Предлагаемая разработка урока рассчитана на преподавание курса общей биологии в 10-11-х классах на профильном уровне по учебнику В.Б. Захарова, С.Г. Мамонтова, Н.И. Сонина "Общая биология. 10-11 классы", выпускаемому издательством "Дрофа".
Задачи урока
- Сформировать у учащихся систему знаний об условиях возникновения жизни на нашей планете естественным путем; об основных ароморфозах у одноклеточных и многоклеточных организмов в архейскую, протерозойскую эры.
- Научить школьников обосновывать значение для эволюции тех ароморфозов у микроорганизмов, растений и животных, которые возникли в архейскую, протерозойскую эры.
- Убедить учащихся в том, что ныне существующие группы животных и растений прошли длительный путь исторического развития и претерпели значительные изменения на этом пути.
Оборудование:
Презентация (Приложение 4);
Раздаточный материал:
- теории происхождения жизни на Земле
- таблицы для самостоятельной работы (2)
Методические рекомендации
I. Проверка ранее изученного материала.
На экране схема "Основные направления эволюционного процесса" (слайд 2) - задача школьников назвать их и пути достижения биологического прогресса. Обсуждение схемы главных направлений эволюционного процесса.
- В каких направлениях может развиваться эволюционный процесс?
- Какие пути достижения биологического прогресса вы можете назвать?
- В чем принципиальное отличие ароморфоза от идиоадаптации?
Тестовая проверка темы "Биологические последствия приобретения приспособлений. Макроэволюция". (слайд 3-5)
На экране поочередно появляются тезисы. Необходимо определить среди них ароморфозы, идиоадаптации, дегенерации. Первые десять тезисов обсуждаются фронтально. Вторая десятка вопросов для самопроверки. Ответы появляются на экране. Саморефлексия усвоения материала.
Постановка цели урока:
Цель сегодняшнего урока - научиться обосновывать значение для эволюции тех ароморфозов у микроорганизмов, растений и животных, которые возникли в архейскую, протерозойскую эры.
II. Актуализация знаний:
Говоря об эволюционных изменениях фауны и флоры на нашей планете было бы несправедливо игнорировать вопрос происхождения жизни на Земле. Теорий и версий очень много. Предлагаю вспомнить некоторые из них. На столах перечень гипотез и теорий происхождения жизни на Земле. (Приложение 1).
- Какие из этих теорий вам знакомы?
- Какая из теорий кажется вам более доказательной?
Предлагаю определить гипотезы по изображениям.
На экране видеоряд (слайд 6, 7) иллюстрирующий теорию креационизма, гипотезу самозарождения жизни (слайд 8, 9, 10).
Опыты каких ученых опровергли теорию самозарождения жизни (слайд 11), гипотезу панспермии (слайд 12,13).
Доказательство какой гипотезы изображено на экране (слайд 14)
Какие еще существуют теории происхождения жизни на Земле? (работа с раздаточным материалом Приложение 1).
III. Изучение нового материала.
Итак, вспомнив гипотезы возникновения жизни на Земле, сегодня мы говорим о начальных этапах развития органической жизни на нашей планете.
Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровни океанов. Движения и разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, выбросом в атмосферу громадного количества газов и пепла. Понижение прозрачности атмосферы уменьшало количество солнечной радиации, попадающее на Землю, и было одной из причин развития оледенения. Не случайно горообразовательные процессы сопровождались оледенениями. Грандиозные ледниковые щиты, покрывавшие поверхность Земли, значительно изменяли климатические условия и тем самым оказывали глубокое влияние на растительный и животный мир. Одни группы организмов вымирали, другие сохранялись и в межледниковые эпохи достигали расцвета.
(Слайд 15)
Современная геохронологическая шкала начинающаяся c Докембрийской эры и завершающаяся Четвертичным периодом, составлена на основании сведений, полученных при исследовании окаменелых останков и структуры горных пород. Анализ структуры горных пород позволил установить, через какие этапы проходил процесс формирования Земли и в какое время. Данные окаменелых останков поведали ученым о формах жизни, существовавших на Земле в различные периоды. В геохронологической таблице, составленной на основании этих данных, история Земли рассматривается по эонам, эрам, периодам и эпохам.
