשמירה על מאזן החום "על חשבון" מאזן המים. הגוף מזיע ומאבד עוד ועוד מים במטרה לצנן את הגוף, ועלול להגיע למצב של התייבשות.
התייבשות ומכת חום הן שני מצבים מסוכנים מאוד. במקרים רבים הן מופיעות ביחד, אך לא תמיד. במצב של התייבשות הסכנה למכת חום גוברת.
*228*
נבחן דוגמאות של התייבשות ומכת חום:
ביום קיץ חם ולח התקיים בתל-אביב משחק כדורסל. עומס החום היה כבד, והפעילות הגופנית הנמרצת של השחקנים שחררה בתוך גופם כמות גדולה של חום. הם אומנם הסמיקו, אך גופם לא פלט כמות גדולה של חום לסביבה, כי האוויר היה חם בעצמו ולא נשבה רוח. השחקנים הזיעו במידה רבה אך הזיעה לא התאדתה מהר כי האוויר היה לח (וכאמור לא נשבה רוח), ולכן הזיעה לא קיררה את גופם במידה מספקת. אם ימשיכו לשחק בתנאים אלה, הם עלולים לסבול גם מהתייבשות וגם ממכת חום.
מה עליהם לעשות?
כדי למנוע התייבשות - על השחקנים לשתות מים.
כדי להפסיק לייצר חום בכמות גדולה ולמנוע מכת חום - עליהם להפסיק מיד לשחק כדורסל, לשתות משקה קר ולנוח בצל או במקום ממוזג.
חיילים איבדו את דרכם בעת ניווט וצעדו שעות ארוכות במדבר ביום חם ויבש מאוד. אומנם כמעט לא הייתה לחות באוויר, אך הטמפרטורה הייתה גבוהה כל כך עד שעומס החום היה כבד. החיילים הזיעו מאוד ואיבדו כמויות גדולות של מים, אך הם לא חשו בכך כי הזיעה התאדתה מיד. הם הרגישו שהם יכולים להמשיך לצעוד עוד ועוד, אבל למעשה הם הלכו והתייבשו.
מה עליהם לעשות?
החיילים חייבים לשתות הרבה, להפסיק ללכת, לנוח בצל, ולחכות שיבואו לחלץ אותם.
חייל אמריקני מצא את מותו בעיראק ממכת חום ללא התייבשות. הדבר קרה כאשר טמפרטורת הסביבה הייתה קיצונית - מעל 50 מעלות צלזיוס! בשעת מותו הוא נשא שתי מימיות ובהן מים. מדוע הוא סבל ממכת חום אף ששתה? כנראה שהוא שהה במקום לא מוצל ולא הפסיק את הפעילות הגופנית. כך המשיך גופו לקלוט חום ולייצר חום, ולא הצליח לפלוט חום אל הסביבה.
מה היה עליו לעשות?
להימנע מכל פעילות גופנית, לנוח בצל או במקום ממוזג.
במקרה הזה לא חסרו לחייל מים. כנראה שהוא שתה מספיק וגם הזיע, אך מכיוון שהטמפרטורה הייתה קיצונית מאוד התפתחה מכת החום.
*229*
1. הציגו כתרשים זרימה של אירועים את המידע המתאר היווצרות של התייבשות ומכת חום.
2. הסבירו את החשיבות של כל אחת מהפעולות שמומלץ לעשות בשלושת האירועים המתוארים בעמוד הקודם.
לסיכום, הגורמים המשפיעים על הסיכון ללקות בהתייבשות ובמכת חום:
א. פעילות גופנית מאומצת - מייצרת חום רב בגוף.
ב. שתייה לא מספקת - אינה משלימה את כמות המים הנפלטים מן הגוף.
ג. עומס חום באוויר - טמפרטורת הסביבה משפיעה על קצב איבוד החום מהגוף, ואם היא גבוהה מאוד, היא אפילו עלולה לגרום לקליטת חום. הטמפרטורה ולחות הסביבה משפיעות על קצב התאדות הזיעה. הרוח משפיעה על פליטת החום לסביבה ועל התאדות הזיעה.
כידוע, האדם פותר בעיות קיומיות באמצעים טכנולוגיים. כדי לפתור בעיות הנובעות ממזג האוויר הוא יוצר מקומות של מיקרו-אקלים נוח. אפילו סככה פשוטה יכולה ליצור מיקרו-אקלים נוח - מקום מוצל וקריר יותר מן הסביבה החשופה לשמש. (מיקרו-אקלים - אזור מוגדר שתנאי מזג האוויר בו שונים גם מאלה השוררים בסביבה.) גם מיזוג האוויר יוצר תנאים שונים לחלוטין מתנאי הסביבה שבחוץ. כמו כן יש בגדים המסייעים לאוורור של הגוף ומאפשרים לזיעה להתנדף בקלות כאשר טמפרטורת הסביבה גבוהה, וכן בגדים חמים ומבודדים המונעים את בריחת חום הגוף כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה מאוד.
*230*
1. לפניכם שתי טענות. האם הן נכונות? נמקו את תשובותיכם.
טענה א: אם שותים מספיק מים, אי אפשר ללקות במכת חום.
טענה ב: ביום חם, כשיוצאים מחדר ומתכוונים לחזור אליו כעבור זמן מה, אין טעם להשאיר את המאוורר פועל.
2. בזמן פעילות גופנית נמרצת, גוברת זרימת הדם לשרירים, ללב ולעור. זרימת הדם אל שאר איברי הגוף פוחתת או נשארת כשהייתה. הסבירו את התופעה.
3. בקרוב תצאו לטיול שנתי. תחזית מזג האוויר למחר היא: תנאי שרב ישררו באזור הטיול. נסחו דף הוראות וכללים שמטרתם להבטיח שכל התלמידים יחזרו בריאים. כתבו מה להביא לטיול, כיצד להתנהג בזמן הטיול, ועל מה יש להקפיד.
4. צבע עורו של אד□ם חיוור יותר במקום קר מאשר במקום חם. כיצד אפשר להסביר זאת?
א. רעד הגוף גורם לעור להחוויר.
ב. בסביבה חמה יש יותר כלי דם בעור.
ג. בסביבה חמה זרימת הדם מהירה יותר מזרימתו בסביבה קרה.
ד. בסביבה קרה זרימת הדם אל העור מצטמצמת.
5. הביאו דוגמאות לפיתוחים טכנולוגיים שנועדו ליצור מקומות של מיקרו-אקלים השונה מן האקלים של הסביבה.
6. דני וחברו התכוננו לריצה בפארק והתווכחו ביניהם: דני אמר: "היום חם ולח, ואם אשתה מספיק מים בזמן הריצה לא אקבל מכת חום". חברו לא הסכים ואמר: "אפשר לקבל מכת חום גם ללא התייבשות". מ משניהם צודק? הסבירו.
7. כתבו הוראות התנהגות לקבוצת בני נוער המתאמנת בריצה בכל ימות השנה.
*231*
היכנסו אל הפעילות המקוונת ריצה - מאזן מים ומאזן חום שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
ריצה - מאזן מים ומאזן חום
באמצעות ההדמיה שלפניכם תחקרו כיצד משפיעים תנאי הסביבה על מאזן המים והחום בגופו של רץ שמשקלו כ-70 ק"ג והוא רץ בתנאים שונים של מזג אוויר.
תוכלו לבחור אם האדם שותה מים או לא.
הנתונים המתקבלים בהדמיה הם: כמות הזיעה המופרשת בגופו של הרץ, מאזן המים בגופו המתבטא באחוז איבוד המים, וכן טמפרטורת הגוף שלו.
ההדמיה מציגה מצבים קיצוניים העלולים לגרום למכת חום ולהתייבשות.
1. מה קורה לאנשים שרצים במשך שעה ביום לח וחם מאוד, ללא שתייה ועם שתייה? האם הם נמצאים בסכנה?
2. מה קורה לאנשים שרצים במשך שעה ביום יבש וחם מאוד, ללא שתייה ועם שתייה? האם הם נמצאים בסכנה?
3. מה קורה לאנשים שרצים במשך שעה ביום עם עומס חום קל, ללא שתייה ועם שתייה? האם הם נמצאים בסכנה?
*232*
- מאזן מים תקין בגופם של יצורים חיים הוא חיוני. התאמות שונות - גופניות והתנהגותיות - שנועדו לשמור על המים בגוף ולמנוע התייבשות, קיימות גם אצל האדם וגם אצל בעלי-חיים אחרים.
- האדם שייך לבעלי-החיים שטמפרטורת גופם קבועה. מנגנונים שונים אחראים לכך שטמפרטורת הגוף לא תעלה הרבה מעל 37 מעלות צלזיוס, ולא תרד הרבה מתחתיה. עלייה בטמפרטורה של הגוף עלולה לגרום למכת חום.
- המנגנונים הטבעיים להורדת הטמפרטורה של גוף האדם הם הזעה והסמקה. התאדות הזיעה תורמת לקירור הגוף ומסייעת לשמור על מאזן חום תקין.
- יש קשר בין מאזן המים למאזן החום בגוף: כאשר מזיעים ולא משלימים את כמות המים הנפלטת מן הגוף, מאזן המים נפגע. במקרה כזה קשה לשמור גם על מאזן חום תקין בגוף.
- חשוב לזכור את כללי ההתנהגות הנכונים כאשר יש סכנה של התייבשות או של מכת חום: יש להפסיק כל פעילות גופנית, לנוח בצל, לשתות, ולהשלים את כמות המים שהגוף איבד. התנהגות כזאת עשויה להציל חיים!
*233*
1. כל יצור חי זקוק למים בכמות מסוימת בגופו.
מה חשוב שיתקיים כדי לשמור על כמות המים הקבועה הנדרשת בגופו?
א. שכמות המים הנקלטת בגוף תשתווה לכמות המים הנפלטת ממנו.
ב. שכמות המים בסביבה החיצונית תשתווה לכמות המים שבתוך גופו.
ג. שכמות המים הנקלטת בגוף תעלה על כמות המים הנפלטת ממנו.
ד. שכמות המים הנפלטת מהגוף תעלה על כמות המים הנקלטת בו.
2. באילת האוויר יבש ובתל-אביב האוויר לח.
לפניכם שתי טענות. האם הן נכונות? הסבירו את תשובותיכם.
טענה א: באילת כמעט לא מזיעים, על אף שחם שם מאוד.
טענה ב: סכנת ההתייבשות גדולה יותר באילת מאשר בתל-אביב.
3. מהם סימני ההתייבשות אצל האדם?
א. שיעול, ליחה, עצבנות
ב. כאבי בטן, שלשול
ג. כאב ראש, סחרחורת, בלבול
ד. שכחנות, פיזור דעת
4. מי מהבאים קולט מים דרך העור?
א. לטאות
ב. דו-חיים
ג. עכברים מדבריים
ד. האדם
5. בקיץ, אחרי ששוחים בים וחוזרים אל החוף, מרגישים בגוף קרירות אף שטמפרטורת האוויר גבוהה מאוד.
מה ההסבר לכך?
6. בחורף, כאשר חשופים לרוח, תחושת הקור בגוף מתגברת.
ציינו שני הסברים אפשריים לכך.
7. מה מקור המים האובדים בהלחתה?
א. העור
ב. דרכי הנשימה, הפה והלשון
ג. דרכי השתן
ד. מערכת העיכול
*234*
8. איזו פעולה מגבירה את ייצור החום בגוף?
א. צמרמורת (רעד של שרירים)
ב. הזעה
ג. הסמקה
ד. מנוחה
9. לבעלי-חיים מדבריים יש מנגנונים שונים לשמירה על מאזן מים תקין ועל מאזן חום תקין.
לפניכם שמות של מנגנונים כאלה. מיינו אותם לשני הסוגים הבאים:
מנגנונים גופניים (פיזיולוגיים) ומנגנונים התנהגותיים.
- יכולת לרכז שתן
- הסתתרות במחילות
- רגליים ארוכות, המרחיקות את הגוף מהקרקע
- שינוי צבע הגוף בהתאם לכמות הקרינה
- פעילות בלילה בלבד
10. מהם הסימנים של מכת חום? סמנו את כל התשובות הנכונות.
א. טמפרטורת גוף גבוהה
ב. עור סמוק וחם
ג. רעב
ד. שיעול וליחה
*235*
*235*
- המיון המדעי (טקסונומיה) הוא שיטה שלפיה ממיינים יצורים חיים לקבוצות.
- ליצורים הנכללים באותה קבוצה יש תכונות אופייניות משותפות.
- כל קבוצה מכילה בתוכה תת-קבוצות קטנות יותר.
- כל היצורים החיים מתחלקים לקבוצות הבאות בסדר יורד:
על-מערכות, מערכות, מחלקות, סדרות, משפחות, סוגים ומינים.
- מין היא היחידה הבסיסית של המיון המדעי.
- טקסונומיה - מיון מדעי של יצורים חיים
- מין (species)
- חד-תאיים
- רב-תאיים
- מגוון המינים
- איקריוטים
- חיידקים
- ארכאונים
*236*
"חגיגה של חיים" מתקיימת על פני כדור-הארץ שלנו.
מגוון רחב של יצורים חיים מתקיים בכל אחת מן המערכות האקולוגיות המצויות בו - ביער ובחורש, במדבר ובים, ואפילו באזור הקוטב הקפואים. כל היצורים החיים בשטח מסוים מרכיבים את מגוון המינים באותו המקום: צמחים, בעלי-חיים, פטריות, חיידקים ויצורים זעירים אחרים.
(מגוון המינים - כל היצורים החיים בשטח מסוים: הצמחים, בעלי-החיים, הפטריות וכל שאר היצורים.)
מאובנים (שרידים של יצורים קדומים שגופם או טביעות גופם התקשו לאבן והשתמרו בסלעים מתקופות עתיקות.) שהתגלו בסלעים עתיקים מוכיחים שיצורים רבים, כגון דינוזאורים, חיו בעבר בכדור-הארץ ואינם חיים עוד בתקופתנו. בדיקה של היצורים השונים, אלה שחיים בימינו והמאובנים של היצורים הקדומים, מוכיחה שלכולם יש הרבה מאפיינים משותפים, אך יש ביניהם גם הבדלים רבים. יש יצורים שההבדלים ביניהם קטנים יותר (למשל, הפרפר זנב-הסנונית והפרפר נמפית היערה), ויש שההבדלים ביניהם גדולים מאוד (למשל, עכביש וזברה או עץ זית וג'ירפה).
מיון (חלוקה של פריטים לקבוצות לפי סימנים, תכונות או מאפיינים משותפים.) היצורים החיים לקבוצות על פי מידת הדמיון שלהם ועל פ ההבדלים ביניהם, יכול להקל על ההבנה של תהליכים ושל תופעות בעולם היצורים החיים. הוא מאפשר למשל לדעת אם שני יצורים יכולים להביא אל העולם צאצאים משותפים ומה מידת הקרבה "המשפחתית" ביניהם, או להצביע על המוצא שלהם.
מאז ומעולם האדם ממיין דברים. הצורך למיין נובע מרצוננו לעשות סדר בעולם, להתמצא בו ולהבין את החוקים השולטים בו. בחיי היום-יום כולנו ממיינים חפצים בהתאם לצורך, וכל אחד עושה זאת בדרך שונה. למשל, סביר להניח שלא תחפשו את המחברות ואת ספרי הלימוד בארון הבגדים שלכם...
המיון המדעי של היצורים החיים משקף את יחסי הקרבה ביניהם. כלומר, יצורים שיש להם מוצא משותף נכללים באותה הקבוצה, ואילו אחרים, שמוצאם שונה, נכללים בקבוצה אחרת. קבוצות אלה מוסכמות על כל המדענים, והן הבסיס המשותף לדיונים ולמחקרים בנושאים חשובים כגון אבולוציה (מוצא המינים), רפואה (זיהוי מיני חיידקים הגורמים למחלות), חקלאות (זיהוי מזיקים והטיפול בהם) או תזונה (הכרת צמחים אכילים וצמחים רעילים שאסור לאכול).
אם כך, שיטת המיון המדעי הנקראת טקסונומיה היא הדרך המקובלת על כל החוקרים למיין יצורים חיים וגם לתת להם שמות. השיוך של היצורים החיים לקבוצות מתבסס על תכונות הגוף, על המבנה הפנימי של היצור, על צורתו החיצונית, על הרכב החומר התורשתי שלו ועל תכונות רבות נוספות.
(טקסונומיה - תחום בביולוגיה העוסק בגילוי יצורים חיים, במתן שמות מדעיים ליצורים חיים, בתיאורם ובמיונם לקבוצות על פי תכונות משותפות.)
מדענים שעוסקים בגילוי יצורים חיים, במתן שמות ליצורים חיים, בתיאורם המדויק ובמיונם לקבוצות נקראים טקסונומים, ותחום עבודתם נקרא טקסונומיה. עד היום טקסונומים תיארו ונתנו שמות ל-1.7 מיליון מינים של יצורים חיים. מעריכים כי קיימים בעולם 5 עד 30 מיליון מינים של יצורים חיים! הטקסונומיה מאפשרת לנו להכיר את מגוון היצורים בעולם וכך עוזרת לאנושות במגוון תחומים, כגון רפואה, חקלאות, אקולוגיה, כלכלה ועוד.
(בספר שתי תמונות)
- נמפית היערה
- זנב-הסנונית
*237*
אחת הדרכים הפשוטות למיון היצורים החיים היא באמצעות חלוקה לשתי קבוצות לפי תכונה אחת בלבד - מספר תאי הגוף. שתי הקבוצות המתקבלות במיון כזה הן קבוצת היצורים החד-תאיים וקבוצת היצורים הרב-תאיים.
(חד-תאיים - יצורים חיים שגופם בנוי מתא אחד בלבד.)
(רב-תאיים - יצורים חיים שגופם בנוי ממספר תאים - מתאים מעטים ועד מיליוני תאים ואף יותר.)
לפניכם טבלת השוואה בין המאפיינים של יצור חד-תאי למאפיינים של יצור רב-תאי:
המאפיינים | יצור חד-תאי | יצור רב-תאי |
מספר התאים בגוף | תא אחד | תאים רבים |
תפקידי התאים | התא הבודד מבצע את כל פעולות החיים. | לכל קבוצת תאים יש תפקיד שונה. |
סביבת הקיום המתאימה | יכול לחיות רק בסביבה לחה. | יש יצורים רב-תאיים שחיים בסביבה לחה, ויש שחיים בסביבה יבשה. |
חילוף חומרים (קליטת חומרים אל הגוף וסילוק פסולת מן הגוף) | נעשה דרך קרום התא (שהוא כל שטח הפנים של הגוף). | נעשה במערכות ובאיברים פנימיים (דרך שטח הפנים של איברים אלה). |
קצב רבייה | מהיר | אטי |
דוגמאות | (בספר תמונות, היעזר במנחה) חיידק, אמבה, סנדלית | (בספר תמונות, היעזר במנחה) נמר, כריש, חרצית |
*238*
1. על פ הטבלה, מה ההבדל בין סביבת החיים של היצורים החד-תאיים לסביבת החיים של היצורים הרב-תאיים? מה יכול להיות ההסבר לכך?
2. איזה חיסרון יש במיון יצורים לחד-תאיים ולרב-תאיים בלבד? האם המדענים יכולים להסתפק במיון של היצורים רק לשתי הקבוצות האלה? הסבירו.
אכן, תכונה אחת או מאפיין אחד אינם מספיקים לצורך מיון מדעי של יצורים חיים, ולכן בשיטת המיון המדעי מסתמכים על תכונות נוספות. לדוגמה: מאילו תאים בנוי היצור החי (בעלי גרעין תא או חסרי גרעין), האם הוא מייצר מזון בתהליך פוטוסינתזה, מה מבנה גופו ואיבריו, כיצד הוא מתרבה, התפקוד של המערכות בגופו, ובשנים האחרונות מסתמכים גם על הרכב החומר התורשתי (DNA) של היצורים. שיטת המיון המדעי מאפשרת להסיק מסקנות רבות על היצורים החיים, על התאמתם לסביבות חיים משתנות ועל מידת הקרבה ביניהם.
