жизнь и ее происхождение на земле

УРОК БИОЛОГИИ 11 КЛАСС

Тема: «Гипотезы происхождения жизни»

Тип урока:

Изучение нового материала.

Вид урока:

Объяснительный.

Цель:

Познакомить обучающихся с основными аспектами различных гипотез возникновения жизни на Земле, а также с современной гипотезой возникновения жизни на Земле.

Задачи:

1. Познакомить обучающихся с различными гипотезами возникновения жизни на Земле.

2. Сформировать у обучающихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции.

3. Совершенствовать у обучающихся умение сравнивать и анализировать различные гипотезы, правильно определять их по сущностным характеристикам.

4. Пробудить у обучающихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновения жизни на Земле.

5. Убедить обучащихся в неповторимости жизни как способа существования.

Структура урока:

1. Организационное начало: Приветствие класса, проверка присутствующих. Вступительное слово, подведение обучающихся к теме урока «Гипотезы возникновения жизни на земле». (4 минуты)

2. Раскрытие основных гипотез возникновения жизни на земле (рассказ). (30 минут)

3. Обобщение изученного материала (беседа). (7 минут)

4. Домашнее задание (4 минуты)

Конспект урока:

Учитель: Жизнь существует на Земле миллиарды лет. Она заполняет все уголки нашей планеты. Озёра, реки, моря, океаны, горы, равнины, пустыни, даже воздух – населены живыми существами. Предполагается, что за всю историю жизни на Земле, существовало около 4,5 млрд. видов животных и растений. Как возникла и развивалась жизнь на нашей планете? Одному из этих вопросов мы посвятим сегодняшний урок, а именно возникновению жизни на земле.

Это один из наиболее трудных и в тоже время интересных в современном естествознании вопросов. Он труден потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность методологическая состоит в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

Сначала, хотелось бы спросить у вас, что же такое жизнь? Дайте самое совершенное на ваш взгляд определение.

Обучаемые: По Энгельсу Жизнь – есть способ существования белковых тел.

С развитием молекулярной биологии стало ясно, что кроме белков материнским субстратом жизни являются нуклеиновые кислоты, т.к. в них содержится генетическая наследственная информация. Таким образом, можно дать такое определение: Жизнь – есть способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот. ЖИЗНЬ – существование живых тел на Земле, представляющих собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и т.д.

Учитель: Я предлагаю следующее определение жизни: Жзнь - существование открытых, саморегулирующихся и самовоспроизводящихся систем, в основе которых лежат белки и нуклеиновые кислоты.

А теперь давайте разберемся в многообразии теорий возникновения жизни.

Все гипотезы можно объединить в две большие группы:

1. Биогенез (от био... и греч. genesis — происхождение), теории, отрицающие появление жизни на Земле в результате возникновения живых существ из неживой материи. В основе представлений о Биогенезе лежат противопоставление живого неживому и идея вечности жизни.

К биогенезу можно отнести гипотезу стационарного состояния живого и панспермии.

2. Абиогенез (от греческого а — отрицат. частица, bíos — жизнь и génesis — происхождение), теория возникновения живых существ из веществ неорганической природы.

К абиогенезу можно отнести теорию биохимической эволюции и гипотезу самозарождения.

Проблема возникновения жизни уходит глубоко в далекое прошлое. В Древней Греции появились виталистические представления (Платон, Аристотель), которые говорили, что сущность жизни заключается в душе или особой жизненной силе. Она создана богом, и является вечной и бесконечной.

Взгляды Аристотеля взяло христианство в 1-ом веке нашей эры.

В 18-19 В. Появляется другое направление – батмизм. Суть заключается в том, что живому свойственна особая не постижимая энергия (Считали, что вне организма нельзя создать органическое вещество).

Одна из теорий говорит о том, что жизнь на земле появилась внезапно, т.е. живое зародилось из не живого. Данная теория получила название теории самозараждения. К примеру, в Древнем Египте считали, что пыль рождает моль, огонь рождает бабочек, роса – гусениц. Древне Греческие античные философы так же признавали самозарождение (Платон, Аристотель).

Были и фантастические взгляды: К примеру, некоторые утверждали, что в заморских странах растет гусиное дерево, из плодов которого вылетают утки и гуси. (Парацельс написал рецепт получения гомункулюса).

В настоящее время теории самозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

В средневековье господствовали взгляды такого направления как креационизм (метафизическая концепция). Согласно этой концепции, жизнь и все населяющие Землю виды живых существ являются результатом творческого акта высшего существа в какое-то определенное время. Как вы думаете, где изложены основные концепции данной теории?

Обучаемые: Основные положения креационизма изложены в Библии, в Книге Бытия.

Учитель: К теории вечной жизни относится гипотеза панспермии. Как вы думаете, в чем сущность данной гипотезы?

