Живая неживая природа схема: Связь между живой и неживой природой, схема рисунка. Как нарисовать?

Связь между живой и неживой природой ⋆ Техподдержка

Взаимосвязь на примере растений

Наш окружающий мир, живая, неживая природа не могут существовать по отдельности друг от друга. Например, растения относятся к объектам живой природы и не могут выживать без солнечного света и воздуха, так как именно из воздуха растения получают для своего существования углекислый газ. Как известно, он в растениях запускает процессы питания. Получают питательные вещества растения из воды, а ветер помогает им размножаться, разнося их семена по земле.

Животные также не могут обходиться без воздуха, воды, еды. Например, белка питается орехами, которые растут на дереве. Она может дышать воздухом, она пьет воду и так же, как растения, не может существовать без солнечного тепла и света.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Наглядная схема живой и неживой природы и их взаимосвязь приведены ниже.

Взаимосвязь живой и неживой природы можно увидеть на примере утки.

Утка – живой организм. Она – объект живой природы. Утка создает свой дом в камышовых зарослях. В этом случае она связана с растительным миром. Пищу утка себе ищет в воде – связь с неживой природой. При помощи ветра она может летать, солнце согревает и дает свой свет, необходимый для жизни. Растения, рыбы и другие организмы являются для нее пищей. Солнечное тепло, солнечный свет и вода помогают жизни ее потомства.

Если в этой цепи убрать хоть одну составляющую, то жизненный цикл утки нарушается.

Все эти взаимосвязи изучает живая, неживая природа. 5 класс в средней общеобразовательной школе по предмету “естествознание” полностью посвящен этой теме.

Связь между живой и неживой природой

Ни одна составляющая часть живой или неживой природы не может существовать по отдельности. Только при самом тесном их взаимодействии на Земле происходят процессы, которые обеспечивают и поддерживают жизнь. Существует множество способов связи между живой и неживой природой, и каждый из них имеет большое значение.

К примеру, растения не могут обходиться без воздуха, влаги и солнечного света. Из воздуха все растения поглощают углекислый газ, который необходим им для процессов питания. В ответ же они выделяют в атмосферу чистый кислород, который нужен всем живым существам. Ветер переносит семена растений и тем самым помогает им размножаться.

Почва во взаимосвязи живой и неживой природы играет особую роль. Погибая, растения и животные разлагаются, и обогащают почву минеральными веществами. Так формируется питательный почвенный слой, благодаря которому растения получают все необходимые элементы для роста. В свою очередь, растения являются источником пищи для многих животных.

Рис. 3. Процессы в почве

Рассмотрим основные примеры взаимодействия живой и неживой природы:

• Для поддержания жизни практически всем живым существам на планете нужны воздух и влага.
• Солнце дарит энергию и свет, с помощью которых на Земле происходит очень много важных процессов.
• Животные и растения удобряют почву, рыбы участвуют в поддержании химического состава воды.
• Почва снабжает живых существ растительной пищей.

Что мы узнали?

При изучении программы окружающего мира за 2 класс мы узнали, что все объекты живой и неживой природы очень тесно связаны между собой. Благодаря их постоянному взаимодействию на нашей планете созданы все условия для полноценной жизни.

Живая природа не может существовать без неживой природы. Все живые организмы нуждаются в воздухе, солнечном тепле, воде, почве.

Но живая природа оказывает влияние на многие объекты неживой природы, так отмирающие части растений со временем становятся почвой, плодородным перегноем.

2) О каких невидимых нитях говорится в рассказе? Придумай название рассказа.

В рассказе говорится о невидимых нитях, которые связали между собой деревья. Кустарники, птиц и насекомых – вредителей.

Не стало кустарников, негде стало жить птицам. Улетели птицы, расплодились вредители. Расплодились вредители стали погибать деревья.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Это невидимые связи между объектами живой природы.

Для рассказа “Невидимые нити” можно предложить другое название “Незадачливый лесничий”.

Божьи коровки поедают тлю, которая питается соками растений. Если человек уничтожит божьих коровок, расплодится тля и растения, нужные человеку, будут погибать.

Пчела опыляет цветок, и собирает мед, который откладывает в улье. Если человек заберет весь отложенный пчелой мед, то пчелы погибнут от голода зимой. Значит следующим летом некому будет опылять цветы, они не дадут плодов, и погибнут.

Синица ест гусениц, которые питаются листьями деревьев. Если человек уничтожит синиц, то некому станет есть гусениц. Гусеницы расплодятся, начнут объедать листья деревьев, и может погибнуть целый сад.

Появление живых организмов

На Земле изначально появилась неживая природа. Объекты, относящиеся ней, – это Солнце, Луна, вода, земля, воздух, горы. Со временем горы превратились в почву, а солнечное тепло и энергия позволили первым микробам и микроорганизмам появиться и размножаться сначала в воде, а затем и на земле. На суше они учились жить, дышать, питаться и размножаться.

Связи живой и неживой природы возникли сразу же после появления объектов живой природы. Ведь природа и объекты живой природы смогли появиться только при определенных благоприятных условиях внешней среды и непосредственно при особом взаимодействии с объектами неживой природы – с водой, с почвой, с воздухом и Солнцем и их сочетанием. Взаимосвязь живой и неживой природы неразрывна.

Свойства неживой природы

Неживая природа появилась вначале, и ее объекты являются первичными.

Свойства, которые характерны для объектов неживой природы:

1. Они могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. В твердом состоянии они устойчивы к воздействиям окружающей среды и крепки по своей форме. Например, это земля, камень, гора, лед, песок. В жидком состоянии они могут находиться в неопределенной форме: туман, вода, облако, нефть, капли. Объекты в газообразном состоянии – это воздух и пар.
2. Представители неживой природы не питаются, не дышат и не могут размножаться. Они могут менять свой размер, уменьшать или увеличивать его, но при условии, что это происходит при помощи материала из внешней среды. Например, кристалл льда может увеличиться в размере за счет присоединения к нему других кристаллов. Камни могут терять свои частицы и уменьшаться в размерах под воздействием ветров.
3. Неживые объекты не могут рождаться, а соответственно, и умирать. Они появляются и никуда уже не исчезают. Например, горы не могут никуда пропасть. Несомненно, что некоторые объекты способны переходить из одного своего состояния в другое, но не могут умереть. Например, вода. Она способна находиться в трех разных состояниях: в твердом (лед), жидком (вода) и в газообразном (пар), но она так и остается существовать.
4. Неживые объекты не могут передвигаться самостоятельно, а только при помощи внешних факторов окружающей среды.

Жизненный цикл

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Все представители живой природы проживают свой цикл жизни.

1. Живой организм может питаться и дышать. Связи живой и неживой природы, конечно же, присутствуют. Так, живые организмы способны существовать, дышать и питаться при помощи объектов природы неживой.
2. Живые существа и растения могут рождаться и развиваться. Например, растение появляется из маленького семени. Животное или человек появляется и развивается из эмбриона.
3. Все живые организмы имеют способность размножаться. В отличие от гор, растения или животные могут бесконечно сменять жизненные циклы и смену поколений.
4. Жизненный цикл любого живого существа всегда заканчивается смертью, то есть они переходят в другое состояние и становятся объектами неживой природы. Пример: листья растений или деревьев уже не растут, не дышат и им не нужен воздух. Труп животного в земле предается разложению, его составляющие становятся частью земли, минералами и химическими элементами почвы и воды.

Дополнительно о техподдержке

Взаимодействие живого и неживого компонентов внешней среды

Объекты живой и неживой природы

Замечание 1

Первыми на планете возникли объекты неживой природы. Под воздействием ветра, Солнца и воды горные породы понемногу обращались в почву, солнечная энергия сделала возможным формирование в воде первых микроорганизмов, которые постепенно учились питаться, дышать, размножаться.

Так как объекты неживой природы возникли первыми, то для начала установим свойства, присущие им.

1. Для тел, которые составляют неживую природу, типичны три состояния: жидкое, твердое и газообразное.

   Твердые — статичны в собственных формах, очень стабильны к влиянию окружающей среды. Это почва, камни, скалы, ледники, горы, айсберги, снежинки и сосульки, песчинки или градины. Жидкие не обладают определенной формой: нефть, вода, капли дождя, облака, туман. К газообразным относятся воздушные массы, воздух, пары.

2. Все предметы неживой природы в питании не нуждаются, им не надо дышать, они не плодятся. Да, они способны расти или уменьшаться в объемах, но только за счет отделения или добавления материалов снаружи. Например, кристаллы вырастают, присоединяя подобные кристальные структуры. Или камень под влиянием ветра понемногу теряет свои частички, при этом уменьшая свой размер.

3. Однажды возникши на планете, данные объекты уже никуда не пропадают, то есть обьекты неживой природы вечны. С течением времени они могут переходить из одного состояния во второе, но при этом не умирая. Красочный пример — вода: зимой, от влияния холодных температур она делается твердой (лед), при нормальных условиях — жидкая (вода), под знойными солнечными лучами испаряется, обращаясь при этом в пар.
4. Двигаться тела неживой природы могут лишь при действии извне.

Замечание 2

Живая природа появилась на нашей планете благодаря особенному сочетанию условий окружающей среды и уникальному, особому взаимодействию объектов неживой природы — воды, почвы, Солнца.

Важнейшие отличительные признаки объекта живой природы — это те, которые обусловливают их жизненный цикл.

1. Все живые организмы дышат и питаются.
2. Они растут и развиваются. Так, из семечек вырастают целые деревья, из эмбрионов развиваются и появляются на свет детеныши животного или человека.
3. Тела живой природы способны к размножению — то есть способны воспроизводить себе подобных. Так, к пример, гора не может сформировать такую же гору, а животное или растение находятся в нескончаемом цикле смены поколений.
4. Закончив свой жизненный цикл, тела живой природы переходят в класс неживой природы. Опавшая листва уже не нуждается в воде и солнце, труп животного гниёт, трансформируясь в атомы и молекулы, которые потом составят элементы и минералы воды или почвы. Пример объектов живой природы — это водоросли, растения, грибы, паразиты, бактерии, рыбы, животное, птицы и человек.

Готовые работы на аналогичную тему

Схема взаимодействия между живой и неживой природой

Все объекты неживой и живой природы очень тесно связаны друг с другом и их жизнь невозможна по отдельности. Так, растения — это объекты живой природы, но солнечные лучи обогревают их, из воздуха они получают углекислый газ, с которого начинается процесс питания, вода наполняет растения питательными веществами, а ветер развеивает семена растений, способствуя размножению.

Схема изображает, насколько близко объединены в нашем мире все объекты неживой и живой природы. Для примера возьмем птицу — утку. Она сооружает гнездо в зарослях камыша и таким образом связана с растениями. Утка добывает пищу в воде — это связь с объектами неживой природы. Ветер поддерживает ее полет, звезды и солнце помогают устанавливать свой путь. Микроорганизмы и растения служат для нее едой, вода и солнечный свет содействуют росту птенцов. Если убрать из данной системы хоть одну из связей, то незамедлительно нарушится жизненный цикл утки.

Конспект для детей старшего дошкольного возраста «Живая и неживая природа», ФГОС

Конспект НОД в старшей группе на тему «Живая и неживая природа»

Цель:  Познакомить детей с понятием « Живая и неживая природа», развивать познавательную активность в процессе экспериментирования; расширять знания о свойствах воды. 
Задачи:
— развивать любознательность, память;
— развивать навыки активной речи, обогащать активный словарь;
— способствовать развитию познавательных интересов;
-расширить знания о живой и неживой природе, показать их взаимозависимость;
— учить быстро находить правильный ответ на поставленный вопрос;
— обобщить, уточнить ранее полученные знания о свойствах воды;
— развивать навыки проведения опытов;
— расширять и активизировать словарь детей;
— развивать умение самостоятельно делать выводы на основе практического опыта;
— воспитывать аккуратность при работе с водой. 
Методы и материалы: игровые, практические, словесные, наглядные
Индивидуальная работа: активизировать малоактивных детей
Оборудование:
— схема живой природы;
— картинки живой и неживой природы;
— сундучок;
— стаканчики по 3шт( с водой, с землей, пустой)на каждого и ложечки по количеству детей;
— губки по количеству детей — блюдца по количеству детей.

Ход занятия: —

Воспитатель: Ребята, поздоровайтесь, у нас сегодня гости. 
(Дети здороваются). 
Воспитатель читает стихотворение:
Вот на земле огромный дом
Под крышей голубой
Живут в нем солнце, дождь и гром (1 слайд)
Лес и морской прибой,   (2слайд)
Живут в нем птицы и цветы, (3слайд) 
Веселый звон ручья. 
Живешь в том светлом доме ты (4 слайд)
И все твои друзья. 
Куда б дороги не вели, 
Всегда ты будешь в нем. 
Природою родной Земли  (5 слайд)
Зовется этот дом. 
Сегодня мы с Вами поговорим о природе – А что такое природа? (Ответы детей) 
Правильно это – цветы, реки, деревья, растения, человек, животные, воздух, вода, горы, камни, звезды.
– Всю природу можно разделить на два огромных мира: мир живой и неживой природы.
Живая природа — это все, что растет, дышит, питается, развивается
Неживая природа — это все то, что не дышит, не растет, не развивается. Определить что относиться к живой природе , и к неживой природе нам поможет во эта схема(показывает схему 6 слайд) .
Мы уже с вами умеем пользоваться помощниками схемами, с помощью их мы учили стихи, составляли рассказы.

Давайте рассмотрим эту схему . Что вы видите в первом квадрате? (ответы детей)

Это первый признак объектов живой природы — она растет.

Второй признак всего живого – они дышат, на схеме это обозначено маленькими кружочками как будто воздух.

Как вы думаете, что обозначает знак – чашечка? ( ответы детей)

А вот стрелочки означают движение. Все живое движется.

Следующий признак живой природы- все ее объекты размножаются.

Делаем вывод …..все живое растет, дышит, питается, движется, размножается. А неживое

Дети : Не растет, не дышит, не питается, не движется, не размножается
Воспитатель: Молодцы! Я вас проверю, сейчас поиграем в игру «Живое и Неживое».

Воспитатель объясняет правила: Определите принадлежность изображений на карточках к живой или неживой природе. Нужно поместить карточки с изображением неживой природы на белое поле, а карточки с изображением неживой природы на красное поле.

Дети: Раскладывают карточки на два поля: живые объекты на красное ,объекты не живой природы на белое поле, объясняя свое действие обращаясь к схеме.

Воспитатель: Молодцы ребята правильно разложили карточки. (дети садятся на стулья).

Воспитатель: (7 слайд) Ребята, а вы знаете, что живые организмы не могут жить без неживой природы. Без воды, тепла, света ,воздуха не может выжить не один живой организм, а значит и мы с вами. Поэтому можно сказать ,что живая и неживая природа живут рядом ,они друг другу помогают, они дружат. Они взаимосвязаны между собой.

Поочередно звучит запись — пение птиц — звук ветра- звук дождя

Воспитатель : Кто это, ( Что это)

Дети: Птицы, ветер, дождь

Воспитатель: Это живая или неживая природа

Дети : — звук ветра – неживая природа

— пение птиц- живая природа

-дождя –неживая природа
Воспитатель: Ребята, из чего состоит дождь?

Дети: Вода
Воспитатель: Правильно, дождь — это вода. Сегодня мы продолжим исследовать воду. Давайте вспомним, какие свойства воды мы уже знаем. А поможет нам в этом наш коллаж.

Дети: Вода прозрачная, бесцветная, не имеет формы, безвкусна тд
Воспитатель: А сегодня мы узнаем еще одно свойство воды,проведя опыты. Садитесь все в нашу лабораторию.

Дети: Садятся
Воспитатель: Давайте вспомним правила поведения при проведения опыта ? 
Дети: Нельзя делать резких движений. Громко разговаривать. Действовать строго по инструкции. Не мешать друг ,другу. 
Воспитатель: Правильно

Опыты: 1 «Куда спряталась вода» Вода впиталась в губку.

2 « Вода и земля» Вода проникла в землю

3 « Очищение воды» Вода просочилась через марлю и очистилась от мусора

4 «Расцветающий цветок» Вода впиталась в бумагу и бумага расправилась

5 « Волшебный сундучок» 
Воспитатель: Вот мы и узнали еще об одном свойстве воды. А каком
Дети: Вода проникает, просачивается.

Воспитатель: Ребята вы сегодня очень хорошо, дружно , занимались и я хочу вас угостить соком.

Что такое сок?

Д: это жидкость

В: вы правы сок-это жидкость, как и вода. Угощайтесь, что вы чувствуете?

Д: он тоже будет просачиваться в нас .Чувствуете как просачивается сок. Мы пьем, а сок проникает в нас. Как приятно. И мне сегодня было приятно с вами исследовать. Вы очень были внимательны при выполнении опытов. А что вам понравилось сегодня.

Дети: Делятся впечатлениями от занятия. Рассказывают ,что они узнали новое.
Воспитатель: давайте спросим у наших гостей, а что они узнали сегодня нового?

Давайте скажем до свидания нашим гостям, оденемся и пойдём на улицу — дышать свежим воздухом!

Конспект открытого урока окружающего мира «Живая и неживая природа». 2-й класс

 

МКОУ «ШСОШ» МО «Унцукульский район»

 

Конспект открытого урока окружающего мира

«Живая и неживая природа». 2-й класс

 

Подготовила и провела

Гитинмагомедова П.Г.

учитель начальных классов

 

Цель: дать ученикам элементарные представления о природе в целом, о различиях и признаках живой и неживой природы.

Задачи:

—Дать учащимся первоначальное представление о природе в целом, о живой и неживой природе; определить связи между живой и неживой природой.

-Развивать умение анализировать полученную информацию, наблюдательность, внимательность и кругозор учащихся.

-Воспитывать интерес и бережное отношение к природе.

 

1.   Организационный момент.

— Итак, друзья внимание —

Вновь прозвенел звонок.

Садитесь поудобнее

Сейчас начнем урок!

 

Посмотри, мой милый друг, Что находится вокруг? Небо светло-голубое, Солнце светит золотое. Ветер листьями играет, Тучка в небе проплывает. Поле, речка и трава, Горы, воздух и листва, Птицы, звери и леса, Гром, туман и роса, Человек и время года – Это все вокруг природа. 

— А что же такое «природа»? Давайте попробуем ответить на этот вопрос.

— Обратимся к источнику, в словаре Ожегова написано: Природа – всё существующее во Вселенной. Так ли это, давайте выясним.

— Я предлагаю вам задание. В конверте лежат карточки, вам  нужно найти  лишний предмет и

— Как можно назвать первую группу? (живая)

-А вторую?(неживая)

— А по каким признакам мы определяем , что один предмет живой, а другой неживой?

(предположения детей)

— На какой вопрос мы должны ответить?

К природе относится все, что нас окружает: солнце, воздух, вода, реки и озера, горы и леса, растения, животные и сам человек. К природе не относится только то, что сделано руками человека: дом, в котором ты живешь, стол, за которым ты сидишь, книга, которую ты читаешь. Всё это объединили в отдельную группу. 

Внимательно рассмотрите рисунки и определите, что относится к природе, а что сделано руками человека (карточки-рисунки в конвертах- работа в парах). 

Солнце, дерево и муравей – это природа.

 

Вывод: Природой называется все то, что нас окружает и не сделано руками человека.  делится на живую и неживую. К неживой природе относятся солнце, воздух, вода, горы, камни, песок, небо, звезды. К живой природе относятся растения, животные и грибы.

 

2.Актуализация опорных знаний.

– Приведите примеры того, что создано руками человека.

– Что создано природой?

– Какое отношение к природе можно назвать плохим?

– Приведите примеры.

– Что делают люди, чтобы природа «чувствовала себя лучше»?

Дети отвечают на вопросы теста по теме «Природа и рукотворный мир».

Тест

(Выдаётся на отдельных листах.)

1) Укажите, что сделано руками человека.

а) облако;                                    г) трава;

б) космический корабль;             д) воробей;

в) стол;                                      е) солнце.

2) Укажите, что не сделано руками человека.

а) река;                 г) вода;

б) кит;                  д) небо;

в) парта;               е) дом.

3) Какое утверждение верно?

а) Природой называется всё то, что окружает человека.

б) Природой называется всё то, что сделано руками человека.

в) Природой называется всё то, что окружает человека и не сделано его руками.

4) Укажите объекты природы.

а) шкаф;                     ж) телефон;

б) глина;                     з) сыр;

в) стекло;                   и) троллейбус;

г) обувь;                     к) речной песок

;

д) воздух;                   л) песок сахарный.

е) магнитофон;

 

3. Изучение нового материала.

– Сегодня на уроке мы начинаем работу по новому разделу.

Прочитайте его название на странице 23. («Природа».)

– Прочитайте, чему мы будем учиться, изучая этот раздел.

Дети читают цели и задачи изучения раздела.

– Что привлекло ваше внимание? Что захотелось изучить? (Ответы детей)

– Отгадайте загадки Муравьишки.

(Учитель записывает отгадки на доске)

– Не по рыбам, а сети расставляет. (Паук)

– У родителей и деток вся одежда из монеток. (Рыба)

– Ходит, спесь надуваючи. (Индюк)

– Без языка, а говорит, без ног, а бежит. (Ручей)

– По синему морю белые гуси плывут. (Облака)

– И тонок, и долог, а сядет – в траве его не видать. (Дождь)

– Сам алый, сахарный, кафтан зелёный, бархатный.

 (Арбуз)

– На какие две группы можно разделить наши отгадки? (Живое – паук, рыба, индюк; неживое – ручей, облако, дождь, арбуз.)

– Предположите, о чём мы будем говорить на уроке. (О живой и неживой природе.)

– Прочитайте тему урока на странице 24. (Неживая и живая природа.)

– Какие учебные задачи мы поставим перед собой на уроке? (Ответы детей.)

– Прочитайте, что об этом говорит Муравьишка.

3.2 Работа по теме урока.

Рассказ учителя.

– С давних пор люди стремятся узнать как можно больше о мире, в котором живут. Солнце и звёзды, горы и реки, растения и животные – всё интересует человека.

В результате долгих наблюдений за природой человек разделил все объекты природы на две большие группы: живую и неживую природу. На уроках в 1 классе мы с вами выделяли признаки живых существ. Вспомним их.

В результате обсуждения на доске появляется схема:

 развернуть таблицу

Живая природа
Растёт		Умирает
Питается	Дышит	Приносит потомство

 развернуть таблицу

 

4. Практическая работа. Работа по учебнику.

– Зная эти признаки, выполним следующее задание. Откройте учебник на страницах 24-25. Рассмотрите рисунки. На какие две группы можно разделить всё, что изображено на рисунках?

Заслушиваются ответы детей.

– Возьмите фишки синего и зелёного цветов. Синие фишки положите на изображения предметов, относящихся к неживой природе, а зелёные – на предметы живой природы. Объясните свой выбор.

Ученики работают в парах, проверяют работы друг друга.

 

5. Физминутка

А теперь все дружно встали

Руки дружно вверх подняли

Руки в стороны, вперед

А теперь наоборот

Влево-вправо повернулись

И друг другу улыбнулись

Тихо сели и опять будем дело продолжать.

 

6.Закрепление учебного материала.

На прошлом уроке мы говорили, что существуют предметы природы и предметы, сделанные руками человека. То, что сделано человеком, не относится к природе. На какие 3 группы можно разделить все предметы, которые нас окружают? (живая и неживая природа, предметы, сделанные человеком.)

– Предлагаю вам игру «Живая и неживая природа».

Учитель раздаёт детям карточки синего и зелёного цветов.