דוגמה: במבט מהיר ושטחי, הכריש והדולפין דומים זה לזה. המראה הכללי של גופם דומה ושניהם חיים במים. אבל בכך הדמיון מסתיים. הכריש נושם באמצעות זימים, טמפרטורת הגוף שלו אינה קבועה, והעוברים שלו מתפתחים בתוך ביצים (שנשארות בדרך כלל בגוף האם עד לבקיעתן). לעומת זאת, הדולפין נושם באמצעות ריאות, טמפרטורת הגוף שלו קבועה, העוברים שלו מתפתחים ברחם שבגוף הנקבה, וכשהצאצאים נולדים האם מיניקה אותם.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
- כרישים (מחלקת דגי הסחוס) נושמים בעזרת זימים רק בתוך המים
- דולפינים (מחלקת היונקים) נושמים בעזרת ריאות רק מעל פני המים
על פי התכונות הללו, הדולפין דומה יותר לכבשה שחיה ביבשה: גם הכבשה נושמת באמצעות ריאות, טמפרטורת גופה קבועה, השברים שלה מתפתחים בתוך הרחם, וגם היא מיניקה את צאצאיה. גם ה-DNA של הדולפין דומה יותר לזה של הכבשה מאשר לזה של הכריש. ואכן, על פ המיון המדעי, הדולפין והכבשה משתייכים לאותה הקבוצה (מחלקת היונקים), ואילו הכריש משתייך לקבוצה אחרת (מחלקת הדגים).
*239*
(בספר תמונה)
קרל לינאוס (1707-1778) אבי תורת הטקסונומיה
הראשון שנקם גישה מדעית ושיטתית למיון היצורים החיים היה לינאוס, מדען שוודי בן המאה ה-18.
הוא חילק את היצורים החיים על פי הצורה שלהם ועל פ המבנה הפנימי שלהם לשתי ממלכות: צמחים ובעלי-חיים. עם הזמן התגלו החיידקים ויצורים אחרים, ונוספו ממלכות חדשות (למשל, ממלכת הפטריות).
מאז השתכללו מאוד שיטות המיון. כיום ידוע שהחומר התורשתי הוא הגורם העיקרי שקובע את התכונות ואת ההתנהגות של היצורים החיים, ולכן המיון המדעי מבוסס במידה רבה על מידת הדמיון הגנטי (הדמיון בחומר התורשתי) של היצורים. ככל שהדמיון הגנטי בין שני יצורים רב יותר, כך הקרבה ביניהם גדולה יותר.
בימינו נהוג לחלק את כל היצורים החיים לשלוש על-ממלכות גדולות:
1. ארכאונים (Archaea) - בעל-ממלכה זו נכללים יצורים חד-תאיים שהחומר התורשתי ה-DNA) והאברונים בתאיהם אינם עטופים בקרומים. התאים שלהם מוקפים בדופן, ורובם מסוגלים להתקיים בתנאי סביבה קיצוניים ביותר (כמו מעיינות מים לוהטים). רובם קטנים מאוד ואפשר לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ.
2. חיידקים (Bacteria) - בעל-ממלכה זו נכללים יצורים חד-תאיים שהחומר התורשתי ה-DNA) והאברונים בתאיהם אינם עטופים בקרומים. התאים שלהם מוקפים בדופן. חלק מהחיידקים מביאים תועלת לסביבה ולאדם, ואחרים - גורמי מחלות. רוב החיידקים קטנים מאוד ואפשר לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ.
3. איקריוטים (Eukaryota) - בעל-ממלכה זו יש מגוון גדול מאוד של יצורים, שכולם רב-תאיים ובתאי גופם יש אברונים העטופים בקרומים כמו גרעין תא, מיטוכונדריה וכדומה.
(בספר איור, היעזר במנחה)
שלוש על-ממלכות היצורים החיים
- על-ממלכת החיידקים – תאים מאובנים ראשונים
- על-ממלכת האיקריוטים
- על-ממלכת הארכאונים
*240*
על-ממלכת האיקריוטים נחלקת ל-4 קבוצות ראשיות הנקראות ממלכות:
- בעלי-חיים (Animalia) - יצורים רב-תאיים המקבלים את מזונם באמצעות אכילת יצורים אחרים.
- צמחים (Plantae) - יצורים רב-תאיים המייצרים את מזונם בעצמם (בתהליך הפוטוסינתזה).
- פטריות (Fungi) - יצורים חד-תאיים או רב-תאיים. הם חסרי כלורופיל, ולכן חייבים לקלוט מזון ממקור חיצוני כלשהו (מפונדקאי שהם נטפלים אליו, מפירוק של הפרשות או של שרידי יצורים אחרים, או מיצורים אחרים המקיימים איתם קשרי שיתוף). בניגוד לבעלי-החיים המעכלים את המזון במערכת העיכול שבתוך גופם, הפטריות מפרישות חומרי עיכול אל מחוץ לתאיהן וסופגות לתאיהן את המזון המעוכל (עיכול חיצוני).
- פרוטיסטים (Protista) - יצורים שרובם חד-תאיים, ובתאי גופם יש גרעין ואברונים נוספים המוקפים בקרומים. יש ביניהם המייצרים את מזונם בעצמם, ואחרים זקוקים למזון ממקור חיצוני.
התפתחות היצורים החיים והקשרים בין קבוצותיהם, על פי אחת מדרכי המיון המקובלות:
(בספר איור, היעזר במנחה)
*241*
1. מהי התכונה המבדילה בין הארכאונים לבין הצמחים, בעלי-החיים והפטריות?
2. מהי התכונה המבדילה את החיידקים מהפרוטיסטים החד-תאיים?
3. מה משותף לכל הצמחים, בעלי-החיים, הפטריות והפרוטיסטים?
4. מה משותף לכל היצורים השייכים לממלכת הפטריות?
5. מה משותף לארכאונים ולחיידקים?
היצורים הנכללים בכל ממלכה אומנם נבדלים זה מזה במאפיינים רבים, אך לכולם יש תכונות משותפות המבדילות אותם מן היצורים המשתייכים לממלכות האחרות. דוגמאות: כל היצורים בממלכת הצמחים מייצרים את מזונם בעצמם (בתהליך הפוטוסינתזה); כל בעלי-החיים מקבלים את מזונם מאכילת יצורים חיים אחרים.
כל ממלכה מכילה קבוצות קטנות יותר - מערכות, וכל מערכה מחולקת לקבוצות קטנות עוד יותר - מחלקות. המיון ממשיך לסדרות, למשפחות, לסוגים ולמינים.
על פ שיטה זאת, המין הוא קבוצת המיון הבסיסית. כל היצורים המשתייכים לאותו המין דומים זה לזה עד כדי כך שהם יכולים להתרבות זה עם זה ולהעמיד צאצאים פוריים. יצורים שאינם משתייכים לאותו המין אינם יכולים בדרך כלל להתרבות זה עם זה, כך נשמרות התכונות שמבדילות אותם מיצורים ממינים אחרים.
(מין (species) - יחידת המיון הבסיסית של יצורים חיים. בקבוצה זאת נכללים יצורים בעלי תכונות דומות, והם חלק מיחידת מיון גדולה יותר (סוג). פרטים (זכר ונקבה) המשתייכים לאותו המין יכולים להתרבות זה עם זה, אך אינם יכולים להתרבות עם פרטים ממין אחר.)
(בספר ארבעה קלפים, היעזר במנחה)
-סדרת החיפושיות: רפואנית, רצה, חדקונית, מושית השבע, זבלית, זחל חפושית (דרן), יקרונית
- סדרת הדבוראים: צרעה, דבורה, נמלה
- סדרת החגבאים: זחל חגב, חגב, חרגול, צרצר
- סדרת הפרפראים: פרפר
*242*
לדוגמה, הסוג לבנין (פרפר) כולל את המין לבנין הכרוב וגם את המין לבנין התלתן, כל פרפרי לבנין הכרוב דומים זה לזה ויכולים להתרבות ביניהם, אך הם אינם יכולים להתרבות עם פרפרי לבנין התלתן, המשתייכים למין אחר.
(בספר שתי תמונות)
- לבנין הכרוב
- לבנין התלתן
בשיטת המיון המדעי נקבע שם לכל מין. השם המדעי של אותו המין הוא בינלאומי. בדרך כלל שם המין כולל את שם הסוג ומילה נוספת. למשל: שם הסוג: לבנין, ושם המין (בשפה העברית): לבנין הכרוב. השם המדעי הבינלאומי שלו הוא Pieris brassicae. שם זה ניתן לפרפר על ידי הטקסונום לינאוס כבר במאה ה-18, ומאז הוא מוסכם ומקובל בכל מקום בעולם.
לפי שיטה זו, המין כלב הבית משתייך לסוג כלב (Canis), אך הוא נבדל ממינים אחרים הנכללים באותו הסוג, כמו זאב זהוב אפריקני, תן זהוב וזאב ערבות (קויוט).
הנה קביעת המיון של כלב הבית:
(בספר תרשים, היעזר במנחה)
- ממלכה:
בעלי-חיים
- מערכה:
מיתרניים
- מחלקה:
יונקים
- סדרה:
טורפים יבשתיים
-משפחה:
כלביים
- סוג:
כלב
- מין:
כלב הבית
*243*
על פי הדמיון בין היצורים החיים (במאפייני החיים, במבנה התאי ובחומר התורשתי -DNA), הסיקו המדענים שכל היצורים החיים קשורים זה לזה. נמצאו עדויות רבות לכך שמינים מורכבים של יצורים חיים התפתחו ממינים פשוטים במשך עידנים רבים. אחת העדויות היא מאובנים של יצורים חיים שמתו ונכלאו בשכבות קדומות של סלעים.
(בספר תמונה)
מאובנים
כיצד התפתח מגוון המינים העשיר בכדור-הארץ?
התפתחות כזאת מתרחשת ביצורים לאורך הדורות, מפני שכאשר תנאי הסביבה משתנים, או כאשר יצורים עוברים לחיות בסביבה חדשה שלא היו בה עד כה, רק למקצת היצורים יש תכונות המקנות להם יתרון בתנאים החדשים. יצורים אלה שורדים, מתרבים במקום החדש, ומעבירים בתורשה לצאצאיהם את התכונות שהקנו להם יתרון. כל מ שתכונותיו לא התאימו לתנאים החדשים - נכחד, ובסופו של דבר נשארות רק האוכלוסיות של היצורים המותאמים לסביבתם. כך, במשך הזמן, התכונות של היצורים משתנות ומינים חדשים נוצרים.
בשנים האחרונות פועל מיזם שמטרתו לאתר ולזהות מינים רבים ככל האפשר, למפות ולתעד את מגוון המינים על פני כדור-הארץ, ולעקוב אחרי השינויים בתפוצתם בעולם. מאות מדענים, ארגונים ומוסדות מחקר מכל העולם משתתפים במיזם הזה.
מנתונים שנאספו עד סוף שנת 2014 עולה כ החרקים מהווים יותר ממחצית מכל המינים המוכרים כיום, צמחים מהווים כ-17%, ואילו כל אחת ממחלקות הזוחלים, העופות והיונקים מהוות כ-1% בלבד! החוקרים מעריכים כי כאשר יסתיים הזיהוי של כל המינים על פני כדור-הארץ, יתברר שהחרקים מהווים חלק גדול עוד יותר מכלל המינים המוכרים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- יונקים: 4,800
- דו-חיים: 7,300
- עופות: 10,400
- זוחלים: 10,000
- דגים: 32,900
- צמחים ואצות: 308,000
- חסרי חוליות (בלי חרקים): 305,250
- חרקים: 1,000,000
מספר המינים המוכרים, על פי מידע באתר האינטרנט של הארגון הבינלאומי לשמירת הטבע ומשאביו (IUCN).
*244*
היצורים המשתייכים לקבוצה זו הם חד-תאיים ורב-תאיים, ובתאים של כולם יש גרעין ואברונים עטופים בקרומים. זוהי על-ממלכה הכוללת מגוון גדול מאוד של יצורים חיים המשתייכים ל-4 ממלכות: בעלי-חיים, צמחים, פטריות ופרוטיסטים.
לפניכם תיאור של היצורים החיים המשתייכים ל-4 הממלכות בעל-ממלכת האיקריוטים.
ממלכת בעלי-החיים היא גדולה ומגוונת. בעלי-החיים נמצאים בכל בתי הגידול בעולם. אפשר לחלק את בעלי-החיים לשתי קבוצות גדולות: חסרי חוליות ובעלי חוליות (חוליות הן העצמות המרכיבות את עמוד השדרה). בקבוצת חסרי החוליות נכללות מערכת הרכיכות ומערכת פרוקי-הרגליים, וקבוצת בעלי החוליות כוללת את מערכת המיתרניים.
לפניכם חלק מהקבוצות העיקריות הנכללות בממלכת בעלי-החיים.
(בספר איור, היעזר במנחה)
- על-ממלכת איקריוטים: ממלכת הצמחים
- על-ממלכת איקריוטים: ממלכת בעלי-החיים: (קבוצת חסרי החוליות): מערכת הרכיכות
- על-ממלכת איקריוטים: ממלכת בעלי-החיים: (קבוצת חסרי החוליות): מערכת פרוקי הרגליים: מחלקת החרקים, מחלקת הסרטנים, מחלקת העכבישניים
- על-ממלכת איקריוטים: ממלכת בעלי-החיים: (קבוצת בעלי החוליות): מערכת המיתרניים: מחלקת הדגים, מחלקת הדו-חיים, מחלקת הזוחלים, מחלקת העופות, מחלקת היונקים
*245*
כדאי לדעת שרוב רובם של מיני בעלי-חיים בעולם הם חסרי חוליות, כלומר אין בגופם שלד פנימי המורכב מעצמות. יש החיים במים (כמו אלמוגים, מדוזות וסרטנים), אחרים חיים ביבשה (כמו תולעים, חרקים ועכבישים), יש המעופפים באוויר (כמו זבובים, דבורים וחיפושיות) ואחרים מתחפרים באדמה (כמו נדלים וזחלים של חרקים רבים). אך לכולם, ללא יוצא מן הכלל, יש מאפיין משותף אחד: אין בגופם שלד פנימי עשוי מעצמות. הם חסרי חוליות.
על פי המיון המדעי, חוקרים חילקו את קבוצת חסרי החוליות למערכות, למחלקות, לסדרות, למשפחות, לסוגים ולמינים.
לפניכם מידע על שתי מערכות נפוצות הנמנות עם חסרי החוליות.
- מערכת הרכיכות - מערכה זאת של חסרי חוליות היא אחת המערכות המגוונות והנפוצות ביותר על פני כדור-הארץ. גופן של הרכיכות רך (ומכאן שמה של המערכת), ולרוב הוא מוגן על ידי קונכייה. דוגמאות לרכיכות: צדפות וחלזונות. רוב הרכיכות חיות במים, אך יש מינים החיים גם ביבשה.
(בספר שתי תמונות
- צדפה
- חלזון
- מערכת פרוקי-הרגליים - מערכת זו של חסרי חוליות כוללת בעלי-חיים שלהם תכונות רבות משותפות. לדוגמה, לכולם יש שלד חיצוני המכיל כינוין (חומר נוקשה) וכמה זוגות רגליים העשויות פרקים-פרקים (ומכאן שמה של המערכת). את מערכת פרוקי-הרגליים מחלקים לחמש מחלקות, ובהן: מחלקת החרקים, מחלקת הסרטנים ומחלקת העכבישניים.
מערכת פרוקי-הרגליים כוללת את מספר המינים הגדול ביותר לעומת שאר מערכות היצורים החיים, ובתוכה נמצאת המחלקה הגדולה - מחלקת החרקים. עד היום נמצאו למעלה ממיליון מיני חרקים(!), כולם מתאפיינים בשלד חיצוני המכיל כיטין וב-3 זוגות רגליים (בסך הכול 6 רגליים). לרובם יש כנפיים ולחלקם יש גם זוג מחושים. דוגמאות לחרקים: חיפושיות, פשפשים, פרעושים, כינים, זבובים, נמלים, דבורים, פרפרים, שפיריות ויתושים.
(בספר שלוש תמונות)
- לזבובים (מחלקת החרקים) ולשאר החרקים רגליים 6 (3 זוגות)
- לסרטנים (מחלקת הסרטנים) 8 רגליים (4 זוגות) וזוג צבתות
- לעכבישים (מחלקת העכבישניים) 8 רגליים (4 זוגות)
הסתכלו סביבכם ובדקו: האם אתם מזהים בעלי-חיים המשתייכים למערכות אלו?
*246*
בעלי החוליות נפוצים ביבשה, במים ובאוויר, וכוללים בין השאר את החיות הגדולות ביותר בעולם וגם את האדם. למרות ההבדלים הגדולים בין בעלי החוליות, כגון בין הדג לבין הפינגווין או בין הצפרדע לבין הפיל, אפשר לזהות תכונות וסימנים המשותפים לכל היצורים המשתייכים לקבוצה זאת. הסימן המוכר ביותר הוא העצמות שבתוך גופם, היוצרות שלד פנימי.
אלה כמה מאפיינים המשותפים לבעלי החוליות:
- שלד פנימי - שלד פנימי בתוך הגוף עשוי מעצם ומסחוס. השלד גדל במהלך החיים.
- עמוד שדרה - עמוד שדרה במרכז הגוף, המורכב משורה של עצמות קצרות הנקראות חוליות (ומכאן שם הקבוצה).
- סימטריה דו-צדדית - הצד הימני של הגוף דומה לצד השמאלי.
- גפיים - לרוב בעלי החוליות יש שני זוגות גפיים. אצל מקצתם הגפיים התנוונו (נחשים, דגים).
- מערכת הדם - אצל כל בעלי החוליות הדם זורם בתוך מערכת דם סגורה.
- זנב - לרוב בעלי החוליות יש זנב. אצל מקצתם הזנב התנוון (אדם, דוב).
קבוצת בעלי החוליות נחלקת ל-7 המחלקות האלה: דגים (3 מחלקות), דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקים.
*247*
הנה כמה מן המאפיינים של המחלקות השונות בקבוצת בעלי החוליות:
מחלקת הדגים (דגי הגרם):
- בעלי סנפירים.
- נושמים בעזרת זימים.
- עור חלק ורירי, מכוסה בקשקשים.
- טמפרטורת גופם אינה קבועה.
- הצאצאים מתפתחים בדרך כלל בתוך ביצים שהוטלו במים.
מחלקת הדו-חיים:
- עור גופם חשוף, דק ולח.
- מתפתחים בדרך של גלגול (הצאצאים הצעירים שונים מהבוגרים בצורת גופם ובסביבת חייהם).
- הצעירים (ראשנים) נושמים בעזרת זימים, והבוגרים מפתחים ריאות ונושמים גם דרך העור.
- רובם חיים בשתי ("דו") סביבות חיים: בתחילת החיים - במים, ובבגרותם - ביבשה.
- טמפרטורת גופם אינה קבועה.
- הצאצאים מתפתחים בדרך כלל בתוך ביצים שהוטלו במים.
מחלקת הזוחלים:
- רובם נעים בזחילה (גופם צמוד לקרקע).
- עור גופם יבש (אינם מזיעים).
- העור אינו מסוגל לגדול, ולכן חלקם מתנשלים
(העור הישן מתקלף, ועור חדש וגדול יותר מתגלה מתחתיו).
- הגוף מכוסה בקשקשים.
- טמפרטורת גופם אינה קבועה.
- הצאצאים מתפתחים בדרך כלל בתוך ביצים שהוטלו ביבשה.
מחלקת העופות:
- הגוף מכוסה נוצות.
- בעלי מקור.
- בעלי כנפיים, רובם מסוגלים לעוף.
- טמפרטורת גופם קבועה.
- הצאצאים מתפתחים בתוך ביצים שהוטלו ביבשה.
- כולם הולכים על שתי רגליים.
מחלקת היונקים:
- הגוף מכוסה בשיער (פרווה).
- הצאצאים מתפתחים ברחם שבתוך הגוף של הנקבה.
- הצעירים יונקים חלב אם.
- טמפרטורת גופם קבועה.
- לרובם יש אפרכסות אוזניים.
- המוח גדול ומפותח.
*248*
היכנסו אל היחידה המקוונת מידעון בעלי-חיים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
בעזרת המידעון תאפיינו את המחלקות העיקריות של בעלי-החיים מקבוצת בעלי החוליות.
א. בחרו אחת ממחלקות בעלי-החיים.
ג. בחרו ארבעה בעלי-חיים מאותה המחלקה וקראו את המידע עליהם.
ד. הכינו טבלה על פ הדוגמה של הברכיה (ממחלקת העופות) והשלימו בה את כל הפרטים.
*249*
תכונות/ שמות | דוגמה: ברכייה | בעל-חיים | בעל-חיים | בעל-חיים | בעל-חיים |
כיסוי העור | נוצות | -- | -- | -- | -- |
מספר גפיים | 4 גפיים: זוג רגליים וזוג כנפיים | -- | -- | -- | -- |
איבר נשימה | ריאות | -- | -- | -- | -- |
צורת תנועה | הליכה, שחייה, מעוף | -- | -- | -- | -- |
סביבת חיים | מקווי מים | -- | -- | -- | -- |
התאמות לסביבה | אצבעות הרגליים מחוברות בקרומי שחייה המסייעים לשחות במים | -- | -- | -- | -- |
דרך רבייה | הטלת ביצים | -- | -- | -- | -- |
תזונה | אוכל-כל | -- | - | -- | -- |
מאפיינים נוספים | בעלמקור | -- | -- | -- | -- |
ה. סכמו: מהן התכונות המשותפות למחלקה שבחרתם?