Обучаемые: Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса Жизни во Вселенной с одного космического тела на другие).

Учитель: Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживлённой формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.

Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Как вы думаете, какие недостатки имеет данная теория?

Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские учёные академики Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семёнович Берг (1876-1950) и Пётр Петрович Лазарев (1878-1942).

Как вы думаете, какие недостатки имеет данная теория?

Обучаемые: Она не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной.

Учитель: Другая, теория геологической вечности земли, согласно которой, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию (целаканта). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения данной теории, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

Учитель: Поворотным пунктом явились опыты итальянского врача Франческо Реди опубликовавшего свои наблюдения в 1661 г. Он опроверг возможность самозарождения сделав такой опыт: Положив мясо в закрытый горшок он обнаружил, что в гнилом мясе личинки мясной мухи не зарождаются самопроизвольно. Но сторонники теории самозарождения на сдавались, они утверждали, что самозарождения личинок не произошло по той лишь причине, что в закрытый горшок не поступал воздух. Тогда он поставил новый опыт: Он поместил несколько кусочков мяса в сосуды. Часть из них оставил открытыми, а часть прикрыл кисеей. Через некоторое время в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в сосудах, прикрытых кисеей, в гнилом мясе ни каких личинок не было.

Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продолжились и в первой половине 19В. Аозможность самозараждения допускал и Эразм Дарвин (дед Ч. Дарвина).

Учитель: В 1859 году Французская академия наук учредила премию тому, кто раз и на всегда покончит со спорами о возможности или не возможности самозарождения. Эту премию в 1862 году получил знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Пастер провел эксперимент: Он кипятил в колбе питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы.

Скажите, а что происходит при длительном кипячении питательных сред в колбе?

Обучаемые: При длительном кипячении в колбе погибали все микроорганизмы и даже их споры. В настоящее время этот процесс называется пастеризацией.

Учитель: Все правильно, но Луи Пастер присоединил к колбе S-образную трубку со свободным концом, в этом случае колба сообщалась с воздухом.

Питательная среда в этой колбе долгое время оставалась стерильной, из-за того, что микроорганизмы оседали в колене трубки и не могли проникнуть в питательную среду. В запаянных колбах питательная среда оставалась стерильной, а в открытых начинали активно развиваться микроорганизмы.

Таким образом, Л. Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного самозарождения. В начале 20 В господствовало убеждение, что лежащие в основе жизни органические вещества в природных условиях могут возникать только биогенно, т.е. путем их синтеза самими организмами.

Советский биохимик А.И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в атмосфере Земли, которая 4-4.5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание Опарина оправдалось. В 1955 году С. Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60000 вольт через смесь метана, аммиака, водорода и паров воды под давлением в несколько паскалей при температуре 80⁰С, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную, муравьиную кислоты и несколько аминокислот, глицерин и т.д. Как известно, аминокислоты – это те «кирпичики», из которых построены молекулы белков. Экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот из неорганических соединений дало основание предположить, что первым шагом на пути возникновения жизни на Земле был абиогенный синтез органических веществ.

Таким образом, мы с вами рассмотрели все гипотезы возникновения жизни на Земле. Более подробно с теорией Опарина мы познакомимся на следующем уроке. Но до сих пор вопрос о возникновении жизни не решен до сих пор. Как вы поняли, проблема решается в рамках двух гипотез биогенеза и абиогенеза. Какая теория является правильной, покажет будущее.

Домашнее задание:

Выучить основные теории возникновения жизни на земле. Напишите эссе на тему «Возникновение жизни на Земле», и укажите в нем, какая теория для вас является наиболее приемлемой и почему.

В современной теории (1947 г., англ. Ученый Дж. Бернал) выделяет этапы возникновения жизни на земле:

1. Абиогенный синтез органических в-в из неорганических. Он мог происходить как в космосе, так и на земле. Для этого считается что атмосфера земли должна была носить восстановительный характер, свободного кислорода не было, температура земли менее 100⁰С, озоновый экран отсутствовал, поэтому коротковолновое космическое излучение достигало поверхности земли. Земля была окутана облачностью, шли постоянные дожди, электрические разряды. Шел синтез простейших органических веществ из неорганических. Так как простейшие органические вещества некому было потреблять, то они скапливались в формирующихся морях, океанах. (Первичный бульон)

2. Возникновение биологических полимеров.

Реакции конденсации, которые привели бы к образованию полимеров из низкомолекулярных предшественников, могут осуществляться путем нагревания. К примеру, жирные кислоты соединяясь со спиртами могли образовывать липидные пленки. Соединение аминокислот петридными связями образуя полипептиды (инициатор С. Фокс).

3. Формирование простейших мембранных структур и первичных организмов – пробионтов.