– Я буду называть предмет. Если он относится к неживой природе, то вы должны поднять синюю карточку, если к живой – зелёную.

Учитель называет 10 – 15 предметов.

Работа в группах.

Класс делится на 3 группы. Каждая группа получает карточки с заданиями. На обсуждение и выполнение задания каждой группе даётся 5 минут. Затем работа проверяется.

Карточка 1.

 развернуть таблицу

Задание 1. Что относится к природе? А) карандаши, тетради, парты, здание школы, дом, посёлок в котором ты живёшь, – всё это природа; Б) человек, растения и животные, солнце, моря и океаны, космические корабли и пароходы, фабрики и заводы – всё это природа; В) солнце, земля, воздух, вода, растения, грибы, животные, человек – всё это природа. Задание 2. Приведите примеры предметов, относящихся к живой, неживой природе и предметов, сделанных руками человека.

 развернуть таблицу

Карточка 2.

 развернуть таблицу

Задание 1. Что относится неживой природе? А) человек, животные, растения, грибы; Б) солнце, Земля, воздух, вода, человек и всё то, что сделано руками человека; В) солнце, небо, облака, земля, камни, вода, дождь, снег. Задание 2. Приведи примеры предметов, относящихся к живой, неживой природе и предметов, сделанных руками человека.

 развернуть таблицу

Карточка 3.

 развернуть таблицу

Задание 1. Что относится к живой природе? А) человек, животные, растения, грибы; Б) солнце, земля, воздух, вода, человек, и всё, что сделано руками человека; В) солнце, небо, облака, Земля, вода, камни, дождь, снег. Задание 2. Приведите примеры предметов, относящихся к живой, неживой природе и предметов, сделанных руками человека.

 развернуть таблицу

7. Итог урока.

Цели для учителя: организовать рефлексию и самооценку собственной учебной деятельности; дать качественную оценку класса и учащихся.

Цели для учеников: зафиксировать новое содержание урока; дать самооценку своим знаниям.

Метод: идеологический

 – Какие выводы вы можете сделать вы в конце урока? Сравните их с выводами Мудрой Черепахи. Вернёмся к целям, которые стояли перед нами в начале урока. Что вы узнали? Чему научились? В чём испытывали затруднения?

 – Ответьте на вопросы для самопроверки.

– Прочитайте вопросы на странице 15 в учебнике. Ответьте на них.

– Оцените свои достижения на уроке.

 

8. Подведение итогов урока

– Что нового для себя вы сегодня узнали сегодня на уроке?
– О чём сможете рассказать дома родителям?
– Назовите, что относится к живой природе.
– Назовите, что относится к неживой природе.

 

9. Домашнее задание

– В рабочих тетрадях на с. 8 дома вы сможете выполнить интересное творческое задание. Каждый из вас  может побыть исследователем и ответить на вопросы: 

Что называется природой?

Какая связь между живой и неживой природой?

– Спасибо всем за работу! Урок окончен.

 

10. Рефлексия

 — Что вы узнали?

— Чему научились?

— В чем испытывали затруднения?

 

 

 

 

 

 

Директор МКОУ «ШСОШ»                              Газимагомедов Г.Г.

 

Заместитель директора по УВР                      Магомедалиев А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МКОУ «ШСОШ» МО «Унцукульский район»

 

Отзыв коллег об открытом уроке

во 2 «А» классе

«Живая и неживая природа»

учителя начальных классов

Гитинмагомедовой Патимат Газимагомедовны

Для отработки материала, для первичного закрепления Патимат Газимагомедовна старалась применить групповую, индивидуальную и коллективную формы работы, учащиеся работали в парах, выполняли задания «Признаки живой и неживой природы» и малой группе делили слова на две групп живая и неживая природа.

Цель, отработать умение учащихся группировать предметы, выделять их признаки, а работа в парах способствовала развитию учащихся доказывать, обосновывать, делать выводы; на данном этапе урока применяла не только занимательный материал, но и для активизации мыслительной деятельности внесла в урок и логическое задание, что позволило выявить, как учащиеся могут различать объекты живой и неживой природы (главная задача учебного занятия). На этапе рефлексии учащимся предлагалось определить взаимосвязь между живой и неживой природой. Для отработки материала, для первичного закрепления старалась применить групповую, индивидуальную и коллективную формы работы, учащиеся работали в малой группе, принимали участие в игре «Наряди елочку», цели которых отработать умение учащихся группировать предметы, выделять их признаки, а содержание игры способствовало развитию учащихся доказывать, обосновывать, делать выводы; на данном этапе урока применяла не только занимательный игровой материал, но и для активизации мыслительной деятельности внесла в урок и логическое задание, что позволило выявить, как учащиеся по рассказу и рисунку могут различать объекты живой и неживой природы (главная задача учебного занятия).

На этапе подведения итогов учащиеся еще раз озвучивали цели урока и решали достигли ли мы поставленных целей или нет. Думаем, что дети тему усвоили, поставленные задачи реализованы (конечно судить комиссии), но кроме учебных  задач старалась реализовать задачи развивающего и воспитывающего характера (привитие любви к природе, умение рассуждать, делать выводы, доказывать, работать в паре постоянного состава, группе, уметь слушать друг друга), т.е. работала над формированием не только специальных умений, но и общеучебных как организационных, так и коммуникативных.

Надо сказать, что на данном уроке были использованы и различные методы мотивации, что важно особенно в начальной школе для организации учебной деятельности учащихся (это занимательный игровой материал, создание ситуации успеха поощрения, яркие образные представления, связь с жизнью, использование ТСО, различные средства обучения, применения методик КСО).

На уроке был создан нравственный и эмоциональный фон, очень хорошо работали принципы взаимодействия, взаимодополнения, видна была взаимосвязь учителя и ученика, ученика и ученика, оказывала ученикам различные виды поддержки: валеологическую, психологическую, педагогическую; содержание учебного материала было подобрано с учетом возрастных и индивидуальных особенностей класса.

Все это было направлено на реализацию основной цели – создание благоприятных условий для изучения новой темы учащимися.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Директор МКОУ «ШСОШ»                              Газимагомедов Г.Г.

 

Заместитель директора по УВР                      Магомедалиев А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МКОУ «ШСОШ» МО «Унцукульский район»

 

Отзыв коллег об открытом уроке

во 2 «А» классе

«Живая и неживая природа»

учителя начальных классов

Гитинмагомедовой Патимат Газимагомедовны

 

На организационном этапе дети определили настроение с помощью карточек: «Солнышко весёлое», «Солнышко грустит». Этот этап, хотя и был непродолжительным, позволил быстро настроить обучающихся на продуктивную работу, послужил стимулирующим введением в учебную деятельность, а также создал эмоциональный и деловой настрой. Содержание урока направлено на формирование умения находить слова-признаки времени года, развивать мыслительные операции и творческие способности, речь обучающихся;

прилежание, стремление хорошо учиться.

Привитие интереса к предмету, воспитание у учащихся чувства товарищества, культуры общения, чувства взаимовыручки, Обучающиеся, на основе знаний, приобретённых на прошлых уроках, соотносили живую и неживую природу, что ку ним относиться.

  На основном этапе при изучении новых знаний для восприятия, осмысления и запоминания постаралась разнообразить виды деятельности. Использовала разнообразные формы, методы и приёмы обучения, повышающие степень познавательной активности. Здесь было инсценирование, задание в группах, чтение стихотворений детьми. Представленная на этих этапах информация была привлекательна для детей. За счёт привлекательности содержания заданий и подачи учебного материала повысились возможности учеников в достижении поставленных целей на уроке.

     Структура урока тщательно продумана. На уроке использовались методы и приемы, способствующие сохранению здоровья у обучающихся. В течение всего урока мои действия, как педагога, включали способы поддержания физического, физиологического, психического здоровья обучающихся. Было организовано чередование учебной нагрузки, частая смена видов деятельности. А использование гимнастики для глаз позволило организовать зрительное восприятие обучающихся в соответствии с требованиями гигиены зрения. Подобранные учебные задания способствовали формированию здорового образа жизни обучающихся. Для увеличения двигательной активности я применяла физкультминутку, смену динамических поз, упражнение для глаз.

 

 

 

Родители 2 а класса

 

ГДЗ 2 класс — Окружающий мир. Плешаков. Тетрадь рабочая 1 часть, стр 19

---

• Тип: ГДЗ, Решебник.
• Автор: Плешаков А. А.
• Год: 2020.
• Серия: Школа России.
• Издательство: Просвещение.

Подготовили готовое домашнее задание к упражнениям на 19 странице по предмету окружающий мир за 2 класс. Ответы на задания: 5, 6.

Рабочая тетрадь 1 часть — Страница 19.

Ответы 2020 года.

Номер 5.

2. То, от чего тает лёд.
3. Не стукнет, не брякнет, а в окно войдет.

Объясни схему (устно). Расскажи с её помощью о значении Солнца для жизни на Земле.

Солнце – не просто греет нас, оно дает жизнь. Вспомните растения, которые всегда тянутся к солнцу своими листочками. Люди, приезжая на пляж, загорают под солнышком.

И это все? Больше солнце для нас ничего не значит? Конечно же нет, солнце не просто радует нас загаром, но еще и не дает нам замерзнуть, ведь если на секундочку солнце погаснет, то планета мгновенно замерзнет и погибнет всякая жизнь. Солнце питает нас витаминов D – специальное вещество, которое делает наш организм крепче, а жизнь дольше.

Солнце светит нам, игриво переливаясь лучиками, позволяет нам видеть, ведь мы же не кошки, которые способны видеть в темноте.

Номер 6.

Рассмотрите иллюстрации на страницах 34–35 учебника. Обсудите, какими способами можно показать связи между неживой и живой природой. Какой из этих способов самый наглядный? Почему? В рамке нарисуйте схему, показывающую пример связи между объектами неживой и живой природы.

На страницах учебника представлены иллюстрация и схема, показывающие связь между живой и неживой природой. Нагляднее всего способ изображения данной связи черех схему, потому что четко видно какое влияние живая и неживая природа оказывают друг на друга, а видно это через стрелочки.

Рейтинг Общая оценка:

3.7 / 5 ( 10 голосов )

Поделитесь с друзьями

Детские рассказы о животных. Природа и рукотворный мир Вселенная, время, календарь

Неживая и живая природа

Природа бывает живая и неживая. Живая природа не может существовать без неживой.

Подчеркни карандашами разного цвета (по своему выбору) объекты неживой и живой природы.

Солнце , ель , лягушка , воздух , карась , ландыш , гранит , кактус , созвездие , облако , подосиновик , комар , льдина , сосулька , роза , вода .

В рамке расшифруй условные обозначения, то есть покажи, каким цветом обозначены объекты неживой природы, а каким — живые существа.

Неживая природа

Живая природа

Картинки расположи в соответствующих рамках.

Исправь ошибки в утверждениях Серёжи. (ошибки выделены красным цветом)

1) Солнце, звёзды, воздух, вода, камни, растения — это неживая природа.

2) Растения, грибы, животные, человек, звёзды — это живая природа.

Заполни таблицу (напиши не менее трёх примеров в каждом столбце).

Наш удивительный Попугай — любитель загадок. Вот какие загадки он тебе предложил. Отгадай их и впиши отгадки в схему.

Взойдёт Егор на бугор —
выше леса, выше гор.
С бугра спускается —
за травой скрывается.
Ответ: Солнце

То, от чего тает лёд.
Ответ: Тепло

Не стукнет, не брякнет,
а в окно войдёт.
Ответ: Свет

Обсудите, какими способами можно показать связи между неживой и живой природой. Какой из этих способов самый наглядный? Почему? В верхней рамке выполните рисунок, показывающий пример связи между объектами неживой и живой природы (или наклейте фотографию). В нижней рамке покажите эту же связь с помощью схемы.

Живые существа не могут жить без неживой природы. Солнце — источник света и тепла для всего живого на Земле. Живым существам необходимы также воздух и вода.

1. Подчеркни зелёным карандашом объекты природы, а красным — предметы рукотворного мира.

2. Подумай, как составить пары из этих рисунков. Соедини парные рисунки линиями.
Дополни рисунки, придумав свою пару.

3. Наш друг Попугай любит всё, что светит, гремит, блестит, плавает или летает. Он предлагает тебе заполнить таблицу.

4. Приведите примеры (напишите не менее трёх в каждом пункте). Не повторяйте того, что уже написано в таблице!

1) Объекты природы: море, горы, лес
2) Предметы рукотворного мира: машины, мебель, посуда

5. Проведите игру-соревнование: кто назовёт больше объектов природы. Следуйте правилу: тот, кто ошибётся (назовёт предмет рукотворного мира), выбывает из игры. Победители в группах соревнуются между собой, следуя тому же правилу.

Объекты природы: камни, солнце, небо, радуга, насекомые, люди, растения, животные, рыбы, бактерии, микробы, вода, планеты, горы, железо, бронза, золото, алюминий, огонь, гроза, лава, песок, валун, скала, холм, пещера, астероид, звезда, комета, снежинка, сугроб, лед, ледник, лужа, море, океан, воздух, грибы, птицы, рыбы, звери и т.д.

Как нарисовать плакат на тему «Берегите воздух» в 3 классе по окружающему миру? Вопрос, который возникает у детей и их родителей при изучении темы про загрязнение воздуха и его охрану.

Мы собрали подборку плакатов, картинок, рисунков для тех, кому необходимо придумать и нарисовать плакат по этой теме самостоятельно.

Дополнительная информация для создания плаката «Берегите воздух» в 3 классе по предмету «Окружающий мир»

Основные источники загрязнения воздуха.

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли:

Теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.),

Предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии,

Автотранспорт (источниками таких загрязнителей являются автомобили, воздушные и морские суда, поезда)

Предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

Как люди защищают воздух городов?

Люди сажают в городе деревья. Заметили ли вы, что часто вдоль городских улиц и в скверах растут тополя? Эти высокие стройные деревья выделяют в атмосферу большое количество кислорода. Кроме того, тополя прекрасно очищают загрязненный воздух. Почему тополя так хорошо очищают воздух? Благодаря длинному тонкому черешку листья тополя очень подвижны, они хорошо улавливают пыль, которая легко смывается дождем или слетает с их гладкой поверхности листа. Тополя и другие деревья высаживают вдоль автомобильных трасс.

В больших городах работают фабрики и заводы, из труб которых в атмосферу выбрасываются ядовитые газы, сажа и пыль. Как очистить такой воздух? На многих предприятиях устанавливают особые фильтры, проходя через которые, воздух очищается. Частицы копоти и пыли осаждаются на фильтре, а ядовитые газы улавливаются специальными установками.

Переходят на добычу экологически чистых видов энергии, используя силу ветра, солнечные лучи, потоки воды. А теплоэлектростанции закрыть как устаревший вид производства.

Чтобы сберечь воздух нужно прекратить вырубку лесов и бездумное использование полезных ископаемых.

В нашей семье живёт котик. Зовут его Масик. Скоро ему исполнится один год. Он у нас — как член семьи. Когда мы садимся за стол обедать, он тут как тут. Бьёт своей лапкой по скатерти — есть просит. Получается смешно. Он любит рыбку и хлеб. Ещё он любит, когда я с ним играю. А днём, если нет никого дома, он нежится на балконе на солнышке. Спит Масик со мной или старшей сестрой Кристиной.

Я его очень люблю.

Тымин Антон, 2-а класс, школа №11, г. Белгород

Реклама

У меня дома есть пернатый питомец — попугай Кеша. Он появился у нас два года назад. Сейчас он умеет разговаривать, довольно смело чувствует себя с людьми. Мой попугайчик очень весёлый, умный и талантливый.

Я очень люблю его и очень рада, что он у меня есть.

Варфоломеева Екатерина, 2-а класс, школа №11, г. Белгород

Мой дружок

Мы с мамой пошли на рынок, купили котёнка и принесли его домой. Он стал везде прятаться. Мы назвали его Тишка. Он вырос и стал ловить мышей. Скоро мы узнали, что это кошечка, и теперь мы ждём котят.

Белевич Ксения, 2-а класс, школа №11, г. Белгород

Моя черепашка

У меня дома живёт маленькая черепашка. Её зовут Дина. Мы с ней ходим гулять. Она ест на улице свежую траву. Потом я несу её домой. Она ходит по квартире и ищет себе тёмный уголок. Когда найдёт, то спит в нём час или два.

Есть я её приучила на кухне. Дина любит яблоки, капусту, мочёный хлеб, сырое мясо. Один раз в неделю мы купаем черепашку в тазике.

Вот такая у меня черепашка.

Мирошникова Софья, 2-а класс, школа №11, г.Белгород

Мой любимый кролик

У меня есть маленький кролик. Он такой миленький, у него малюсенькие красные глазки. Он самый красивый на свете! Когда я увидел его первый раз, то не мог глаза оторвать от его красоты.

Кролик от меня никогда не убегает, а наоборот, как увидит меня, то сразу просится ко мне на руки. Ну совсем, как мой младший брат! Он очень шустрый. Любит есть травку и кукурузу.

Обожаю моего кролика!

Бобылёв Денис, 7 лет

Котик Самик

Дома у меня животных нет, но мой друг кот Самсон живёт у моей бабушки в деревне. Красивый, пушистый, чёрный с белыми пятнами на грудке.

Обычно дома охраняются собаками , а у бабушки охранником является Самик. Сначала он прогнал всех мышей из всех сараев, из подвала. И вот уже несколько лет ни одной мыши! Но это ещё не всё. Он не пускает чужих котов, собак ни в огород, ни в сад, ни во двор, и этим помогает моей бабушке! Даже если кто-нибудь подойдёт к дому, Самик начинает громко мяукать, и бабушка знает уже — пришёл кто-то чужой!

Своего охранника бабуля балует молоком, рыбкой, колбаской. Ведь он такой умница! Он этого заслуживает!

Байдиков Владислав

Когда я была маленькой, мы жили на Севере в городе Ноябрьске. Мы с папой и мамой на рынке и купили двух кроликов. Один был белый, а другой — серый. Я была очень рада! Мы купили для них еду. Они жили в клетке на балконе. Я их каждый день кормила морковкой и капустой, убирала у них в клетке. Я очень любила кроликов и играла с ними.

Когда мы уезжали с Севера, то не смогли взять кроликов в дальнюю дорогу. Боялись, что они погибнут. Мама сфотографировала меня с ними. Я часто о них вспоминаю и скучаю.

Еремеева Сабина, 7 лет, 2 «А» класс, школа №11, г. Белгород

ГДЗ по окружающему миру из рабочей тетради за 2 класс 1 часть авторов Плешаков А.А. и Новицкая М.Ю. — программа Перспектива представлены на данной странице. Надеемся они помогут при подготовке домашней работы.

ГДЗ по окружающему миру — 2 класс — рабочая тетрадь — 1 часть — авторов: Плешаков А.А. и Новицкая М.Ю.

Вселенная, время, календарь

Страница 3 — 5 — Мы — союз народов России

1. Вырежи из Приложения фигуры людей в костюмах некоторых народов России. Составь из фигур весёлый хоровод. Если затрудняешься, загляни в учебник.

В центре запиши названия других народов России, которые ты знаешь.

2. Рассмотри карту в учебнике на с. 4-5. Найди на ней название той части Российской Федерации, где ты живешь. Дополни этим название предложение:

Я живу в Московской области .

3. Представь союз разных частей России в образе волшебного цветка. На одном из его лепестков красиво напиши название своей части Российской Федерации.Длинное название можно обозначить сокращенно первыми буквами слов, Например, Ямало-Ненецкий автономный округ -ЯНАО.

На других лепестках цветка напиши названия частей России, где живут твои родные или друзья.

4. Узнай у старших или догадайся сам, как иногда в документах сокращенно пишут название Российская Федерация.

Запиши свой ответ: РФ .

5. Это рамочка — для фотографий, рисунков или стихотворения, рассказа о самом интересном в твоей республике (области, крае, округе, городе, селе). Вместе со старшими оформи ее себе на память.

Красная площадь в Москве

Мы — жители вселенной

Страница 6 — 7

1. Представь, что ты любуешься окружающим миром. Нарисуй, две картины. Объясни (устно), почему тебе захотелось сделать именно такие рисунки.

Запиши определение.

Вселенная — это весь мир: звезды, планеты, спутники.

3. Узнай по описанию небесные тела и впиши их названия в клеточки.

• Раскалённые небесные тела, излучающие свет — 6 букв.

ЗВЕЗДЫ

• Холодные небесные тела. Обращаются вокруг Солнца. Не излучают собственного света — 7 букв.

ПЛАНЕТЫ

• Холодные небесные тела. Обращаются вокруг планет — 8 букв.

СПУТНИКИ

4. Подпиши названия планет с помощью учебника или самостоятельно.

Наш «Космический корабль» — Земля

Страница 8 — 9

1. Как ты представляешь себе Землю — наш «космический корабль»? Нарисуй.

Земля — наш космический корабль

2. Заполни пропуски в тексте.

Земная поверхность, которую мы видим вокруг себя, называется горизонт . Граница этой поверхности получила название линия горизонта .

3. Обозначь на схемах стороны горизонта. Схему №1 заполни с помощью учебника. Закрой её ладонью или листом бумаги. Постарайся заполнить схему №2 самостоятельно, а затем проверь себя.

4. Практическая работа «Компас».

1) Рассмотрите компас. С помощью рисунка изучите его устройство. Покажите и назовите части компаса.

*Картушка — круговая шкала (пластина с делениями) с обозначением сторон горизонта.

2) Выполни все действия по инструкции и определи стороны горизонта.

Как пользоваться компасом — Положи компас на ровную горизонтальную поверхность. — Оттяните предохранитель и подождите, пока стрелка остановится. — Поверните компас так, чтобы синий конец стрелки совпал с буквой С , а красный — с буквой Ю. Тогда все буквы укажут направления сторон горизонта. — Закончив работу, поставьте стрелку на предохранитель.

3. Расставьте на рабочем столе таблички с обозначением основных сторон света.

4. Допишите.

Компас — это прибор для определения сторон горизонта.

5. Разгадай кроссворд.

1. Модель Земли (глобус ).
2. Самая северная точка нашей планеты (Северный полюс ).
3. Самая южная точка нашей планеты (Южный полюс ).
4. Огромные водные пространства на Земле (океаны ).
5. Огромные участки суши, со всех сторон окруженные водой (материки ).

6. С помощью глобуса или самостоятельно определи материки по контуру. Подпиши названия материков.

Время

Страница 12 — 13

1. Придумай рисунки-символы, обозначающие прошлое, настоящее и будущее. Объясни (устно), почему тебе захотелось сделать именно такие рисунки.

2. Пронумеруй единицы измерения в порядке их увеличения.

Подумай, какие единицы измерения времени можно определить по часам, а какие — по календарю.

По часам можно определить: часы, минуты, секунды. По календарю можно определить: год, месяц, неделю, сутки.

3. Практическая работа «Часы».
1) Рассмотрите часы. С помощью рисунка изучите их устройство. Покажите и назовите части часов.

2) Понаблюдайте за движением стрелок. Какая их них самая «быстрая», а какая — самая «медленная»?

Самая «быстрая» стрелка на часах — секундная стрелка. Самая «медленная» стрелка на часах — часовая стрелка.

Когда учитель подаст сигнал определите по часам. Запишите время.

Время: 10 часов 20 минут 32 секунды.

3) На модели часов установите различное время и определите его. Покажите это время, нарисовав стрелки.

Слева на часах: 12 часов 39 минут. В центре на часах: 5 часов 20 минут. Справа на часах 11 часов 00 минут.

4) Допишите.

Часы — это прибор для измерения времени.

Сутки и неделя

Страница 14-15

1. Нарисуй картинку к вашему сказочному объяснению смены дня и ночи.