*250*
1. בטבלה שלפניכם רשימה של איברים ותכונות.
סמנו את המחלקות (מבעלי החוליות) שהם מאפיינים.
(בספר הבראיל סומן ב-+)
איברים ותכונות/ המחלקה | דגים | דו-חיים | זוחלים | עופות | יונקים |
שלד פנימי, כולל עמוד שדרה | + | + | + | + | + |
נוצות | -- | -- | -- | + | -- |
כנפיים | -- | -- | -- | -- | -- |
זימים | -- | -- | -- | -- | -- |
ריאות | -- | - | -- | -- | -- |
אפרכסות אוזניים | -- | -- | -- | -- | -- |
טמפרטורת גוף קבועה | -- | -- | -- | -- | -- |
עור דק ולח | -- | -- | -- | -- | -- |
עור מכוסה קשקשים | -- | -- | -- | -- | -- |
עור מכוסה פרוות שיער | -- | -- | -- | -- | -- |
הטלת ביצים | -- | -- | -- | -- | -- |
2. חפשו מידע על 5 היצורים האלה: לווייתן, סלמנדרה, פינגווין, צב ים, עטלף
(בספר 5 תמונות, היעזר במנחה)
א. לאיזו מחלקה שייך כל אחד מהם?
ב. על פי אילו תכונות קבעתם את השיוך שלהם?
*251*
כמו ממלכת בעלי-החיים, גם ממלכת הצמחים כוללת מגוון רחב של יצורים רב-תאיים. הצמחים נבדלים מבעלי-החיים בתכונות רבות. התכונה הבולטת המאפיינת את הצמחים היא יכולתם לייצר בעצמם את המזון בתהליך הפוטוסינתזה.
ממלכת הצמחים נחלקת לשתי קבוצות מרכזיות: צמחים חסרי פרחים וצמחים בעלי פרחים.
חסרי הפרחים כוללים את האצות, את הטחבניים, את השרכניים, את המחטניים, וקבוצות נוספות של צמחים שכולם חסרי פרחים. מאובנים שלהם נמצאו בשכבות עתיקות יותר מהשכבות שבהן נמצאו מאובנים של צמחים בעלי פרחים, ולכן חסרי הפרחים נחשבים לצמחים פחות מפותחים מבעלי הפרחים.
אצות הן קבוצה מגוונת מאוד של יצורים המבצעים פוטוסינתזה, רובם מתקיימים במים - במי האוקיינוס והים המלוח או במקווי מים מתוקים. ככל הנראה, אבותיהם הקדומים של צמחי היבשה הם אצות ירוקיות שהתפתחו במים.
(בספר תמונה)
אצות הן יצורים חיים המבצעים פוטוסינתזה
הטחבניים הם צמחי יבשה זעירים. גובהם עד סנטימטרים מעטים, והמבנה שלהם פשוט. הובלת המים בגופם אינה יעילה, ולכן הם חשופים לסכנת התייבשות, ויכולים להתקיים רק בסביבות לחות מאוד. הרבייה שלהם יכולה להתרחש רק בנוכחות מים.
(בספר תמונה)
טחבים מתרבים רק כאשר הם ספוגים מים
*252*
השרכניים נחשבים לצמחי יבשה מפותחים יותר מן הטחבניים, בין השאר מפני שמאובנים שלהם מופיעים בסלעים רק בתקופות מאוחרות יותר מאלה של הטחבניים. רוב השרכניים גדולים יותר מן הטחבניים ועשויים להגיע לגובה של כמה מטרים, וחלק מהם אפילו דומים לעץ גבוה. גופם בנוי מגבעולים ועלים, מערכת הובלת המים שלהם משוכללת יותר מזו של הטחבניים, ולכן יש ביניהם גם מינים שגדלים בסביבות יבשתיות, שבקיץ חם ויבש בהן. הם מתרבים בעזרת נבגים.
(בספר תמונה)
הנבגים נמצאים בצד התחתון של עלי שרכים
הצמחים המחטניים הם שיחים או עצים המתנשאים לגובה רב, ובהם מיני אורן, ברוש, ארז ואשוח, והם נחשבים למפותחים יותר מן השרכניים. מערכת הובלת המים שלהם מפותחת יותר מזאת של השרכניים, ולכן יש ביניהם גם מינים שיכולים להתקיים אפילו במדבר יבש וחם או בסביבות שהמים קופאים בהן בחורף. המאפיינים העיקריים שלהם: עלים צרים וארוכים דמויי מחט (כמו אצל אורנים) או דמויי קשקשים הצמודים לגבעולים (כמו אצל הברושים). תאי הרבייה שלהם, וכן הזרעים המתפתחים לאחר ההפריה, נוצרים בין קשקשי האצטרובלים. כאשר קשקשי האצטרובלים מתפשקים (נפתחים), הזרעים נופלים, מתפזרים ויכולים לנבוט.
(בספר תמונה)
אצטרובלי אורן
*253*
הצמחים בעלי הפרחים נחשבים למפותחים יותר מן הצמחים חסרי הפרחים. תאי הרבייה שלהם נוצרים בפרחים (בשחלת הפרח ובתוך גרגרי האבקה שבאבקנים). לאחר ההפריה שחלת הפרח מתפתחת לפרי שבתוכו נוצרים זרעים.
בישראל גדלים מינים רבים של צמחים בעלי פרחים, ובהם עצים, שיחים, צמחים חד-שנתיים ועוד. צמחים חד-שנתיים גדלים בארץ בכמויות עצומות. רובם פורחים באביב ומכסים שמחים נרחבים בכתמי צבע גדולים המושכים את העין.
(חד-שנתי - צמח המשלים את מחזור הגידול שלו בתוך שנה אחת (או פחות מכך), מנביטת הזרע ועד שהוא מפזר זרעים ומת.)
מיון צמחים בעלי פרחים למשפחות מתבסס בעיקר על מבנה הפרח וחלקיו.
לפניכם דוגמאות של שתי משפחות צמחים בעלי פרחים. במשפחות אלו נכללים מינים רבים של צמחים חד-שנתיים הנפוצים מאוד בכל הארץ.
בישראל יש יותר מ-130 מיני בר ממשפחת המצליבים (בהם: כרוב החוף, חרדל לבן וכרמלית). בפרחים של המצליבים יש 4 עלי כותרת המסודרים בצורת צלב, ומכאן שמה של המשפחה. צמחי תרבות רבים סופחו ממיני הבר של משפחה זאת, והם משמשים אותנו למאכל (כרוב, כרובית, צנון, צנונית, קולרבי) או לתיבול המזון (חרדל, חזרת).
רוב הצמחים במשפחת המורכבים הם עשבוניים, אך יש בה גם עצים ושיחים מעטים. הפרחים של צמחים במשפחת המורכבים (כגון חרצית, סביון וחמנית) קטנים מאוד, אך הם מרוכזים על הגבעול בתפרחת שדומה לפרח אחד גדול ונקראת קרקפת. בישראל יש למעלה מ-100 מיני בר ממשפחה זאת.
(תפרחת - קבוצה של פרחים הגדלים יחד על גבעול אחד בסידור אופייני.)
(בספר תמונה)
כרוב (משפחת המצליבים)
חרצית (משפחת המורכבים)
*254*
דבורנית (משפחת הסחלביים)
לצמחים ממשפחת הסחלביים (כגון דבורנית, סחלב שלוש-השיניים ושפתן) יש פרחים בעלי מראה ייחודי. לסחלבים יחסי גומלין מעניינים עם חרקים, המאביקים את פרחיהם. כל מיני הסחלבים הגדלים כצמחי בר בישראל הם צמחים מוגנים שאסור לפגוע בהם!
(בספר תמונה)
דבורנית
(משפחת הסחלביים)
1. מה משותף לממלכת הצמחים ולממלכת בעלי-החיים?
2. מהי התכונה העיקרית המבדילה צמחים מבעלי-חיים?
3. מה משותף לצמחים בעלי פרחים ולצמחים חסרי פרחים?
4. בחרו בקבוצה אחת של צמחים וציינו מאפיינים משותפים לכל הצמחים הנכללים בה.
(בספר שש תמונות, היעזר במנחה)
מטרת הפעילות: להכין אלבום תמונות של צמחים פורחים.
*255*
א. צלמו תמונות או איירו צמחים פורחים בקרבת בית הספר, ביישוב שלכם, וכשאתם מטיילים בארץ.
ב. נסו לזהות את הצמחים שצילמתם.
תוכלו להיעזר במידע שבאתר האינטרנט צמח השדה, ביישומון (אפליקציה) CNATURE וכדומה.
ג. נסו למיין את הצמחים למשפחות, וחפשו עליהם מידע נוסף.
ד. הכינו אלבום תמונות כיתתי, וכתבו ליד כל תמונה את הפרטים הבאים: שם הצלם/המאייר, שם הצמח, השיוך המשפחתי, מקום הצילום ותאריך הצילום. תוכלו להוסיף מידע תמציתי על הצמחים.
ה. שמרו את אלבום התמונות באתר בית הספר או באתר אחר ברשת.
היצורים הנכללים בממלכת הפטריות הם בעלי גרעין תא ואברונים מוקפים בקרומים, והתאים שלהם עטופים בדופן חיצונית עשויה כיטין וחומרים נוספים. ממלכת הפטריות נכללת בעל-ממלכת האיקריוטים.
הפטריות אינן מבצעות פוטוסינתזה והן קולטות את מזונן ממקור חיצוני: מפונדקאי שהן נטפלות אליו, מפירוק שרידים והפרשות של יצורים חיים, או מיצורים אחרים המקיימים איתן קשרי שיתוף. כל הפטריות מפרישות אנזימי עיכול לסביבתן, וסופגות את החומר המעוכל דרך שטח גופן. לפטריות תפקיד חשוב במערכות האקולוגיות כ הן נמנות על המפרקים בטבע.
רוב הפטריות הן רב-תאיות, התאים שלהן גדלים בשרשרות ארוכות היוצרות רשת ענפה של שלוחות הקרויה תפטיר. התפטיר של הפטריות הגדלות באדמה נמצא ברובו מתחת לפני הקרקע. קיימות גם פטריות חד-תאיות כגון שמרים. פטריות חד-תאיות אינן יוצרות רשת של קורים.
הפטריות מתרבות באמצעות נבגים הנוצרים במבנים בעלי צורות אופייניות, כגון צורת מטרייה או סוכך בפטרייה אורנייה הגדלה ביערות אורנים. פטריות אחרות מוכרות כעובש שמתפתח על קירות לחים או על מזון מקולקל.
(בספר שתי תמונות, היעזר במנחה)
- אורנייה
- פטריית עובש על מזון
עד היום זוהו כ-100,000 מיני פטריות הגדלות בתנאי חיים שונים.
ממלכת הפטריות וממלכת הצמחים שייכות לעל-ממלכת האיקריוטים.
ציינו תכונה אחת המשותפת לפטריות ולצמחים, ותכונה מהותית אחת המבדילה ביניהם.
*256*
הפרוטיסטים הם אחת מ-4 הממלכות הנכללות בעל-ממלכת האיקריוטים. הם שונים מהיצורים בממלכות הצמחים, בעלי-החיים והפטריות, אך דומים להם בכמה מאפיינים חשובים כמו גרעין תא ואברונים נוספים המוקפים בקרומים. בממלכת הפרוטיסטים נכלל מגוון גדול של יצורים שהמיון והסיווג שלהם עדיין לא קבוע. רובם חד-תאיים, אך יש גם פרוטיסטים רב-תאיים שממדיהם גדולים.
בין הפרוטיסטים יש מינים טפילים, יש מינים הגורמים למחלות, יש מינים המפרקים תרכובות שמייצרים יצורים אחרים (כלומר הם זקוקים למזון ממקור חיצוני), ויש מינים המייצרים את מזונם בעצמם כגון אצות חד-תאיות שמבצעות פוטוסינתזה. יש פרוטיסטים דמויי בעלי-חיים כמו אמבות וסנדליות, ויש גם מינים שבתנאים מסוימים מתפקדים כמו בעלי-חיים ובתנאים אחרים כמו צמחים (לדוגמה, עינן - איגלנה).
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
כאשר עיננים נחשפים לאור נוצרים בתאיהם כלורופלסטים שבהם מתרחשת פוטוסינתזה ונראית "עין" אדומה ורגישה לאור.
מדוע החליטו לכלול את היצורים המשתייכים למערכת הפרוטיסטים באותה על-ממלכה יחד עם ממלכות בעלי-החיים, הצמחים והפטריות?
*257*
על-ממלכת החיידקים כוללת יצורים בעלי המבנה הפשוט ביותר, הנחשבים ליצורים הראשונים שאכלסו את כדור-הארץ. כל החיידקים הם חד-תאיים, אם כי יש מינים המתקיימים בקבוצות. החומר התורשתי שלהם (ה-DNA) אינו מוקף קרום אלא רק מרוכז במקום מסוים בתוך הציטופלזמה, כלומר אין להם גרעין תא. לרוב מיני החיידקים אין אברוני תא נוספים, ולרובם יש דופן - מבנה קשיח למחצה שנמצא מחוץ לקרום התא. למיני חיידקים רבים יש שוטון אחד או יותר - שלוחות דמויות שוט המסייעות להם לנוע ממקום למקום. לחיידקים רבים יש גם "שעריות" - חלבונים קצרים דמויי סיבים הבולטים אל מחוץ לדופן התא שלהם.
יש חיידקים המייצרים בעצמם את המזון בתהליך שמזכיר פוטוסינתזה, ויש מינים הזקוקים למזון ממקור חיצוני.
החיידקים נמצאים בכל מקום על פני כדור-הארץ: במים מתוקים ובמים מלוחים, באדמה, באבק, בשפכים, ואף בתוך גופם של יצורים חיים.
רוב החיידקים מועילים לאדם, אבל יש חיידקים המחוללים מחלות. לחיידקים יש תפקיד חשוב במערכות האקולוגיות כ הם (והפטריות) נמנים על המפרקים בטבע.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
חיידקי סטרפטוקוקוס
קוטרם: 1 מיקרומטר
*258*
על-ממלכת הארכאונים כוללת יצורים חד-תאיים, חסרי גרעין ואברוני תא נוספים, כלומר החומר התורשתי שלהם אינו מוקף קרום. התאים שלהם מוקפים מחוץ לקרום בדופן קשיחה למחצה.
תכונות רבות של הארכאונים דומות לאלו של החיידקים, ורבים מהארכאונים חיים לצד חיידקים. עם זאת, הארכאונים נבדלים מהחיידקים בכמה היבטים חשובים. רובם מתקיימים בהצלחה בסביבות המאופיינות בתנאים קיצוניים של חוסר חמצן (כגון ביצות), של מליחות גבוהה (כגון ים המלח), ששורר בהן לחץ עצום (כגון קרקעית הים) או שיש בהן טמפרטורות קיצוניות (כגון מעיינות חמים).
בין הארכאונים יש מינים היכולים לייצר את מזונם בעצמם, ויש מינים אחרים הזקוקים למזון ממקור חיצוני.
פירוש שמם של הארכאונים הוא "יצורים קדומים", מפני שהחוקרים הניחו בטעות שבתקופות קדומות שבהן שררו תנאים קיצוניים הם לבדם אכלסו את כדור-הארץ. בניגוד לשמם, מינים רבים של ארכאונים חיים גם בימינו. היום אנו יודעים שלחיידקים ולארכאונים היה אב קדמון משותף שממנו הם התפצלו זמן קצר לאחר שהופיעו חיים בכדור-הארץ.
מה משותף לארכאונים ולחיידקים ומה שונה בין הארכאונים לחיידקים?
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
סולפולובוס, מהארכאונים החיים בסביבות געשיות קוטרו: 1 מיקרומטר
הצבעים הכתומים במי המעיינות הרותחים בפארק ילוסטון שבארה"ב נוצרים על ידי ארכאונים
*259*
- מגוון מינים עשיר מתקיים בכדור-הארץ. החוקרים ממיינים את היצורים החיים לקבוצות בשיטת המיון המדעי.
- שיוך של יצורים לקבוצות מתבסס על תכונות רבות, ובהן: מבנה הגוף ואיבריו, תפקוד המערכות בגוף, ההתנהגות, ובעיקר החומר התורשתי (ה-DNA) של היצורים. שיטת המיון המדעי מקלה על ההבנה של תהליכים ושל תופעות בעולם היצורים החיים, מראה את מידת הקרבה ביניהם ואפילו מצביעה על המוצא שלהם.
- על פ שיטת המיון המדעי, מחלקים את היצורים לעל-ממלכות (איקריוטים, חיידקים, ארכאונים) שבתוכן נכללות ממלכות כמו בעלי-החיים, הצמחים, הפרוטיסטים והפטריות. כל ממלכה מתחלקת למערכות, כל מערכה מתחלקת למחלקות, והמיון ממשיך גם לסדרות, למשפחות, לסוגים ולמינים.
- קבוצת המיון הבסיסית ביותר היא המין (species). היצורים החיים הנמנים על אותו המין יכולים להתרבות זה עם זה.
(בספר תרשים)
מין - סוג - משפחה - סדרה - מחלקה - מערכה - ממלכה - על-ממלכה
*260*
1. מה המשותף לאדם, לדולפין, לעטלף ולקוף?
א. כולם יונקים חלב אם.
ב. כולם חיים באותה סביבת חיים.
ג. כולם צמחונים.
ד. כולם יצרני מזון.
2. העינן הוא יצור-חד תאי. תא העינן עטוף בחלבונים השומרים על צורת התא. בתוך התא כלורופלסטים המעידים על יכולת ביצוע של פוטוסינתזה.
לעינן שני שוטונים המסייעים בתנועה.
על פ התיאור של העינן, לאיזו מחלקה הוא משתייך?
א. צמחים
ב. בעלי-חיים
ג. פטריות
ד. פרוטיסטים
3. סמנו את כל המאפיינים המשותפים לפטרייה, לצמח ולבעל-חיים?
א. כולם בנויים מתאים.
ב. בתאים שלהם יש גרעין.
ג. כולם רב-תאיים.
4. יצורים מיקרוסקופיים הנקראים תרמופלסמה חיים באזורים שבהם הטמפרטורה נעה בין 33 מעלות צלזיוס ל-67 מעלות צלזיוס והסביבה חומצית מאוד.
עם איזו על-מערכה הם נמנים?
א. חיידקים
ב. ארכאונים
ג. איקריוטים
5. ילדים טיילו בטבע ומצאו חלק משלד של בעל-חיים קטן.
איזה בעל חיים אינו יכול להיות בעל השלד?
א. נחש
ב. צפרדע
ג. חילזון
ד. קרפיון
*261*
6. לאיזה מבעלי-החיים הבאים יש קשקשים והוא משתמש בזימים לצורך חילוף גזים?
א. נחש מים
ב. דולפין
ג. צפרדע
ד. דג
7. סמנו את המשפט הנכון בנוגע לזוחלים.
א. טמפרטורת הגוף של כולם היא כ-25 מעלות.
ב. כל מי שזוחל על הקרקע שייך למחלקת הזוחלים.
ג. גופם של כל הזוחלים מכוסה עור יבש ונוקשה.
ד. כל הזוחלים הם חסרי רגליים.
8. איזה מאפיין משותף לכל החרקים?
א. שש רגליים
ב. עור דק ולח
ג. שלד פנימי
ד. זוג כנפיים
9. איזה מאפיין משותף לכל פרוקי-הרגליים?
א. שלד פנימי
ב. מנגנון עוקץ
ג. שני זוגות כנפיים
ד. רגליים מחולקות לפרקים
10. התבוננו באיורים שלפניכם.
איזה מבעלי-החיים שבאיורים אינו שייך למחלקת החרקים?
נמקו את תשובתכם.
(בספר ארבע תמונות, היעזר במנחה)
חיפושית
זבוב
עכביש
נמלה
*262*
11. לפניכם תמונה של קופים. ציינו לפחות שתי תכונות שאפשר לראותן בתמונה, ועל פיהן אפשר לדעת שהם משתייכים למחלקת היונקים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
12. לפניכם 4 משפטים המתארים בצורה נכונה את הברווזן, יצור קטן החי באוסטרליה.
איזו מתכונותיו מעידה על היותו יונק?
א. הוא אוכל חיות אחרות.
ב. הוא מזין את צאצאיו בחלב.
ג. הוא בונה קן ומטיל ביצים.
ד. יש לו קרומי שחייה בכפות הרגליים.
13. יעל סיפרה לרון שבאגם באוסטרליה ראתה בעל-חיים שגופו מכוסה פרוות שיער צפופה והוא נושם באמצעות זימים.
