Происхождение жизни на Земле

Разделы: Биология


Класс: 9,11.

Цель урока: познакомить  обучающихся с различными взглядами на проблему возникновения и развития жизни на Земле.

Оборудование: Презентация к уроку.

ХОД УРОКА

I. Оргмомент

II. Изучение нового материала

1. Теории возникновения Вселенной (слайд 2)

Происхождение жизни – предмет многовековых дискуссий, в которых участвовало не одно поколение человечества. Жизнь окружает нас повсюду – в вечных льдах и в раскаленных пустынях, под нашими ногами, в воздухе и в самых темных глубинах океана. Земля насыщена жизнью в таком изобилии и разнообразии, что это потрясает воображение. Как все это началось? Как появилась наша планета и ее обитатели?
Эти вопросы люди задают себе с давних времен и до сих пор не знают на них ответа. Некоторые считают, что эти вопросы не важны: жизнь на Земле возникла так давно, что это не влияет на то, что происходит вокруг нас каждый день. Однако точка зрения на происхождение жизни оказывает влияние на наше отношение к настоящей жизни и к будущему. Решение этого вопроса для общества имеет исключительное значение.
Научные исследования значительно расширили наши знания о Вселенной, Земле и о живой природе. Сегодня, мне кажется, необходимо говорить не только о возникновении жизни, мне хотелось бы познакомить вас с теми взглядами, которые рассматривают и возникновение нашей Вселенной.
Долгое время господствующей теорий на возникновение нашей Вселенной являлась теория креационизма (слайд 3). Согласно взглядам креацианистов, причиной возникновения Вселенной является акт творения либо Богом, либо вселенским разумом, либо конкретной фигурой.
Согласно теории стационарного состояния (слайд 4), 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.

Теория И.Канта (слайд 5) отражает возникновение Солнечной системы и гласит:

«Я полагаю, что вся материя, из которой состоят небесные тела нашей Солнечной системы, т. е. все планеты и кометы, была в начале всех вещей разложена на свои элементарные составляющие, заполняющие все мировое пространство, в котором ныне обращаются эти уже сложившиеся тела. Такое состояние природы, если даже его рассматривать само по себе, без всякого отношения к какой-либо системе, представляется наиболее простым, какое может только последовать за небытием. В то время все было еще бесформенно. Образование обособленных друг от друга небесных тел, их удаленность в зависимости от притяжения, их форма, определяемая равновесием сгустившейся материи, – все это уже позднейшее состояние... Материя, которая кажется совершенно инертной и нуждающейся в форме и организации, уже в простейшем своем состоянии таит в себе стремление подняться к более совершенному состоянию путем естественного развития. Итак, если в очень большом пространстве имеется точка, где притяжение находящихся там элементов действует около себя сильнее, чем в любом другом месте, то рассеянные во всем окружающем пространстве частицы основного вещества будут падать по направлению к этой точке. В результате этого всеобщего падения прежде всего образуется в этом центре притяжения тело, которое, начавшись, так сказать, с бесконечно малого зародыша, быстро растет. Но, по мере того как увеличивается его масса, оно все с большей силой побуждает окружающие частицы присоединяться к нему. Когда масса этого центрального тела возрастет настолько, что скорость, с какой оно притягивает к себе частицы с больших расстояний, отклоняется в сторону из-за слабого отталкивания, коим эти частицы мешают друг другу, и превращается в боковые движения, которые благодаря центробежной силе могут совершаться по кругу около центрального тела, – тогда возникают сильные вихри частиц...»

Теория О.Ю.Шмидта (слайд 6) является  также космогонической теорией возникновения Солнечной системы, согласно которой весь процесс можно условно разделить на два этапа. На первом этапе из пылевого компонента облака образовалось множество "промежуточных" тел размером в сотни км. Этот процесс мог идти следующим путем. Во вращающемся газово-пылевом облаке пыль под действием гравитации опускалась к центральной плоскости, что вело к образованию пылевого субдиска; при достижении в пылевом слое критической плотности в результате гравитационной неустойчивости субдиск распался на множество пылевых сгущений; столкновения сгущений вызывали объединение и сжатие большинства из них и образование компактных тел астероидных размеров. На втором этапе из роя "промежуточных" тел и из обломков аккумулировались планеты. Сперва тела двигались по круговым орбитами в плоскости породившего их пылевого слоя. Они росли, сливаясь друг с другом и вычерпывая окружающее рассеянное вещество – остатки "первичной" пыли и обломки, образовавшиеся в процессе столкновений "промежуточных" тел с большой относительной скоростью. Гравитационное взаимодействие "промежуточных" тел, усиливавшееся по мере их роста, постепенно изменяло их орбиты. Те из тел, которые вырывались вперед в процессе роста, оказались зародышами будущих планет. Самые крупные планеты – Юпитер и Сатурн – на основной стадии аккумуляции вбирали в себя не только твердые тела, но и газы.