2. Вырежи детали из приложения собери схему аппликацию.

3. Запиши определение с помощью учебника или самостоятельно.

Сутки — это время от одного восхода солнца до другого.

4. Пронумеруй дни недели в правильной последовательности, начиная с понедельника.

5. Вспомни интересные события, которые происходили в твоей семье в воскресенье. Напиши рассказ об одном из них.

Однажды в воскресенье мы с семьей поехали на природу. С собой мы берем резиновую лодку, палатку и другие туристические принадлежности. Целый день на свежем воздухе с папой мы ловим рыбу, а мама варит уху. Это был замечательный день.

Моя неделя

Страница 16 -17

Составь фоторассказ о твоей жизни за неделю. Придумай подписи к фотографиям. Запиши, как ты оцениваешь прошедшую неделю и почему.

Футбол Моя неделя была отличной. Я узнал много нового, интересного в школе, и хорошо отдохнул в выходные.

Месяц и год

1. Вырежи детали из Приложения и собери схему-аппликацию.

2. В течение месяца проведи наблюдения за Луной. Постарайтесь увидеть новолуние, «рост» Луны, полнолуние, «старение» Луны. Нарисуйте, как выглядит Луна в разные дни. Под рисунками запишите даты наблюдений.

Фазы Луны: «рост» Луны, полнолуние, «старение» луны и новолуние

3. Нарисуй картинку к вашему сказочному объяснению изменения облика Луны.

4. Запиши определение с помощью учебника или самостоятельно.

Год — это время, за которое Земля совершает полный оборот вокруг Солнца.

5. Пронумеруйте месяцы в правильной последовательности, начиная с января.

Времена года

Страница 20-21

1. Придумай рисунки-символ для четырёх времён года. Нарисуй их в правильной последовательности, начиная с весны. Подпиши названия времён года.

2. Вырежи детали из Приложения и собери схему-аппликацию.

3. Нарисуй картинку к вашему сказочному объяснению смены времён года.

4. Запиши определение.

Явления природы — это все изменения, происходящие в природе.

5. Приведи по 2-3 примера сезонных явлений.

Весенние явления : снеготаяние, половодье, капель. Летние явления : радуга, град, зарницы. Осенние явления : туман, дождь, слякоть. Зимние явления : снегопад, пурга, вьюга. Подробнее о природных явлениях читайте в статье: явления природы .

Погода

Страница 22 — 23

1. Практическая работа «Термометр».

1) С помощью фотографии и текста рабочей тетради изучите устройство уличного термометра. Покажите и назовите его основные части.

Основные части термометра — стеклянная трубка, наполненная жидкостью, и шкала (пластина с делениями). Каждое деление на шкале обозначает один градус. В середине шкалы ты видишь ноль. Это граница между градусами тепла и градусами мороза. Конец столбика жидкости в трубке термометра указывает на число градусов.

2) Сравните термометры: уличный, комнатный, водный, медицинский. В чем их сходство и различия?

Сходство разных термометрах, то что все они используются для измерения температуры. Различия разных термометрах заключается в сферах их применения, а также в диапазоне температур, нанесенном на шкалу.

3) Прочитайте, как записывают температуру, и выполните упражнения.

Число градусов тепла записывают со знаком «+», а число градусов мороза — со знаком «-«. Вместе слова «градус» ставится маленький кружочек.

Например +10, -10. Если медицинский термометр показывает температуру выше +37, значит человек заболел.

Запиши числами:

Десть градусов тепла — +10°C десять градусов мороза — -10°C ноль градусов — 0°C шесть градусов выше нуля — +6°C шесть градусов ниже ноля — -6°C

Запиши словами:

5°C — пять градусов тепла. -7°C — семь градусов мороза.

4) Пользуясь соответствующими термометрами, определите температуру воздуха, воды, своего тела. Заполните таблицу.

5) Запиши определение.

— это прибор для измерения температуры.

Страница 24 — 25

2. Какие явления погоды изображены на фотографиях? Подпишите.

Отметь (закрась кружок) те явления, которые тебе приходилось наблюдать.
3. Для обозначения явлений погоды используются условные знаки. Рассмотри их и научись рисовать.

4. Запиши определение с помощью учебника или самостоятельно.

Погода — это сочетание температуры воздуха и осадков, ветра и облачности.

Календарь — хранитель времени, страж памяти

Страница 26 — 27

1. Рассмотри, как устроена страничка отрывного календаря. По ее образцу оформи справа страничку календаря «Мой день рождения».

Придумай устный рассказ о себе для оборотной странички календаря.

2. Подпиши названия времён года в центре календарного круга. Раскрась подходящими цветами каждую часть круга, выделенную красными линиями. Объясни (устно), почему тобой выбраны именно эти цвета для каждого из сезонов.

3. Определи по календарному кругу, на какие месяцы приходятся дни рождения твоих близких. В рамках запиши их имена. А в кружках обозначь числа семейных праздников.

4. Отгадай загадки. Запиши отгадки. Проверь ответы в Приложении.

Дней прибывает, Двенадцать братьев А сам убывает. Друг за другом ходят, (Отрывной календарь) Друг друга не обходят. (Месяцы)

Красные дни календаря

Страница 28 — 29

1. Придумайте знак праздника. Нарисуйте его в рамке.

	12 июня — День России
	22 августа — День Государственного флага Российской Федерации
	1 сентября — День знаний
	5 октября — День международный день учителя
	4 ноября — День народного единства
	12 декабря — День Конституции Российской Федерации
	1 января — Новый год
	23 февраля — День защитника Отечества
	8 марта — Международный женский день
	1 мая — День весны и труда
	9 мая — День Победы

2. Подбери и наклей фотографию празднования одного из красных дней календаря (по своему выбору). Придумай к ней подпись. Можно использовать фотографии из журналов.

Народный календарь

Страница 30 — 31

1. Прочитай народные приметы.

• Если голос раздаётся далеко — к хорошей погоде; если голос слышится глухо, у самой земли — будет дождь. (Чувашская примета).
• Если волосы на голове стали влажные и мягкие, будет дождь. (Сербская примета).

Какие органы чувств помогают наблюдать эти явления? Ответь устно.

Помогают наблюдать описаные явления органы слуха и осязания.

2. Запиши приметы народов своего края о походе на основе наблюдений:

а) за явлениями в мире неживой природы:

• Солнечные лучи струятся вниз пучками – к дождю.
• Если звезды в тумане — к дождю.
• Солнце сильно печет и природа затихла – к грозе.
• Если в октябре звезды яркие — к хорошей погоде.
• Если облака редкие, то будет ясно и холодновато.

б) за растениями:

• Если утром травы густо покрывает роса, день выдастся погожим.
• Если весной береза соком делится сполна, следует ждать дождливое лето.
• Хороший урожай щавеля к тёплой зиме.
• Цветение черёмухи к похолоданию.
• Если в солнечный день соцветие одуванчика вдруг начало сжиматься, природа готовится к дождю.

в) за поведением животных:

• Утки и куры сбиваются в стайки к затяжному дождю.
• Ласточки прячутся под крышу к буре.
• Если кошка чешет за ушком – быть снегу или дождю.
• Бараны и овцы толкаются лбами – быть сильному ветру.
• Зайцы подбираются поближе к человеческому жилью – к суровой зиме.

Постарайся проверить правильность этих примет в течение года.

3. Рассмотрит старинные календари народов России. Попробуй объяснить (устно), как они помогают следить заходом времени.

Русский календарь из мамонтовой кости позволял отследить важные природные события, чтобы знать, когда прилетают птицы, когда начинать заниматься собирательством и когда можно начинать охоту. Плюс это было прообразом солнечного и лунного календарей. По нанесенным на календарь черточкам наши предки определяли время года, даты праздников, время сбора урожая и прочее. Деревянный календарь народов эвенки также позволял отслеживать важные события, время проведения обрядов, праздники по нанесенным на календарь точкам.

4. Вообрази, что ты живёшь на необитаемом острове. Придумай приспособление, которое поможет считать дни, недели, месяцы в году. Нарисуй схему этого приспособления.

На необитаемом острове не так уж множе вещей, из которых можно соорудить прискособление для того, чтобы считать дни, недели, месяцы в году. Это может веревка, на которой с помощью узелков можно считать дни, недели и месяцы в году.

Экологический календарь

Страница 32 — 33

1. Найди в учебнике и запиши определение.

2. Нарисуй картинку на тему «Наш волшебный Зелёный Дом».

3. Впиши в таблицу даты экологических дней с помощью текста учебника. Придумайте рисунки-символы и нарисуйте их в таблице.

Страница 36. Осень.

Осенние месяцы

1. В первом столбце прочитай вслух названия осенних месяцев в древнем римском календаре. Сравни их звучание со звучанием современных русских названий осенних месяцев. Запиши русские названия во втором столбце. Устно сделай вывод об их происхождении.

Во 2-м столбце пишем сверху вниз: сентябрь октябрь ноябрь

Узнай у старших и запиши в третий столбец названия осенних месяцев в языках народа твоего края.

В 3-м столбце пишем сверху вниз: ревун грязник листогной

2. Запиши названия осенних месяцев в языке народов твоего края, которые связаны:

а) с явлениями неживой природы: дождезвон, зоревник, грязник, хмурен, ревун.

б) с явлениями живой природы: листогной, листопад.

в) с трудом людей: хлебник, свадебник, капустник, листокос.

3. Велика Россия. Поэтому лето провожают и осень встречают в разное время и не один раз. Запиши даты прихода осени по старинным календарям народов твоего края.

Ответ: лето в России приходит 1 сентября (современная дата прихода осени), 14 сентября (приход осени по старому стилю), 23 сентября (день осеннего равноденствия в Московском государстве считался днем наступления осени).

4. Подписи для рисунка на выбор: золотая осень; унылая пора — очей очарованье; осень в деревне; осенняя Москва; в ожидании зимы.

С. 38-39. Осень в неживой природе.

1. Отметь схему, на которой показано положение солнца осенью. Объясни (устно) свой выбор.

Отмечаем вторую схему. На ней есть признаки осени (дождь, листопад, Солнце идет низко над землей).

Для понимания: Земля вращается вокруг Солнца, при этом ось Земли наклонена всегда одинаково. Когда ось наклонена в строну солнца, оно кажется высоко относительно земли, находится «прямо над головой», лучи его падают «отвесно», это время года называют лето. При повороте Земли вокруг Солнца ось смещается относительно него и Солнце относительно Земли как-будто опускается. Его лучи падают на Землю наклонно. Наступает осень.

2. Составьте список осенних явлений в неживой природе с помощью текста учебника.

Ответ: иней, заморозки, дожди, туман, осеннее равноденствие, ледостав.

3. Запиши дату.

С. 40-41. Народные праздники в пору осеннего равноденствия.

Традиционные костюмы нанайских охотников Приамурья — это сочетание в узорах коричневого, красного, розового и голубого цветов. Посуда золотистая, расписная.

Оленеводы Камчатки одеваются в одежду и обувь из оленьих шкур, как правило, всех оттенков коричневого или серого, со светлым мехом.

С.42-43. Звездное небо осенью.

1. С помощью иллюстраций учебника соедини звезды так, чтобы получились фигуры медведицы и лебедя. На левом рисунке выдели ковш Большой Медведицы.

Ответ см. рисунок.

2. Нарисуй картинку к вашей сказочной истории о том, как на звездном небе появилась большая медведица.

Сказочная история: Захотел как-то медвежонок медком полакомиться и полез на дерево — улей разорять. А лесные пчелы злые, напали они на медвежонка, стали жалить. Медвежонок стал взбираться все выше по дереву. Увидела это мама медведица, кинулась медвежонка спасать, тоже на дерево влезла, да за ним на самую макушку дерева. Прикрывает собой сынишку, а пчелы все сильней жалят. Пришлось еще выше лезть, на самое небо, чтобы пчелы не достали. Они и поныне там: Большая Медведица и Малая Медведица.

Или сочините историю про то, как медведи от охотника спрятались на дереве, а потом на небо перелезли и ушли от погони.

Рисуем мишек, залезающих на небо с макушки дерева.

3. Понаблюдайте звездное небо. Найдите знакомые вам и новые созвездия и звезды. Обратите внимание на расположение ковша большой медведицы. Запиши названия созвездий и звезд, которые тебе удалось увидеть:

Созвездия: Большая Медведица, Малая Медведица, Рыбы, Овен, Андромеда.

Звезды: Венера, Сириус, Полярная звезда.

4. Напиши рассказ об одном из созвездий осеннего неба. Используй для этого сведения из атласа-определителя, других книг, Интернета (по своему усмотрению).

Рассказ: Волопас или Пастух — это созвездие неба северного полушария. Его наблюдают и летом и осенью. Оно выглядит, как человек, охраняющий стадо. Воображение древних людей нарисовало его с посохом и двумя собаками. Существует несколько мифов об этом созвездии, но самый интересный гласит, что в это созвездие был превращён первый пахарь на земле, научивший людей обрабатывать землю. В созвездие Волопаса входит очень яркая звезда Арктур рядом с Большой Медведицей, а само оно напоминает веер.

Если хочешь, придумай сказку о созвездиях осеннего неба. Запиши ее на отдельном листе и красиво оформи.

Для начала нужно выяснить, какие созвездия видны на небе северного полушария осенью. Они изображены и подписаны на рисунке:

Про любое из них или про все сразу придумываем сказку.

Сказка: Жили были в одном городе люди. Они были добрые и честные, всего добивались своим трудом. Среди них был пастух, который пас скот, возничий, ребятишки — близнецы, водолей, который носил из колодца воду, красавицы дева и Кассиопея и многие другие. Были у них и домашние животные: телец, овен, конь, гончие псы. А когда начинал играть на флейте мальчик Персей, все животные из близлежащего леса приходили его послушать: и хитрая лисичка, и рысь, и лев, и медведица с медвежонком. Подплывали к берегу рыбы, кит и дельфин. Даже сказочный единорог и дракон вслушивались в нежную мелодию. Но вот однажды осенью началось близ городка извержение вулкана. Он жег леса и поля, ронял дома и уже готов был сжечь город и всех его обитателей. Но огромный дракон сказал людям: вы никогда не сделали никому зла, вы все очень хорошие и я вас спасу. Он собрал на свою спину всех, кто уместился, и унес на небо. Так и светят с неба по сей день и созвездие Персея, и дракона, нашлось на ночном осеннем небе местечко для всех.

Страница 44-45. Трава у нашего дома.

1. Вырежи рисунки из Приложения и помести каждое растение в свое окошко.

3. Рассмотрите травянистые растения возле вашего дома. С помощью атласа-определителя узнайте названия нескольких трав, запиши их.

Ответ: клевер, мятлик, лисохвост, тысячелистник, спорыш (птичья гречишка), подорожник, одуванчик, мята, репейник.

4. Напиши рассказ об одной из трав, растущих возле твоего дома. Используй сведения из книги «Зелёные страницы» или других источников (по своему усмотрению).

Мята.
Возле нашего дома растет мята. Это растение имеет очень приятный запах. Мы часто собираем мяту, высушиваем ее зеленые листочки и добавляем в чай. Я люблю пить чай с мятой. Есть несколько видов мяты, среди них есть и лекарственная.

Подорожник.
Подорожник растет вдоль дорог, оттуда и получил он свое название. У него широкие листья и длинный стебелек, на котором цветут мелкие цветочки и поспевают семена. Это растение лекарственное. Если порезался — приложи подорожник, и ранка заживет быстрее.

Фотографии для вклейки:

С. 46-47. Старинная женская работа.

1. Найди среди этих растений лён.

Ответ: второй слева.

3. Вы в музее льна и бересты в городе Костроме. Рассмотрите фотографии орудий труда для обработки льна, изготовления льняных нитей и ткани. Впишите номера их названий в кружочки. 1. Прялка. 2. Ткацкий стан. 3. Самопрялка. 4. Трепало. 5. Ступа с пестом. 6. Льномялка.

Ответ на рисунке.

Очень полезным будет показать ребенку обучающее видео по обработке льна. Так ученик наглядно увидит весь процесс и лучше запомнит назначение предметов для обработки льна.

Страница 48-49. Деревья и кустарники осенью.

1. Узнайте деревья и кустарники по листьям и впишите номера их названий в кружочки.

Ответ на рисунке. Листочки липы, березы и орешника осенью желтеют. Бересклет осенью может быть и желтым, и фиолетовым. Листья дуба становятся оранжевыми. Рябины, клена и осины — желто-красными. Листья калины осенью зеленые или желтые у черенка и красные по краям.

2. Найди среди этих растений кустарник и подчеркни его название.

Ответ: можжевельник.

Найди дерево, хвоинки которого осенью желтеют и опадают.

Ответ: лиственница.

3. Побывайте в лесу, парке или сквере. Полюбуйтесь деревьями и кустарниками в их осеннем наряде. С помощью атласа-определителя узнайте названия нескольких деревьев и кустарников. Запишите их.

Ответ: Берёза, тополь, туя, клён, рябина, липа, ель, сосна, осина.

4. Понаблюдай и запиши, когда закончится листопад: у берез — в октябре; у лип — в сентябре; у кленов — в сентябре; у тополя — в ноябре; у осины — в сентябре; у калины — в октябре.

С. 50-51. Чудесные цветники осенью

3. Определите несколько растений осенних цветников. Запиши их названия.

Определяем по атласу определителю Плешакова.

Ответ: хризантемы, астры, георгины, рудбекия, гелениум, декоративная капуста.

Фото для вклейки:

4. Напиши рассказ об одном из растений осеннего цветника.

Георгина

1. Легенда рассказывает о том, как появился на земле цветок георгина. Георгина появилась на месте последнего костра, который угас при наступлении ледникового периода. Этот цветок первым пророс из земли после прихода тепла на землю и своим цветением ознаменовал победу жизни над смертью, тепла над холодом.

2. В далекие времена георгина не была так распространена, как теперь. Тогда она была лишь достоянием царских садов. Никто не имел права вынести или вывезти георгину из дворцового сада. В том саду трудился молодой садовник по имени Георгий. И была у него возлюбленная, которой и подарил он однажды прекрасный цветок – георгину. Он тайком вынес росток георгины из царского дворца и весной посадил его у дома своей невесты. Это не могло оставаться тайной и до царя дошли слухи о том, что цветок из его сада теперь растет и за пределами его дворца. Гневу царя не было предела. По его указу садовник Георг был схвачен стражей и посажен в тюрьму, откуда ему не суждено было выйти никогда. А георгина с тех пор стала достоянием всех, кому пришелся по душе этот цветок. В честь садовника и был назван этот цветок – георгина.

С. 52-53. Грибы

2. Нарисуй схему строения гриба и подпиши его части. Проверь себя по схеме в учебнике.

Основные части гриба: грибница, ножка, шляпка.

4. Приведи другие примеры съедобных и несъедобных грибов с помощью атласа-определителя От земли до неба (Плешаков).

Съедобные грибы: маслёнок, подберёзовик, груздь, рыжик, сыроежка.

Несъедобные грибы: мухомор, галерина, свинушка.

Страница 54-55. Шестиногие и восьминогие.

1. Как называются эти насекомые? Впиши в кружочки номера их названий.

2. Вырежи картинки из приложения и составь схемы превращения насекомых. Закончи подписи.

Схема превращения насекомых.

Яйца — личинка — стрекоза. Яйца — гусеница — куколка — бабочка.

3. Найди в этом ряду лишний рисунок и обведи его. Объясни (устно) свое решение.

Ответ: Лишний паук. У него 8 ног и он относится к паукообразным, а у остальных на картинке 6 ног, это насекомые.

4. Напиши рассказ о насекомых, которые тебя заинтересовали или о пауках. Используй сведения из атласа-определителя, книги «Зелёные страницы! или «Великан на поляне» (по своему выбору).

Возле нашей дачи, в лесу есть несколько больших муравейников. Муравьи трудятся целый день, они собирают семена и мертвых животных. А еще муравьи пасут тлю. Они хлопают тлю по спинке, и та выделяет капельку сладкой жидкости. Эта жидкость и привлекает муравьев. Они любят сладкое.

Стр. 56-57. Птичьи секреты

1. Как называются эти птицы? Впиши в кружочки номера их названий.

Перелетные птицы: ласточка, стриж, скворец, утка, цапля, грач.

Зимующие птицы: сойка, дятел, поползень, синица, ворона, воробей.

2. Приведи другие примеры перелётных и зимующих птиц. Можешь использовать сведения из книги «Зелёные страницы».

Перелетные птицы: журавль, горихвостка, кулик, дрозд, трясогузка, дикие гуси.

Зимующие птицы: галка, голубь, снегирь, сорока.

3. Понаблюдайте за птицами вашего города (села). С помощью атласа-определителя узнайте их названия. Обратите внимание на поведение птиц. Есть ли у каждой птицы свой характер? По результатам наблюдения напиши свой рассказ. Сделай рисунок и наклей фотографию.

Сойка — лесная птица, но в последнее время ее все чаще можно встретить в городе: парках и скверах. Это очень красивая птичка. На крыльях у нее разноцветные перья, с синим отливом. Сойка кричит резко, пронзительно. Эта лесная красавица любит есть желуди, подбирает также остатки пищи, иногда разоряет птичьи гнезда и даже нападает на мелких птиц.

Стр. 58-59. Как разные животные готовятся к зиме.

1. Узнай животных по описанию. Напиши названия.

лягушка
жаба
ящерица
змея

2. Раскрась белку и зайца в летнем и зимнем наряде. Дорисуй каждому зверю его природное окружение. Объясни (устно), почему у этих животных изменяется цвет шерсти.

Заяц летом серый, слегка с рыжинкой, а к зиме меняет свою шкурку на белую.

Белки бывают разных цветов, от светло-рыжего до черного. Осенью они тоже линяют, меняют свою шубку на более густую и теплую, но цвет их при этом меняется не значительно.

3. Подпиши, кто сделал эти запасы на зиму.

Ответ: 1. Белка. 2. Мышь.

4. Впиши в текст названия животных.

На земле в ямке ёж делает небольшое гнездо из сухой листвы, травы, мха. В нём он залегает в спячку до весны. А медведь поздней осенью устраивает себе берлогу под упавшим деревом и спит в ней всю зиму.

С. 60-61. Невидимые нити в осеннем лесу.

1. Как связаны между собой дуб и лесные животные? Вырежи рисунки из Приложения и наклей их в окошки схемы №1, а в схему №2 впиши названия животных.

Ответ: белка, сойка, мышь. Они кормятся плодами дуба и живут тут.

2. Вырежи рисунки из приложения и наклей их в окошки схем. В рамках составьте схемы с названиями.

Ответ: Орехами кормятся белка и мышь. Рябиной — дрозд.

3. Приведи свой пример невидимых нитей в осеннем лесу и изобрази его в виде схемы.

Пример: на сосне кормятся белка (ест семена шишек) и дятел (ест насекомых, обитающих в коре, тем самым лечит дерево).

4. Рассмотри фотографии. Расскажи (устно), о каких невидимых нитях в осеннем лесу они тебе напоминают.

Орехи напоминают о белках и мышах. Желуди — белка, сойка, мышь. Рябина — дрозд.

С. 62-63. Осенний труд.

1. Перечисли, чем занимаются люди осенью в доме, саду, огороде.

В доме: утепляют окна, запасают дрова и уголь на зиму, готовят печи и котлы отопления, делают закатки на зиму.

В саду: собирают урожай с деревьев, защищают стволы деревьев от грызунов и мороза, опавшие листья сжигают

В огороде: собирают овощи, отправляют их на хранение в погреб, грядки перекапывают.