רון טוען שיעל התבלבלה, כ לא יכול להיות בעל-חיים כזה.
האם רון צודק? נמקו.
14. על מה מבוסס המיון של צמחים למשפחות?
א. על מבנה הפרחים
ב. על מבנה העלים
ג. על גובה הצמחים
ד. על צבעי הצמחים
15. מדוע הצמחים המחטניים (כגון אורנים וברושים) נחשבים חסרי פרחים?
א. הם פורחים בעונת הסתיו ולא באביב.
ב. העלים בצורת מחט ולא רחבים ושטוחים.
ג. הם בעלי אצטרובלים ואין להם פרחים.
ד. סביבת החיים שלהם רטובה או לחה מאוד.
16. מה המשותף ליצורים הבאים: שפירית אדומה, נמלת הקציר ולבנין הכרוב?
*263*
- מיקרואורגניזמים הם יצורים זעירים שאפשר לראותם רק בעזרת מיקרוסקופ.
- בקבוצת המיקרואורגניזמים נכללים יצורים המשתייכים לקבוצות שונות של יצורים חיים (חיידקים, ארכאונים, פרוטיסטים ופטריות), ויש הכוללים בהם גם את הנגיפים.
- מיקרואורגניזמים נפוצים כמעט בכל מקום בכדור-הארץ. בכל סביבת חיים מתקיימים מיקרואורגניזמים המותאמים לתנאי החיים השוררים בה.
- מינים רבים של מיקרואורגניזמים מביאים תועלת לאדם וליצורים אחרים, ורק מעטים גורמים נזק.
- מיקרואורגניזמים מעורבים בתהליכים חיוניים רבים בטבע, ובלעדיהם לא ייתכנו חיים על כדור-הארץ.
- האדם נעזר במיקרואורגניזמים בטכנולוגיות שפיתח לצרכים שונים ברפואה, בחקלאות ובתעשייה.
- מיקרואורגניזמים
- חד-תאיים
- רב-תאיים
- חיידקים
- ארכאונים
- איקריוטים
• פרוטיסטים
- פטריות
- נגיפים
*264*
הביטו מסביב: תוכלו לראות בעלי-חיים וצמחים רבים. כוכב הלכת שלנו הוא סביבה שוקקת חיים. מאובנים של דינוזאורים ושל יצורים קדומים אחרים מעידים על עושר החיים שהתקיימו כאן כבר לפני עידנים רבים.
מתברר שלצד בעלי-החיים והצמחים שאנו יכולים לראות במו עינינו, מתקיימים גם אלפי מינים של יצורים זעירים הנסתרים מן העין. אלה יצורים קטנים כל כך עד שניתן לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ ולכן הם נקראים מיקרואורגניזמים.
(מיקרואורגניזמים - (מיקרו = זעיר; אורגניזם = יצור חי) כלל היצורים החיים הזעירים שאפשר לראותם רק בעזרת אמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ.)
בדיקות של הסלעים העתיקים ביותר בכדור-הארץ מגלות מאובנים של יצורים חד-תאיים זעירים. רק בסלעים מתקופות מאוחרות יותר נמצאים מאובנים של יצורים רב-תאיים ובעלי מבנה גוף מורכב יותר. לכן החוקרים טוענים שראשוני היצורים שחיו בעולמנו היו מיקרואורגניזמים הדומים לחיידקים מסוימים בני ימינו. שאר היצורים החיים, הגדולים והמורכבים יותר, התפתחו רק בשלבים מאוחרים יותר בהיסטוריה של כדור-הארץ.
כיום מיקרואורגניזמים שונים נמצאים כמעט בכל מקום: ביבשה, במים ובאוויר. מינים מסוימים של מיקרואורגניזמים מצליחים להתקיים אפילו בסביבות חיים קיצוניות ביותר, שעד לא מזמן נחשבו לבלתי מתאימות לקיום חיים, כגון נביעות של מים רותחים, מעמקי האוקיינוסים החשוכים והקרים, אגמים מלוחים ועוד.
פרק זה עוסק במיקרואורגניזמים - היצורים המיקרוסקופיים שרובם חד-תאיים, והמאפיין המשותף להם הוא גודלם הזעיר. תחום הביולוגיה העוסק בחקר המבנה והתפקוד של המיקרואורגניזמים נקרא מיקרוביולוגיה, והחוקרים העוסקים בתחום זה הם מיקרוביולוגים.
בפרק זה תכירו את קבוצות המיקרואורגניזמים ואת המאפיינים שלהם. תלמדו שהחיים בכדור-הארץ לא היו יכולים להתקיים בלי מיקרואורגניזמים, מפני שיש להם תפקידים חיוניים בתהליכים של פירוק חומרים ושל מחזור חומרים בטבע. בלי המיקרואורגניזמים לא היו מתקיימים חלק ממחזור החומרים בטבע, היה נוצר מחסור בחומרים חיוניים לקיומם של כל היצורים החיים, וכדור-הארץ היה מתכסה בערימות אשפה ובשרידים של יצורים מתים.
כמו כן, תלמדו שכמויות עצומות של מיקרואורגניזמים נמצאות כמעט בכל מקום, ולרבים מהם תרומה חשובה לאדם ולסביבה. עם זאת, יש גם מינים של מיקרואורגניזמים הגורמים למחלות ופוגעים בבני אדם, בבעלי-חיים אחרים ובצמחים. למזלנו, מתוך מאות אלפי המינים המוכרים של מיקרואורגניזמים, פחות מ-1% גורמים למחלות ועלולים לסכן את בריאותנו.
עוד תלמדו שאנו נעזרים במיקרואורגניזמים שונים בתהליכי□ תעשייתיים רבים. לחם, יוגורט, יין, בירה ותרופות אנטיביוטיות - את כל אלה ועוד מצרכים רבים אחרים, לא היינו יכולים לייצר בלי המיקרואורגניזמים המעורבים בתהליכי הייצור שלהם.
*265*
קבוצת המיקרואורגניזמים כוללת מגוון של יצורים חיים זעירים, שכדי לראותם צריך להיעזר במיקרוסקופ. מיני המיקרואורגניזמים השונים נבדלים זה מזה בתכונות רבות: בצורתם החיצונית, במבנה התא שלהם, בכושר התנועה, בדרכי הרבייה ועוד.
רבים מהם חד-תאיים המתקיימים כבודדים או כקבוצות של תאים המורכבות מחיידקים (מעטים או רבים) ונראות כשרשרת או כאשכול צפוף של תאים. יש גם מיקרואורגניזמים החיים בקבוצות עצומות שנראות כמו קרום הצף על פני המים או על פני השטח, הקרום הזה נקרא קרום ביולוגי.
יש מיקרואורגניזמים המייצרים את מזונם בעצמם (בתהליך פוטוסינתזה או בתהליך דומה אחר), ויש הזקוקים למזון ממקור חיצוני כלשהו.
(פוטוסינתזה - (פוטו = אור; סינתזה - בנייה) תהליך שבו נוצר חומר אורגני (סוכר) מחומרי מוצא אי-אורגניים בעזרת אור השמש.)
המיקרואורגניזמים, היצורים הזעירים, משתייכים לקבוצות מיון (טקסונומיות) שונות: חיידקים, נגיפים, פרוטיסטים, פטריות וארכאונים.
לפניכם דוגמאות אחדות למיקרואורגניזמים.
החיידקים הם היצורים הראשונים שאכלסו את כדור-הארץ.
כולם נמנים על המיקרואורגניזמים וכולם חד-תאיים.
בקבוצה זו נכללים גם חיידקים שמייצרים את מזונם בעצמם וגם חיידקים הזקוקים למזון ממקור חיצוני.
מספרם המדויק של סוג החיידקים אינו ידוע, אך חוקרים משערים שבעולם חיים כמיליארד סוגים שונים של חיידקים, וכמיליון מתוכם נמצאים בקשרי גומלין שונים עם האדם.
(בספר איור ותמונות, היעזר במנחה?)
- תרשים של מבנה התא של חיידק
- חיידקי סטרפטוקוקוס: קוטרם: 1 מיקרומטר
- חיידקי טרפונמה: אורכם: 20 מיקרומטרים
- חיידקי אי קולי: אורכם: 2 מיקרומטרים
*266*
כל הארכאונים הם יצורים חד-תאיים, דומים בתכונותיהם לחיידקים, אך נבדלים מהם גם בחלק מתכונות התא וגם ביכולתם להתקיים בסביבות שבהן שוררים תנאים קיצוניים.
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- הלובקטריום, מהארכאונים החיים בסביבות מלוחות מאוד אורכו: 5 מיקרומטרים
- מתאנוקוקנס, מהארכאונים החיים בנביעות מים לוהטים קוטרו: 1 מיקרומטר
- סולפולובוס, מהארכאונים החיים בסביבות געשיות קוטרו: 1 מיקרומטר
רוב הפרוטיסטים הם יצורים חד-תאיים, ובתאי גופם יש גרעין תא ואברונים נוספים המוקפים בקרומים. הפרוטיסטים הזעירים נכללים בקבוצת המיקרואורגניזמים.
בין המיקרואורגניזמים הפרוטיסטים יש טפילים, יש מינים המפרקים תרכובות שמייצרים יצורים אחרים (כלומר הם זקוקים למזון ממקור חיצוני), ויש מינים המייצרים את מזונם בעצמם, כגון אצות חד-תאיות שמבצעות פוטוסינתזה. בין המיקרואורגניזמים הפרוטיסטים יש מינים דמויי בעלי-חיים כמו אמבות וסנדליות, ויש גם מינים שבתנאים מסוימים מתפקדים כמו בעלי-חיים ובתנאים אחרים כמו צמחים.
דוגמאות:
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- עינן (פרוטיסט חד-תאי) אורכו: 80 מיקרומטרים
- כדורון (מושבות זעירות רב- תאיות, ובתוכן מושבות "בנות") קוטרו: 1 מילימטר
- אמבה (פרוטיסט חד-תאי) קוטרו: 100 מיקרומטר
*267*
הפטריות הנכללות בקבוצת המיקרואורגניזמים הן בעיקר פטריות חד-תאיות כמו שמרים ופטריות קטנות אחרות היוצרות קורים (כמו הפטרייה פניציליום שמייצרת את החומר פניצילין). כל הפטריות קולטות את מזונן ממקור חיצוני (מפונדקאי שהן נטפלות אליו, מפירוק שרידים והפרשות של יצורים חיים, או מיצורים אחרים המקיימים עמן קשרי שיתוף).
דוגמאות:
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- ריזופוס: תמונה בגודל טבעי
- שמר האפייה: קוטרו: 4 מיקרומטרים
- פניציליום: תמונה בגודל טבעי
יש חוקרים הכוללים בקבוצת המיקרואורגניזמים גם את הנגיפים (וירוסים) למרות הוויכוח המתמשך אם הם בכלל יצורים חיים. אלה גופיפים טפילים, התלויים בתא החי המארח אותם כדי להתרבות, והם חסרי כל פעילות חיים כשהם מחוץ לתא המאכסן. הנגיפים אינם בנויים מתאים כמו שאר היצורים החיים (אלא מחומצת גרעין, מקופסית חלבונית ולעיתים גם ממעטפת חיצונית), אינם מבצעים תהליכי חיים (כמו נשימה וייצור חלבונים) ואינם מסוגלים להכפיל את עצמם (אלא רק לאחר שחדרו לתאים חיים ובאמצעות תהליכי ייצור החומרים של התאים המאכסנים אותם). רוב הנגיפים קטנים מאוד וגודלם הממוצע הוא כמאית מגודלם הממוצע של החיידקים, אך מכיוון שלנגיפים הפולשים לגופנו ולגופם של יצורים חיים אחרים יש השלכות רבות על הבריאות ועל הסביבה, יש הכוללים גם אותם בקבוצת המיקרואורגניזמים.
(בספר שלוש תמונות, היעזר במנחה)
- נגיף HIV (הגורם לאיידס): קוטרו: 0.1 מיקרומטר
- נגיפי אבולה: אורכם: 1.4 מיקרומטרים
- נגיפי שפעת (איור): קוטרם: 0.1 מיקרומטר
1. האם יש קשר בין המונח וירוס לבין וירוס מחשב?
מדוע לדעתכם נבחר השם וירוס מחשב?
*268*
להתרשם מגדלים ומצורות של מיקרואורגניזמים שונים.
כפפות, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
מיקרוסקופ, זכוכיות נושאות, זכוכיות מכסות, טפי, נייר סופג, מבחנות ובהן תרחיפי מיקרואורגניזמים, מחט מתקן, נייר סופג.
הכינו תכשיר מיקרואורגניזמים לצפייה מבעד למיקרוסקופ:
א. טפטפו על זכוכית נושאת שתי טיפות ממבחנות המיקרואורגניזמים.
ב. כסו את הטיפות בזכוכית מכסה.
ג. אם יש צורך, הספיגו בזהירות את עודפי הנוזל.
ד. התבוננו במיקרואורגניזמים מבעד למיקרוסקופ. התחילו בהגדלה הקטנה ביותר (ברוב המיקרוסקופים זו הגדלה פ 4) והגדילו עוד בהתאם לצורך.
ציירו או תארו במילים את המיקרואורגניזמים הנראים לכם מבעד למיקרוסקופ.
1. ציינו באיזו הגדלה הצלחתם לראות את המיקרואורגניזמים בצורה הטובה ביותר.
2. האם הצלחתם להבחין במאפייני חיים במיקרואורגניזמים שראיתם?
אם הצלחתם - תארו אותם. אם לא - הסבירו האם לדעתכם יש למיקרואורגניזמים מאפייני חיים כלשהם. כתבו טענה ונמקו אותה.
*268*
היכנסו אל היחידה המקוונת מבעד למיקרוסקופ שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
א. ברשימת המיקרואורגניזמים בחרו את העינן (איגלנה).
ב. הדליקו את האור במיקרוסקופ והתאימו את עוצמת התאורה לצפייה מיטבית.
ג. סובבו את כפתור המיקוד (הפוקוס) עד שהעינן ייראה ברור וחד.
ד. צפו במיני מיקרואורגניזמים נוספים וקראו את המידע עליהם.
ה. רשמו את כל מאפייני החיים שזיהיתם במיקרואורגניזמים שבהם צפיתם.
ו. ערכו השוואה בין עינן לבין סנדלית. במה הם דומים ומה ההבדלים ביניהם?
*270*
מיקרואורגניזמים ממינים שונים יכולים לחיות בתנאים סביבתיים שונים. לכן נוכל למצוא נציגים שלהם ברוב סביבות החיים בכדור-הארץ: באוויר, ביבשה ובמים, על גופם של יצורים אחרים, ואפילו בתוך גופם של יצורים חיים. למרות הרבגוניות של המיקרואורגניזמים, בכולם (למעט הנגיפים) מתרחשים תהליכי החיים האופייניים לתאים החיים: נשימה (או תהליך אחר של שחרור אנרגיה בתא), צריכת אנרגיה, רבייה, גדילה, תנועה, הפרשה ותגובה לגירויים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- הלובקטריום: חי במים מלוחים אורכו: 5 מיקרומטרים
עם זאת, בין המיקרואורגניזמים נכללים גם כאלה שמתקיימים בהם תהליכים ייחודיים המאפשרים להם לחיות במקומות שבהם יצורים אחרים אינם יכולים להתקיים בגלל תנאי סביבה קיצוניים:
- מקומות שבהם אין חמצן, כמו בתוך מערכת העיכול של בעלי-חיים מסוימים.
- מקומות לוהטים, כמו במעיינות חמים שהטמפרטורה בהם יכולה להגיע עד 105 מעלות צלזיוס.
- מקומות קפואים, כמו בקרחונים שהטמפרטורה בהם היא עשרות מעלות צלזיוס מתחת לאפס.
- מקומות מלוחים, כמו בים המלח שרמת המליחות בו יכולה להגיע עד 35%.
- מקומות ששורר בהם לחץ עצום, כמו בקרקעית הים שהלחץ בה הוא 1,000 אטמוספרות.
- מקומות שדרגת החומציות בהם קיצונית, כמו בקיבה המכילה חומצות חזקות מאוד.
- מקומות שבהם חומרים רעילים, כמו ריכוז גבוה של מתכות או של חומרים רדיואקטיביים.
ועוד...
כדי לדעת אם יש מיקרואורגניזמים במקום כלשהו, אפשר לבדוק אם הם מתפתחים על מצע מיוחד שמתאים לגידולם: צלחות פטרי ובהן תערובת של אגר עם חומרי הזנה מתאימים. לצורך כך אפשר למרוח בעדינות על האגד דגימות הנלקחות מהמקום הנבדק, או לפתוח את צלחות הפטרי ולהשאירן חשופות למיקרואורגניזמים הנישאים באוויר באותו המקום.
(צלחת פטרי - צלחת עגולה ובעלת מכסה שלתוכה יוצקים מצע מתאים. צלחת זו משמשת במעבדות מחקר ובמעבדות רפואיות.)
(אגר - רב-סוכר המופק מאצות, שאפשר להמיסו במים יחד עם חומרי הזנה ולאפשר לו להתקרש למצב ג'ל. ג'ל האגר מתאים כמצע לתרבית של חיידקים או לגידול של פטריות.)
המיקרואורגניזמים אומנם זעירים וצריך להיעזר במיקרוסקופ כדי לראותם. אך בתנאים טובים, כמו על צלחות הפטרי עם האגר, הם מתרבים במהירות ויוצרים מושבות שאפשר לראותן בקלות. כל מושבה מכילה כמות עצומה של מיקרואורגניזמים שמוצאם בתא אחד שהתחלק שוב ושוב.
לדוגמה: בתמונה שלפניכם מושבות חיידקים מעוגלות. מושבת החיידקים הגדולה (קוטרה כ-1 ס"מ) מכילה חיידקים שמספרם עולה על מספר כל בני האדם החיים היום בכדור-הארץ!
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- מושבת חיידקים
*271*
לבדוק נוכחות של מיקרואורגניזמים במקומות שונים.
כפפות, שיער אסוף, חלוק מעבדה.
בשל החשש להימצאות חיידקים גורמי מחלות, לאחר העמדת הניסוי אסור לפתוח את צלחות הפטרי אסור לאכול פריטי מזון שהשתמשתם בהם בניסוי! אסור לדגום חיידקים מגוף האדם, ממקלדת המחשב, מהשולחן או ממזוזה!
התבוננו בציוד העומד לרשותכם, ותכננו ניסוי שבו תבדקו את כמות המיקרואורגניזמים המצויים במקומות שונים.
אל תשכחו לתכנן חזרות ובקרה בניסוי.
שערו היכן תמצאו יותר מיקרואורגניזמים (באוויר, במים, במקום מסוים בחדר הכיתה וכדומה). נמקו את השערתכם.
צלחות פטרי ובהן אגר מעוקר (סטרילי) המכיל חומרים הנחוצים להתפתחות חיידקים ופטריות, חתיכות מזון, מטושים (מקלוני צמר גפן) מעוקרים, בקבוקון מי ברז, בקבוקון מים מורתחים, טוש, סרט הדבקה.
(עיקור - (סטרליזציה) חיטוי והשמדה של כל המיקרואורגניזמים באמצעות חום, קרינה או חומרים כימיים.)
א. מספרו את תחתיות צלחות הפטרי שלכם (בלי לפתוח אותן), בהתאם לתוכנית הניסוי.
ב. פתחו צלחת פטרי והניחו אותה במקום נבחר למשך חצי שעה.
ג. בתום חצי שעה סגרו את הצלחת. היעזרו בסרט הדבקה כדי להשאיר אותה סגורה.
ד. נגבו בעזרת קצה מטוש מקום שנבחר לבדיקה, פתחו את אחת מצלחות הפטרי ומרחו בכמה מקומות בעדינות את קצה המטוש על האגר.
ה. סגרו במהירות את הצלחת והדביקו גם אותה בסרט הדבקה.
ו. זרקו את המטושים המשומשים לתוך הכלי לאיסוף הציוד המיועד לעיקור.
*272*
לאחר כשבוע התבוננו בתוצאות בלי לפתוח את צלחות הפטרי הכינו טבלה שבה תסכמו את התוצאות. תוכלו להיעזר בטבלה שלפניכם (העתיקו אותה והוסיפו שורות ועמודות לפי הצורך).
מס' הצלחת | הטיפול/ המיקום | תיאור התוצאות (כמות המושבות, גודלן, צבען, צורתן) |
1 | צלחת פטרי ש... | -- |
2 | -- | -- |
לאחר בדיקת התוצאות (וצילומן), זרקו את צלחות הפטרי הסגורות לתוך הכלי לאיסוף הציוד המיועד לעיקור.
1. מה הייתה הבקרה בניסוי?