Теория Большого взрыва (англ. Big Bang) – космологическая теория начала расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Вселенная образовалась около 20 миллиардов лет назад в результате взрыва сингулярного (бесконечно малого и бесконечно плотного) образования, известного в космологии как Большой взрыв. (слайд 7,8) Теория Большого взрыва является наиболее общепринятой среди космогонических теорий.
В первые мгновения Вселенная (само пространство) расширялась со скоростью, значительно превышающей скорость света. За 10–30 с её размеры увеличились до размеров Солнечной системы.
Затем началась стадия рекомбинации, при которой почти всё вещество аннигилировало с антивеществом. Из «остатков» в течение нескольких секунд образовались ядра водорода и гелия.
Примерно через миллион лет после взрыва Вселенная остыла до температуры 3000°; из ядер и электронов образовались атомы.
В результате случайных флуктуаций плотности вещества какие-то области Вселенной стали более плотными; другие – более разреженными.
Под действием силы тяжести эти неоднородности ещё более усилились; таким образом, появились галактики и скопления галактик. Через сотни миллионов лет в галактиках стали появляться звезды.
Наше собственное Солнце образовалось около пяти миллиардов лет назад из холодного пылевого облака массой более десяти тысяч масс Солнца.
Центральная часть облака превратилась в протозвезду, на периферии частицы вещества в конце концов собрались в планеты.
По современным данным возраст Земли составляет около 4,6 миллиардов лет.
Дальнейшая судьба нашей Вселенной объясняется с помощью теорий. Первая теория гласит, что Вселенная будет расширяться вечно. Согласно второй теории «маятника», Вселенная будет расширяться до определенной границы, а затем начнет сжиматься и превратится в сверхтяжелую точку. В пользу этой теории, по мнению её сторонников, говорит наличие в космосе чёрных дыр, которые способны затягивать в себя даже звезды (слайд 9).
Наша Солнечная система находится в галактике Млечный путь. Млечный путь имеет форму спирали, число звезд 10 триллионов, диаметр галактики – 100 тыс. световых лет, толщина – 1000 световых лет. В безлунную ночь хорошо заметна тянущаяся через все небо светлая полоса из звезд – это ядро нашей галактики (слайд10). Давайте познакомимся с размерами космических тел (слайд10).

2. Теории возникновения жизни на Земле (слайды 11-12)

Креационизм (слайд 13)

Её придерживаются последователи большинства религиозных учений (особенно христиане, мусульмане, иудеи).
Никаких научных подтверждений этой точки зрения нет: в религии истина постигается через божественное откровение и веру. Процесс сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и недоступный для наблюдения.

Спонтанное зарождение жизни (слайд 14)

Теория спонтанного зарождения возникла в древнем Китае, Вавилоне и Греции в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Приверженцем этой теории был и Аристотель.
Её последователи считали, что определённые вещества содержат «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм Открытие Левенгуком микроорганизмов добавило ей новых приверженцев.
Среди мореплавателей были известны взгляды на появление бернакельского гуся. Этот гусь вырастает на обломках сосны, носящихся по морским пучинам. Вначале он имеет вид капельки смолы. Он прикрепляется клювом к дереву и выделяет для безопасности твердую скорлупу, в которой живет спокойно и беззаботно. Через некоторое время у гуся вырастают перья, и тогда он сходит с куска коры в воду и начинает плавать. А в один прекрасный день взмахивает крыльями и улетает. На самом деле на плавающих в морской воде предметах селятся небольшие усоногие рачки – морские уточки. Они неподвижны и окружают свое тело известковой раковинкой. Ее контуры напоминают рисунок птицы, сделанный неумелой рукой ребенка. «Гуси» же, о которых идет речь, – небольшие дикие гуси-казарки, гнездящиеся в тундре. Их огромные стаи появлялись во время перелета на север (или с севера). Никто не знал, где и как они размножаются, как высиживают яйца, никто не видел их птенцов. Так родилась сказка о Бернакельском гусе (слайд 15). Одним из экспериментов, якобы подтверждавшим эту теорию, был эксперимент Ван-Гельмонта, в котором у этого ученого за 3 недели из грязной рубашки и горсти пшеницы в тёмном шкафу появились мыши (слайд 16).
Теорию самопроизвольного зарождения жизни попытался опровергнуть Франческо Реди. Как опытный врач и честный человек он был назначен на должность придворного врача герцогов. А в свободное время как ученый-биолог занимался вопросами развития и превращения насекомых. В частности, его интересовали мухи. Про них ходили упорные слухи, что они не откладывают яиц, а зарождаются в виде червячков в навозе и гнилом мясе (опыт на слайде 17).
Парижская Академия наук решила положить конец этим спорам и назначила премию за окончательное экспериментальное решение вопроса, обговорив, что «никакие неясности в постановке опытов не должны затемнять их результатов».
Пастер, знаменитый «охотник за микробами», узнав о конкурсе, принялся за работу (опыт на слайде 18).

Теории панспермии предполагают, что жизнь на Землю занесена извне с метеоритами, кометами или даже НЛО (слайд 19).
Шансов обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы (не считая Земли) ничтожно мало, однако, вполне возможно, что жизнь могла возникнуть возле какой-то другой звезды.
Астрономические исследования показали, что в составе некоторых метеоритов и комет имеются органические соединения (в частности, аминокислоты), которые могли сыграть роль «семян» при падении на Землю.

Гипотеза А.И.Опарина (слайд 20).

В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли, или просто коацерваты.
Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа: возникновение органических веществ, возникновение белков, возникновение белковых тел.
Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты.
Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования – видимые под оптическим микроскопом капли.
Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.
Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.
Проверил гипотезу Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера – Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако такая система не может сама себя воспроизводить.
В настоящее время проблема происхождения жизни не решена. Ученые продолжают искать пути её решения.

III. Закрепление знаний

1. Что такое пастеризация? Чем отличается от стерилизации? Каково их практическое значение?
2. В чем заключается смысл теории «вечности жизни»?
3. Какие эксперименты, на ваш взгляд, более убедительно доказали невозможность самозарождения жизни в современных условиях?
4. В чем заключается смысл опытов Ф.Реди?
5. Назовите условия на планете, пригодные для жизни.
6. Что такое «Млечный путь»?

IV. Домашнее задание

Конспект лекции, сообщения по темам: «Какие эксперименты подтверждают гипотезу А.И.Опарина?», «Теория радиопанспермии», «Опыты Спаланцанни».

18.06.2012