2. Подбери и приклей фотографию осенних работ в твоей семье.

Фото для вклейки:

Подумай и запиши, какие качества нужны для выполнения такой работы.

Ответ: любовь к земле, трудолюбие, умение работать с лопатой, тяпкой, граблями, терпение, сила.

Стр. 64-65. Будь здоров.

1. Нарисуй, в какие игры ты любишь играть летом и осенью. Вместо рисунков можно приклеить фотографии.

Летние и осенние игры: догонялки, салки, прятки, футбол, вышибалы, кондалы, бадминтон, для девочек — резиночка, классики.

2. Подумай и запиши, какие качества развивают игры, в которые ты любишь играть летом и осенью.

Ответ: ловкость, силу, смекалку, смелость, внимательность, настойчивость.

3. Попроси старших в семье рассказать об одной из игр нардов вашего края. Вместе опишите ход игры. Дайте ей название…

ИГРА «Высокий дуб»

В эту игру играли на Руси еще наши бабушки и дедушки, ее название сохранилось с 50-х годов прошлого столетия. Для игры нужен один мяч. Играют от 4-х до 30-ти (или более) детей.

Все становятся в круг. Внутри круга стоит один человек с мячом. Он подбрасывает мяч высоко вверх над собой и выкрикивает имя одного из игроков, например: «Люба!». Все дети (в том числе и тот, кто подбрасывал мяч) разбегаются врассыпную. Люба должна подхватить мяч и бросить в кого-нибудь из ребят. В кого попали, тот следующим подбрасывает мяч.

Играют до тех пор, пока не надоест.

Какие качества развивает эта игра: быстроту реакции, меткость, быстроту бега, ловкость.

С. 66-69. Охрана природы осенью.

3. С этими растениями и животными из Красной книги России мы познакомились в 1 классе. Вспомни их названия. Впиши номера в кружочки.

4. А вот еще несколько представителей Красной книги России. С помощью учебника раскрась их и подпиши названия.

Гриб баран, водяной орех, мандаринка.

5. Напиши рассказ об одном из представителей Красной книги России, обитающем в твоем крае.

Пример: Морж атлантический. Среда обитания этого редкого вида — Баренцево и Карское моря. Взрослый морж может достигать длину 4 метра, а вес атлантического моржа может составлять около полутора тонн. Этот вид моржей был почти полностью истреблен. На сегодняшний день, благодаря усилиям специалистов, регистрируется небольшой рост популяции, хотя точное их число определить пока невозможно, так как без специальной техники крайне трудно добраться до лежбища этих животных.

Страница 70. Осенняя прогулка.

Фото для вклейки:

Неживая и живая природа. Связи между ними



1. (С. 17) Подчеркни карандашом разного цвета (по твоему выбору) объекты живой и неживой природы.

В рамке расшифруй условные обозначения, то есть покажи, каким цветом обозначены объекты неживой природы, а каким – живые существа.

2. Вырежи из Приложения картинки и расположи их в соответствующих рамках. Попроси соседа по парте проверить твою работу. После проверки наклей картинки.

В рамку «Неживая природа» отнесем Луну, облако, скалу с ручьем.

В рамку «Живая природа» — лягушку, грибы, дерево.

3. (с. 18) Исправь ошибки в утверждениях Сережи (зачеркни лишнее слово). Проверь себя с помощью учебника.

1) Солнце, звезды, вода, воздух, камни, растения (лишнее слово) – это неживая природа.

2) Растения, грибы, животные, человек, звезды (лишнее слово) – это живая природа.

4. (с. 18) Заполни таблицу (напиши не менее трех примеров в каждом столбце). Старайся не повторять примеры из задания 2.

5. (с.18) Наш удивительный попугай – любитель загадок. Вот какие загадки он тебе предложил. Отгадай их и впиши отгадки в схему.

Взойдет Егор на бугор –

Выше леса, выше гор.

С бугра спускается –

За травой скрывается. (Солнце)

То, от чего тает лед. (Тепло)

Не стукнет, не брякнет, а в окно войдет. (Свет).

Объясни схему (устно). Расскажи с ее помощью о значении Солнца для жизни на Земле.

Солнце – источник света и тепла для всего живого на Земле.

6. (с. 19) Обсудите, какими способами можно показать связи между живой и неживой природой. Какой из этих способов самый наглядный? Почему? В верхней рамке выполните рисунок, показывающий пример связи между объектами живой и неживой природы (или наклей фотографию). В нижней рамке покажите эту связь с помощью схемы.

Введение — Неодушевленная жизнь

Зачем читать эту книгу? Знание чего-либо об организмах, которые можно увидеть во время прогулки по лесу или любой «природной территории», значительно увеличивает удовольствие от этого опыта.

Зачем что-то изучать? Потому что попытка мысленно применить себя к определенной теме приносит удовлетворение. Как и во многих других путешествиях, учеба может быть скучной и утомительной, и часто вы задаетесь вопросом, добираетесь ли вы вообще куда-нибудь. Но в конце концов вы достигнете места, где вы не только сможете увидеть, как далеко вы прошли, но и места, где вы сможете увидеть то, что не могли видеть раньше, или, может быть, вы достигнете места, где то, что вы видели раньше, сейчас. выглядят иначе и, возможно, более понятны.

По сути, это книга по биологии. Зачем изучать биологию? Живые существа очаровательны по множеству причин — их разнообразием, их сложностью в сочетании с фундаментальной простотой, их функционированием, требующим объяснений, множеством способов, которыми живые существа демонстрируют организацию, множественными взаимосвязями между разными живыми существами. Кроме того, очевидно, что в биологии есть очарование, которое проистекает из того факта, что люди действительно являются биологическими по своей природе.

Зачем изучать «неодушевленную» (неживую) жизнь? В этой книге изучается группа живых существ, которые отличаются друг от друга, потому что они не являются людьми, млекопитающими или даже животными по своей природе (отсюда и название).В частности, зачем изучать растения — главный предмет книги? Есть по крайней мере три основных фактора, которые делают изучение растений особенно полезным. Во-первых, растения — это знакомые организмы, вещи, которые легко и часто встречаются, настолько, что их фундаментальная биологическая природа часто игнорируется и их просто считают неодушевленными компонентами окружающей среды. Во-вторых, растения чрезвычайно полезны для человеческой деятельности не только как пища, но и как источник полезных материалов и химикатов.Из-за этого изучение растений связано с множеством человеческих усилий. В-третьих, растения — наиболее заметные представители того, что считается «миром природы» или «внешним миром». Следовательно, некоторое понимание растений может увеличить удовольствие от природы. Академический фактор, который делает изучение растений полезным, и причина изучения многих неодушевленных (неживотных) организмов, отличных от растений (например, грибов, бактерий), заключается в том, что он улучшает понимание других областей биологии, обеспечивая контрастные структуры, модели развития, и физиология по сравнению со знакомыми организмами.

Есть много других причин, по которым изучение растений является полезным, я уверен, что вы придумаете дополнительные причины, основанные на собственном опыте работы с этим предметом!

Краткая история дисциплины ‘ ботаника ’ .

Эта книга является «книгой по ботанике», и она используется в курсе, который обычно считается курсом «ботаника». Большинство людей ассоциируют «ботанику» с растениями, но в этой книге изучается ряд вещей, которые не считаются растениями, зачем их включать? Причина связана с историей и классификацией.

Тексты по ботанике, как и большинство академических кругов, обладают большой инерцией, и, с точки зрения охваченных групп, эта книга увековечивает это. Сто лет назад область биологии была разделена на ботанику и зоологию, отражая бинарную таксономию того времени, когда организмы относились либо к царству растений, либо к царству животных. Ботаники изучали организмы (растения, водоросли, некоторые бактерии), которые были зелеными (содержали хлорофилл), а также другие формы жизни (например, грибы), которые не были зелеными, но имели некоторые «растительные» особенности (клеточная стенка, очевидное отсутствие подвижности , закономерность роста).Как и в любой классификации (подробнее об этом позже!), Были организмы, большинство из которых, как правило, были одноклеточными и небольшими по размеру, которые обладали как животными, так и растительными характеристиками, и они часто рассматривались как в ботанике, так и в зоологии. курсы. Учебники и курсы по ботанике и зоологии были «обзорными» курсами, проходящими от группы к группе через представителей царства растений или животных.

По мере развития 20-го века накапливалось все больше и больше биологических знаний, общих для всех живых существ, таких как генетика, клеточная биология и биохимия.Учебники по ботанике расширились от простого опроса групп до охвата «базовой биологии», элементов, общих для всех живых существ, а также изучения различных групп. В то же время кафедры ботаники и зоологии объединились в кафедры биологии, и вводные курсы и учебники отразили это слияние.

На протяжении ХХ века становилось все более очевидным, что дихотомическая классификация (растения и животные) нежелательна по многим причинам. В 1969 году Роберт Уиттакер предложил систему пяти королевств с царствами растений, животных, грибов, простейших и монеранов.Monerans (= прокайоты) были в основном одноклеточными, с клетками, лишенными ядер и других органелл, и явно отличались по некоторым другим клеточным аспектам от эукариот, которые имели клетки с ядрами, мембраносвязанными органеллами и часто были многоклеточными. Группа протистов включала как фотосинтетические группы (водоросли), так и нефотосинтетические группы, включая множество «проблемных» организмов, которые явно не были растениями, животными или грибами. Несмотря на таксономические изменения, большинство учебников по ботанике не изменили их охват, а лишь немного изменили организацию тем.Несколько учебников по ботанике были посвящены только организмам, относящимся к растительному царству, без учета фотосинтетических протистов (водорослей) и грибов.

С началом 21 века классификационная схема Уиттакера потеряла популярность, прежде всего потому, что ни группа протистов, ни группа монера не были прочной филогенетической (эволюционно основанной, подробнее об этом позже) субъектом. «Обозревать» жизнь в точном филогенетическом смысле стало труднее, особенно для групп, ранее считавшихся протистами, члены которых плохо группируются.Если раньше у вас была одна группа (протисты), теперь может быть дюжина групп, причем все довольно неясные. И хотя пятью королевствами можно было управлять, двадцатью королевствами сложнее. Несмотря на это, большинство учебных пособий по ботанике, используемых сегодня, по-прежнему подходят к этому предмету, как и в прошлом: обсуждают биологию, общую для всех организмов, затем исследуют группы, при этом точные обследуемые группы различаются в разных книгах.

Вследствие распространения клеточной и молекулярной информации охват растений и «неодушевленной жизни» (все, кроме животных) значительно меньше, чем это было пятьдесят лет назад.То же самое можно сказать и о других таксономических группах: птицы, рыбы, насекомые; но проблема особенно важна для «неодушевленной жизни», потому что она более неясна для большинства студентов и преподавателей биологии. Кроме того, охват того, что вы могли бы назвать биологией организма в целом, что такое организм и как он функционирует, очень сильно сокращается, потому что в обсуждениях различных групп часто доминируют таксономические / филогенетические / эволюционные аспекты, причем первоочередное внимание уделяется. на то, где определенная группа может быть помещена по отношению к другим группам.

Эта книга одновременно традиционна и нетрадиционна. Хотя виды организмов, изучаемые в этом тексте, аналогичны большинству текстов по ботанике за последние сто лет, подход к изучению сильно отличается. Эта книга посвящена биологии организма, а не филогении / систематике. Он учитывает большинство групп, охваченных в традиционных текстах по ботанике, то есть «EBA = все, кроме животных»: растения, грибы, бактерии / архебактерии и большинство организмов, которые раньше относились к категории протистов.Но подход к этим группам является «организменным» и сравнительным. В нем делается попытка определить уровень жизни организма (не так просто, как вы могли бы предположить), а затем сравнительно исследуются четыре характеристики, определяющие организмы: их структура, средства размножения, приобретение ими материи и энергии, а также их взаимодействие с условиями и с окружающей средой. другие организмы. Этот подход является гораздо более экологичным (на уровне организма) и гораздо менее филогенетическим / эволюционным, чем в текстах по ботанике или во вводных текстах по биологии.Сравнительный подход, учитывающий как объединяющие особенности, так и отличительные особенности организмов, обеспечивает расширенную перспективу для рассмотрения биологии растений.

Таким образом, эта книга сосредоточена на пересечении двух биологических явлений: организмов и растений. Несмотря на эту направленность, он рассматривает широкую область биологии — от клеток до сообществ и от бактерий до грибов. И он учитывает широкий спектр организмов, которые сейчас не считаются растениями. Хотя это задуман как учебник ботаники, он должен быть интересен всем, кто интересуется областью биологии, даже если они не особенно интересуются растениями.

Диаграмма «древа жизни», изображающая группы (в основном 5 королевств Уиттакера, но с монеранами (также известными как прокариоты), разделенными на Бактерии и Археи) и эволюционные отношения. Этот текст охватывает все, кроме ветвей животных.

Кортикальное представление одушевленных и неодушевленных объектов в сложных природных сценах

Абстрактное

Представления одушевленных и неодушевленных объектов в мозгу приматов кажутся анатомически и функционально диссоциированными. Насколько вариации в настройке категории объектов в разных местах коры головного мозга можно объяснить с помощью различия между живым и неодушевленным? Как различие между одушевленным и неодушевленным отражается в расположении репрезентаций объектов на корковой поверхности? Чтобы исследовать эти проблемы, мы записали ЖЕЛТУЮ активность в зрительной коре, когда испытуемые просматривали потоки естественных сцен.Затем мы построили явную модель настройки объект-категории для каждого вокселя вдоль кортикальной поверхности. Мы подтвердили, что эти модели точно предсказывают реакцию на новые сцены для вокселей, расположенных в передних визуальных областях, и что они могут использоваться для точного декодирования нескольких объектов одновременно из новых сцен. Наконец, мы использовали анализ основных компонентов, чтобы охарактеризовать различия в настройке категорий объектов по вокселям. Примечательно то, что мы обнаружили, что первый главный компонент отражает различие между одушевленными и неодушевленными объектами.На это измерение приходится от 50 до 60 процентов общего разброса настройки категорий объектов по вокселям в передних визуальных областях. Важность различия между живым и неодушевленным далее отражается в расположении вокселей на поверхности коры: воксели, которые предпочитают одушевленные объекты, обычно располагаются перед ретинотопными визуальными областями и фланкируются вокселями, которые предпочитают неодушевленные объекты. Таким образом, наша явная модель настройки объект-категория объясняет анатомическую и функциональную диссоциацию одушевленных и неодушевленных объектов.

Ключевые слова: фМРТ, декодирование, кодирование, представление объекта

1. Введение

Имеются значительные свидетельства того, что представления одушевленных (например, людей и животных) и неодушевленных (т.е. всех остальных) объектов диссоциированы в человеческий мозг. Анатомическая диссоциация подтверждается данными о том, что повреждение передних зрительных областей может выборочно ухудшать обработку как одушевленных, так и неодушевленных объектов, не влияя при этом на обработку объектов из другой категории (Caramazza and Shelton, 1998; Hillis and Caramazza, 1991; Warrington and Шаллис, 1984).Функциональная диссоциация подтверждается недавним исследованием Kiani et al. (2007), которые исследовали реакцию ~ 600 нейронов нижней височной (ИТ) коры обезьян на изображения ~ 1000 объектов. Они сообщили о доказательствах иерархической кластеризации ответов населения по категориям одушевленных и неодушевленных объектов. Последующее исследование ИТ человека с помощью фМРТ обнаружило векторы популяции вокселей, которые сгруппированы в соответствии с категориями одушевленных и неодушевленных объектов (Kriegeskorte et al., 2009).

Эти результаты поднимают несколько интересных вопросов об организации репрезентаций объектов в зрительной коре.Во-первых, насколько вариации в настройке категории объектов в разных местах коры головного мозга можно объяснить с помощью различия между живым и неодушевленным? Результаты, обсужденные выше, предполагают, что различие между живым и неодушевленным является важным по сравнению с другими категориальными различиями, но они не указывают, какую долю вариации в настройке объект-категория оно составляет. Во-вторых, как различие между одушевленными и неодушевленными объектами отражается на объектно-категориальной настройке отдельных участков коры головного мозга? Анализ поведенческих нарушений у пациентов с повреждением головного мозга или ретроспективный осмотр категорий объектов, лежащих в основе кластеров воксельных ответов (Kiani et al.2007; Kriegeskorte et al., 2009) могут дать лишь частичные ответы. Самый простой способ ответить на этот вопрос — построить явные и точные модели настройки объект-категории для отдельных участков коры головного мозга. В-третьих, как представление категорий одушевленных и неодушевленных объектов организовано на поверхности зрительной коры? Результаты, обсужденные выше, предполагают, что участки коры головного мозга, сильно возбуждаемые (или подавляемые) объектами из любой категории, находятся рядом друг с другом, но они не предоставляют карту, которая показывает, как эти места расположены вдоль кортикальной поверхности.Наконец, сохраняется ли диссоциация между категориями одушевленных и неодушевленных объектов, когда субъекты просматривают несколько объектов, встроенных в сложную естественную сцену? Визуальная система эволюционировала для обработки сложных природных сцен с множеством объектов, но в большинстве исследований использовались деконтекстуализированные объекты, представленные изолированно. Поэтому важно подтвердить, что различие между живым и неодушевленным уместно в контексте натуралистического просмотра.

Мы ответили на каждый из этих вопросов, анализируя данные, полученные в одном эксперименте фМРТ.СМЕШАННАЯ активность была записана в зрительной коре головного мозга, когда испытуемые просматривали большую серию сложных природных сцен. Для каждого записанного вокселя, который пересекается с корковой поверхностью, мы подбираем модель прогнозирующего кодирования (Naselaris et al., 2009), которая связывает объекты в просматриваемых сценах с вызванными ответами. Модель для каждого вокселя состояла из набора весов, которые описывают, как разные категории объектов влияют на ответы. Мы называем веса, оцененные для каждого вокселя, функцией настройки категории объекта .Мы подтвердили точность соответствия модели объект-категория каждому вокселю двумя способами. Во-первых, мы использовали его для прогнозирования активности, вызванной отдельным набором изображений (набор для проверки), которые не использовались для соответствия модели. Во-вторых, мы использовали его для одновременного декодирования нескольких категорий объектов на основе активности тех вокселей, ответы которых были точно предсказаны. Чтобы описать, как настройка категории объекта изменяется в зрительной коре, мы применили анализ главных компонентов к функциям настройки категории объекта этих вокселей.Мы обнаружили, что первый главный компонент (ПК) описывает вариацию предпочтения вокселей для категорий одушевленных и неодушевленных объектов, и что на этот ПК приходится 50–60 процентов от общей вариации в настройке категорий объектов по вокселям. Затем мы построили карту кортикальной поверхности проекции функции настройки каждой категории объекта вокселя на первый компьютер. Эта карта показала, что воксели с проекциями на живой конец ПК расположены преимущественно перед ретинотопными областями и фланкируются вокселями с проекциями на неодушевленный конец ПК.Эти открытия дают объяснение функциональной и анатомической диссоциации между одушевленными и неодушевленными объектами с точки зрения явной модели настройки объект-категории.

2. Методы

2.1 Параметры МРТ

Все данные МРТ были собраны в Центре визуализации мозга в Калифорнийском университете в Беркли с использованием МРТ всего тела Siemens Tim Trio 3T и 32-канальной катушки с фазированной решеткой. Рецепты нарезки немного различались у разных испытуемых. 32-канальная головная катушка Сименс использовалась для записи данных от субъекта 1.Последовательность плоской визуализации градиент-эхо-эхо в сочетании с настраиваемым РЧ-импульсом возбуждения (шунтирования жира), специфичного для воды, использовалась для сбора функциональных данных. Тридцать один осевой срез покрыл весь мозг. Каждый срез имел поле зрения 224 × 224 мм, ² , толщину среза 3,50 мм и зазор между срезами 0,63 мм (размер матрицы 100 × 100; 2004,5 ​​мс TR; 33 мс TE; угол поворота 74 °; размер вокселя 2,24 × 2,24 × 4,13 мм ³ ). Задняя половина 32-канальной катушки для головы Сименс использовалась для испытуемого 2, поэтому для этого испытуемого она функционировала как 20-канальная поверхностная катушка.Последовательность планарной визуализации градиент-эхо-эхо в сочетании с настраиваемым насыщающим жир РЧ-импульсом использовалась для сбора функциональных данных. Двадцать пять осевых срезов покрывали затылочную, затылочно-теменную и затылочно-височную кору с наибольшей чувствительностью приемной катушки. Каждый срез имел поле зрения 234 × 234 мм, ² , толщину среза 2,59 мм и зазор между срезами 0,39 мм (размер матрицы 104 × 104; TR = 2009,9 мс; TE = 35 мс; угол поворота = 74 °; размер вокселя). = 2,25 × 2,25 × 2,99 мм ³ ).

2.2 стимула

стимулы представляли собой 1386 цветных естественных сцен. Некоторые сцены были взяты из коллекции, доступной для продажи в Lotus Hill Institute (Ухань, Китай), а другие были выбраны из Google Images. Все сцены имели размер 20 ° × 20 ° (500 × 500 пикселей). Центральный квадрат фиксации (0,2 ° × 0,2 °; 5 × 5 пикселей) произвольно менял цвет (красный, зеленый, синий, желтый, белый) с частотой 3 Гц для обеспечения постоянной видимости.

2.3 Экспериментальный план

Данные для обучения модели и проверки модели собирались во время каждого сеанса сканирования.Сеансы сканирования состояли из отдельных прогонов обучения и проверки. Учебные прогоны (всего 36 в 5 сессиях) длились 5,23 минуты и состояли из 36 различных изображений, представленных по 2 раза каждое. Проверка (всего 21 сеанс в 5 сеансах сканирования) длилась 5,23 минуты и состояла из 6 отдельных изображений, представленных по 12 раз каждое. В ходе тренировочных прогонов было представлено в общей сложности 1260 различных сцен, а в ходе валидационных прогонов было представлено в общей сложности 126 различных сцен. Этот экспериментальный план основан на предыдущих исследованиях нашей лаборатории, показывающих, что для построения оптимальных моделей кодирования данные оценки должны отбирать пространство стимула как можно шире, но данные проверки должны содержать много повторов (Дэвид и др.2005). Сцены выбирались случайным образом для каждого прогона, но не повторялись во время прогона. Сцены были представлены в последовательных 4-секундных периодах. В каждый период фотография мигала с интервалом в 200 миллисекунд (200 ВКЛ, 200 ВЫКЛ) в течение 1 секунды, а затем 3 секунды серого фона. Квадрат для фиксации присутствовал всегда.

2.4 Предварительная обработка данных

Функциональные объемы мозга были реконструированы, а затем зарегистрированы в сеансах сканирования. Данные временного ряда использовались для оценки времени отклика для каждого воксела отдельно.Деконволюция этого временного курса из данных дала оценку амплитуды отклика (одно значение) на каждую сцену для каждого воксела (подробности см. В Kay et al., 2008). Ранние и промежуточные визуальные области (V1 – V4, V3a / b и LO) были идентифицированы с использованием данных ретинотопного картирования, собранных в отдельных сеансах сканирования (Hansen et al., 2007). Веретенообразное лицо — это (FFA; Kanwisher et al., 1997), площадь парагиппокампа (PPA; Epstein and Kanwisher, 1998), ретросплениальная кора (RSC), экстра-полосатая область тела (EBA; Downing et al., 2001) и затылочной области лица (OFA) были идентифицированы в отдельном эксперименте с использованием стандартных функциональных локализаторов (Spiridon et al., 2006).