2. היכן גיליתם מיקרואורגניזמים?
3. האם גיליתם מינים שונים של מיקרואורגניזמים בניסוי זה? איך קבעתם זאת?
4. האם ייתכן שיש יותר ממקור אחד למיקרואורגניזמים שמצאתם באחת מצלחות הפטרי (או ביותר מצלחת אחת)? הסבירו.
5. האם לדעתכם יש הבדל בכמות המיקרואורגניזמים במקורות השונים שבדקתם? נמקו.
6. איך הניסוי מוכיח שהמיקרואורגניזמים התפתחו ממיקרואורגניזמים שקדמו להם?
7. האם ייתכן שבניסוי דומה בכיתה אחרת יתקבלו תוצאות אחרות? הסבירו.
8. נסחו מסקנה כללית העולה מתוצאות הניסוי.
9. האם קיבלתם בפעילות זו תוצאות שהפתיעו אתכם? מדוע הופתעתם ומה ההסבר לתוצאות אלו?
10. בעקבות הניסו שביצעתם, נסחו 3 שאלות חדשות שכדי לענות עליהן צריך לבצע תצפיות או ניסויים נוספים.
*273*
חוקר בדק כמה חיידקים נמצאים במקומות שונים בביתו, ואלה הממצאים שגילה:
המקום הנבדק | כמות החיידקים שנמצאו ב-1 ס"מ מרובע |
אסלת בית השימוש | 5,000,000 |
מטלית לניגוב השיש במטבח | 21,000 |
ידית הברז במטבח | 2,000 |
ידית הברז בחדר האמבטיה | 970 |
השיש במטבח | 75 |
המגבת במטבח | 65 |
השלט-רחק של הטלוויזיה | 11 |
עכבר המחשב | 8 |
*274*
למיקרואורגניזמים ממדים קטנים בהשוואה לרוב התאים של יצורים רב-תאיים. הקוטר הממוצע של החיידקים ושל הארכאונים הוא 0.5-2.0 מיקרומטרים (מיליוניות המטר), והקוטר הממוצע של מיקרואורגניזמים אחרים הוא כ-10- מיקרומטרים. הקוטר של רוב הנגיפים הוא ננומטרים מעטים. לעומתם, קוטר גופם של מיקרואורגניזמים רב-תאיים הוא עשרות מיקרומטרים. לכן כדי לראות מיקרואורגניזמים צריך להיעזר באמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ אור או מיקרוסקופ אלקטרונים.
(ננומטר - יחידת אורך שגודלה מיליארדית המטר (מיליונית המילימטר))
למיקרואורגניזמים מגוון צורות. לדוגמה, לרוב החיידקים צורת כדור מעוגל (נקרא בשם נקד), מקלון (מתג, ישר או כפוף) או סליל מפותל (סלילון). בין המיקרואורגניזמים יש בעלי שוטונים (אחד או יותר) המאפשרים להם לנוע ויש חסרי שוטונים; יש בעלי קרום חלק ויש בעלי ריסים רבים וקצרים; יש בעלי קופסית (מעטפת מחוץ לקרום התא) ויש חסרי קופסית, ויש אפילו בעלי עין פשוטה המאפשרת להם לקלוט אור. חלק מהמיקרואורגניזמים מכילים כלורופיל ולכן הם ירוקים, מבצעים פוטוסינתזה ומייצרים סוכר וחומרים אחרים. מינים אחרים ניזונים משאריות או מהפרשות של יצורים אחרים או טורפים יצורים חיים, ויש המתקיימים כטפילם בגופם של אחרים.
(שוטון - שלוחה דקה וארוכה הנראית כמו שוט דק וארוך, ומשמשת בעיקר לתנועה )
(ריסים - (שערות/שעריות) שלוחות עדינות מקרום התא הנראות כמו שערות זעירות.)
לפניכם דוגמאות למגוון הצורות והגדלים של מיקרואורגניזמים בגוף האדם.
(בספר שמונה תמונות, היעזר במנחה)
- סנדלית
אורך התא: עד 300 מיקרומטרים
- חיידקי טרפונמה
צורתם סלילונית
אורך החיידק: 20 מיקרומטרים
- אמבה
קוטר התא: 100 מיקרומטרים (תלוי בשינויי צורתו)
- תאי שמרים
קוטר כל תא: 4 מיקרומטרים
- חיידקי הליקובקטר
בעלי שוטונים
אורך החיידק: 3 מיקרומטרים
- חיידקי אי קול
בצורת מקלונים
אורך החיידק: 2 מיקרומטרים
- נגיפים (בצבע ורוד)
קוטר: 0.1 מיקרומטר על תא דם לבן שקוטרו 5 מיקרומטרים
- חיידקי סטרפטוקוקוס
מסודרים בשרשרת ארוכה
קוטר כל חיידק: 1 מיקרומטר
*275*
היכנסו אל היחידה המקוונת מידעון מיקרואורגניזמים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
צפו בתמונות ובסרטונים, קראו את המידע על המיקרואורגניזמים השונים, וענו בעזרתו על השאלות שלפניכם.
1. האם יש פתרון למקרה שבו חיידקי גחלת מתפזרים בסביבה? הסבירו.
2. לאיזו קבוצה שייכת הסנדלית ואילו מאפייני חיים נזכרים בקטע המידע עליה?
3. אילו מאפיינים משותפים יש לנגיפים המוזכרים במידעון?
4. האם לארכאונים יש יכולת תנועה? איזה יתרון עשוי להיות לעובדה זו? נמקו.
5. אילו תועלות אפשר להפיק ממיני הפטריות המוזכרות במידעון?
היכנסו אל היחידה המקוונת מיקרואורגניזמים על כף היד שבאתר אופק על-יסודי מדע וטכנולוגיה, והתרשמו מגודלם של מיקרואורגניזמים שונים.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
*276*
למדתם שהיצורים החיים הנכללים בקבוצת המיקרואורגניזמים משתייכים לקבוצות שונות, ולכן ברור שגם תנאי הסביבה המתאימים להם מגוונים - כל מין והתנאים הנחוצים לו.
- האם יש תנאים חיוניים המשותפים לכל המיקרואורגניזמים?
- האם יש תנאי סביבה שפוגעים במיני מיקרואורגניזמים?
בפעילות שלפניכם תבדקו את ההשפעה של תנאים שונים על גידול חיידקים במעבדה.
לבדוק את ההשפעה של גורמים שונים על התפתחות חיידקים.
חלוק, כפפות, שיער אסוף. אסור לפתוח את צלחות הפטרי בסיום הניסוי!
צלחות פטרי ובהן מצע גידול מעוקר (סטרילי) המכיל חומרים שונים, בקבוקון ובו מיץ לימון, בקבוקון ובו כוהל, מבחנה ובה תרחיף חיידקי אי קולי, מטושים מעוקרים, טוש, סרט הדבקה.
*277*
התחלקו לקבוצות. כל קבוצה תבדוק השפעה של גורם אחר על החיידקים, בהשוואה להתפתחותם על מצע גידול רגיל (המכיל חלבון, 0.5% מלח וכ-2% אגר). לדוגמה:
- קבוצה א תבדוק את השפעת כמות האגר במצע הגידול (2% ו-4%).
- קבוצה ב תבדוק את השפעת כמות החלבון במצע הגידול (כמות רגילה וכמות כפולה).
- קבוצה ג תבדוק את השפעת הטמפרטורה (הטמפרטורה בחדר, במקרר, במקפיא, באינקובטור).
- קבוצה ד תבדוק את השפעת המלח (0% ו-4%).
- קבוצה ה תבדוק את ההשפעה של אתנול.
- קבוצה ו תבדוק את ההשפעה של מיץ לימון.
א. מספרו את תחתיות צלחות הפטר שקיבלתם, בהתאם לתוכנית הניסוי.
ב. געו בעדינות עם קצה מטוש בתרחיף החיידקים.
ג. פתחו את אחת מצלחות הניסוי ומרחו בעדינות את החיידקים שעל המטוש בכמה מקומות.
ד. סגרו את הצלחת במהירות והדביקו עליה סרט הדבקה כדי להשאיר אותה סגורה.
ה. זרקו את המטוש לתוך הכלי לאיסוף הציוד המיועד לעיקור.
ו. למצע גידול עם כוהל/מיץ לימון - פתחו את הצלחות וטפטפו לתוכן טיפות אחדות. סגרו את הצלחות ופזרו את הנוזל על כל השטח באמצעות טלטול עדין. אחר כך פתחו שוב את הצלחות ומרחו בתוכן את החיידקים.
בדקו את צלחות הפטרי מדי יום. התבוננו בתוצאות בלי לפתוח את צלחות הפטרי!
אם יש באפשרותכם, תעדו את התוצאות באמצעות צילום.
א. הכינו טבלה שבה תסכמו את כל התוצאות שהתקבלו בניסויי הקבוצות.
ב. תארו בקיצור את התוצאות העיקריות.
1. מה הייתה הבקרה בניסוי זה? הסבירו.
2. האם היו בניסויים שלכם חזרות? מה חשיבותן?
3. על סמך מה קבעתם אילו תנאים היו חיוניים לחיידקים ואילו תנאים הזיקו לחיידקים?
4. נסחו את המסקנות הנובעות מתוצאות הניסוי.
*278*
1. הסבירו מדוע לא רצוי לאכול מוצרי מזון שנשמרים במקרר לאחר התאריך המצוין על אריזותיהם.
2. בגרף שלפניכם מוצגות תוצאות של ניסוי שבו גידלו חיידקים ממין מסוים בטמפרטורות שונות.
(בספר גרף, היעזר במנחה)
א. מהו טווח הטמפרטורות שבו גדלים חיידקים אלה?
ב. מהי הטמפרטורה המיטבית לגידולם?
3. בספינה ששקעה בעומק הים לפני שנים רבות נמצאו מוצרי מזון שלא נרקבו. איך אפשר להסביר זאת?
*279*
מספר מיני המיקרואורגניזמים החיים בכדור-הארץ הוא כה גדול עד שאפילו מדענים מנוסים מתקשים להעריך אותו. עד כה הוגדרו כמה מאות-אלפי מינים שונים של מיקרואורגניזמים, אך הם כנראה רק אחוז קטן מכלל מיני המיקרואורגניזמים החיים בכוכב הלכת שלנו.
בין המיקרואורגניזמים יש החיים בתוך המים, באוויר ועל פני האדמה, ויש החיים על גופם ובתוך גופם של יצורים חיים. חלק גדול מהמיקרואורגניזמים הם חיידקים ממינים שונים. לדוגמה, לפי הערכת החוקרים, בסמ"ק אחד של מי ים יש בין עשרת אלפים (10^4) למאה מיליון (10^3) חיידקים; בגרם אחד של קרקע חקלאית פורייה יש כמיליארד (10^9) חיידקים, ובגרם אחד של תוכן המעי הגס של האדם יש כטריליון (10^2) חיידקים.
לכמות העצומה של המיקרואורגניזמים החיים בגופם של יצורים אחרים, וגם של אלה החיים בסביבה, יש השפעה רבה הן על תנאי הסביבה והן על התפקוד התקין של כל היצורים החיים בעולמנו.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
בטיפת מי ים יש אלפי מינים שונים של מיקרואורגניזמים
כל היצורים החיים זקוקים לחומרים שהם קולטים מן הסביבה. חומרים אלה מאפשרים ליצורים לנשום ולהפיק אנרגיה, לבנות את תאי גופם, לגדול ולתפקד בהצלחה. כל היצורים החיים לא רק קולטים חומרים מן הסביבה אלא גם מפרישים חומרי פסולת אל הסביבה. נוסף על כך, יצורים חיים מסיימים בזמן כלשהו את חייהם ומתים. כלומר, בכל מקום שיש בו חיים, חומרים חשובים נלקחים מן הסביבה ובו-בזמן מצטברים בה חומרי פסולת ושרידים של יצורים שמתו.
המיקרואורגניזמים הם חלק ממגוון היצורים החיים והם מרכיב חיוני במארג החיים על כדור-הארץ. רבים מהם, בעיקר חיידקים ופטריות, מעורבים בתהליכים טבעיים של מחזור חומרים. מקורות המזון של חיידקים ופטריות אלה כוללים חומרי פסולת, הפרשות, וכן שרידי גופם של יצורים שמתו, שאותם הם מפרקים וסופגים לתאיהם. תוצרי פירוק שאינם נחוצים לחיידקים ולפטריות (מינרלים וחומרי דשן) נשארים באדמה וכך הם מתמחזרים ומחדשים את מלאי החומרים בה.
לדוגמה, עלים שמתייבשים נושרים מן הצמחים ונופלים על הקרקע. אז נכנסים לפעולה המפרקים בשרשרת המזון בטבע: מיקרואורגניזמים, פטריות ובעלי-חיים נוספים, המשתמשים בשרידי הצמחים כמקור מזון ומפרקים אותם. תהליך הפירוק יכול להימשך למעלה מחצי שנה, ובמהלכו רבים מהחומרים שמרכיבים את שרידי הצמחים עוברים מחזור. חומרים אלה מתפזרים באדמה, מדשנים (מזבלים) אותה ב"זבל טבעי", והצמחים הגדלים בה קולטים אותם ומתפתחים בהצלחה.
*280*
מינים רבים של מיקרואורגניזמים מעורבים בפירוק ובמחזור של שרידי יצורים חיים ופסולת שונה. כך הם גם תורמים למחזור חומרים בטבע וגם מתפקדים כ"פועל ניקיון" של הטבע. את העובדה הזו אפשר לנצל גם לתועלתם בבית ובחצר: כאשר גוזמים דשא, עצים ושיחים בגינה, האם כדאי לזרוק את הגזם (העלים והענפים שנגזמו מן הצמחים) לאשפה? - לא ולא! כדאי לדעת שחומרי הגזם האלה הם "פסולת ירוקה" בעלת ערך. אם מוסיפים להם גם שאריות מזון ומעט קרטון ונייר, אפשר להכין מהם דשונת (קומפוסט) - דשן (זבל) מעולה. לדשונת יתרונות שונים: היא מקטינה את כמויות האשפה הביתית והגזם שצריך לפנות, חוסכת קנייה של חומרי דשן לגינה, וגורמת לצמחי הגינה לגדול בריאים ויפים יותר.
(דשונת - זבל אורגני המתקבל מפירוק של חומרי פסולת גינון, קרטון ושאריות מזון. המפרקים הם חיידקים, פטריות ובעלי-חיים מפרקים אחרים.)
1. מה לדעתכם היה קורה אילו כל הפסולת ושרידי גופם של יצורים שחיו בעבר לא היו מתפרקים?
2. מה לדעתכם היה קורה אילו כל החומרים שנקלטו בגופם של היצורים שחיו בעבר היו נשארים לעולמים בתוך שרידי גופם?
(בספר ארבע תמונות, היעזר במנחה)
- כמות האשפה שכל תושבי ישראל מייצרים בשנה עולה על 5 טונות
- כל אחד- מתושבי ישראל מייצר בממוצע 2 ק"ג אשפה ביום
- אם לא נטפל באשפה, כדור-הארץ יתכסה בהררי זבל
- אפשר למחזר ולנצל לתועלתנו חלק גדול מהאשפה הביתית
*281*
מהי התגלית של התלמיד דניאל בארד, שזיכתה אותו ב-30,000 דולר?
דניאל בארד, תלמיד קנדי, היה מוטרד מהכמות העצומה של שקיות הניילון שמחלקים בחנויות לצורך נשיאת הקניות. הוא ידע שבדרך כלל משתמשים בשקיות כאלה פעם אחת בלבד ולאחר מכן משליכים אותן לפח האשפה. דניאל הוטרד מאוד מהידיעה שפלסטיק אינו מתכלה בקלות, והחליט לבדוק רעיון שעלה במוחו ואולי יאפשר לפתור את בעיית זיהום הסביבה בפלסטיק.
(פלסטיק - שם כללי למבחר גדול של חומרים מלאכותיים (סינתטיים), בעלי מגוון גדול של תכונות, שהאדם מייצר מנפט גולמי.)
דניאל אסף את שקיות הפלסטיק שהוריו הביאו הביתה, טחן אותן וערבב עם אדמה (שבתוכה יש חיידקים מסוגים שונים). את התערובת הכניס לכלי גדול ובו מים, מעט תמצית שמרים ועוד כמה חומרים חשובים שנמצאים במצע לגידול חיידקים. הוא ידע שכעבור ימים אחדים ייגמרו כל חומרי המזון בתמיסה שהכין, ורק הפלסטיק יישאר. הוא חשב שגם אם יש באדמה רק מעט מאוד חיידקים המסוגלים לפרק פלסטיק ולהשתמש בו כמקור מזון (הפלסטיק הוא גם מקור של פחמן, חומר חיוני ליצורים חיים), הם לבדם יתרבו בתוך התמיסה, ואילו שאר מיני החיידקים ימותו.
במשך 3 חודשים שמר דניאל את התמיסה בתנאים מתאימים (בטמפרטורה נוחה תוך כדי טלטול עדין ששיפר את המגע עם האוויר ועם הפלסטיק הטחון שאינו מסיס במים). לאחר מכן הוא חילק את התמיסה ל-4 כלים והרתיח אחד מהם. בנוסף, הכין 4 חתיכות של שקית פלסטיק ושקל כל אחת מהן. הוא הוסיף לכל אחד מהכלים מצע טרי לגידול חיידקים ואת אחת מחתיכות הפלסטיק, ושמר את התמיסות שבארבעת הכלים בתנאים מתאימים במשך 6 שבועות נוספים.
בסוף הניסוי הוציא דניאל מהכלים את חתיכות הפלסטיק ושקל אותן.
הוא גילה שהמשקל של 3 מהן ירד בצורה משמעותית, ורק חתיכת הפלסטיק מהתמיסה שהורתחה נשארה במשקלה ההתחלתי.
שאלות
1. אילו השערות נבדקו בניסוי של דניאל?
2. על איזו עובדה התבסס דניאל בשלב הראשון של הניסוי שלו?
3. האם הייתה בקרה בניסוי זה? הסבירו.
4. מדוע לדעתכם החליט דניאל לשמור את התמיסה המקורית במשך 3 חודשים לפני שהמשיך בניסוי? נמקו תשובתכם.
5. מהי המסקנה הנובעת מתוצאות הניסוי של דניאל?
6. אילו השלכות חשובות על איכות הסביבה יש למסקנות הניסוי של דניאל? ציינו לפחות שתי השלכות שונות.
דניאל הציג את תגליתו ביריד המדע בעיר אוטווה, בירת קנדה, וזכה בפרס הראשון שכלל 10,000 דולר ומלגת לימודים בשווי של 20,000 דולר.
*282*
בעקבות הניסוי של דניאל, חוקרים נוספים ממשיכים לחפש (וגם למצוא) חיידקים מפרקי פלסטיק במקומות שונים בעולם. חוקרים אחרים מחפשים חיידקים שמפרקים מזהמים סביבתיים אחרים, כמו נפט ומתכות רעילות, וכולם מקווים שהחיידקים המתאימים יוכלו לפרק חומרים מזהמים במקומות שיש צורך בכך.
את ההשלכות של ניסויים מהסוג של דניאל אפשר לנצל לצורכי שמירה על איכות הסביבה, הפחתת זיהומים סביבתיים ושיקום נזקים סביבתיים. בפעילות שלפניכם דוגמאות אחדות לכך.
היכנסו אל הפעילות המקוונת מי ינקה את שמורת עברונה? שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
קראו את המידע ובצעו את המשימה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
בשנת 2014 התרחש בשמורת עברונה אחד האסונות האקולוגיים החמורים בישראל. מיליוני ליטרים של נפט גולמי דלפו מקו צינור הנפט אילת-אשקלון, זרמו באפיקי הנחלים בערבה לאורך ר ק"מ, זיהמו את האדמה ופגעו במערכת האקולוגית המיוחדת בשמורה.
שנה לאחר זיהום השמורה, כשהסחף והחול כיסו והעלימו מן העין את כתמי הנפט השחורים ונדמה היה שהסכנה חלפה, התברר שלאסון האקולוגי הזה יש השלכות חמורות שיימשכו עוד שנים רבות.
*283*
איך אפשר לעזור לפעולת הניקוי של שמורת עברונה שהזדהמה בנפט?
עליכם להכיר את ההשלכות השונות של האסון האקולוגי בשמורת עברונה באמצעות הפעילות המקוונת ולהסביר:
1. אילו פעולות ניקוי התבצעו בשמורה ומדוע הן אינן מספיקות?
2. כיצד מיקרואורגניזמים יכולים לקצר את משך הטיהור ושיקום השמורה?
3. היכן אפשר למצוא מיקרואורגניזמים המתאימים למטרה זאת?
כדי לענות על שאלות אלו, היכנסו אל הפעילות המתוקשבת: שמורת עברונה.
היעזרו בהנחיות המפורטות בה ובהפניות אל מקורות מידע מתאימים.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
אחד הערוצים שהזדהם בנפט)
*284*
היכנסו אל הפעילות המקוונת איי הפלסטיק שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
קראו את המידע ובצעו את המשימה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
איי פלסטיק
איך מטפלים בזיהום בפלסטיק?
מדי שנה מצטברים במזבלות מיליוני טונות של פסולת פלסטיק. חלק גדול מפסולת הפלסטיק מגיע אל מי הימים והאוקיינוסים ויוצר את מזבלות הפלסטיק הגדולות ביותר בעולם, הנקראות איי הפלסטיק. חוקרים טוענים שסילוק איי הפלסטיק מהאוקיינוסים בשיטות רגילות הוא משימה בלתי אפשרית.
משימתכם היא להכיר את ההשלכות הסביבתיות והבריאותיות של הזיהום בפלסטיק ולהציע דרכים להפחית את זיהום הסביבה בפלסטיק.
מדי שנה מיליוני טונות של פסולת עשויה פלסטיק מגיעים אל מי הימים והאוקיינוסים.
מה קורה לפסולת זו בים?
לפני כ-20 שנה התגלה שזרמי האוקיינוסים גורמים לכמויות אדירות של פסולת הפלסטיק הזו להצטבר במקומות מסוימים באמצע האוקיינוסים. אלה הן המזבלות הגדולות ביותר בעולם, ונהוג לקרוא להן איי הפלסטיק.
החוקרים מעריכים שכמות הפלסטיק באוקיינוסים עולה על 20 מיליארד טון, וטוענים שניקו האוקיינוסים בשיטות רגילות הוא משימה בלתי אפשרית.
האם יש דרך אחרת לנקות את האוקיינוסים מאיי הפלסטיק הללו?
*285*
עליכם להכיר את ההשלכות הסביבתיות השונות של זיהום בפלסטיק באמצעות הפעילות המקוונת, ולמצוא תשובות לשאלות אלה:
1. מדוע קשה להיפטר מפסולת של פלסטיק?
2. אילו השפעות יש לחומר פלסטיק על הסביבה ועל היצורים החיים בה?
3. כיצד מיקרואורגניזמים יכולים לסייע לפתור את בעיית הזיהום בפלסטיק?
4. ירון טוען שאם כל החומרים שנקלטו בגופם של היצורים שחיו בעבר היו נשארים לעולמים בתוך שרידי גופם, הסביבה הייתה נקייה יותר והמצב היה עדיף לכל היצורים החיים. האם הטענה הזאת נכונה? נמקו תשובתכם.
כדי לענות על שאלות אלו, היכנסו אל הפעילות המתוקשבת: איי הפלסטיק. היעזרו בהנחיות המפורטות בה ובהפניות אל מקורות מידע מתאימים.
*286*
(בספר איור, היעזר במנחה)
- הקיבה והחיידקים בתוכה
- חיידקי הליקובקטר: אחד ממיני החיידקים שנמצאים בתוך הקיבה. אורכם: 3 מיקרומטרים
כאשר חושבים על מיקרואורגניזמים ועל רפואה, ובעיקר על חיידקים ונגיפים, מיד נזכרים במחלות שהמיקרואורגניזמים גורמים לנו.
האם אתם מכירים מישהו שלא חלה מעולם בדלקת גרון האם אתם זוכרים שקיבלתם חיסון לצפדת (טטנוס)? ואולי שמעתם על מחלת המלריה הנפוצה באפריקה או קראתם על מגפת הדבר ("המגפה השחורה") שקטלה קרוב ל-100 מיליון אנשים לפני כמה מאות שנים? - כל אלה הן דוגמאות למחלות הנגרמות על ידי מיקרואורגניזמים.
אומנם המיקרואורגניזמים התגלו רק לפני כ-250 שנים, אך מאז האדם למד לזהות אותם, להילחם במזיקים שבהם, ואפילו להיעזר במועילים שבהם.
כבר זמן רב ידוע שבגוף האדם יש מיקרואורגניזמים בכמות העולה על מספר תאי הגוף. ידיעה זו יוצרת תחושה שאנו עלולים לחלות בכל רגע, אך למרבה ההפתעה התברר שמיקרואורגניזמים אלה אינם פוגעים בבריאותם, ורבים מהם אפילו חיוניים לנו. יצורים זעירים אלה נקראים בשם מיקרוביום.
(מיקרוביום - (microbiome; מיקרו = זעיר; ביום = כל היצורים החיים בסביבה מוגדרת) מכלול המיקרואורגניזמים המתקיימים על גופו של יצור
רב-תאי ובתוכו.)
*287*
המיקרוביום בגופנו (על העור ובתוך הגוף) מורכב בעיקר מכמות עצומה של חיידקים, שמספרם גדול בהרבה ממספר תאי הגוף והם משתייכים לסוגים רבים של חיידקים. החוקרים מעריכים שרק בתוך המעי הגס של האדם יש מיליארדי חיידקים המשתייכים ל-400 מינים שונים! רוב החיידקים נמצאים במעיים ועל גבי העור, אך יש חיידקים גם בפה, בדרכי הנשימה, באיברי המין ובאיברים נוספים.
בעשורים האחרונים התברר שלחיידקים בגוף האדם יש חשיבות עצומה, ולמעשה א אפשר לחיות בלעדיהם. חיידקים אלה ממלאים תפקידים חיוניים בגוף: הם מייצרים ויטמינים, עוזרים בניצול יעיל יותר של המזון, ומתחרים בחיידקים גורמי מחלות. בשנים האחרונות בוצעו מחקרים חדשניים ופורצי דרך שהראו שהחיידקים משפיעים גם על בריאותנו, על מצב רוחנו, ועל בקרת משקל גופנו.
אפשר לחלק את החיידקים החיים בגוף האדם לקבוצות לפי סוג יחסי הגומלין שהם מקיימים עם האדם:
- חיידקים המקיימים יחסי שיתוף הדדיים עם האדם ותורמים לבריאותו.
- חיידקים גורמי מחלות (פתוגנים) החודרים לגוף, גורמים למחלות ומקיימים עם האדם יחסי טפיל-פונדקאי.
- חיידקים ניטרליים שאינם מועילים ואינם מזיקים (או שתפקודם אינו ידוע).
ההבנה של חשיבותו הרבה של המיקרוביום התחדדה במיוחד לאחר שהחלו להשתמש בתרופות אנטיביוטיות. מאז שאלכסנדר פלמינג גילה בשנת 1928 את החומר האנטיביוטי הראשון - הפניצילין, השימוש בתרופות אנטיביוטיות הלך וגבר ואפשר להחלים בקלות ממחלות שהיו עד אז מסוכנות מאוד כמו דלקת ריאות ושחפת. עם זאת, לאחר שנים רבות של שימוש נרחב בתרופות אנטיביוטיות, עלתה טענה שהאנטיביוטיקה אומנם חשובה למלחמה בחיידקים מזיקים, אבל היא מחסלת גם את המיקרואורגניזמים המועילים הנמצאים בגופנו.
(אנטיביוטיקה - (אנטי = נגד; ביוטי = חי) שם כללי לחומרים הגורמים למותם של חיידקים או לעיכוב התפתחותם. בדרך כלל חומרים אלה אינם מזיקים לאדם, ומשתמשים בהם כתרופה למחלות. זיהומיות.)
כדי להוכיח טענה זו, החוקרים גידלו עכברים בסביבה סטרילית. בעכברים האלה לא התפתחו חיידקים (לא במעי ולא על פני עורם), והחוקרים שמו לב שמערכת החיסון בעכברים חסרי החיידקים הייתה פגומה ומשקל גופם היה גבוה מזה של עכברים רגילים. על סמך מחקרים אלה ומחקרים נוספים, עלה חשד ששימוש באנטיביוטיקה פוגע במיקרוביום שבגוף, וזה אחד הגורמים למחלות מסוימות שבהן מערכת החיסון תוקפת את רקמות הגוף (מחלות אוטואימוניות) ואפילו לחלק מהמקרים של השמנת יתר.
השימוש הרב והלא מבוקר באנטיביוטיקה גרם גם לבעיה חמורה אחרת: התפתחות זני חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, שכאשר הם מתרבים בגוף קשה להילחם בהם.
*288*
מתוך הכרה בחשיבותם של החיידקים, יצא לדרך פרויקט המיקרוביום האנושי שיזמו רשויות הבריאות האמריקאיות בשיתוף פעולה עם אוניברסיטאות ומעבדות מחקר ברחבי העולם. החוקרים בדקו את הרכב המיקרוביום של כ-250 מתנדבים בריאים במטרה להגדיר מהו מיקרוביום נורמלי, והשוו אותו להרכב המיקרוביום אצל חולים במחלות שונות. ההשוואה בין המיקרוביום של החולים לעומת המיקרוביום של הבריאים יכולה לסייע באבחון הסיבות למחלה, ולהצביע על דרכים אפשריות לטיפול בה.
בימים אלה נמצא חקר המיקרוביום בחזית המחקר המדעי, ורבים רואים בו את המחקר החשוב ביותר המתבצע כיום.
חפשו ברשת מאמר מעניין הנוגע למיקרוביום האנושי, הביאו אותו לכיתה ודונו בו.
היכנסו אל הפעילות המקוונת פרוביוטיקה - רצויה או הכרחית? שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
קראו את המידע ובצעו את הפעילות.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
פרוביוטיקה - רצויה או הכרחית?
- "רוצים לפנק את ה"חיידקים הטובים" שלכם- אכלו הרבה ירקות ודגנים מלאים!"
- "הכמוסות שלנו מעילות 5 מיני חיידקים פרוביוטיים נחקרים..."
- "החיידקים הפרוביוטיים נלחמים בדלקת. אבל רק אם אוכלים 100 גביעי יוגורט ביום..."
"החגים הסתיימו והבטן נפוחה? - היוגורט הפרוביוטי שלנו יפתור את הבעיה..."
*289*
מאז התבררה חשיבותו של המיקרוביום, החלו אנשים לצרוך מאכלים ותרופות פרוביוטיות.
פרוביוטיקה (פרו = בעד; ביוטיקה = חיים) היא גישה המבוססת על הוספת חיידקים המועילים לבריאותנו לתפריט שלנו. הדוגלים בפרוביוטיקה מסתמכים על מידע שמתפרסם באמצעי התקשורת, ואוכלים מאכלים המכילים חיידקים מועילים כמו יוגורט, או בולעים תכשירים המכילים חיידקים כאלה, במטרה לשמר ולהעשיר את המיקרוביום שבגופם.
- עד כמה המידע המתפרסם באמצעי התקשורת הוא אמין?
- האם המידע המופיע על מוצרי המזון הפרוביוטיים הוא מדויק?
- איך אפשר להסביר את הסתירות בין הפרסומים השונים?
כדי למצוא תשובות לשאלות אלה:
א. חפשו בחנויות המזון מוצרי מזון פרוביוטיים כמו משקאות וסוגי יוגורט מסוימים, והעתיקו או צלמו את הפרטים על תכולת מרכיבי המזון ועל החיידקים הפרוביוטיים המצויים בהם. (במידע שאספתם תשתמשו בשלב ג של הפעילות.)
שימו לב למיני החיידקים הפרוביוטיים, לכמות החיידקים, ולפרטים רלוונטיים נוספים המופיעים על אריזות המוצרים.
ב. בצעו את הפעילויות שביחידה המקוונת: פרוביוטיקה - רצויה או הכרחית?
ג. הוסיפו בה את הפרטים שגיליתם בחנויות המזון והצביעו בסקר המוצג בה.
ד. נסחו רשימת הנחיות שכדאי לשים לב אליהן כשמחפשים מידע ברשת, במיוחד בנושאים העוסקים בבריאות.
מיקרוביום מפיץ אור - עובדות "מדליקות"
לדג פנסון החי בעומק הים יש מתחת לכל עין חלל דמוי כיס קטן שבו נמצאים חיידקים מיוחדים. חיידקים אלה מייצרים תגובה ביוכימית שבסופה מופק אור, ולכן הכיס הזה נקרא איבר תאורה. קרום מיוחד מכסה את איבר התאורה ומסתיר את האור שהחיידקים מפיקים. רק כאשר הדג מזיז את הקרום, איבר התאורה נחשף והפנס "נדלק".
לאור שחיידקי הפנסון מפיצים יש תפקיד חשוב: הוא מסייע לדגים לתקשר זה עם זה במי הים החשוכים, והוא גם מפתה בעלי-חיים קטנים שנמצאים במים להימשך אל האור ולשמש מאכל לדגי הפנסון.
חברת הזנק (סטארט-אפ) צרפתית מנסה לייצר פנסים שיאירו את הרחובות בעזרת חיידקים מפיצי אור. הם סבורים שכך אפשר יהיה להקטין את צריכת החשמל ולהקטין את זיהום הסביבה בפחמן דו-חמצני הנפלט מתחנות הכוח. אכן רעיון מדליק...
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- חיידקים מפיקי אור
- מקור האור של דג הפנסון הוא בחיידקים שבאיבר התאורה
- כאשר הדג מכסה את איבר התאורה בקרום, הפנס "כבה"
*290*
המיקרואורגניזמים אומנם ממלאים תפקיד חשוב בגופנו, אך יש גם מיקרואורגניזמים גורמי מחלות. גורמי מחלות כאלה נמצאים סביבנו כל הזמן, ולמרות זאת רוב הזמן אנחנו בריאים כי מערכת החיסון שבגופם מצליחה לנטרל את רוב גורמי המחלות הפולשים לגופנו. רק מדי פעם תוקפת אותנו מחלה, וברוב המקרים האלה אנו מבריאים בעזרת טיפול מתאים.
מחלות ומגפות הגובות קורבנות רבים ומאיימות להתפשט במהירות ולסכן את אוכלוסיית העולם הן לא עניין חדש, אלא מלוות את המין האנוש מימים ימימה. אנשים ניסו להסביר את הסיבה להן זמן רב לפני שהיה ידוע על קיומם של המיקרואורגניזמים ולפני שהתברר הקשר בין מחלות לבין חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים. במשך למעלה מ-400 שנים ניסו חוקרים רבים לגלות את הגורמים למחלות ואת הדרכים להתמודד עמן. כמה מהחוקרים העלו רעיונות שונים מאוד מהדעות המקובלות של עמיתיהם, ואנשי המדע בני תקופתם התקשו לקבל אותם. לכן בין החוקרים פורצי הדרך היו כאלה שזכו להכרה רק שנים לאחר מותם.
לפניכם מידע על שלושה מדענים מבריקים שמחקריהם תרמו רבות להבנת הקשר בין מיקרואורגניזמים לרפואה. שניים מהם אף קיבלו פרסי נובל על תרומתם החשובה.
איגנץ זמלווייס (Semmelweis) היה רופא הונגרי שהבין שמחלה יכולה לפרוץ כתוצאה ממעבר של גורם כלשהו מאדם חולה לאדם בריא.
באותם ימים, בשנת 1847, עדיין לא ידעו על קיומם של חיידקים. לכן הרופאים שעבדו יחד עם ד"ר זמלווייס במחלקת היולדות בבית החולים לא הקפידו על כללי היגיינה ולא נהגו לרחוץ ידיים לפני שניגשו לטפל ביולדת חדשה. לפעמים הם אפילו ניגשו לטפל ביולדת מיד לאחר שסיימו לנתח גופה של נפטר, בלי שניקו את ידיהם. כתוצאה מכך יולדות רבות נפטרו ממה שכונה אז "קדחת לידה".
בתצפיות שערך ד"ר זמלווייס בבית החולים הוא גילה שאם מקפידים על שטיפה יסודית של הידיים לפני שניגשים לטפל ביולדת, תמותת היולדות יורדת בצורה משמעותית. זמלווייס ובני דורו אומנם לא ידעו על קיומם של חיידקים, אך הוא הבין שגורם כלשהו נצמד לידיים של הרופאים ולכלי הניתוח, חודר לגוף של יולדת בריאה וגורם לה לחלות בקדחת הלידה. ד"ר זמלווייס לא ידע מהו הגורם הזה וקרא לו "חלקיקי ריקבון".
(בספר תמונה)
איגנץ זמלווייס
*291*
לרוע המזל, ד"ר זמלווייס היה אדם קצר רוח ועקשן. הוא נהג להתפרץ בכעס על כל מ שלא קיבל את דעתו, הסתכסך עם עמיתיו הרופאים, ובמשך שנים רבות סירב לפרסם את ממצאיו. לכן רעיונותיו לא התקבלו על בני דורו, ואלפי יולדות המשיכו למות כתוצאה מזיהום. רק זמן רב אחרי מותו גילו את החיידקים, וזיהו שהגורמים ל"קדחת הלידה" הם אחד ממיני החיידקים מהסוג סטרפטוקוקוס. רק אז הבינו עד כמה ד"ר זמלווייס היה פורץ דרך בתקופתו.
מה גרם לד"ר זמלווייס להבין שהרופאים מעבירים גורמי מחלה מאדם לאדם?
על כך בפעילות שלפניכם.
היכנסו אל הפעילות המקוונת קדחת הלידה שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
קדחת הלידה
קראו את המידע וענו על השאלות.
1. על סמך מה הגיע ד"ר זמלווייס להשערה שגורם כלשהו ("חלקיקי ריקבון") גורם לקדחת הלידה? הסבירו.
2. מה גרם לד"ר זמלווייס להסיק בוודאות שהסיבה לקדחת הלידה היא גורם כלשהו העובר מאדם לאדם?
3. מה קרה לאחר שד"ר זמלווייס סיים את תפקידו כמנהל מחלקת היולדות ומה ההסבר לכך?
*292*
רוברט קוך (Koch) היה רופא גרמני שזיהה לראשונה את הקשר בין חיידקים לבין מחלות. בשנת 1876 הוא
רוברט קיר חקר את המחלה הקטלנית גחלת (אנתרקס).
ד"ר קוך בדק את דמם של בעלי-חיים רבים שחלו בגחלת וראה שבדם של כולם נמצאים חיידקים בצורת מתגים (מקלונים). הוא הצליח לבודד את החיידקים, לגדל אותם במעבדה בתרבית, להתבונן בתרבית מבעד למיקרוסקופ ולראות שמלבד המתגים הופיעו בכלי גם הרבה נקודות מעוגלות זעירות.
(תרבית - תאים שהתפתחו מתא אחד או מתאים אחדים כתוצאה מהתחלקותם.)
בו-בזמן הוציא ד"ר קוך דם מבעלי-חיים שחלו בגחלת, וראה שהדם מכיל את החיידקים. הוא הזריק את הדם הזה לגופם של עכברים וארנבות בריאים, וכעבור יום-יומיים כל המוזרקים חלו בגחלת ומתו. קוך ייבש את הדם הנגוע בחיידקי גחלת, וגילה שבאמצעות הדם המיובש אפשר להדביק בגחלת בעלי-חיים בריאים, אפילו אם הדם נשמר מיובש במשך למעלה מ-5 שנים.
בעקבות הניסוי שביצע קוך בחיידקי הגחלת, ובעקבות ניסויים נוספים שערך גם בחיידקי שחפת, נקבעו 4 שלבי מחקר המאפשרים לזהות בוודאות את החיידקים החשודים כחרמים למחלה כלשהי. שלבי המחקר הללו קרויים על שמו - העיקרים של קוך.
העיקרים של קוך - 4 השלבים בזיהוי גורם המתלה
(בספר תרשים זרימה מאויר)
א. למצוא חיידקים הנחשדים כגורמי המחלה בגופם של כל החולים במחלה זו.
ב. לבודד מגופם של החולים את החיידקים האלה ולגדל אותם בתרבית טהורה (ללא חיידקים ממינים אחרים).
ג. להזריק לבעלי-חיים בריאים את החיידקים מהתרבית הטהורה ולהיווכח שסימני המחלה מופיעים גם בהם.
ד. לבודד את החיידקים שהתרבו בגופם של בעלי-החיים שחלו בעקבות ההזרקה, לגדל אותם בתרבית טהורה חדשה ולהוכיח שהם זהים לחיידקים שבתרבית הראשונית.
כיום ידוע שגחלת נגרמת על ידי חיידקי בצילוס אנתרסיס. חיידקי גחלת חיים ומתרבים בהצלחה בתוך הגוף אך אינם יכולים להתרבות מחוץ לגוף. בתנאים של מחסור במים או בחומרי מזון הם הופכים לנבגים - תאים עמידים, שאינם פעילים אלא נמצאים בתרדמה. נבג גחלת יכולים לשרוד בצורה זו באדמה במשך עשרות שנים, ורק כאשר יחדרו לגופם של בעלי-חיים הם יתעוררו ויתחילו להתרבות מחדש.