2.5 Метки сцены

Перед экспериментом каждый из стимулов естественной сцены был помечен авторами. Ярлыки состояли из определенных имен объектов, выбранных в соответствии с разговорным английским языком (см. Примеры). Около половины сцен, использованных в эксперименте, были изначально маркированы институтом Lotus Hill, и были проверены и исправлены авторами по мере необходимости.Остальные сцены были помечены авторами с использованием специально созданного графического интерфейса. Затем авторы использовали метки, чтобы отнести каждый объект в каждой сцене к одной из 19 категорий объектов. Категории были выбраны на основе предыдущих экспериментов (Naselaris et al., 2009) и интуиции. В частности, мы проводили различие между «толпой людей» и «несколькими людьми», потому что в сценах, изображающих толпы, трудно разрешить конкретные черты отдельных лиц. Выбор категорий гарантировал, что все объекты могут быть однозначно отнесены к одной и только одной категории.Обратите внимание, что метки не присутствовали во время визуального представления стимулов.

Стимулы естественной сцены, помеченные девятнадцатью категориями объектов

(слева) Для нашего анализа представления объектов был выбран набор из девятнадцати категорий объектов. (посередине) Несколько примеров объектов, входящих в каждую категорию объектов. Объекты, выделенные цветным шрифтом, появляются в соответствующей естественной сцене справа. (справа) Все природные сцены, показанные здесь, были выбраны из 1386 представленных во время эксперимента.Перед экспериментом объекты в каждой естественной сцене были помечены и отнесены к соответствующей категории объектов. Весь набор естественных сцен содержал множество примеров объектов, принадлежащих к каждой категории.

2.6 Модель категории объект

Модель категории объект является основой для всех анализов, представленных в этой статье. Для построения модели «объект-категория» 19 обсуждаемых выше категорий объектов были закодированы с использованием индикаторных переменных. Для каждой естественной сцены вектор-индикатор объекта o ^T = ( o ₁ ,…, o ₁₉ ), o _i ⋹ [0, 1] указывает, какие из девятнадцати категорий объектов, перечисленных в, присутствуют ( o _i = 1) или отсутствует ( o _i = 0) в сцене.Модель категории объектов состоит из набора весов w ^T = ( w ₁ ,…, w ₁₉ ), применяемых к каждому из этих индикаторов объекта. Для каждого воксела подходит уникальный набор весов (раздел 2.8), который упоминается в основном тексте как функция настройки объектной категории для вокселя. После того, как веса подобраны, прогнозируемая реакция вокселя на естественную сцену с объектами, указанными как o , составляет r = w ^T o .

2.7 Модель вейвлетов Габора

В качестве контроля мы сравнили точность предсказания модели категории объектов с точностью предсказания чисто структурной модели, основанной на вейвлетах Габора. Модель вейвлетов Габора состоит из банка из 928 комплексных вейвлетов Габора. Вейвлеты Габора возникают на четырех пространственных частотах: 2, 3,6, 6,6 и 12 циклов на поле зрения (FOV = 20 °; изображения были представлены с разрешением 500 × 500 пикселей, но для этого были уменьшены до 32 × 32 пикселей. анализ) и две ориентации: 0 ° и 90 ° (мы использовали только две ориентации, потому что при предварительном моделировании мы обнаружили, что ориентация очень слабо влияет на точность прогноза модели).Каждый вейвлет умножается на гауссову огибающую, где соотношение между стандартным отклонением и пространственным периодом вейвлета составляет 0,55. Вейвлеты располагаются на фиксированной квадратной сетке, закрывающей поле зрения. Шаг сетки устанавливается таким образом, что вейвлеты на каждой пространственной частоте разделяются 2 стандартными отклонениями их соответствующих гауссовых огибающих. Как и модель объектной категории, вейвлет-модель Габора включает набор весов, w , которые применяются к выходным данным вейвлетов Габора.Каждому вокселю соответствует отдельный набор весов. Как только веса подобраны, прогнозируемая реакция вокселя на естественную сцену с составляет r = w ^T f ( с ). Здесь f ( s ) описывает вейвлет-фильтрацию Габора и дополнительное нелинейное преобразование: f ( s ) = log (| G s |), где G — это матрица со строками, содержащими комплексные вейвлеты Габора.Фазовая инвариантность достигается взятием величины |. | отфильтрованных сцен. Логарифмическое преобразование было применено, потому что в других исследованиях мы обнаружили, что нелинейности сжатого вывода могут повысить точность модели (Nishimoto et al., 2011). Хотя логарифмическое преобразование не является полностью оптимальным (Vu et al., 2011), этого было достаточно для целей настоящего исследования.

2.8 Процедура подбора для моделей категорий объект и вейвлет Габора

Для каждой модели координатный спуск с ранней остановкой (Naselaris et al., 2009) был использован для нахождения набора весов w , который минимизировал сумму квадратичных ошибок между фактическими и прогнозируемыми ответами на обучающем наборе. Мы обнаружили, что эта процедура регрессии гораздо более надежна, чем обычная линейная регрессия, даже когда количество наблюдений превышает количество параметров модели (Naselaris et al., 2009). Для каждого воксела эта минимизация была выполнена на трех наборах обучающих выборок M-l ( M = 1260, l = M * 0.1), выбранный случайным образом без замены. Оценки веса обновлялись до тех пор, пока ошибка на удерживаемых образцах (набор для ранней остановки ) не начала последовательно увеличиваться. Каждый набор дал отдельную оценку w _j ( j = [1, 2, 3]). w был установлен равным среднему арифметическому ( w ₁ , w ₂ , w ₃ ). Эта процедура подгонки была реализована с помощью STRFlab (Naselaris et al., 2009) бесплатный набор инструментов MATLAB (Mathworks. Natick, MA).

2.9 Алгоритм декодирования категории объектов

Мы также использовали модель категорий объектов для декодирования нескольких категорий объектов из ответов вокселей. Пусть r обозначает собранные отклики N отдельных вокселей в векторе отклика вокселей Nx 1. Для каждой сцены мы находим вектор-индикатор объекта o * , который максимизирует вероятность множественных вокселей (Naselaris et al, 2009), соответствующую модели кодирования категории объекта.Предполагая, что на отклики вокселей влияет гауссовский аддитивный шум, вероятность множественности вокселей является многомерным распределением Гаусса:

, где W ( N × 19 ) — это матрица со строками, заданными весами модели кодирования (т. Е. Функциями настройки категории объекта) выбранных вокселей, а S ( N × ) N ) — ковариационная матрица шума (раздел 2.10). Эта функция определяет вероятность того, что естественная сцена с вектором индикатора объекта o вызвала наблюдаемую реакцию r .

Вектор индикатора объекта o * , который максимизирует вероятность множественных вокселей, был найден перебором: были сгенерированы все возможные векторы индикатора объекта (за исключением нулевого вектора без объектов; 2 ¹⁹ -1 различных двоичных вектора) и оценивалась с помощью функции правдоподобия с несколькими вокселями, и выбиралась функция с наибольшим правдоподобием.

2.10 Оценка ковариационной матрицы шума

Категории объектов декодирования требует оценки функции правдоподобия нескольких вокселей, указанной выше (раздел 2.9). Чтобы оценить функцию правдоподобия для нескольких вокселей, мы должны сначала оценить ковариационную матрицу шума S :

, где <> обозначает усреднение по всем выборкам в обучающем наборе. Обратное к S обычно нестабильно. Поэтому мы использовали регуляризацию Тихонова (или регуляризацию гребня) для регуляризации обратной операции (Тихонов, Арсенин, 1977). С помощью этого метода мы оцениваем вероятность нескольких вокселей, заменяя S ⁻¹ на S ⁺ = ( S + α I ) ⁻¹ .Здесь I — это единичная матрица, а α — параметр регуляризации, который оптимизируется отдельно для каждой отдельной попытки декодирования с использованием процедуры исключения по одному. Чтобы декодировать объекты в сцене j ^th , точность декодирования оценивалась в оставшихся 125 попытках декодирования с использованием диапазона из 8 различных значений α с логическим интервалом между 0,01 и 100. Затем для декодирования использовалось оптимальное значение α. слева j ^th проба.

2.11 Процедура выбора вокселей для декодирования категории объекта

Чтобы минимизировать потенциальное смещение выбора, воксели, используемые для декодирования категории объекта, были выбраны с использованием только обучающих данных. Данные проверки не использовались для выбора вокселей. Для каждого воксела точность предсказания (то есть коэффициент корреляции) оценивалась на каждом из наборов ранней остановки и усреднялась по наборам. Вокселы, средняя точность предсказания которых на множествах с ранней остановкой была значительной ( p <.01) были выбраны для использования в декодировании категорий объектов. Для субъекта 1 общее количество выбранных вокселей составляло 596. Для субъекта 2 общее количество выбранных вокселей составляло 653. Мы подчеркиваем, что в этой процедуре выбора не использовались какие-либо данные, которые впоследствии использовались для анализа декодирования.

2.12 Производительность декодирования как функция количества категорий объектов

Чтобы определить, влияет ли на производительность декодирования количество категорий объектов в сценах, мы сравнили вероятность множественных вокселей (см. 2.9 выше) вектора индикатора истинного объекта для каждой сцены с многовоксельной вероятностью любого другого возможного индикатора объекта. Таким образом, мы определили долю случаев, в которых p ( r | o ′ )> p ( r | o ), где o ′ — истинный объект. вектор-индикатор для сцены, а o — один из других возможных векторов-индикаторов объекта. Эту долю можно интерпретировать как вероятность того, что декодер правильно проведет различие между истинным вектором индикатора объекта и вектором индикатора объекта для другой случайно выбранной сцены.Эта доля отображается как функция количества категорий объектов (т. Е. Суммы элементов o ′ ) в.

Точность декодирования как функция количества категорий объектов

Горизонтальная ось показывает количество категорий объектов, а вертикальная ось показывает долю правильных идентификаций изображения при сравнении истинной сцены, поочередно , ко всем другим возможным сценам. Пунктирные серые линии обозначают 95% доверительные интервалы начальной загрузки.Точность декодирования не показывает систематической связи с количеством категорий объектов, а нижняя граница доверительного интервала обычно выше вероятности (0,5) для всех категорий объектов.

2.13 ROC-анализ декодирования категории объекта

Точность декодирования категории объекта () количественно оценивалась анализом рабочих характеристик приемника (ROC) (см. Введение в Fawcett, 2006). Для каждой категории объектов истинный положительный коэффициент (TPR) был определен как доля случаев, когда категория объектов была правильно декодирована как присутствующая в сцене.Частота ложных срабатываний (FPR) определялась как доля случаев, когда категория объекта была неправильно декодирована как присутствующая. TPR и FPR рассчитывались отдельно для каждой категории объектов. Обратите внимание, что если бы все категории объектов возникли с равной вероятностью и категории объектов были выбраны случайным образом, TPR был бы равен FPR для каждой категории объектов. Следовательно, objectcategory Точность декодирования определялась как расстояние точки ( x, y ) = (FPR, TPR) от линии на единицу. Здесь мы называем это среднее расстояние различимости .

Для проверки того, что категории объектов имеют неравные вероятности появления, значимость точности декодирования для каждой категории объектов определялась с помощью теста перестановки. Категории декодированных объектов и истинные категории объектов были переставлены в ходе проверочных испытаний, и расстояние различимости для каждой из 19 категорий объектов было пересчитано. Эта процедура перестановки повторялась 1000 раз, чтобы создать распределение расстояний различимости, согласующееся с нулевой моделью.Точность для каждой конкретной категории объектов считалась значительной, если среднее расстояние различимости было больше или равно 95% значений в этом распределении.

2.14 Анализ главных компонентов

Анализ главных компонентов (PCA; см., И) впервые был применен к функциям настройки объектной категории тех же вокселей, выбранных для анализа декодирования (раздел 2.11). Пусть P ¹ (19 × 1) будет первым главным компонентом. Проекция функции настройки объектной категории для каждого воксела на первый главный компонент, представленный в, составляет p = WP ₁ .Здесь W ( N × 19) — это матрица функций настройки объектной категории для всех вокселей N на кортикальной поверхности (а не только тех, которые выбраны для анализа декодирования).

Анализ главных компонентов функций настройки объекта

Результаты анализа главных компонентов (ПК), примененные к функциям настройки категорий объектов тех же вокселей, выбранных в и. (слева) По горизонтальной оси отложены коэффициенты первого ПК. Все коэффициенты первого ПК имеют один и тот же знак (положительные) для одушевленных категорий и противоположны по знаку большинству коэффициентов для неодушевленных категорий.На первый ПК приходится 50–60% вариаций (ось Y, правые панели) в функциях настройки объекта по вокселям (p <0,01, тест перестановки). Критерием значимости для каждого ПК (пунктирная серая линия) является 99 ^-й процентиль гистограммы вариации, объясненной соответствующим ПК для 10 000 переставленных выборок. Эти результаты предполагают, что вариация в настройке категорий объектов в первую очередь отражает различия в предпочтениях одушевленных и неодушевленных объектов.

Расположение представлений одушевленных и неодушевленных объектов на корковой поверхности

(слева) Кортикальная плоская карта, иллюстрирующая проекцию функции настройки каждой категории объекта вокселя на первый компьютер.Детали карт такие же, как в. Желтые воксели имеют большие положительные проекции на первый компьютер и обычно предпочитают одушевленные объекты. Синие воксели имеют негативные проекции на первый компьютер и обычно предпочитают неодушевленные предметы. Вокселы, которые предпочитают одушевленные объекты, имеют тенденцию занимать центральную плотность перед ретинотопными областями. Эта центральная плотность окружена вокселями с сильным предпочтением неодушевленных предметов. Расположение этих вокселов согласуется с расположением областей, относящихся к конкретным категориям (например,g., FFA и PPA), но они выходят далеко за рамки этих классических ROI. (справа) Гистограмма проекций функций настройки объекта-категории на первый ПК (логарифмическая шкала). Цветовая шкала соответствует плоской карте справа.

Анимированные и неодушевленные представления объектов в функционально идентифицированных областях интереса

(слева) Гистограммы проекции функций настройки объекта на первый ПК для вокселей в областях, связанных с местами (PPA и RSC), и лиц или тела области (FFA, OFA, EBA).(справа) асимметрия гистограмм с 95% доверительными интервалами (c.i.). КИ для асимметрии были получены путем повторной выборки с заменой эмпирической гистограммы значений проекции 10 000 раз. C.i. границы не перекрываются, что указывает на то, что связанные с местом области смещены в сторону предпочтения неодушевленных категорий, а области, связанные с лицом и телом, смещены в сторону предпочтения одушевленных категорий.

Значимость основных компонентов определялась с помощью перестановочного теста.Веса функций настройки объектной категории были переставлены независимо для каждого воксела, а затем повторно применялся PCA. Эта процедура перестановки повторялась 10 000 раз, чтобы создать нулевое распределение вариации, объясняемое каждым компьютером. ПК считался значимым, если вариация, которую он объяснил в фактических данных, превышала 99% значений в нулевом распределении для соответствующего ПК. Первый ПК считался значительно большим, чем второй ПК, если разница в вариациях, объясняемая каждым из них, превышала 99% значений в нулевом распределении для соответствующих различий.

3 Результаты

3.1 Модель объектно-категориальной модели

ЖИРНЫЕ сигналы (далее обозначаемые как воксельные ответы ) были измерены в зрительно реагирующей коре головного мозга двух субъектов (раздел 2.1). Во время сканирования каждый объект просмотрел в общей сложности 1386 уникальных цветных естественных сцен (поле зрения ~ 20 градусов). Каждое сканирование давало непрерывно изменяющиеся ЖИРНЫЕ временные ряды для каждого воксела. Параметрическая модель функции гемодинамического ответа была подобрана отдельно к данным временного ряда, записанным жирным шрифтом для каждого вокселя.Это, в свою очередь, использовалось для извлечения отклика каждого воксела на каждую естественную сцену (полные подробности см. В Kay et al., 2008, дополнительные материалы). Затем пары стимул / ответ были разделены на отдельные наборы для обучения модели и проверки модели. Обучающий набор использовался для оценки весов модели кодирования для каждого воксела и для выбора вокселей для последующего анализа декодирования; набор для проверки использовался для измерения точности предсказания подходящих моделей и для измерения точности декодирования.

Типичные стимулы естественной сцены показаны справа. Объекты в каждой сцене были помечены авторами, а затем отнесены к одной из 19 категорий объектов (раздел 2.5). Эти категории были основаны на модели, разработанной в нашей предыдущей работе (Naselaris et al., 2009). Например, объекты «медведь», «лосось» и «ручей» в верхней левой сцене были отнесены к категориям «наземное млекопитающее», «рыба» и «вода» соответственно. Категории объектов в каждой сцене были представлены вектором из 19 индикаторных переменных.В случае верхней левой сцены индикаторные переменные для «наземное млекопитающее», «рыба» и «вода» были установлены на 1. Индикаторные переменные для остальных 16 категорий объектов были установлены на 0. Регуляризованная регрессия (раздел 2.8). затем использовался для оценки отдельной модели кодирования для каждого вокселя с использованием индикаторных переменных и ответов, полученных в обучающем наборе модели (). Результирующая модель категории объектов для каждого воксела состояла из набора из 19 весов, которые отражают, как каждая конкретная категория влияет на отклики вокселей.Мы называем набор весов, оцененных для одного воксела, его функцией настройки объектной категории (см. Примеры).

Модель кодирования объектной категории, основанная на девятнадцати объектных категориях

(A) Для каждого воксела на кортикальной поверхности была построена отдельная модель объектной категории. Модель категорий объектов предоставляет набор положительных (возбуждающих) или отрицательных (подавляющих) весов (нанесенных на график в виде заштрихованных квадратов), которые описывают, как присутствие каждой категории влияет на измеряемую ЖИРНУЮ активность.Переменные индикатора выделяют категории объектов, присутствующих в естественной сцене; соответствующие веса суммируются для получения предсказанного воксельного ответа. Отклики вокселей, предсказанные на отдельном наборе данных, не используемом для соответствия модели, используются для проверки точности модели. (B) Мы называем набор весов категорий объектов для каждого воксела функцией настройки категорий объектов . Здесь функции настройки категории объектов для двух вокселей представлены в виде столбчатых диаграмм. Воксель, показанный вверху, имеет самую высокую точность предсказания среди всех вокселей для объекта 1 (воксель # 21240, точность предсказания r = 0.697). Этот воксель сильно возбуждается несколькими людьми, хотя наземные и водные млекопитающие также вызывают существенные отклики. Воксель внизу имеет самую высокую точность предсказания среди всех вокселей для объекта 2 (воксель № 39097, точность предсказания r = 0,733). Этот воксель реагирует на широкий спектр неодушевленных категорий, включая небо, воду, искусственные сооружения и здания. S1 = субъект 1. S2 = субъект 2.

3.2 Точность модели объект-категория

Для подтверждения любых выводов, сделанных на основе модели объект-категория, мы сначала провели два независимых теста, чтобы подтвердить ее точность.Во-первых, мы использовали подходящую модель для каждого вокселя, чтобы сгенерировать предсказанные отклики на естественные сцены в наборе проверки модели, и сравнили эти прогнозы с наблюдаемыми откликами. Мы обнаружили, что модель объект-категория дает точные прогнозы (p <0,01, нескорректированные; проверка корреляции между прогнозируемыми и измеренными ответами) воксельных ответов в широком диапазоне зрительной коры (см.). Полоса простирается от теменной коры до вентральной височной коры и охватывает множество функциональных областей интереса, отобранных по категориям (например,g, FFA и PPA).

Точность прогнозирования модели категорий объектов

(A) Точность прогнозирования модели категорий объектов оценивалась отдельно для каждого вокселя, и эти значения проецировались на плоскую корковую карту (вверху, объект 1; внизу, объект 2). На карте белое пространство разделяет левое и правое полушария; серый цвет указывает места за пределами предписания среза; белые линии разграничивают функционально определенные области интереса: V1-V4, первичные зрительные области коры; LO, латеральный затылочный комплекс; OFA, затылочная область лица; FFA, квадратная поверхность лица; PPA, перигиппокампальная площадь; EBA, экстрастриарная область тела; RSC, ретроспленальная кора.Точность прогноза представлена ​​с помощью цветовой шкалы, где черный означает низкую точность, а желтый — высокую точность. Точность прогнозирования наиболее высока для вокселей в зрительной коре, расположенных впереди зрительных областей с высокой ретинотопией (т. Е. V1-V4). (B) Точность предсказания для модели категории объект по сравнению с точностью предсказания для вейвлет-модели Габора. Вейвлет-модель Габора зависит исключительно от простых визуальных характеристик (например, пространственной частоты и ориентации) и не ссылается на девятнадцать категорий объектов, включенных в модель категорий объектов.Для каждого воксела предсказанные ответы на проверочные стимулы были сгенерированы отдельно с использованием как объектных категорий, так и вейвлет-моделей Габора. Точность прогноза модели категории объектов отложена по оси Y, а точность модели вейвлета Габора отложена по оси X. Многие воксели (черные точки), ответы которых точно предсказываются моделью категории объектов (черные точки над пунктирной горизонтальной линией), плохо предсказываются моделью вейвлетов Габора. Таким образом, модель объектно-категориальная модель точно предсказывает связанные с объектом реакции, которые нельзя объяснить простыми визуальными особенностями.

Модель объектно-категориальная модель дает в основном плохие прогнозы в более задних, ретинотопных областях зрения (то есть V1, V2, V3 и V4). Это говорит о том, что модель объект-категория не просто фиксирует ответы, вызванные простыми визуальными характеристиками, которые коррелируют с категорией объекта. Чтобы подтвердить это, мы сравнили точность прогнозирования модели объект-категория с точностью прогнозирования вейвлет-модели Габора, которая описывает, как каждый воксель настраивается для простых визуальных характеристик (то есть пространственной частоты, ориентации и ретинотопного местоположения).Это сравнение () показывает, что ответы вокселей, точно предсказанные моделью объект-категория, часто плохо предсказываются моделью вейвлета Габора. Таким образом, модель объектно-категориальная модель точно предсказывает связанные с объектом реакции, которые нельзя объяснить с помощью простых визуальных характеристик.

Тот факт, что модель объект-категория точно предсказывает отклики многих вокселей, не обязательно означает, что воксельные ответы кодируют информацию обо всех 19 категориях модели. Например, значительная точность прогноза может быть достигнута, если воксельные ответы кодируют информацию о людях и зданиях, но не о других категориях объектов.Тем не менее, если бы это было так, было бы невозможно декодировать какую-либо информацию о других категориях объектов из ответов вокселей. Чтобы контролировать этот случай, мы использовали модель «объект-категория» для декодирования каждой из 19 категорий объектов из ответов вокселей. Во-первых, модель категорий объектов использовалась для прогнозирования ответов на каждую возможную комбинацию из 19 категорий объектов (исключая нулевую комбинацию, не содержащую объектов). Чтобы максимизировать точность декодирования, этот анализ включал только воксели, для которых модель объект-категория давала точные прогнозы (596 вокселей для субъекта 1; 653 вокселей для субъекта 2; в этом случае точность прогнозирования была измерена с использованием только обучающих данных, см. Раздел 2.11). Затем для каждой сцены в наборе проверки мы выбрали категории объектов, прогнозируемая реакция населения которых лучше всего соответствовала фактической измеренной реакции (подробности см. В разделах 2.9 и 2.10; Kay et al., 2008, Naselaris et al., 2009).