(נבגי חיידקים - תאים עמידים הנוצרים כאשר החיידקים נקלעים לסביבה שבה התנאים קיצוניים. סביב הנבגים נוצרת מעטפת עבה, תכולת המים בתוכם נמוכה, וקצב התהליכים בתא נמוך מאוד. נבגים עשויים לשרוד במצב כזה במשך עשרות ואף מאות שנים, ולהתעורר לחיים כאשר תנאי הסביבה משתפרים.)
*293*
1. התבוננו ב-4 השלבים של העיקרים של קוך והסבירו את החשיבות של כל אחד מהם. בתשובתכם השתמשו במונחים השערה, תוצאות ומסקנות.
2. מדוע החיידקים הגורמים למחלת הגחלת מתאימים כנשק ביולוגי? אילו חששות הם מעוררים?
היכנסו אל הפעילות המקוונת ציר זמן - מיקרואורגניזמים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
קראו את המידע על החוקרים שסללו את הדרך להבנת הקשר בין מיקרואורגניזמים לרפואה וענו על השאלות.
1. מה ההבדל בין ההסבר שנתן ד"ר איגנץ זמלווייס לתגלית שלו לפני כ-170 שנים לבין ההסבר לתגליתו על פ הידוע בתקופתנו?
2. מדוע קוך לא יכול היה להסתפק בעובדה שחיידקים בצורת מתגים נמצאים בדמם של כל בעלי-החיים החולים בגחלת כדי להוכיח שהם הגורם למחלה? נמקו.
3. מהן הנקודות הזעירות המעוגלות שראה קוך כשגידל במעבדה את חיידקי הגחלת? הסבירו.
4. מהי החשיבות של "העיקרים של קוך"?
*294*
אומנם רק אחוז קטן ממיני החיידקים עלול לפגוע בבריאותנו, אבל מדי פעם הם מצליחים להתרבות בגופנו וגורמים למחלות. הדרך המקובלת להילחם בחיידקים גורמי מחלה היא באמצעות תרופות אנטיביוטיות המפסיקות את התרבות החיידקים או גורמות למותם.
התרופה האנטיביוטית הראשונה התגלתה רק במקרה, לפני כ-90 שנה, על ידי החוקר האנגלי סר אלכסנדר פלמינג. פלמינג שם לב להשפעה האנטיביוטית של חומר המיוצר על ידי פטריית העובש פניציליום, וקרא לו בשם פניצילין על שם הפטרייה הזו.
גילוי הפניצילין היה צעד ענק בתחום הרפואה, והציל מיליוני חולים ופצועים שהיו בסכנת מוות בעקבות חדירה של חיידקים לגופם. על הגילוי הזה זכה פלמינג בפרס נובל לפיזיולוגיה ולרפואה בשנת 1945.
(בספר תמונה)
סר אלכסנדר פלמינג
1. היכנסו לפעילות ציר הזמן - מיקרואורגניזמים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה. קראו את המידע על פלמינג והסבירו מה עורר אצל פלמינג את ההבנה שלפניצילין יש השפעה אנטיביוטית.
2. היכנסו לפעילות מידעון מיקרואורגניזמים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה. קראו את המידע על הפניציליום והסבירו כיצד הפניצילין משפיע על החיידקים הנחשפים לו.
(בספר שני צילומי מסך, היעזר במנחה)
- מידעון מיקרואורגניזמים
- ציר זמן - מיקרואורגניזמים
*295*
התבוננו בציוד העומד לרשותכם ותכננו ניסוי שיוכיח את השפעת האנטיביוטיקה על חיידקים.
צלחות פטרי ובהן אגר מעוקר (סטרילי) המכיל חומרים הנחוצים להתפתחות חיידקים, מבחנות ובהן תרחיפי חיידקים, דסקיות נייר סינון נקיות ודסקיות ספוגות באנטיביוטיקה מסוגים שונים, מלקטת (פינצטה), מטושים מעוקרים, טוש, סרט הדבקה.
חלוק, כפפות, שיער אסוף.
שימו לב: לאחר העמדת הניסוי אסור לפתוח צלחות פטרי המשמשות לגידול חיידקים!
לאחר שתקבלו אישור מהמורה, בצעו את הניסוי ותעדו את התוצאות (רצוי גם באמצעות צילומים).
1. ציינו כמה חזרות ביצעתם ומה הייתה הבקרה.
2. תארו במילים את התוצאות, תוך התייחסות לגורם המשפיע ולגורם המושפע.
3. האם אפשר להסיק מתוצאות הניסוי מסקנות לגבי כל מיני החיידקים וכל סוג החומרים האנטיביוטיים? נסחו טענה ונמקו אותה.
*296*
מאז גילוי הפניצילין התגלו תרופות אנטיביוטיות רבות אחרות, וכיום נעשה בהן שימוש נרחב. תרופות אנטיביוטיות הן הדרך העיקרית להילחם בחיידקים גורמי מחלות שמתרבים בגוף. בדרך כלל כאשר נוטלים אנטיביוטיקה, התרופה לא הורגת את כל החיידקים בגוף אלא רק מקטינה את כמותם. במצב כזה מערכת החיסון בגוף מצליחה להתמודד עם החיידקים המתמעטים ולחסל אותם.
למרות זאת, עם הזמן התפתחו אוכלוסיות חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה שהתרופה אינה פוגעת בהם. בכל פעם שמגלים חיידקים כאלה צריך להשתמש בחומרים אנטיביוטיים אחרים, אך עם הזמן מופיעה עמידות גם להם. "מרוץ החימוש" בין החיידקים לבין התרופות האנטיביוטיות שהאדם מפתח נמשך גם כיום, והמדענים נאלצים לפתח עוד ועוד תרופות אנטיביוטיות חדישות שיכולות לפגוע גם בחיידקים העמידים לתרופות הקודמות.
(בספר איור, היעזר במנחה)
איור של חיידק מוגדל פי 5,000
הגרף שלפניכם מציג את השינויים באוכלוסיית חיידקים שנחשפים לתרופה אנטיביוטית.
(א) חשיפת החיידקים לאנטיביוטיקה.
(ב) רוב החיידקים מתים ורק העמידים לאנטיביוטיקה שורדים.
(ג) ממעט החיידקים העמידים ששורדים, מתפתחת אוכלוסיית חיידקים עמידים.
התבוננו בגרף והסבירו: מדוע בזמן מחלה חשוב להמשיך את הטיפול האנטיביוטי לפי הנחיית הרופאים (לרוב במשך 7 עד 10 ימים) ולא להפסיקו לפני הסוף אפילו כשהמצב הוטב?
(בספר גרף, היעזר במנחה)
השפעת אנטיביוטיקה על גודל אוכלוסיות החיידקים
*297*
כבר בתקופות קדומות, הרבה לפני שאנטוני ואן-לבנהוק בנה את המיקרוסקופ הראשון והצליח לראות לראשונה את היצורים הזעירים, בני האדם הסתמכו על מיקרואורגניזמים בלי שידעו בכלל על קיומם.
סביר להניח שמאז ומעולם הבינו בני האדם שריח רע הנודף ממזון מעיד על קלקולו. הם אומנם לא ידעו שחיידקים ופטריות התרבו במזון המקולקל והפרישו חומרים שפוגעים בבריאות, אך הניסיון לימד אותם שאכילת מאכלים בעלי ריח רע גורמת להרגשה לא טובה.
מאידך, כבר לפני דורות רבים למדו בני האדם להכין מאכלים ומשקאות טעימים כמו יוגורט, לחם ויין, ורק אלפי שנים מאוחר יותר התבררה המעורבות של מיקרואורגניזמים בתהליכי הכנתם. חיידקים ממינים שונים מעורבים ביצירת מוצרי חלב רבים, כגון גבינות לבנות וצהובות, יוגורט, לבן, אשל ושמנת. חיידקים מעורבים גם בהכנת ירקות כבושים, חומץ ונקניקים. פטריות שמרים ממינים שונים מעורבות ביצירת דברי מאפה ומשקאות אלכוהוליים כמו יין ובירה. כל אלה ידועים לנו כיום, ומוזר לחשוב שרק לפני כ-150 שנים גילה לואי פסטר את הקשר בין שמרים לבין תפיחת בצק והכנת יין.
חלק מתהליכי הכנת מזון שמיקרואורגניזמים מעורבים בהם קלים לביצוע בבית ואפילו בכיתה, לדוגמה: החמצת מלפפונים, הכנת אשל והכנת דברי מאפה. לפניכם הנחיות ההכנה, ואתם מוזמנים להתנסות בה במו ידיכם.
חיידקי לקטובצילוס (Lactobacillus) ומלפפונים חמוצים
מלפפונים חמוצים הם אחד המאכלים האהובים בישראל. יש להם טעם מיוחד ואפשר לשמור אותם במקרר זמן רב בלי שיתקלקלו. אחת הדרכים להחמצת מלפפונים (וירקות אחרים) היא באמצעות טבילתם בכלי מלא מים שחיידק לקטובצילוס מתרבים בתוכו.
חיידקי לקטובצילוס מפיקים בתאיהם אנרגיה בתהליך המתרחש בלי נוכחות חמצן ונקרא תסיסה. בתהליך זה הם מפרקים סוכר ובסופו מתקבלת חומצת חלב (חומצה לקטית). כאשר החיידקים מבצעים את תהליך התסיסה הם גורמים לשחרור החומצה, אך הדבר אינו פוגע ביכולת ההתרבות שלהם, המתרחשת בהצלחה בסביבה חומצית כאשר רמת ה-pH היא בין 5 ל-4.
*298*
על קליפת המלפפונים נמצאים חיידקים ממינים שונים ובהם גם חיידקי לקטובצילוס. כאשר מוסיפים מלח בישול (NaCI) למים שבתוכם טובלים את המלפפונים - רוב החיידקים מתים, ואילו חיידקי הלקטובצילוס שורדים ומתרבים. חומצת החלב שחיידקי הלקטובצילוס משחררים למים היא הגורמת להחמצת המלפפונים. כאשר דרגת החומציות של המים יורדת מתחת ל-pH4, חיידקי הלקטובצילוס מפסיקים להתרבות במים ותהליך ההחמצה מסתיים.
האם אפשר להכין מלפפונים חמוצים בלי חיידקי לקטובצילוס?
בפעילות שלפניכם תבדקו זאת.
לבדוק תנאים שבהם אפשר להחמיץ מלפפונים.
חלוק, כפפות, שיער אסוף.
אסור לאכול פריטי מזון שהשתמשתם בהם בניסוי במעבדה!
מלפפונים (רצוי קטנים), מלח בישול, חומץ נייר לקמוס או מקלונים לבדיקת דרגת החומציות (pH), שתי צנצנות עם מכסה, כמה שיני שום, כמה גבעולי שמיר.
א. כתבו על צנצנת אחת את המילה מלח, ועל השנייה את המילה חומץ.
ב. שטפו את המלפפונים והכניסו אותם בצפיפות לתוך שתי הצנצנות.
ג. בכל צנצנת הניחו מעל המלפפונים כמה שיני שום וגבעול שמיר.
ד. המיסו 3 כפות גדושות של מלח בישול בתוך 3 כוסות מים, מלאו את הצנצנת שהמילה מלח רשומה עליה בתמיסת המלח עד שפתה, וסגרו את הצנצנת.
*299*
ה. ערבבו כוס חומץ עם 2 כוסות מים, מלאו את הצנצנת שהמילה חומץ רשומה עליה בתערובת המים והחומץ וסגרו את הצנצנת.
ו. הניחו את הצנצנות במקום מואר היטב אך שאינו חשוף לקרינה ישירה של השמש.
ז. במשך שבועיים, מדי יום-יומיים, הוציאו בכפיות נקיות מעט מהנוזלים שבשתי הצנצנות ובדקו את דרגת החומציות בשתיהן.
ח. דרגו את מידת העכירות של הנוזל בצנצנות (צלול; עכור במידה נמוכה, בינונית או גבוהה).
ט.שימו לב לשינויים נוספים שאפשר לראות בצנצנות הניסוי. אם אפשר, צלמו את הצנצנות.
א. היעזרו בטבלה שלפניכם ותעדו את התוצאות (הוסיפו לטבלה שורות ועמודות לפי הצורך).
יום | דרגת החומציות (pH) - בצנצנת המלח | דרגת החומציות (pH) - בצנצנת החומץ | דרגת העכירות(-,+,++,+++) בצנצנת המלח | דרגת העכירות(-,+,++,+++) בצנצנת החומץ | הערות נוספות |
1 | -- | -- | -- | -- | -- |
2 | -- | -- | -- | -- | -- |
3 | -- | -- | -- | -- | -- |
ב. סרטטו גרף המתאר את השינוי ב-pH של הנוזלים בשתי הצנצנות.
1. באיזו צנצנת התקבלו בסוף הפעילות מלפפונים חמוצים?
על סמך מה קבעתם את תשובתכם?
2. איזו סביבה הייתה הכרחית לתהליך החמצת המלפפונים - בסיסית, ניטרלית או חומצית?
3. האם מצאתם הבדלים בדרגת החומציות בשתי הצנצנות? אם כן - תארו אותם.
4. האם היה הבדל בעכירות הנוזל בשתי הצנצנות? אם כן - תארו הבדל זה.
5. האם מצאתם מתאם בין עכירות הנוזל לבין דרגת ה-pH? הסבירו.
6. האם חיידקי לקטובצילוס התרבו בשתי הצנצנות? נמקו את תשובתכם.
7. איזו חומצה גרמה להחמצת המלפפונים בכל צנצנת?
8. האם לדעתכם אפשר להחמיץ בדרך דומה גם ירקות אחרים? נמקו.
*300*
כל מי שאכל אי פעם לחם, לחמנייה או עוגה, ודאי שם לב לחללים מלאי האוויר הגורמים למאפה להיראות כמו ספוג. מה גורם להיווצרות החללים האלה?
חללים אלה נוצרים בתהליך התפחה, שבו נוצרות בבצק בועות גז הגורמות לו (ולמאפה שמכינים מהבצק) להיות אוורירי ורך. חלבונים המצויים בגרגירי החיטה (כמו גלוטן) הופכים את עיסת הבצק לדביקה ולכן בועות הגז נכלאות בתוכה. בזמן אפיית הבצק, בועות הגז שהיו כלואות בבצק מתפשטות ומתנדפות החוצה, ורק החללים שנשארים בתוך המאפה המוכן מעידים על הגזים שהיו כלואים שם קודם לכן.
בדרך כלל מתפיחים את הבצק באמצעות אחת משתי שיטות: בעזרת אבקת אפייה או בעזרת שמרים. הוספתם לתערובת הבצק גורמת לשחרור הגז פחמן דו-חמצני. מה ההבדלים בין שתי השיטות האלה?
אבקת אפייה היא תערובת של חומרים אחדים הגורמים לשחרור הגז פחמן דו-חמצני בתנאי לחות וחום. לכן כאשר מוסיפים אבקת אפייה לתערובת הבצק ומכניסים את הבצק לתנור, השילוב של הלחות שבבצק עם חום התנור גורם להיווצרות בועות גז הנכלאות בתוך הבצק הדביק. אם מסתכלים על בצק הנאפה בתנור, אפשר לראות כיצד הוא הולך ותופח וממלא את תבנית האפייה.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- הכנת בצק
- בועות הגז הנוצרות בבצק בתהליך ההתפחה
שמרים הם פטריות חד-תאיות. שמרים משתמשים בסוכר שבבצק בתהליך שחרור האנרגיה בתאיהם ופולטים את הגז פחמן דו-חמצני השמרים יכולים לפרק את הסוכר בתאיהם באמצעות שני תהליכים שונים:
- בתהליך נשימה המתרחש בנוכחות חמצן (נשימה אירובית), שתוצריו הם מים ופחמן דו-חמצני.
- בתהליך תסיסה כוהלית המתרחש בתנאים של היעדר חמצן (תנאים אנאירוביים), שתוצריו הם פחמן דו-חמצני וכוהל (אתנול).
מכיוון שבתערובת הבצק הדביקה והסמיכה אין כמעט חמצן, רוב השמרים שבבצק מפרקים את הסוכר בתהליך שבמהלכו משתחרר פחמן דו-חמצני ונוצר כוהל. תהליך זה נקרא תסיסה כוהלית.
חומרי המוצא והתוצרים בתהליך התסיסה הכוהלית
C[6]H[12]O[6] reaction 2CH[3]CH[2]OH+2CO[2]+אנרגיה
סוכר (גלוקוז) תגובה כוהל (אתנול)+פחמן דו-חמצני+אנרגיה
*301*
הוספת שמרים וסוכר לתערובת הבצק גורמת ליצירת בועות רבות של פחמן דו-חמצני. לכן לפני אפיית בצק שמרים צריך להניח את הבצק במנוחה לזמן מה. בזמן הזה השמרים שבבצק מתרבים וגורמים להתפחתו עוד לפני הכנסתו לתנור החם. רוב הכוהל מתנדף בזמן האפייה אך הוא תורם לריח ולטעם האופייניים של כל מאפה מבצק שמרים.
שמרי אפייה מבעד למיקרוסקופ
להתבונן בשמרים.
אמצעי זהירות
חלוק, כפפות, שיער אסוף
מיקרוסקופ, זכוכיות נושאות, זכוכיות מכסות, טפי, נייר סופג, תרחיף שמרים במים וסוכר, מחט מתקן, נייר סופג.
הכינו תכשיר שמרים לצפייה מבעד למיקרוסקופ:
א. טפטפו על זכוכית נושאת שתי טיפות מתרחיף השמרים.
ב. כסו את הטיפות בזכוכית מכסה.
ג. אם יש צורך, הספיגו בזהירות את עודפי הנוזל.
ד. התבוננו בשמרים מבעד למיקרוסקופ. התחילו בהגדלה הקטנה ביותר (ברוב המיקרוסקופים זו הגדלה פ 4) והגדילו עוד בהתאם לצורך.
ציירו את תאי השמרים הנראים לכם מבעד למיקרוסקופ.
ציינו באיזו הגדלה הצלחתם לראות את השמרים בצורה הטובה ביותר.
1. האם גיליתם מאפייני חיים בשמרים? אם כן - תארו אותם.
2. האם יש לשמרים מאפייני חיים אחרים? - כתבו טענה ונמקו אותה.
*302*
לבדוק השפעה של גורמים שונים על תהליך התסיסה של שמרי האפייה.
חלוק, כפפות, שיער אסוף.
אסור לאכול פריטי מזון שהשתמשתם בהם בניסוי במעבדה!
6 בקבוקונים קוניים בגודל זהה, 6 בלונים בגודל שווה, טוש, שמרים יבשים (עדיף) או קוביית שמרים טריים, סוכר, אבקת נס קפה, מלח, מיץ לימון, אמבט מים, קומקום, מדחום.
א. התבוננו בטבלת הדוגמה והכינו טבלה דומה בהתאם לתוכנית הניסוי שלכם.
מספר הבקבוקון | מים פושרים | סוכר (סוכרוז) | מלח בישול | אבקת נס קפה | חומץ | תרחיף שמרים |
1 | 20סמ"ק | 1 כפית | - | - | - | - |
2 | - | - | - | - | 20 סמ"ק | |
3 | - | 1 כפית | - | - | - | |
4 | - | 1 כפית | מלח בישול | - | ||
5 | - | 1 כפית | - | 1 כף | - | |
6 | - | 1 כפית | - | - | 1 כף |
ב. מספרו את הבקבוקונים הקוניים או כתבו על כל בקבוקון את החומרים שיוכנסו לתוכו.
ג. הכינו תרחיף שמרים: פזרו 50 גרם שמרים בצורה אחידה בתוך 400 סמ"ק מי ברז באמצעות ערבוב עדין. (אם תכינו כמות שונה של שמרים, שמרו על יחס של 1 גרם שמרים לכל 8 מ"ל מים.)
ד. הכינו אמבט ובו מים בטמפרטורה שבין 40 ל-45 מעלות צלזיוס.
*303*
ה. הכניסו לכל בקבוקון את החומרים השונים על פי הטבלה שלפניכם. תחילה הכניסו את כל החומרים פרט לתרחיף השמרים, ערבבו בעדינות ורק אז הוסיפו את השמרים.
ו. הרכיבו על כל בקבוקון את אחד הבלונים, והכניסו את הבקבוקונים לאמבט המים החמימים.
שערו מה יקרה בכל אחד מכלי הניסוי.
א. תארו במילים את המתרחש במשך כחצי שעה.
ב. צלמו או ציירו את התוצאות.
1. האם בניסוי שלכם יש בקרה? הסבירו.
2. מה היו הגורמים המשפיעים והגורמים המושפעים בניסוי זה?