Категории декодированных объектов для двух сцен показаны в. Эти примеры показывают, что большинство категорий объектов, присутствующих в каждой сцене, можно декодировать правильно. Однако производительность декодирования может быть достигнута даже с помощью тривиального декодера, который просто предполагает, что все категории объектов присутствуют в каждой сцене.Таким образом, мы сравнили истинно положительный коэффициент (TPR; доля случаев, когда категория объекта правильно идентифицирована как присутствующая в сцене) с частотой ложных срабатываний (FPR; доля случаев, когда категория объекта неправильно определяется как присутствующая в сцене. ) для каждой из категорий декодируемых объектов. Для большинства категорий одушевленных и неодушевленных объектов TPR значительно больше, чем FPR (см. Раздел «Ресурсы»). Таким образом, большинство категорий объектов можно точно декодировать с помощью модели объект-категория.

Примеры нескольких категорий объектов, декодированных из сложных природных сцен

Декодирование может использоваться для подтверждения точности модели категории объектов.Здесь модель категорий объектов использовалась для декодирования категорий объектов из ответов вокселей, для которых модель категорий объектов обеспечивала хорошие прогнозы (субъект 1, n = 596; субъект 2, n = 653). (слева) Два стимула естественной сцены, выбранные из набора данных проверки. (справа) Категории объектов, заявленные декодером, присутствуют в каждой сцене. Категории объектов, правильно декодированные как присутствующие (т.е., ложные срабатывания) выделены серым цветом. Декодирование является точным как в разнородных сценах, в которых представлены объекты из многих категорий (вверху, предмет 1), так и в однородных сценах, в которых представлены объекты из меньшего числа категорий (внизу, предмет 2).

Точность декодирования для каждой категории объектов

Модель категории объектов использовалась для декодирования категорий объектов в каждом изображении в наборе проверки с использованием ответов тех же вокселей, выбранных в. Точность декодирования для каждой из девятнадцати категорий объектов анализировалась независимо.(слева) Анимация категорий. (справа) Неодушевленные категории. (вверху) Тема 1. (внизу) Тема 2. Вертикальная ось на каждой панели показывает истинный положительный коэффициент (TPR), долю сцен, в которых объект был правильно декодирован как присутствующий. Горизонтальная ось на каждой панели показывает частоту ложных срабатываний (FPR), т.е. долю, некорректно декодированную как присутствующую. Сплошная линия на единице представляет скорости TPR и FPR, которые можно было бы ожидать, если бы ответы вокселей не предоставили декодируемой информации о категории объекта.Категории объектов, наиболее удаленные от линии в единице, — это те, которые были декодированы наиболее точно. Категории объектов, выделенные розовым и черным цветом, могут быть значительно декодированы (p <0,01 и p <= 0,05 соответственно, тест перестановки). Обратите внимание, что категории объектов имеют разные вероятности появления, поэтому значительное расстояние от линии в единице (закрытые линии указывают на значимость при p <0,05) варьируется в зависимости от категории объекта. Большинство категорий одушевленных и неодушевленных объектов декодируются точно.Сокращения: л. мам. = наземное млекопитающее, w. мам. = водное млекопитающее, вн. / об. = насекомое / рептилия, сев. гул. = несколько человек, толпа = толпа людей, артефакт. = артефакт, фурн. = мебель, еда = готовая еда, vhcl. = автомобиль, ул. = искусственное сооружение, корп. = (часть) здания, фт. / ве. = фрукты / овощи.

Точное декодирование также возможно, если декодер точно определил категории объектов в простых сценах, но не смог идентифицировать категории объектов в сложных сценах.Поэтому мы проанализировали производительность декодирования как функцию количества категорий объектов, присутствующих в сцене (). Мы обнаружили, что декодер может точно различать истинные индикаторные переменные для сцены и любой другой набор индикаторных переменных, независимо от количества объектов, присутствующих в сцене (подробности см. В разделе 2.12). Взятые вместе с результатами по точности предсказания, наши результаты декодирования подтверждают, что модель объект-категория точно описывает, как каждая категория объекта увеличивает или уменьшает воксельные ответы.

3.3 Настройка категории объект, связанная с различием между живым и неодушевленным.

Подтвердив точность модели категории объект, мы использовали ее, чтобы исследовать, как различие между живым и неодушевленным отражается в настройке вокселей объект-категория. Мы применили анализ основных компонентов (PCA) к функциям настройки объектной категории всех вокселей, для которых модель категории объектов обеспечивала точные прогнозы (то есть те же воксели, выбранные для анализа декодирования, обсуждаемого в разделе 3.2; подробности см. в разделе 11). PCA разложил функции настройки объекта в этой совокупности на набор из 19 основных компонентов (ПК). Каждый ПК можно интерпретировать как ось в пространстве функций настройки категории объектов и ранжировать по степени вариации в настройке категории объектов, которую он объясняет. Таким образом, первый ПК (ПК 1) отражает наиболее важный источник вариаций в настройке категории объектов.

Примечательно, что различие между живым и неодушевленным было отражено ПК 1 (): все коэффициенты для категорий одушевленных объектов имеют один и тот же знак (положительный), но противоположны по знаку большинству коэффициентов для неодушевленных объектов (которые почти все отрицательный).Эта двухтактная связь между одушевленными и неодушевленными объектами указывает на то, что на первом ПК настройка категорий объектов варьируется от сильного предпочтения для одушевленных объектов и сильного предпочтения для неодушевленных объектов. Воксели с функциями настройки категорий объектов, которые имеют большую положительную проекцию на ПК 1, будут возбуждены любым живым объектом и подавлены любым неодушевленным объектом. Вокселы с большой негативной проекцией будут возбуждены любым неодушевленным объектом и подавлены любым одушевленным объектом.ПК 1 объяснил 50–60% вариаций в настройке категорий объектов по вокселям (p <0,01, тест перестановки). ПК 2 также был значимым для обоих испытуемых, но он объяснил только 8–10% общей вариации в настройке категорий по вокселям (p <0,01, тест перестановки). ПК 1 объяснил значительно больше вариаций, чем ПК 2 (p <0,01, тест перестановки) для обоих субъектов. Таким образом, функциональная диссоциация между категориями одушевленных и неодушевленных объектов отражается в первичном источнике вариаций в настройке категории объектов.

3.4 Расположение представлений одушевленных и неодушевленных объектов на корковой поверхности

Каким образом изменение в настройке категорий объектов вдоль ПК 1 отображается на кортикальной поверхности? Чтобы ответить на этот вопрос, мы отобразили проекцию функции настройки объект-категория для каждого воксела на ПК 1 (см.). Эти карты показали интересное зеркально-симметричное расположение. Вокселы с наибольшим предпочтением одушевленных объектов занимают большую плотность перед ретинотопными визуальными областями и охватывают большую часть EBA, OFA, FFA и окружающую территорию.На картах воксели с наибольшим предпочтением неодушевленных объектов расположены выше или ниже центра этой плотности. Вокселы ниже занимают большую часть PPA; вокселы выше простираются дорсально от передней части V3a / b до области, занятой RSC. Такое зеркально-симметричное расположение согласуется с предложениями предыдущего исследования (Hasson et al., 2003) и с расположением известных областей интереса для конкретных категорий. Например, PPA и RSC сильно активируются ландшафтами и зданиями. Наши данные показывают, что вокселы в PPA и RSC сильно смещены в сторону предпочтения неодушевленных объектов в целом (и).Напротив, FFA, OFA и EBA сильно активируются гранями и телами соответственно. На наших картах вокселы в этих областях смещены в сторону предпочтения анимированных объектов в целом (и). Наши карты также показывают множество вокселей, расположенных за пределами этих трех известных областей интереса, зависящих от категории, которые сильно отдают предпочтение либо одушевленным, либо неодушевленным объектам. Таким образом, вариация в специфичности категорий по этим трем областям интереса является частью более общей и пространственно обширной модели вариации, охватывающей различие между живым и неживым.

4. Обсуждение

Мы показали, что наиболее важным источником различий в настройке категорий объектов является различие в предпочтении категорий одушевленных и неодушевленных объектов. Вокселы с сильным предпочтением неодушевленных объектов фланкируют высшие и низшие аспекты большой плотности вокселей с сильным предпочтением одушевленных объектов. Соответствующие местоположения этих вокселов согласуются с местоположениями известных областей интереса для конкретных категорий, но выходят далеко за их границы.

4.1 Сравнение с другими подходами, основанными на данных

Во многих предыдущих экспериментах использовался целевой подход для исследования кодирования конкретных одушевленных и неодушевленных категорий (например, лица вместо мест). Напротив, наш эксперимент был очень общим и не был оптимизирован для проверки какой-либо конкретной гипотезы о представлении одушевленных и неодушевленных категорий. Фундаментальное различие между одушевленными и неодушевленными объектами выявилось из данных после соответствующего анализа.Киани и др. (2007) и Кригескорте и др. (2009) также использовали подход, основанный на данных, и пришли к такому же основному выводу. Однако в этих более ранних исследованиях использовался подход анализа множественных вокселей, в то время как мы использовали подход модели кодирования (Naselaris et al., 2011).

Наш подход к модели кодирования позволил нам оценить, насколько вариации в настройке категорий объектов по вокселям объясняются различием между живым и неодушевленным. Мы обнаружили, что 50–60% общей вариации объясняются этим различием.То есть большая часть различий в настройке отдельных вокселей на категории объектов связана со степенью предпочтения одушевленных и неодушевленных объектов. Учитывая, что в ответах вокселей достаточно информации для точного декодирования определенных подкатегорий одушевленных и неодушевленных объектов (например, «человек», «животное», «машина», «здание»; см.), Оставшиеся 50–40% вариации в настройке категории объектов должны быть отнесены к подкатегориям одушевленных и неодушевленных объектов. Полное понимание того, как организована настройка для конкретных подкатегорий, может быть получено путем анализа ПК за пределами первого порядка (т.е., 2 ^-й , 3 ^-й ,…). Наш предварительный анализ этих ПК более высокого порядка показывает, что их нелегко интерпретировать.

Для простоты в этой рукописи мы упомянули вокселы, предпочитающие одушевленные или неодушевленные предметы, вместе, но эти термины рискуют чрезмерно упростить сложное пространственное расположение, видимое на картах (). Фактически наши результаты не предоставляют явных доказательств того, что воксели организованы в дискретные одушевленные и неодушевленные модули. Первый ПК — это ось, а не категоричное обозначение.По этой причине наши результаты показывают, что сила предпочтения категорий одушевленных или неодушевленных объектов может непрерывно варьироваться по кортикальной поверхности (см.). Фактически, карты кажутся совершенно совместимыми с пространственно плавным изменением представлений одушевленных / неодушевленных объектов. Конечно, отсутствие доказательств модульности не свидетельствует об ее отсутствии, особенно при анализе данных фМРТ. Следовательно, на основании наших данных мы можем только с уверенностью заключить, что пространственно плавное изменение представления объекта является жизнеспособной возможностью.

4.2 Пространственное расположение представлений объектов

Hasson et al. (2003) сообщили о крупномасштабной зеркально-симметричной организации предпочтений в отношении зданий, лиц и артефактов в затылочно-височной коре перед ретинтотопическими зонами зрения. На дорсальной и вентральной сторонах они обнаружили участки вокселей, которые предпочитали здания. Двигаясь к боковой поверхности с любого конца, они обнаружили чередующиеся участки вокселей, которые предпочитали артефакты и лица. Эта карта объектных предпочтений, по-видимому, была зарегистрирована на карте пространственного эксцентриситета: воксели с более периферическими эксцентриситетами имели тенденцию предпочитать здания, в то время как воксели с перифовеальными эксцентриситетами имели тенденцию предпочитать лица или артефакты.

Карта ПК 1, показанная на, имеет зеркально-симметричную организацию, аналогичную описанной в Hasson et al. Полоса коры, которая лучше всего предсказывается моделью объектной категории, примерно соответствует передней части зрительной коры, проанализированной Hasson et al. Вокселы, которые предпочитают одушевленные категории, расположены на боковой части этой полосы, что согласуется с участками предпочтения лиц в Hasson et al. Вокселы, которые предпочитают неодушевленные категории, обычно расположены на дорсальных и вентральных конечностях этой полосы, что согласуется с участками, предпочитающими строить, у Hasson et al.Таким образом, наши данные предполагают, что расположение предпочтений в зданиях и фасадах, описанное Hasson et al. может применяться в более широком смысле к другим категориям неодушевленных и одушевленных объектов.

4.3 Использование естественных сцен для изучения представления объектов

В большинстве экспериментов фМРТ по представлению объектов использовались деконтекстуализированные объекты, которые представлены изолированно (например, Даунинг и др., 2006) или парами (МакЭвой и Эпштейн, 2009) на нейтральном фоне. . Использование естественных сцен поднимает важные концептуальные и методологические вопросы.Например, исследования репрезентации объектов часто противопоставляют ответы на «лица» и «места». Тем не менее, большинство естественных сцен изображают место, в том числе большинство из них изображают лица. Таким образом, использование естественных сцен требует рассмотрения «пространственных областей» с точки зрения конкретных категорий объектов, которые они представляют. Естественные сцены также более эффективны, потому что они предоставляют естественный способ исследовать несколько объектов за одно испытание. Наконец, естественные сцены явно более экологически значимы, чем простые стимулы, обычно используемые в экспериментах.Мы представили первую модель прогнозирующего кодирования, которая связывает активность вокселей напрямую с несколькими объектами в естественных сценах. Модель также предоставляет первые средства для одновременного декодирования нескольких объектов в естественных сценах. Таким образом, наши результаты демонстрируют возможность и эффективность использования помеченных природных сцен для изучения репрезентаций объектов.

Модель настройки категории объектов предсказывает ЖИВОПИСНУЮ активность, вызванную естественными сценами.

Модель используется для декодирования нескольких объектов в естественных сценах.

Модель раскрывает источники вариаций в настройке категорий объектов в коре головного мозга.

Основным источником вариаций является предпочтение одушевленных или неодушевленных объектов.

Теория разума влияет на интерпретацию фокуса внимания другого человека

Метод

Все эксперименты были одобрены комитетами по этике Университета Британской Колумбии или Университета Эссекса, и все исследования проводились в соответствии с установленными правилами.Информированное согласие было получено от всех участников. Эксперименты были предварительно зарегистрированы.

Участники

426 добровольцев (321 женщина) были набраны онлайн и с помощью плакатов в Университете Эссекса и Университета Британской Колумбии.

Стимулы

На основе постановочных сцен, снятых в университетском городке, мы выбрали 10 анимированных сцен, каждая из которых содержит разных людей, и 10 неодушевленных сцен, каждая из которых содержит разные объекты. Каждое изображение имеет размер 930 × 671 пикселей.На каждую сцену мы поместили красный курсор (который отличался по форме или размеру: большой или маленький круг или крест). Эти типы курсоров были выбраны для изучения того, влияют ли различные формы или размеры курсора, которые обычно используются с данными отслеживания взгляда, на решения, касающиеся поведения движения глаз. Каждый из этих курсоров может занимать одно из пяти разных расстояний от целевого объекта, при этом ближайший курсор находится на краю цели, а расстояния увеличиваются по горизонтали (влево или вправо) с шагом 15 пикселей (рис.1) с фиксированным вертикальным положением. На изображениях людей лица были в профиль, а курсор всегда помещался впереди лица. В совокупности 20 сцен (10 анимированных, 10 неодушевленных) × 4 типа курсора × 5 расстояний дали набор из 400 изображений для этого исследования.

Рисунок 1

Экспериментальные стимулы. На левых панелях представлен пример маленького кругового курсора, центр которого смещен на 15 пикселей (Расстояние 2) от ближайшего края человека [( A ) анимированная сцена] или объекта [( C ) неодушевленная сцена].На правых панелях показан пример большого перекрестного курсора, смещенного на максимальное расстояние 60 пикселей (Расстояние 5) для человека [( B ) анимированная сцена] или объекта [( D неодушевленная сцена].

Проект

участников были случайным образом назначены на одну из форм курсора (между субъектами). Внутри субъекта факторами были тип цели (человек или объект) и расстояние курсора (5 расстояний). Каждый участник видел 20 из 100 возможных изображений для своего курсора. условие, выбранное случайным образом с условием, что каждое исходное изображение (10 анимированных и 10 неодушевленных) было представлено только один раз, но все 5 расстояний были представлены для обоих типов целей.

Процедура

Участники оценивали местоположение курсора с помощью онлайн-опроса (Qualtrics). После прочтения инструкций участникам было предоставлено объяснение слежения за глазами и показан пример видеоклипа с изображением курсора, представляющего взгляд, движущийся по сцене. Участников проинструктировали, что исследователи должны принимать решения относительно того, смотрел ли человек на интересующий объект («попадание») или нет, и что то, куда они смотрели, было показано курсором. Участники были осведомлены о субъективности решений о кодировании курсора взгляда, учитывая некоторые неточности, которые можно было увидеть в видеоклипе.Участникам объяснили, что исследователи должны кодировать, находится ли курсор на цели, «попадание» или нет, решая, находится ли курсор на цели. В частности, инструкции для участников были такими: «Для целей этого исследования представьте, что вы исследователь, анализирующий отснятый материал слежения за глазами. Через мгновение вам будут показаны 20 неподвижных изображений из видеозаписи в реальном времени. Затем вам нужно будет решить, является ли Точка фокусировки «попаданием» (в цель) или нет ». После этого участников спросили: «Это« попадание »?» И дали название потенциальной цели («мяч» и т. Д.) для каждого из 20 изображений. Участники выбирали «Да» или «Нет» перед тем, как следующее изображение было представлено в случайном порядке.

Результаты и обсуждение

Мы проанализировали относительную частоту суждений о «попадании» для объектов и лиц с разбивкой по пяти уровням расстояния (1–5) и по форме и размеру курсора. Мы использовали подход обобщенной линейной смешанной модели (GLMM) с использованием 4 переменных-предикторов (расстояние, тип цели, размер курсора и форма курсора) для прогнозирования двоичного ответа и, таким образом, при каких обстоятельствах участники классифицируют курсор как попадание.Каждый участник (426) ответил на каждое изображение (20), дав 8520 точек данных. Мы использовали пакет lme4 в R и биномиальную функцию, оценивая вклад каждого фактора с максимальной вероятностью. Участник и сцена были включены как случайные эффекты. Там, где это было возможно, мы также включали случайные наклоны по участникам и предметам, и они не учитывались, когда модели не сходились.

На рис. 2 показаны эмпирические данные и наиболее подходящая статистическая модель. Непрерывная переменная Distance была значимым предиктором (по сравнению с только перехватом: χ ² ₍₃₎ = 1027.8 р <0,001). Как и ожидалось, вероятность того, что курсор будет закодирован как поражающий цель, уменьшалась по мере увеличения расстояния от цели (β = - 1,96, ± 0,08 SE, p <0,001). Добавление типа цели (объект или лицо) еще больше улучшило модель (χ ² ₍₄₎ = 206,12, p <0,001). Вероятность сообщения о попадании увеличивалась, когда курсор находился рядом с лицом, по сравнению с тем, когда он находился рядом с объектом (β = - 1,36, ± 0,10 SE, p <0.001) . В дополнительные модели мы добавили размер и форму курсора, но это не улучшило подгонку модели ( p = 0,43 и p = 0,19, соответственно). Таким образом, размер и форма курсора не повлияли на то, будет ли участник кодировать курсор как попадание. Взаимодействие между расстоянием и типом цели также не улучшило соответствие модели ( p = 0,93). Таблица 1 дает полную информацию о модели наилучшего соответствия, которая включает случайные эффекты участника и изображения, а также случайные наклоны расстояния и типа цели для участников.

Рисунок 2

Вероятность того, что участник закодирует курсор как попадание в Эксперименте 1 для лица или неодушевленного объекта. Линии показывают средние предельные вероятности, оцененные GLMM. Точки данных показывают наблюдаемые вероятности для каждой конкретной сцены.

Таблица 1 GLMM, наилучшим образом подходящая для предсказания бинарного решения положения курсора в эксперименте 1. Контрольным уровнем для типа цели было условие лица.

Как показано на рис. 2, по мере увеличения расстояния от цели на 1 шаг (15 пикселей) частота попаданий падает примерно на 20%.Однако участники по-разному относились к выбору лиц и предметов. Если целью было лицо, прогнозируемая вероятность попадания была на 10–15% выше, чем когда целью был неодушевленный объект. Эта разница была довольно постоянной на всех 5 измеренных расстояниях.

В совокупности эти результаты показывают явное различие в способе оценки положения курсора взгляда относительно цели в зависимости от того, является ли цель лицом или неодушевленным объектом. Когда целью является лицо, участники с большей вероятностью решат, что курсор указывает на то, что человек-наблюдатель смотрит на лицо, чем когда целью является неодушевленный объект.Этот результат подтверждает нашу гипотезу о том, что наблюдатели будут предпочтительно склонны сообщать, что курсор фиксации направлен на одушевленный элемент, а не на неодушевленный объект, когда считается, что курсор создан человеком. Интересно, что для обоих типов целей существует градуированный ответ, указывающий на то, что участники не только рассматривали курсор как выбирающий цель, когда он упал на цель или рядом с ней. Даже когда взгляд (то есть курсор) находился на некотором расстоянии, участники были готовы интерпретировать его как отражение внимания к цели, особенно когда целью было лицо.

Заманчиво приписать эти эффекты теории мышления судей. По этой причине легче всего судить, что курсор нацелен на лицо, потому что судья приписывает разум смотрящему, и они знают, что такой наблюдатель склонен к одушевленным объектам. Однако альтернативная возможность состоит в том, что, поскольку сами судьи — люди с разумом, их собственное внимание привлекается к одушевленным объектам в сценах (вспомогательная работа Пратта и др. ⁵ ).Это объясняет заметную тенденцию сообщать, что курсор направлен на цель, когда это лицо, а не неодушевленный объект.

Чтобы различить эти два объяснения, мы провели второй эксперимент, ключевым изменением которого было то, что участникам сказали, что курсор был произвольно сгенерирован компьютером. Это должно устранить любые предвзятые представления об атрибутах смотрящего, от которого был сгенерирован курсор. Если результаты эксперимента 1 отражают приписывание разума наблюдателю, который представлен курсором, то в эксперименте 2 следует устранить предпочтительную предвзятость сообщать, что курсор направлен на лица (а не на неодушевленные предметы).Однако, если результаты эксперимента 1 отражают собственное внимание судьи (то есть участника), обращенное к лицам, мы должны получить те же результаты, что и раньше, и независимо от инструкций. Конечно, эти два объяснения не исключают друг друга, и результаты текущего эксперимента могут отражать как приписывание разума участника наблюдателю, так и его собственное предубеждение внимания, и в этом случае можно было бы ожидать, что предпочтительное предубеждение сообщит, что курсор является направленность на лица может быть уменьшена, но не устранена.

Что такое натюрморт? (Рисование и живопись)

Работа создана Элизабет Шерри подсказки По сценарию Клэр Хегинботэм Раскрытие информации: этот пост может содержать партнерские ссылки. Это означает, что если вы что-то покупаете, мы получаем небольшую комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас (подробнее)

Натюрморт — это рисунок или картина, в которой основное внимание уделяется неподвижным объектам. Сюжет неодушевленный и никогда не движется, обычно фокусируется на предметах домашнего обихода, цветах или фруктах.

Натюрморт контрастирует с рисунком фигуры, который фокусируется на живой модели человека. С натюрмортами вы знаете, что объекты никогда не будут двигаться, и вы можете практиковать объекты с разными свойствами, такими как блестящий металл, прозрачный фарфор или луковичные яблоки.

Миски для фруктов — популярный выбор, потому что они состоят из простых форм и у всех есть фрукты.

Создание натюрморта — это отправная точка для практики фундаментальных навыков. При рисовании неодушевленных предметов вы можете быть уверены, что они будут оставаться в одном и том же положении, пока вы их не переместите, что упрощает задачу для новичков.

Натюрморты бывают разных стилей и сред. Мазки кисти могут быть свободными и резкими или точными и жирными. Пока предмет остается неодушевленным, даже ручка и карандаш могут создать натюрморт.

Натюрморт из чего состоит

Натюрморт, начатый как способ для учащихся практиковать форму и форму, превратился в полноценный жанр искусства.

Художники в основном используют краски, такие как масло, для завершения своей работы, но также популярны акварель, акрил и угольный карандаш.

Вы можете сделать любую коллекцию неодушевленных предметов сюжетом натюрморта.

Источник изображения

В художественном классе преподаватель, скорее всего, сделает вам композицию.

Но когда вы работаете над собственными проектами, у вас есть полный контроль. Прелесть в том, что вы можете ограничить количество, которое вы ссылаетесь на фотографию, и вместо этого создавать прямо из жизни.

Когда жанр натюрморта получил признание, на холст попало много свежеубитых животных и старых черепов.Даже сегодня это популярный тренд.

Эти предметы служили мрачным напоминанием о краткости жизни и тонким предупреждением о том, что мирские владения не следуют за вами в загробную жизнь.

Но вот некоторые из наиболее распространенных тем и вариантов выбора объектов при создании натюрморта:

Цветочные композиции — Букеты или вазы с цветами — один из самых популярных предметов натюрморта.

Настольные пасты и продукты — Эти произведения искусства содержат все, от мертвых птиц до нарезанных фруктов и нетронутых банкетных столов.

Обычные предметы — Обычные предметы, которые вы могли бы найти лежащими вокруг своего дома, внезапно превращаются в предмет вашего искусства. Они могут быть расположены в определенном порядке или расставлены так, чтобы рассказывать историю через визуальные эффекты.

Символические схемы — Используя визуальные эффекты, композицию, цвет и сюжет, художник может рисовать объекты, которые представляют символы или узоры для своих натюрмортов.

Различные стили

Давайте рассмотрим несколько примеров и различных стилей натюрмортов.

Они должны по-разному привлечь ваше внимание и помочь проиллюстрировать цель этой практики.

Реализм 16 века

Кувшин, сосуды и гранат (1640) — Виллем Кальф

Этот стиль натюрморта зародился в Голландии 17 века, когда натюрморт был на пике популярности.

На этих картинах изображено роскошное имущество богатых, часто принадлежащее тому, кто их заказал. Они считались символами статуса и отмечали успех голландской торговли.

В этом натюрморте мы видим изящный кувшин и другие столовые приборы, золотые изделия, тонкий фарфор и разрезанный гранат.

Все объекты тщательно отрисованы, чтобы они выглядели максимально реалистично и впечатляюще.

Vanitas

Натюрморт Vanitas (1630) Питера Класа

Vanitas также происходит из Голландии и был разработан, чтобы предостеречь от тщеславия.

Как видно на этой картине, острие достигается за счет черепа, помещенного рядом с теперь уже бесполезными мирскими вещами покойного.

Фовизм

Фовистический натюрморт (1908-10) Альфред Х. Маурер

Фовисты рисовали работы яркими, яркими красками, преувеличивая повседневную сцену.

Популярный в XIX веке, многие находят этот стиль очаровательным и веселым.

Как видно выше, множество различных элементов и цветов борются за господство в картине. Из этой пьесы не выводится ни один реальный фокус.

И скатерть, и стена покрыты яркими, привлекающими внимание узорами, которые притягивают взгляд.

Кубизм

Скрипка и шахматная доска (1913) Хуана Гриса

Начавшийся в 20 веке кубизм был абстрактным многонаправленным способом изображения мира.

Эта абстрактная сцена в знаменитом стиле известных художников, таких как Пабло Пикассо и Хуан Грис, заставляет зрителя взглянуть на жизнь с другой точки зрения.

В «Скрипке» и «Шахматной доске» сцена разделена резкими направленными линиями, объединяющими разные взгляды на сюжет натюрморта.

Поп

Банки для супа Кэмпбелл (1962) Энди Уорхола

Стилизация предметов в яркие цвета и смелые линии была отличительной чертой поп-арта.

Уплощенный и часто похожий на комикс натюрморт в стиле поп-музыки почти всегда представляет собой смелое или сатирическое высказывание об обществе.

Энди Уорхол был одним из первых и самых известных поп-исполнителей в мире.

Еще до того, как он достиг пика своей славы, он создал любимые теперь банками для супа Кэмпбелл. Каждая банка тщательно расписана вручную без намека на затенение или какой-либо источник света.

Сложенные вместе, они образуют повторяющуюся стену супа, это действует как дань уважения тому, когда сам Уорхол ел суп Кэмпбелл каждый день на обед.

Зачем заниматься натюрмортами?

Если вы хотите улучшить свои навыки реалистичной визуализации объекта с натуры, отработка множества натюрмортов может значительно расширить ваши возможности. Быстро.

Вы научитесь составлять сцену с помощью фигур, вводить дополнительную цветовую схему и визуализировать реалистичное освещение.Все это тренирует ваш глаз, что в конечном итоге улучшает ваши навыки художника.

Поскольку расположение объектов зависит от вашего усмотрения и ваш объект никогда не движется, натюрморт идеально подходит для экспериментов с новыми стилями и проведения целенаправленных исследований.

Вот краткое изложение того, как нарисовать свой натюрморт:

1. Найдите объекты и расположите их в нужной композиции.
2. Выберите угол, под которым вы будете рисовать, и решите, будете ли вы использовать естественный или искусственный источник света.
3. Начните набрасывать расположение ваших объектов на холсте, чтобы создать контур.
4. Когда у вас есть основные формы, пора приступать к штриховке. Большинство художников начинают с фона и самых темных теней.
5. Наложите объекты на переднем плане поверх готового фона. Вы можете найти полную документацию о том, как это сделать, здесь.
6. Добавьте блики по всей картине и обратите внимание на участки с дополнительным блеском.
7. Уточните детали и подумайте, как улучшить композицию.
8. Для получения яркого блеска нанесите на свою работу тонкий слой глазури.

Если вы хотите начать работу над натюрмортами, но не знаете, что использовать в качестве сюжета, попробуйте взять немного фруктов или попкорна и начать рисовать!

Этот уникальный и неподвластный времени вид искусства повысит ваше понимание искусства и заставит по-новому взглянуть на обычные предметы, которые вы видите каждый день.

---

Автор: Клэр Хегинботэм

Клэр — путешествующая творческая личность, живущая в Осаке, Япония.Она целыми днями пишет, изучает и поедает безбожное количество суши. Читайте о ее приключениях здесь или тайком следите за ней в Instagram и Twitter.

---

вирусов живы?

Я хотел бы предложить Уникальное Восприятие,
Пожалуйста, дайте мне знать, можете ли вы резонировать с ним. Я учусь переводить наблюдения
в слова общения. Спасибо за ваше время и энергию
ItisMe…..

До того, как «Природа и Источник» соединили «форму тела», которая позволила бы удерживать
высоких частот нашего постоянно развивающегося сознания и выражать через них
, где «Природа и источник» хранила свои последовательности из
паттернов? Может ли это место действительно быть в Форме того, что мы знаем
под названием вирусов?

Когда мы сохраняем данные, мы отправляем возбужденные электроны / данные в плавающий затвор
{ДНК} для записи. Когда мы удаляем данные, мы привлекаем электроны / данные
от плавающего затвора.{ДНК}. Разве это не то, что делают вирусы … доставляют новую загрузку
и забирают старую?

Я спрашиваю: «Разве« Энергии / Силы », которые в итоге были помечены…
« Заразить »,« загрузить новую информацию »и« обновить информацию
»на самом деле не делают то же самое,« ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ »?

Разве природе (до того, как была разработана наша нынешняя форма), не нужно было место для хранения
последовательностей действий?

Разве вирусы на самом деле не являются клетками памяти Природы, использовавшимися в течение
эволюционных фаз развития до наших Настоящих форм?

Для всех «форм», созданных до появления растений, животных,
и т. Д., Которые в то время не могли содержаться в этих формах,

Другими словами: кажется, что существует ошибка наблюдения, касающаяся
«вирусов»… поскольку (для меня) они кажутся «клетками памяти природы
», созданными и используемыми на стадиях развития, на которых на этом конкретном этапе создаются формы
. время ,,,, еще не имел возможности воплощать
«последовательностей», поэтому вирусы, являющиеся посредниками, были созданы для хранения
этих «последовательностей данных» до тех пор, пока физическая форма не эволюционировала до
точки возможности осознанно и синхронно работают с ними.
Активируется различными уровнями частот, излучаемых из
«энергетических полей» {/ структуры системы убеждений} каждой индивидуальной формы,
По мере увеличения нашего коллективного энергетического поля «Вирусы, каждый из которых содержит
физических представлений этой« повышенной частоты » ,
используются для того, чтобы передать физическое проявление этих высших вибраций в настоящую ДНК
…. пока люди не обновят свою личную «структуру убеждений»,
эти сообщения не могут быть получены, и, таким образом, они заканчиваются «статическими энергетическими полями
». в котором мессенджеры коагулируют до тех пор, пока не будет создана рецепторная клетка с более высокой частотой
, чтобы принять их.

Вирус, о котором нам говорит медицинский истеблишмент, не является вирусом
NATURE, но фактически является САМИ, {то есть сажает и питает «Вирусы
[мемы]» на протяжении поколений.} Питает и создает
«СТРАХ» окружают наши собственные устройства хранения беспроводной связи
, то есть «ВИРУСЫ», бактерии и т. д. Они работают синхронно с
нами, и фактически существовали до того, как мы осознали их… Определенно
НАБЛЮДАТЕЛЬНАЯ ОШИБКА.

Спасибо за внимание

Почему эта популярная диаграмма эволюции человека неверна — Quartz

Evolution не следует предопределенным прямым путем.Тем не менее, есть множество изображений, которые говорят об обратном. От музейных экспозиций до редакционных мультфильмов эволюция изображается как линейное движение от примитивного к высокому.

Вы наверняка видели изображения шимпанзе, постепенно выпрямляющегося и проходящего через различных гоминидов вплоть до современного человека. Да, они могут быть юмористическими. Но подобные популярные представления об эволюции ошибаются.

Как трех исследователей биоразнообразия и биологии, эти изображения беспокоят нас, потому что они искажают, как на самом деле работает процесс эволюции, и рискуют усилить заблуждения общественности.

Восхождение по лестнице к совершенству

Это недоразумение возникло до 1859 года, когда Чарльз Дарвин впервые опубликовал свою научную теорию эволюции посредством естественного отбора.

Retorica Christiana, Didacus Valdes, 1579

Scala naturae представляет собой иерархию творения.

До тех пор традиционное представление о том, как устроен мир, основывалось на «прогрессе в совершенстве». Эта концепция явно выражена в идее «великой цепи бытия» или «scala naturae» на латыни: все существа на земле, одушевленные и неодушевленные, могут быть организованы в соответствии с возрастающей шкалой совершенства, скажем, из грибов на земле. снизу вверх через омаров и кроликов, вплоть до людей вверху.

Исходя из Платона и Аристотеля, эта точка зрения ошибочна по трем основным причинам.

Во-первых, он утверждает, что природа организована иерархически. Это не случайный набор существ.

Во-вторых, он предусматривает два организационных критерия: движение от простого к совершенству и от примитивного к современному.

И, в-третьих, предполагается, что в этой иерархии нет промежуточных ступеней между уровнями. Каждый уровень представляет собой водонепроницаемое отделение одинаковой сложности — ракушка и коралловый риф на одной ступеньке одинаково сложны.Никто не находится на полпути между двумя шагами.

В 1960-х годах стал популярным вариант scala naturae, придуманный философом-иезуитом Пьером Тейяром де Шарденом. Его идея заключалась в том, что, хотя жизнь в некоторой степени разветвлена, есть направление в эволюции, движение к большей когнитивной сложности и, в конечном итоге, к отождествлению с божественным, то есть с Богом.

Постепенные изменения во всех направлениях

Тем не менее, по крайней мере, со времен Дарвина представление ученых о мире организовано посредством переходов — от неодушевленных молекул к жизни, от более ранних организмов к различным видам растений и животных и так далее.Вся жизнь на Земле является продуктом постепенных преобразований, которые разнообразили и породили изобилие организмов, которые мы знаем сегодня.

Два перехода представляют особый интерес для биологов-эволюционистов. Это скачок от неодушевленного к одушевленному: происхождение жизни. И есть внешний вид человеческого вида от предка обезьяны.

Howling at the Moon Press / Amazon

Обложки книг — это лишь одно место, где вы можете увидеть рифф в этом эволюционном марше.

Самый популярный способ представить появление человека — линейный и прогрессивный. Вы, наверное, видели изображения, логотипы, а также политическую и социальную пропаганду, основанную на этом изображении.

Но ни одно из этих представлений не отражает динамику теории Дарвина. Единственное изображение, которое он включил в свою книгу «Происхождение видов», представляет собой древовидную диаграмму, ветвление которой является метафорой того, как виды происходят путем расщепления. Отсутствие на изображении шкалы абсолютного времени является признанием того, что постепенное изменение происходит во временных масштабах, которые варьируются от организма к организму в зависимости от продолжительности поколения.

Zern Liew / Shutterstock.com

Забудьте об иерархии — каждый живой организм является наиболее развитым в своем роде.

Согласно Дарвину, все современные организмы эволюционировали одинаково и все еще подвержены естественному отбору. Так, например, морская звезда и человек находятся на переднем крае эволюции своих конкретных планов строительства. И у них есть общий предок, живший около 580 миллионов лет назад.

Теория Дарвина не предполагает какого-либо особого направления эволюции.Предполагает постепенное изменение и диверсификацию. И поскольку эволюция продолжается и сегодня, все современные организмы являются наиболее развитыми в своем роде.

Эдвард Линли Сэмборн

Карикатура «Человек — всего лишь червь» на теорию Дарвина в альманахе Панч за 1882 год.

Устойчивое заблуждение

Прошло около 2000 лет, и идея scala naturae не исчезла во времена Дарвина. На самом деле это могло быть подкреплено чем-то настолько неожиданным, как мультфильм.Чрезвычайно популярная карикатура на эволюцию иллюстратора Эдварда Линли Самборна «Человек — всего лишь червь», опубликованная в «Альманаке» Панча за 1882 год, объединила две концепции, которые никогда не были связаны в сознании Дарвина: постепенность и линейность.

Учитывая многовековую религиозную веру в «великую цепочку бытия», идею линейности было легко продать. Культовой версией этой концепции, конечно же, является изображение предполагаемого «прогресса» от обезьяны к человеку. Были сделаны всевозможные вариации этого изображения, некоторые с юмористическим духом, но большинство из них высмеивали теорию отношения обезьяны к человеку.

Линейное изображение эволюции может, сознательно или нет, подтвердить ложные предубеждения об эволюции, такие как разумный замысел — идею о том, что за жизнью стоит разумный создатель. Историки могут работать, чтобы разгадать, как такая простая карикатура могла помочь исказить теорию Дарвина. Между тем перед научными писателями и педагогами стоит задача объяснить постепенные ветвящиеся процессы, которые объясняют разнообразие жизни.

Хотя это и не так лаконично, для научных знаний общественности было бы лучше, если бы в этих футболках и наклейках на бамперы были убраны пошаговые изображения и использовались диаграммы ветвления, чтобы сделать более точный и точный вывод об эволюции.В отличие от картины Самборна, эволюцию лучше представить как процесс, вызывающий непрерывное ветвление и дивергенцию популяций организмов.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинальную статью.

Происхождение жизни | Американский ученый

По мере того, как границы знаний расширялись, ученые решали один вопрос творения за другим. Теперь у нас есть довольно хорошее понимание происхождения Солнца и Земли, и космологи могут увести нас с точностью до доли секунды от начала самой Вселенной.

Мы знаем, как жизнь, зародившись, могла размножаться и диверсифицироваться, пока не заполняла (а во многих случаях создавала) каждую нишу на планете. И все же один из наиболее очевидных и серьезных вопросов — как возникла жизнь из неорганической материи? — остается большим неизвестным.

Нашему прогрессу в этом вопросе препятствует огромный когнитивный барьер. Поскольку мы воспринимаем глубокую пропасть, когда думаем о разнице между неорганической материей и жизнью, мы чувствуем, что природа, должно быть, сделала большой скачок, чтобы преодолеть эту пропасть.Эта точка зрения привела к поискам путей образования больших и сложных молекул на ранних этапах истории Земли, что является сложной задачей. Существенная проблема заключается в том, что в современных живых системах химические реакции в клетках опосредуются белковыми катализаторами, называемыми ферментами. Информация, закодированная в ДНК и РНК нуклеиновых кислот, необходима для создания белков; тем не менее, белки необходимы для производства нуклеиновых кислот. Кроме того, и белки, и нуклеиновые кислоты представляют собой большие молекулы, состоящие из цепочек небольших компонентных молекул, синтез которых контролируется белками и нуклеиновыми кислотами.У нас есть две курицы, два яйца, и нет ответа на старую проблему, которая возникла раньше.

В этой статье мы представляем точку зрения, привлекающую внимание сообщества специалистов по происхождению жизни, которое выводит этот вопрос из инкубатория и помещает его прямо в сферу доступной и правдоподобной химии. На наш взгляд, первые шаги на пути к жизни — это неизбежный, постепенный результат действия законов химии и физики, действующих в условиях, существовавших на ранней Земле, результат, который можно понять в терминах известных (или, по крайней мере, познаваемые) законы природы.Таким образом, ранние стадии возникновения жизни не более удивительны, не более случайны, чем вода, текущая под гору.

Новый подход требует, чтобы мы по-новому взглянули на две важные области науки. Как мы увидим ниже, нам придется скорректировать наш взгляд как на клеточную биохимию, так и на термодинамику. Однако, прежде чем мы поговорим об этих новых идеях, будет полезно поместить их в контекст, кратко изложив историю исследований происхождения жизни.

Большинство историков сказали бы, что современная эра экспериментальных исследований происхождения жизни началась в подвальной лаборатории химического факультета Чикагского университета в 1953 году.Гарольд Юри, лауреат Нобелевской премии по химии, и Стэнли Миллер, тогда аспирант, собрали настольный прибор, предназначенный для изучения химических процессов, которые могли произойти на планете вскоре после ее рождения. Они показали, что органические молекулы (в данном случае аминокислоты) могут быть созданы из неорганических материалов в естественных условиях окружающей среды, таких как кислотный раствор, тепло и электрический разряд (молния), без посредничества ферментов. Это открытие вызвало волну нового осмысления как происхождения, так и природы жизни.(Сегодня все согласны с тем, что Миллер и Юри имели неправильные атмосферные компоненты в своем аппарате, поэтому обнаруженный ими процесс, вероятно, не отражал возникновение жизни на Земле. Тем не менее, он указывал на потенциальную плодовитость и разнообразие неферментативной первичной химии. )

С 1953 года мы обнаружили множество таких же простых органических молекул в метеоритах, кометах и ​​даже в облаках межзвездного газа. Таким образом, простейшие молекулы, которые мы находим в живых системах — строительные блоки жизни — не только не особенные, но и кажутся довольно обычными в природе.Для многих реальный вопрос заключался в том, как эти основные строительные блоки были объединены в живые системы, и, что не менее важно, как молекулы, которые привели к современной жизни, были выбраны из беспорядочной молекулярной среды, в которой они возникли.

Повсеместное распространение простых молекул подсказало привлекательный сценарий, который оказал глубокое влияние на подход исследователей к происхождению жизни во второй половине 20-го века. Сценарий выглядел так: после того, как Земля остыла достаточно, чтобы позволить образоваться океанам, процесс Миллера-Юри или что-то в этом роде произвело дождь из органических веществ.За относительно короткое время океан превратился в бульон из этих молекул, и, по прошествии достаточного времени, правильная комбинация молекул по чистой случайности соединилась, чтобы сформировать воспроизводящуюся сущность какого-то рода, которая эволюционировала в современную жизнь.

Ученые назвали этот сценарий гипотезой Опарина-Холдейна, но ему было дано провокационное прозвище, сохранившееся в народном сознании — Первозданный суп.

Существенное наследие Первородного Супа было двояким: он упростил представление о происхождении жизни до одного ключевого события, а затем предположил, что это событие — шаг, который произошел после того, как молекулы были сделаны, — был результатом случайности. .Говоря общепринятым языком, жизнь, в конце концов, следует рассматривать как «замороженную случайность». С этой точки зрения многие фундаментальные детали устройства жизни не поддаются объяснению. Архитектура жизни — лишь одна из таких вещей. Хотя многие современные теории менее экстремальны, чем эта, мышление о замороженной случайности по-прежнему влияет на то, что некоторые из нас спрашивают о происхождении жизни и о том, как мы расставляем приоритеты в наших экспериментах.

Следующее крупное достижение произошло в начале 1980-х годов, когда Томас Чех и Сидни Альтман показали, что некоторые молекулы РНК могут действовать как ферментные катализаторы.Аргумент о замороженной случайности был затем заменен наводящим на размышления сценарием, в котором что-то вроде РНК было собрано случайно, а затем смогло выполнять двойные роли как фермента и наследственной молекулы на пути к жизни. Затем на системы РНК воздействовал естественный отбор, что привело к большей молекулярной сложности и, в конечном итоге, к чему-то вроде современной жизни. В то время как большинство ученых полагают, основываясь на работе Чеха и Альтмана, что жизнь прошла через раннюю фазу доминирования РНК (получившую название «Мир РНК»), сценарий «РНК прежде всего» снова имеет качество замороженной случайности.Между пребиологической химией и миром РНК происходит большой скачок, требующий, чтобы молекулы, по крайней мере, имели семейное сходство со сложными молекулами во флаконах Чеха и Альтмана, поскольку это предположение, на котором основывается актуальность их открытий для происхождения жизнь зависит.

Вставка молекул РНК в сценарий «Первый РНК» без объяснения того, как они туда попали, кажется нам неадекватным основанием для теории происхождения. Молекула РНК слишком сложна и требует сборки сначала мономерных составляющих РНК, а затем сборки цепочек мономеров в полимеры.Как случайное событие без четко структурированного химического контекста, эта последовательность имеет недопустимо низкую вероятность, и процессу не хватает правдоподобного химического объяснения, несмотря на значительные усилия по его предоставлению. Мы считаем более естественным сделать вывод, что к тому времени, когда сложная РНК стала возможной, жизнь уже была на пути к усложнению. Мы также верим, что можем увидеть изначальную химическую архитектуру, сохраненную в универсальной метаболической химии, которую мы наблюдаем сегодня.

Неоспоримая особенность RNA World заключается в том, что изначальная молекула обеспечивала как каталитическую силу, так и способность передавать свою химическую идентичность из поколения в поколение.По мере того, как каталитическая универсальность этих первичных молекул РНК увеличивалась из-за случайных вариаций и отбора, начала проявляться сложность метаболизма. С этого этапа РНК играла роль как в контроле метаболизма, так и в преемственности поколений, как и сегодня. В зависимости от того, на какой функции вы предпочитаете акцентировать внимание, эти общие модели получили название «Контроль прежде всего» или «Прежде всего генетика». В любом случае распространение метаболизма зависело от наличия РНК в первую очередь.