3. תארו אילו מהשערותיכם התגלו כנכונות ואילו השערות הופרכו.
4. נסחו את המסקנה המתקבלת מתוצאות הניסוי.
5. הציעו הסברים לתוצאות שקיבלתם.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
תאי שמרים תחת מיקרוסקופ. קוטרם: 4 מיקרומטרים
*304*
היכנסו אל היחידה המקוונת תסיסת שמרים שבאתר אופק על-יסודי - מדע וטכנולוגיה.
בדקו את ההשפעה של הגורמים השונים - הטמפרטורה, דרגת החומציות (pH), וריכוזי הסוכר, המלח והאתנול על תהליך התסיסה של השמרים וענו על השאלות.
(בספר צילום מסך, היעזר במנחה)
השפעת הטמפרטורה על התסיסה
1. בגרפים שלפניכם מוצגת עוצמת תהליך התסיסה של שמרים בהשפעת גורמים שונים.
(בספר ארבעה גרפים, היעזר במנחה)
על סמך הדמיית הניסוי איזה גורם משפיע על התהליך בכל אחד מהגרפים?
*305*
2. מה אפשר להסיק על תהליך התסיסה של השמרים מההבדל העקרוני בין הגרפים של השפעת הטמפרטורה והסוכר לבין הגרפים של האתנול והמלח?
3. תלמידים ערכו במעבדה ניסוי שבו בדקו את השפעת ריכוז הסוכר על התסיסה. למחרת בדקו את תכולת התמיסה שנשארה בכלי הניסו וגילו בה כמות קטנה של סוכר.
איזו תשובה עשויה להסביר עובדה זו?
א. השמרים השאירו בכלי מעט סוכר כדי שיצליחו לשרוד במשך הלילה.
ב. השמרים ביצעו תהליך פוטוסינתזה שבו הם ייצרו את הסוכר שנמצא בכלי.
ג. תהליך התסיסה נעצר מכיוון שריכוז הסוכר בכלים ירד וריכוז הכוהל עלה.
ד. תהליך התסיסה נפסק מכיוון שריכוז המלח בכלי ירד אל מתחת ל-1.5%.
מטרת ההתנסות לבדוק את תהליך התפחת הבצק באמצעות שמרים.
חלוק, כפפות, שיער אסוף.
אסור לאכול פריטי מזון שהשתמשתם בהם בניסוי במעבדה!
חצי ק"ג קמח חיטה, 25 גרם שמרים יבשים, חצי כף מלח, 3 כפות סוכר, 1.5 כוסות מים פושרים, רבע כוס שמן, קערה שקופה (להכנת הבצק), מגבת, טוש לסימון.
א. הכניסו את השמרים לתוך חצי כוס מים פושרים, הוסיפו כף סוכר אחת וערבבו היטב.
ב. עקבו אחר השינויים הנראים בכוס השמרים במשך 5 דקות.
ג. בינתיים הכניסו לקערה את הקמח, המלח והשמן. שפכו לקערה כוס מים פושרים וערבבו מעט.
ד. הוסיפו לתערובת שבקערה את השמרים ולושו היטב את הבצק.
ה. סמנו את גובה הבצק בקערה.
ו. כסו את הקערה במגבת נקייה והניחו אותה בצד למשך כחצי שעה.
*306*
א. תארו את השינויים בכוס השמרים עד שהוספתם אותם לקערת הבצק.
ב. השוו את גובה הבצק בקערה לפני התפיחה ואחריה.
1. מדוע היה צריך להוסיף סוכר לכוס המים הפושרים שבה ערבבתם את השמרים?
2. ציינו 3 עובדות מתוך הפעילות שביצעתם, המוכיחות ששמרים הם יצורים חיים.
3. שערו: האם להגדלת כמות המלח בבצק תהיה השפעה על תהליך התפיחה? נמקו את השערתכם.
אנו נעזרים בחיידקים גם בתעשיות אחרות ומפיקים בעזרתם חומרים שונים.
חיידקים מייצרי אצטון, שגילה ד"ר חיים ויצמן, נשיאה הראשון של מדינת ישראל, הם דוגמה לכך. תוכלו לחפש מידע על כך.
- קבוצת המיקרואורגניזמים כוללת יצורים מיקרוסקופיים המשתייכים ל-3 על-ממלכות שונות: חיידקים, ארכאונים ואיקריוטים. מבין האיקריוטים רק הפרוטיסטים וחלק מהפטריות נכללים בקבוצת המיקרואורגניזמים.
- מיני המיקרואורגניזמים השונים זקוקים לתנאי סביבה מגוונים מאוד, ולכן נציגים שלהם מתקיימים בכל סביבת חיים בכדור-הארץ, גם בסביבות המתאפיינות בתנאים קיצוניים.
- אפשר לגדל מיקרואורגניזמים ממינים שונים גם במעבדה.
- ככל הנראה, היצורים החיים הראשונים שחיו על כדור-הארץ היו חד-תאיים שהתקיימו בתנאים הקיצוניים ששררו באותו הזמן.
- מיקרואורגניזמים מעורבים בתהליכים רבים בטבע, ולרבים מהם השפעה על הסביבה ועל היצורים החיים בה.
- רוב המיקרואורגניזמים מביאים תועלת לאדם וליצורים אחרים, ומיעוטם גורמים נזק.
- האדם נעזר במיקרואורגניזמים בטכנולוגיות שפיתח לצרכים שונים ברפואה, בחקלאות ובתעשייה.
*307*
1. כאשר חולים בדלקת גרון חריפה, הרופאים מחייבים לבצע בדיקה של תרבית חיידקי גרון לפני שהם בוחרים את סוג התרופה האנטיביוטית. הסבירו מדוע.
2. החיידקים החיים בסביבות שבהן ריכוז המלחים גבוה (כמו בים המלח) מותאמים לחיים בסביבה קיצונית כזו. הסבירו מדוע דרושות התאמות כאלה.
3. חוקרים רצו למנוע התפתחות מין מסוים של חיידקים מזיקים בחלב ולכן ביצעו ניסוי: הם חיממו חלב לטמפרטורות שונות ולמשך פרקי זמן שונים, ובדקו באילו תנאים לא מתפתחים חיידקים אלה בחלב. בטבלה שלפניכם מוצגים הטמפרטורה ומשך החימום המונעים מהחיידקים המזיקים להתפתח בחלב.
טמפרטורת החלב (מעלות צלזיוס) | משך החימום של החלב (שניות) |
63 | 1,800 |
72 | 15 |
89 | 1 |
90 | 0.5 |
94 | 0.1 |
א. על פ התוצאות שבטבלה, תארו את הקשר בין הטמפרטורה לבין משך החימום הנחוץ למניעת התפתחות החיידקים המזיקים בחלב.
ב. הסבירו מדוע חימום בתנאים כאלה מונע ממין החיידקים הזה להתפתח.
4. בסוכנות החלל האמריקנית (נאס"א) בודקים אפשרות לשלוח בני אדם למאדים. אילו מהבעיות העלולות להתעורר במאדים אפשר לפתור בעזרת מיקרואורגניזמים?
א. ייצור מזון
ב. פירוק פסולת אורגנית
ג. אספקת מים
ד. שחרור חמצן
ה. דישון קרקע
ו. תאורה
5. מה מאפיין חיידקים המסוגלים לשרוד כאשר תנאי הסביבה משתנים לרעה?
א. הם מסתפקים בכמויות קטנות של מים.
ב. הם מסתפקים בכמויות קטנות של מזון.
ג. הם יכולים לייצר תאים עמידים - נבגים.
ד. הם בעלי כושר התרבות גבוה במיוחד.
*308*
6. ירון מסתייג מהטענה שנגיפים (וירוסים) היו היצורים החיים הראשונים שהתפתחו על כדור-הארץ.
איזה נימוק מדעי תומך בירון?
א. הם קטנים מדי ולכן אי אפשר לראותם בסלעים עתיקים מאובנים.
ב. הם יכולים להתגבש ולכן א אפשר להפרידם מגביש הסלעים המאובנים.
ג. הם יכולים להתרבות רק בתוך תאים של יצורים אחרים (מאכסנים).
ד. ייתכן שהנגיפים אכן התפתחו ראשונים אבל לא כולם מסכימים שהם יצורים חיים.
7. שירה טוענת שאם יהרגו את כל המיקרואורגניזמים בעולם, הדבר יסייע לבני האדם.
כתבו נימוק התומך בטענה זו ונימוק אחד השולל אותה.
8. האם לדעתכם אפשר להחמיץ מלפפונים לא רק באמצעות חומצת חלב אלא גם בעזרת חומצות אחרות (למשל חומצה מלחית)? הסבירו.
9. חפשו מידע על תהליך הכנת אשל.
האם אפשר לייצר אשל גם באמצעות הוספת נוזל מהכלי של החמצת המלפפונים אל החלב? נמקו.
10. יש מאפיות הנוהגות להוסיף שאריות של בצק שתפח לתערובת בצק טרייה כדי לגרום להתפחתה. הסבירו מה הבסיס המדעי לנוהג זה.
(בספר תמונה, היעזר במנחה)
- צנצנות ירקות כבושים
- חיידקי לקטובצילוס: אורכם: 2 מיקרומטרים
*309*
אברון - מבנה הנמצא בתא וממלא תפקיד כלשהו המאפשר את תהליכי החיים בתא.
אגר - רב-סוכר המופק מאצות, שאפשר להמיסו במים יחד עם חומרי הזנה ולאפשר לו להתקרש למצב גיל. ג'ל האגר מתאים כמצע לתרבית של חיידקים או לגידול של פטריות.
אנטיביוטיקה - (אנטי = נגד; ביוטי = חי) שם כללי לחומרים הגורמים למותם של חיידקים או לעיכוב התפתחותם. בדרך כלל חומרים אלה אינם מזיקים לאדם, ומשתמשים בהם כתרופה למחלות זיהומיות.
אפידרמיס - רקמת תאים העוטפת מבחוץ את גופם של יצורים חיים ומגנה על הרקמות הפנימיות. דוגמאות: שכבות של רקמת אפידרמיס בעור של בעלי-חיים; רקמת האפידרמיס העוטפת את הצמחים.
אפיתל - רקמת תאים המרפדת מבפנים איברים של יצורים חיים ומגנה על הרקמות הפנימיות. דוגמה: רקמת אפיתל מרפדת את הצד הפנימי של איברי מערכת העיכול ושל צינורות הדם.
ביולוגיה - (ביו = חיים, לוגיה = תורה) תחום מדעי רחב העוסק ביצורים חיים.
בעלי טמפרטורת גוף משתנה - בעלי-חיים שהטמפרטורה של גופם משתנה בהשפעת שינויי הטמפרטורה של הסביבה. הם נקראים גם בעלי-חיים פויקילותרמיים.
בעלי טמפרטורת גוף קבועה - בעלי-חיים שהטמפרטורה של גופם נשמרת קבועה למדי, גם כאשר הטמפרטורה של הסביבה משתנה. הם נקראים גם בעלי-חיים הומיאותרמיים.
בריאה ספונטנית - היווצרות של יצור חי מחומר דומם.
דיות - תהליך של יציאת אדי מים מן הצמח אל האוויר שמסביב לו.
דשונת - (קומפוסט) זבל אורגני המתקבל מפירוק של חומרי פסולת גינון, קרטון ושאריות מזון. המפרקים הם חיידקים, פטריות ובעלי-חיים מפרקים אחרים.
הורמון - חומר שנוצר במקום מסוים בגוף (בדרך כלל בבלוטה כלשהי), נישא בזרם הדם ומגיע אל כל תאי הגוף, אך רק תאים מסוימים מגיבים לו (תאי מטרה).
המדרג הביולוגי - תרשים המציג את כדור-הארץ ואת היצורים החיים על פניו במערך מדורג של רמות ארגון: מן הרמה הגדולה ביותר (כדור-הארץ כולו) ועד לרמת האטומים הבונים את גופם של היצורים החיים.
המוגלובין - חלבון שנמצא בתאי הדם האדומים של בעלי- חיים רבים וממלא את רוב נפחם של תאים אלה. תפקידו לקשור חמצן ופחמן דו-חמצני. ההמוגלובין מכיל אטומים של ברזל, החיוניים לקשירת החמצן.
ורידים - כלי דם המובילים דם מאיברי הגוף אל הלב.
חד-שנתי - צמח המשלים את מחזור הגידול שלו בתוך שנה אחת (או פחות מכך), מנביטת הזרע ועד שהוא מפזר זרעים ומת.
חד-תאיים > יצורים חיים שגופם בנוי מתא אחד בלבד.
חום סגולי - כמות האנרגיה הנחוצה כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 גרם חומר במעלת צלזיוס אחת.
טקסונומיה - תחום בביולוגיה העוסק בגילו יצורים חיים, במתן שמות מדעיים ליצורים חיים, בתיאורם ובמיונם לקבוצות על פ תכונות משותפות.
יונקות - שלוחות עדינות של תאי האפידרמיס, הנמצאות קרוב לקצות הסעיפים של השורש. היונקות מגדילות את שטח הפנים של השורש ומשפרות את יכולתו של הצמח לקלוט מן הקרקע את המים ואת המלחים המומסים בהם.
כברה - כלי שבתחתיתו יש רשת צפופה, ובו מנפים (מסננים) קמח או גרגרים אחרים.
כמישה - מצב של חוסר מים הגורם לקמילה, לנבילה של הצמח. הגבעולים הדקים מתכופפים, העלים מצטמקים, מתקמטים ותלויים ברפיון על הגבעולים.
לב - איבר שרירי הפועל בלי הפסקה, מתכווץ ומתרחב בקצב סדיר, ומזרים את הדם בכלי הדם שבגוף.
מאובנים - שרידים של יצורים קדומים שגופם או טביעות גופם התקשו לאבן והשתמרו בסלעים מתקופות עתיקות.
מאפייני חיים - תופעות ותהליכים המתרחשים אצל כל היצורים החיים, מרגע היווצרותם ועד מותם.
מבנה תאי - אחד ממאפייני החיים: גופם של כל היצורים החיים בנוי מתא אחד או מתאים רבים.
מגוון המינים - כל היצורים החיים בשטח מסוים: הצמחים, בעלי-החיים, הפטריות וכל שאר היצורים.
מיון - חלוקה של פריטים לקבוצות לפי סימנים, תכונות או מאפיינים משותפים.
מין (species) - יחידת המיון הבסיסית של יצורים חיים. בקבוצה זאת נכללים יצורים בעלי תכונות דומות, והם חלק מיחידת מיון גדולה יותר (סוג). פרטים (זכר ונקבה) המשתייכים לאותו המין יכולים להתרבות זה עם זה, אך אינם יכולים להתרבות עם פרטים ממין אחר.
מיקרואורגניזמים - (מיקרו = זעיר; אורגניזם = יצור חי) כלל היצורים החיים הזעירים שאפשר לראותם רק בעזרת אמצעי הגדלה כמו מיקרוסקופ.
מיקרו-אקלים - אזור מוגדר שתנאי מזג האוויר בו שונים מאלה השוררים בסביבה.
*310*
מיקרוביום - (microbiome; מיקרו = זעיר; ביום = כל היצורים החיים בסביבה מוגדרת) מכלול המיקרואורגניזמים המתקיימים על גופו של יצור רב-תא ובתוכו.
מיקרומטר - (מיקרון) יחידת אורך שגודלה מיליונית המטר (אלפית המילימטר).
מסתמי הלב - מסתם נקרא גם שסתום. בלב יש 4 מסתמים המאפשרים זרימה חד-כיוונית של הדם בתוך הלב ומהלב החוצה.
נבגי חיידקים - תאים עמידים הנוצרים כאשר החיידקים נקלעים לסביבה שבה התנאים קיצוניים. סביב הנבגים נוצרת מעטפת עבה, תכולת המים בתוכם נמוכה, וקצב התהליכים בתא נמוך מאוד. נבגים עשויים לשרוד במצב כזה במשך עשרות ואף מאות שנים, ולהתעורר לחיים כאשר תנאי הסביבה משתפרים.
נגיפים - (וירוסים) גופיפים קטנים מאוד שגודלם בדרך כלל בין 10 ל-300 ננומטר (מיליונית המילימטר), ורוב מאפייני החיים אינם מתקיימים בהם. לדוגמה, נגיפים מסוגלים להתרבות רק בתוך תאים חיים.
נוגדנים - חומרים שנוצרים על ידי מערכת החיסון של הגוף, ופועלים נגד מרכיבים זרים (תאים או חומרים) החודרים אל הגוף.
נוזל הדם (פלזמה) - החלק הנוזלי של הדם, שבו תאי הדם נמצאים ובתוכו חומרים שונים מומסים.
נימים - כלי דם דקיקים שמחברים את העורקים אל הוורידים, ובהם מתרחש מעבר החומרים בין הדם לבין התאים.
ננומטר - יחידת אורך שגודלה מיליארדית המטר (מיליונית המילימטר).
נשימה תאית - תהליך המתרחש בכל תא ותא: אנרגיה משתחררת מפירוקם של חומרי מזון (לרוב, בעזרת חמצן). אנרגיה זאת חיונית לקיומם של תהליכי החיים בתא. ברוב התאים הנשימה התאית מתרחשת במיטוכונדריה.
עורקים - כלי דם שמובילים דם מן הלב אל שאר האיברים בגוף.
עיקור - (סטריליזציה) חיטוי והשמדה של כל המיקרואורגניזמים באמצעות חום, קרינה או חומרים כימיים.
פוטוסינתזה - (פוטו = אור; סינתזה = בנייה) תהליך שבו נוצר חומר אורגני (סוכר) מחומרי מוצא אי-אורגניים בעזרת אור השמש.
פיוניות - פתחים זעירים בעלים ובגבעולים צעירים של צמחים, שדרכם מתבצע חילוף גזים בין הצמח לאוויר.
פלסטיק - שם כללי למבחר גדול של חומרים מלאכותיים (סינתטיים), בעלי מגוון גדול של תכונות, שהאדם מייצר מנפט גולמי.
פעפוע (דיפוזיה) - מעבר והתפשטות של חומר ממקום שריכוזו גבוה אל מקום שריכוזו נמוך, כתוצאה מתנועתם האקראית (מקרית) של חלקיקי החומר לכל הכיוונים ושל ההתנגשויות שלהם זה בזה. תהליך הדיפוזיה אינו מצריך השקעת אנרגיה.
צורכי קיום - דברים חיוניים שבלעדיהם היצורים החיים לא יוכלו לחיות, כגון חמצן, מים ומזון.
צינורות נימיים - צינורות דקים במיוחד, שהקוטר הפנימי שלהם קטן מאוד.
צינורות עצה - צינורות הובלה בצמחים. המים והמלחים המומסים בהם עוברים בצינורות אלה - מהשורש אל שאר איברי הצמח.
צינורות שיפה - צינורות הובלה בצמחים. תוצרי הפוטוסינתזה וחומרים נוספים עוברים בצינורות אלה - מהעלים הבוגרים ומהחלקים הירוקים של הצמח אל שאר איבריו.
צלחת פטרי - צלחת עגולה ובעלת מכסה שלתוכה יוצקים מצע מתאים. צלחת זו משמשת במעבדות מחקר ובמעבדות רפואיות.
קודקוד צמיחה - אזור בצמח שבו מתרחשת צמיחה וגדילה של איבריו (ניצנים, פרחים, ענפים או עלים, וכן קצות השורשים).
קרום בררני - קרום המאפשר מעבר של חומרים מסוימים, ומונע מעבר של חומרים אחרים.
רב-תאיים - יצורים חיים שגופם בנוי ממספר תאים - מתאים מעטים ועד מיליוני תאים ואף יותר.
ריסים - (שערות/שעריות) שלוחות עדינות מקרום התא הנראות כמו שערות זעירות.
שוטון - שלוחה דקה וארוכה הנראית כמו שוט דק וארוך, ומשמשת בעיקר לתנועה.
שטח הפנים - השטח של השכבה החיצונית של גוף כלשהו. שטח הפנים של גוף הוא סך כל שטחי הגוף הפונים כלפי חוץ ובאים במגע עם הסביבה החיצונית.
תכשיר - פריט שהוכן במיוחד להסתכלות במיקרוסקופ. זכוכית נושאת שהניחו עליה עצם כלשהו (כגון פיסת רקמה, יצור חד-תא, שערה) לצורך התבוננות מבעד למיקרוסקופ.
תפרחת - קבוצה של פרחים הגדלים יחד על גבעול אחד בסידור אופייני.
תרבית - תאים שהתפתחו מתא אחד או מתאים אחדים כתוצאה מהתחלקותם.
תרבית תאים - גידול תאים בתנאים מבוקרים: בתמיסה המכילה את כל החומרים הנחוצים להם, ובטמפרטורה המתאימה לקיומם.
סוף הספר