Приверженцы стали называть другую возможность «сначала метаболизм» (хотя под этим они имели в виду много разных вещей).В нашей версии «Метаболизм прежде всего» самые ранние шаги к жизни не требовали ни ДНК, ни РНК, и, возможно, даже не включали пространственные компартменты, такие как клетки; самые ранние реакции могли происходить в пустотах пористой породы, возможно, заполненных органическими гелями, отложившимися, как предполагается в модели Опарина-Холдейна. Мы считаем, что эта ранняя версия метаболизма состояла из серии простых химических реакций, протекающих без помощи сложных ферментов, посредством каталитического действия сетей небольших молекул, возможно, с помощью природных минералов.Если сеть генерирует свои собственные составляющие — если она рекурсивна — она ​​может служить ядром самоусиливающейся химической системы, подлежащей отбору. Мы предполагаем, что такая система возникла и что большая часть этого раннего ядра остается универсальной частью современной биохимии, последовательностью реакций, разделяемой всеми живыми существами. Дальнейшие разработки были бы добавлены к нему по мере формирования клеток и перехода под контроль РНК, а также по мере того, как организмы специализировались как участники более сложных экосистем.

Сети рекурсивных и самокатализирующихся синтетических путей широко известны в органической химии, но они печально известны тем, что генерируют массу побочных продуктов, которые могут нарушить реакционную систему или просто разбавить реагенты, предотвращая их накопление в организме. путь.Важной особенностью, необходимой для химического отбора в такой сети, которую еще предстоит продемонстрировать, является управляемое обратной связью самоотрезывание побочных реакций, что приводит к ограниченному набору путей, способных концентрировать реагенты, как это делает метаболизм. Поиск такой самообрезки — одно из наиболее активно проводимых направлений исследований Metabolism First.

Вот аналогия, которая дает представление об аргументе, который мы приводим: рассмотрим требования системы автомагистралей между штатами США.Система включает чрезвычайно сложную сеть дорог; крупная инфраструктура, предназначенная для добычи нефти с Земли, переработки нефти в бензин и распределения бензина по автомагистралям, крупная отрасль промышленности, посвященная производству автомобилей; и так далее. Если бы мы хотели объяснить эту систему во всей ее сложности, мы не стали бы спрашивать, ведут ли автомобили к дорогам или дороги ведут к автомобилям, и не подозревали бы, что вся система была создана с нуля как гигантский проект общественных работ. Было бы более продуктивно рассмотреть состояние транспорта в доиндустриальной Америке и спросить, как примитивные пешеходные тропы, которые, безусловно, должны были существовать, превратились в дороги для фургонов, затем в дороги с твердым покрытием и так далее.Следуя этой эволюционной линии аргументов, мы в конечном итоге объясним существующую систему во всей ее сложности без необходимости прибегать к крайне маловероятным случайным событиям.

Таким же образом, мы утверждаем, нынешнюю сложность жизни следует понимать как результат многоступенчатого процесса, начиная с каталитической химии малых молекул, действующих в простых сетях — сетях, все еще сохраненных в глубинах метаболизма, — развивая их. последовательность реакций проходит через процессы простого химического отбора и лишь позже принимает аспекты клеточности и индивидуальности организма, которые делают возможным дарвиновский отбор, который биологи видят сегодня.Наша задача как исследователей происхождения жизни — взглянуть на современные шоссе и увидеть, что они говорят об оригинальных пешеходных тропах.

Метаболизм 101

В любой момент в живой клетке происходят сотни реакций, в которых химические предшественники превращаются в продукты. Почти все эти реакции не могли бы происходить без помощи ферментов, белков, настроенных эволюцией для связывания реагентов с удивительной специфичностью, часто попарно, облегчая реакцию между проектами и высвобождая их.

Реакции, проводимые ферментами, имеют общую термодинамическую особенность — общая энергия продуктов меньше, чем у реагентов.

Другими словами, поток метаболических реагентов находится в направлении равновесия. Ферменты, как и все катализаторы, вообще не влияют на положение равновесия, они просто помогают химическим веществам достичь равновесия быстрее — часто в миллионы раз быстрее, — чем это было бы без катализатора.

В клетках метаболические реакции происходят в последовательностях, называемых путями: на продукты катализируемых ферментами реакций в путях действуют другие ферменты.

Реакции, для которых падение энергии велико, называются необратимыми. В условиях клеток они бегут только в прямом направлении. Для многих клеточных реакций, таких как горизонтальные реакции на рисунке выше, изменение энергии реакции близко к нулю. Если продукт начинает накапливаться (возможно, из-за того, что активности фермента дальше по пути препятствует химический ингибитор), реакционная пара достигнет равновесия, работая в обратном направлении, пока снова не установится равновесный баланс между реакциями. и продукт.Изменение концентраций реагента может сопровождаться повышенным потоком («потоком») в реакции разветвления.

После четырех миллиардов лет эволюционного экспериментирования клетка вызвала обширную, извилистую последовательность реакций, обнаруживаемую в современных клетках, зафиксированную на знаменитой метаболической карте, постоянно уточняемой Дональдом Николсоном из Университета Лидса с 1961 года и повсюду на стенах лабораторий. .

Как возникла эта поразительная система? В этом лабиринте скрывается круговой путь реакций, часто называемый центром метаболизма, который, по мнению авторов, может быть основой самой жизни — местом, где все это началось.

Сама устойчивость современной жизни делает такие вопросы трудными, потому что метаболизм, который мы наблюдаем сегодня, похоже, является тем, на котором сошлась жизнь и вокруг которого она реорганизуется после исторических потрясений, таких как насыщение атмосферы кислородом в начале палеопротерозоя. эра, появление многоклеточности, драматические изменения климата, изменившие окружающую среду, и так далее. Чтобы не путать эту конвергентную форму с формой, на которую «направлена» эволюция, мы вместо этого сосредотачиваемся на неживом мире, который предшествовал жизни, и спрашиваем, «что было не так» с таким миром, который создал первые шаги к жизни как отправной точке.Другими словами, какую «проблему» безжизненная земля «решила» появлением жизни?

Другая аналогия проиллюстрирует, как следует понимать этот вопрос. Представьте себе большой пруд с водой, расположенный на вершине холма. Мы знаем, что существует множество других состояний — любое, в котором вода ниже, чем наверху, — которые имеют более низкую энергию и, следовательно, являются состояниями, к которым система будет стремиться со временем развиваться. С точки зрения нашего вопроса, «проблема», с которой сталкивается система, заключается в том, как перевести воду из ее начального состояния в любое состояние с более низкой энергией — как спустить воду с холма.Нам не нужно думать о законах физики как о конечных точках; скорее, они просто выбирают между состояниями более высокой или более низкой энергии, отдавая предпочтение более низкому. Можем ли мы применить те же рассуждения к химии жизни?

Что касается настоящих холмов, мы понимаем не только то, что вода будет течь вниз, но и многое о том, как это будет происходить. Каждая молекула воды не будет течь случайным образом. Вместо этого текущая вода прорежет канал на склоне холма. Фактически, поток воды одновременно создает канал и способствует разрушению энергетического дисбаланса, который управляет всем процессом.Вдобавок, если мы посмотрим на этот процесс подробно, мы увидим, что действительно имеет значение конфигурация земли около вершины холма, поскольку именно там начинается процесс ченнелинга. Эта часть аналогии оказывается особенно уместной, когда мы рассматриваем ранние химические реакции.

По аналогии, «проблема» заключается в том, что вода начинается в состоянии высокой энергии; создание канала «решает» эту проблему, позволяя воде перейти в более низкое энергетическое состояние.Более того, динамика системы такова, что как только канал будет установлен, последующий поток будет усиливать и усиливать его. В природе существует множество таких систем каналов — например, молния, хотя в этом случае действующие силы являются электрическими, а не гравитационными. (Когда возникает молния, положительные и отрицательные заряды разделяются между облаками и землей. Разделение зарядов ионизирует атомы в воздухе, создавая проводящий канал, по которому протекают заряды — молния — подобно тому, как вода стекает с холма).

Мы утверждаем, что появление жизни на нашей планете последовало за созданием именно такого канала, за исключением того, что это был канал в химическом, а не в геологическом ландшафте. В абиотическом мире ранней Земли, вероятно, в химически возбужденной среде, накопились резервуары энергии. По сути, электроны (вместе с некоторыми ключевыми ионами) перекачивались вверх по химическим холмам. Как и вода в нашей аналогии, эти электроны обладали запасенной энергией. «Проблема» заключалась в том, как его выпустить. По словам Альберта Сент-Джорджи: «Жизнь — это не что иное, как электрон, ищущий место для отдыха.”

Например, молекулы углекислого газа и водорода в больших количествах образуются в обычных геохимических средах, таких как глубоководные жерла, создавая ситуацию, аналогичную воде на холме. Энергия этой системы может быть понижена, если электроны в водороде «скатываются с холма», объединяясь с атомами углекислого газа в химической реакции, которая производит воду и ацетат (молекулу с двумя атомами углерода). Однако в абиотическом мире эта конкретная реакция протекает так медленно, что электроны в молекулах водорода оказываются на вершине энергетического холма.

В этом примере проблема, которая решается наличием жизни, — это вернуть заряженные электроны вниз по химическому холму. Это достигается установлением последовательности биохимических каналов, каждый из которых вносит свой вклад в целое. (Подумайте о воде, прорезающей несколько каналов на холме). Реакции, которые создают эти каналы, будут включать простые химические взаимодействия между небольшими органическими молекулами.

Как мы можем преобразовать такого рода общие аргументы в разумный сценарий появления первого живого существа? Один из способов — внимательно посмотреть на схему метаболизма, показанную ранее, схему, которая отображает основные химические реакции во всех живых системах.

В самом центре метаболизма — отправной точке синтетических путей всех биомолекул — лежит относительно простой набор реакций, известный как цикл лимонной кислоты (также называемый циклом трикарбоновых кислот или циклом Кребса). Цикл включает восемь молекул, каждая из которых представляет собой карбоновую кислоту (молекула, содержащая группы -СОО). В большинстве современных форм жизни на Земле цикл лимонной кислоты разрушает органические молекулы на углекислый газ и воду, используя кислород для производства энергии для клетки, фактически «сжигая» эти молекулы в качестве топлива.(Технически такая молекула, как глюкоза, сначала расщепляется на более мелкие молекулы, такие как пируват, который затем подается в цикл лимонной кислоты. Полное разложение пирувата до CO ₂ и воды облегчается за счет передачи высокоэнергетических электронов определенным сореагентам. которые в современной ячейке переправляют электроны в другие реакции). Когда цикл работает таким образом, мы говорим, что он находится в окислительном режиме.

Цикл также может работать в противоположном направлении, забирая энергию (в виде высокоэнергетических электронов) и создавая более крупные молекулы из более мелких.Это называется восстановительным режимом цикла. Если у организма есть доступ к электронам с высокой энергией, подобным тем, которые образуются в результате геохимических процессов, фактически, он может процветать в цикле исключительно в восстановительном режиме, не имея вообще никакого отношения к окислительному режиму. Один из способов представить себе два режима цикла: в окислительном режиме входом является органическая молекула, а выходом — химическая энергия, двуокись углерода и вода. В восстановительном режиме на входе химическая энергия, углекислый газ и вода, а на выходе — более сложная молекула.

Должно быть, именно так цикл работал на ранней Земле, потому что молекулярный кислород изначально не был доступен для поддержки окислительного режима, и потому что мы видим, как он работает сегодня у некоторых анаэробных организмов, которые, кажется, сохранили этот аспект биохимия их предков. В восстановительном режиме цикл дает возможность электронам высокой энергии течь вниз по химическому холму. Она похожа на показанную ранее ацетатную реакцию, которая термодинамически возможна, но очень медленная, но с добавлением сети небольших молекул — цикла восстановительной лимонной кислоты, которая опосредует и ускоряет реакцию.Таким образом, с точки зрения биохимии и термодинамики, цикл восстановительной лимонной кислоты (или какой-либо более простой предшественник) может быть хорошим кандидатом в качестве порога ранней жизни — точки, где пруд с водой с высоким потенциалом прорывается, а дорожка спуска вытравлена. . Медленное некатализируемое превращение диоксида углерода и водорода в ацетат и воду, показанное ранее, происходит эффективно, поскольку энергия и реагенты входят в первичную сеть реакций, таких как современный цикл восстановительной лимонной кислоты.

На метаболических картах всех современных организмов небольшие молекулы и реакции цикла лимонной кислоты являются отправной точкой каждого пути биосинтеза — все дороги ведут из цикла лимонной кислоты. Однако у некоторых организмов реакции не образуют замкнутой циклической последовательности. По этой причине даже среди исследователей, убежденных в том, что эти реакции являются остатками первого метаболизма, остаются споры о том, был ли самый первый метаболический путь циклом. Однако, поскольку только циклы могут действовать как самоусиливающиеся каналы, и поскольку у организмов, не работающих по замкнутому циклу, требуются сложные компенсирующие приспособления, мы считаем первичный цикл восстановительной лимонной кислоты наиболее вероятным путем от геохимии к жизни — ручей, который сформировал на вершине холма энергии, через который пруд энергии начал свой термодинамический выход.Затем мы спрашиваем, как из этого простого начала могла возникнуть сложность, которую мы видим в современной клетке. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что сам по себе цикл захватывает только часть энергии углекислого газа и водорода, которые составляют его вход. Например, при преобразовании углекислого газа в ацетат цикл собирает только около трети энергии, доступной в электронах. Однако даже в самой глубине метаболизма мы не видим цикл изолированно. Его молекула с самой низкой энергией, ацетат, является отправной точкой для других путей, которые производят эфирные масла, используемые в клеточных мембранах, собирая еще треть энергии электронов.Дальнейшие реакции, такие как те, которые производят метан, могут улавливать оставшуюся доступную энергию, хотя метан является газом и, следовательно, отходом, в отличие от более ранних молекул в пути, которые являются составными частями биомассы.

Отметим, что существует фундаментальная разница между тем, как системы химических реакций могли действовать до появления первых самовоспроизводящихся молекул, и тем, как они действуют сейчас, когда самовоспроизводящиеся системы развиваются. Вначале единственным потенциальным источником порядка были сети химических реакций, действующих в соответствии с законами химии и физики.Однако после появления молекул, способных более или менее независимо реплицироваться, таких как РНК, эволюция могла происходить в соответствии с правилами естественного отбора, а успех последующих поколений зависел от адаптивных свойств. Когда и как именно произошел этот переход, исследователи обсуждают открытый вопрос, но тот факт, что он действительно произошел, очевиден. Другой способ сказать это: до появления первых самовоспроизводящихся молекул или совокупностей молекул (и, опять же, мы должны подчеркнуть, что они могли находиться, а могли и не находиться внутри клеток), имела значение устойчивость химического вещества. сеть; после появления такой системы естественный отбор принял более привычную форму отбора среди конкурирующих воспроизводящих «особей».

Как только начнется естественный отбор, в результате случайной аварии на сцене появятся системы с немного другим химическим составом. Например, ацетат можно использовать двумя способами, чтобы сделать масляные молекулы, и основные области жизни частично разделяются в зависимости от того, какой класс они производят и как они их используют. Производство метана исключительно для энергетических целей могло быть изначальным, или оно могло быть связано с метаболизмом в более позднюю, более сложную эпоху (еще одна тема серьезных споров среди исследователей, исследующих самые глубокие ветви древа жизни).

Важно понимать, что первичный цикл обеспечивает стабильность и исходные материалы, которые делают возможной эпоху отбора. Мы думаем, что именно при переходе к этой стадии геохимия начала приобретать черты репликации и отбора, которые Дарвин признал отличительными чертами жизни. После того, как такая эпоха наступила, она может сохранять сложность и разнообразие, необходимые для исследования для уточнения — в эффективности, в адаптации к геологической среде или в специализированном разделении труда в рамках общинных систем.Тот же самый образец повторился, когда окружающая среда была изменена накоплением разрушительного токсина — кислорода, который производился первобытными организмами в качестве отходов жизнедеятельности. По мере адаптации организмы не отказывались от восстановительного цикла лимонной кислоты, который, как мы полагаем, был уникальной основой для биосинтеза. Вместо этого они приобрели способность запускать цикл в обратном направлении, извлекая энергию из распада молекул, аналогичных тем, которые производились в предыдущем цикле.

Роль цикла лимонной кислоты как основы сложности относится не только к последующей адаптации организмов в процессе отбора; это можно увидеть даже в химической структуре самого метаболического ядра.Особенно действенный способ доказать это — переработать схематическую диаграмму текущего метаболизма, впервые разработанную Николсоном. Первоначальная диаграмма Николсона была разработана для детального изучения метаболизма человека и постепенно расширялась, чтобы включить в нее сложные химические паутины, от которых зависят люди. Недавно один из нас (Моровиц) и Виджей Сринивасан использовали данные микробиологии, чтобы выделить диаграмму Николсона с ее сложными модулями и областями метаболизма до минимального общего ядра, необходимой и достаточной сети реакций для создания живой системы.В этой основной диаграмме, которая будет вскоре опубликована, мы выстроили пути в виде слоев, построенных вокруг предшественников цикла лимонной кислоты. Фрагмент этой подробной диаграммы показан на рисунке 4. Самый внутренний слой состоит из молекул, которые могут быть построены из промежуточных продуктов цикла с помощью одной химической реакции, следующий слой состоит из тех, которые могут быть построены с помощью двух реакций, и так далее. (Как только вы пройдете несколько первых слоев, подсчет станет неоднозначным, поскольку в реакциях часто участвуют молекулы, которые сами были продуктами более глубоких слоев).

Мы полагаем, что из этой слоистой структуры мы можем увидеть химический каскад, который включал в себя самые ранние шаги в эволюции жизни.

Первоначальная карта ядра проще, чем сложная диаграмма, составленная путем объединения организмов сегодня, но с биосинтетической точки зрения она ненамного проще. Он содержит основные модули для сахаров, масел, аминокислот и нуклеиновых кислот, и мы предположили, что он был — по крайней мере в общих чертах — агентом химического отбора в эпоху, предшествовавшую естественному отбору различимых организмов.

Если это представление окажется верным, это будет иметь важные последствия для глубокого философского вопроса: должны ли мы понимать историю жизни с точки зрения выработки предсказуемых физических принципов или действия случая. Фактически, мы утверждаем, что жизнь появится на любой планете, которая воспроизводит экологические и геологические условия, которые возникли на ранней Земле, и что она появится для того, чтобы решить именно ту проблему «выброшенного электрона», о которой говорилось выше.Популярное в настоящее время мнение о том, что сложная жизнь — это что-то вроде замороженной случайности, было изложено в классической книге Жака Моно Chance and Necessity (1970) . Мы, конечно, утверждаем обратное, хотя бы в отношении значительной части базовой химической архитектуры. (Важно понимать, что Моно изучал регуляторные системы, и в области его знаний мы признаем важность несчастного случая, хотя мы считаем, что он слишком широко отстаивал его.) Не ускользнуло от нашего внимания, что механизм, который мы постулируем немедленно предполагает, что жизнь широко распространена во Вселенной, и можно ожидать, что она будет развиваться на любой планете, химический состав которой напоминает химию ранней Земли.

Представление о зарождении жизни как сети простых химических реакций потребует серьезной проверки, прежде чем оно будет принято научным сообществом. Мы выделяем две области, в которых ведутся исследования: развитие теории неравновесной статистической механики и экспериментальное изучение тех первых неферментативных химических реакций, которые привели к современной жизни.

С теоретической точки зрения мы должны начать с осознания того, что если мы применим стандартную равновесную термодинамику к живым системам, мы придем к чему-то вроде парадокса.Живые системы обладают низкой энтропией, что делает их маловероятными с точки зрения равновесной термодинамики. С точки зрения теоретической физики, основная проблема состоит в том, что классическая термодинамика была хорошо развита только для систем, находящихся в равновесии — систем, которые не меняются с течением времени — или которые изменяются только путем прохождения последовательных, бесконечно различных состояний равновесия. Поэтому необходимо расширение обычной термодинамики, чтобы ее можно было применить к системам, которые далеки от равновесия за счет потока энергии.

Один многообещающий подход был впервые предложен Э. Т. Джейнсом в середине 20 века. Он признал, что информация (и, следовательно, энтропия) связана не только с состояниями, но и с целыми историями изменений, которые могут включать канальные потоки того типа, который мы обсуждали. Технически, нельзя говорить об энтропии «состояния», если состояние зависит в своем контексте от процесса изменения; ожидается, что только энтропия всего процесса будет максимальной. Возвращаясь к нашему пруду на холме, нет отдельной энтропии пруда, кроме как в приближении.Скорее, существует энтропия путей изменения, которые включают пруд, канал, строительство и отдых. Когда такая формулировка анализируется для простой системы, образование канала можно рассматривать как фазовый переход, похожий на замерзание кубика льда или, используя более точную математическую аналогию, образование магнита из расплавленного железа. . (В последнем случае фазовый переход происходит по мере охлаждения металла, когда атомные дипольные магниты выстраиваются в одном направлении — как это ни парадоксально, в более упорядоченном состоянии).Полная энтропия процесса в системе будет максимальной, даже если приблизительная энтропия, связанная с «состоянием» канала, может не соответствовать, тем самым устраняя парадокс.

Текущие исследования этого фундаментального вопроса сейчас сосредоточены на том факте, что химический субстрат живых систем намного сложнее, чем субстрат простых физических систем, которые были исследованы до сих пор. Одно важное новое направление исследований включает разработку низкомолекулярных катализаторов во все более сложных кооперативных сетях.Есть надежда, что когда будет доступна полная теория, мы увидим формирование жизни как неизбежный результат основ термодинамики, например, замораживание кубиков льда или образование магнитов.

Что касается экспериментов, то некоторые исследователи, такие как Джордж Коди из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, пытаются разработать основные правила органической химии для экзотических сред, которые могли иметь отношение к происхождению жизни. Коди, например, работал над раскрытием органических взаимодействий при таких температурах и давлениях, которые возникают в глубоких океанских жерлах.Майк Рассел из Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния (автор книги «Первая жизнь», январь – февраль 2006 г.) строит большую камеру для моделирования геохимии этих сред. Шелли Копли из Университета Колорадо в Боулдере занимается промежуточным химическим составом, ведущим к нынешней системе генетического кодирования нуклеиновой кислоты и белка, с прицелом на решение проблемы курицы и яйца. Эти эксперименты представляют собой серьезный сдвиг парадигмы от нисходящего контроля, предусмотренного в сценариях RNA World.Вместо того чтобы предполагать, что несколько больших молекул РНК контролируют адаптацию пассивной реакционной сети малых молекул, Копли предполагает, что целые сети промежуточных молекул поддерживают друг друга на пути к усложнению. В этой экспериментальной обстановке сети небольших и случайно синтезированных аминокислот и отдельных единиц РНК помогают формированию друг друга, сборке в цепочки и развитию каталитической способности. Оба типа молекул долго растут вместе. Сложность, адаптация и контроль распределены в таких сетях, а не сосредоточены в одном молекулярном виде или типе реакции.Распределенный контроль, вероятно, будет центральной парадигмой в развитии Metabolism First как жизнеспособной теории. Мы с нетерпением ожидаем новых экспериментов, подобных этим, для изучения многих аспектов организации низкомолекулярных систем.

В более широком смысле, однако, будущее экспериментальной программы, связанной с философией «Метаболизм прежде всего», связано с развитием соответствующей теории, основанной на экспериментальных результатах. Есть надежда, что взаимодействие теории и эксперимента, столь знакомое историкам науки, приведет к появлению теории, которая освещает физические принципы, которые привели к развитию жизни, и, следовательно, даст нам возможность воссоздавать жизнь в наших лабораториях. .

Если экспериментальные и теоретические программы, описанные выше, работают хорошо, наша картина жизни как надежного, неизбежного результата определенных геохимических процессов будет прочной. Кто знает? Может быть, тогда кто-нибудь напишет книгу под названием « Необходимость, а не шанс».

.