Докембрийский эон (криптозой) считается самым древним и самым продолжительным. Докембрийский эон делится на несколько эр: эра Катархей (4.6-3.8 миллиардов лет), когда происходило формирование земной коры. Эра Архей (3.8-2.5 миллиардов лет). Эра Протерозой (2.5 миллиарда - 543 миллиона лет). Окаменелые останки этого периода сохранили для нас следы одноклеточных и многоклеточных организмов.
(Слайд 16)
Фанерозой (от греч. phaneros - явный, открытый и zoe - жизнь, образ жизни) означает, "видимая или известная жизнь". Эон фанерозоя разделен в геохронологической шкале на три временные эры (Определите самостоятельно) Палеозойская эра, Мезозойская эра, Кайнозойская эра.
Какие процессы шли на Земле в Катархее?
Комментарии (Слайд 18)
Какие процессы шли на Земле в Архее? (слайд 19,20)
"Переведите" на понятный всем язык специальные термины.
В отложениях криптозоя сохранилось чрезвычайно мало ископаемых останков организмов, поэтому наши представления о первых этапах развития жизни в течение этих огромных промежутков времени в значительной степени гипотетичны.
В осадочных породах древностью в 3,5 млрд. лет обнаружены биополимеры. К тому же времени относится возникновение первых прокариот (крупнейший ароморфоз). Первые живые организмы были гетеротрофами, использовавшими в качестве пищи органические соединения "первичного бульона". Для освобождения энергии ими использовалось брожение. Продуктами жизнедеятельности этих примитивных микроорганизмов являются многие месторождения полезных ископаемых (серы, железа, марганца и др.).
Важнейшим этапом в эволюции жизни на Земле в архее стало возникновение фотосинтеза (3-3,5 млрд. лет назад), что обусловило разделение органического мира на растительный и животный. Возникновение фотосинтеза - крупнейший ароморфоз архейской эры.
Каково значение этого ароморфоза?
Первыми фотосинтезирующими организмами были сине-зеленые водоросли. Они быстро распространились в архее и стали хозяевами планеты. Эти организмы не имели обособленного ядра, но обладали развитой системой обмена веществ, способностью к размножению. С появлением фотосинтеза появился надежный источник органических веществ на Земле, а в атмосферу планеты стал выделяться кислород.
В условиях бескислородной атмосферы распространение жизни было ограниченным. Дело в том, что организмы не имели никакой защиты от губительной для них жесткой ультрафиолетовой части излучения Солнца. В современной атмосфере озоновый экран поглощает жесткий ультрафиолет. В бескислородной среде озоновый экран отсутствовал и жизнь могла развиваться только под защитой слоя воды толщиной около 10 м. Материки и поверхностные слои воды были недоступными для организмов.
Благодаря сине-зеленым водорослям содержание свободного кислорода в атмосфере стало возрастать. Достижение так называемой "пастеровской точки" (концентрации кислорода в 1% от его концентрации в современной атмосфере) создало предпосылки для появления аэробных этапов дыхания. Возникновение кислородного дыхания - важнейший ароморфоз архейской жизни. Это был переломный момент в развитии жизни на Земле.
В чем на ваш взгляд заключается эволюционная роль этого ароморфоза?
Около 2,8-3 млрд. лет назад появились нитчатые сине-зеленые водоросли. Они представляли собой цепочку клеток, возникшую путем их последовательного деления в одном направлении. Клетки в цепочке были связаны лишь механически. Поэтому нитчатые формы нельзя приравнивать к многоклеточным.
Развитие органического мира в протерозойскую эру.
Протерозой - огромный по продолжительности этап исторического развития Земли (древность - 2,6 млрд. лет, продолжительность - 2 млрд. лет). В течение протерозоя бактерии и сине-зеленые водоросли достигают исключительного разнообразия, с их участием интенсивно шли процессы отложения осадков (железно-рудные и другие месторождения).
Около 1,1-1,4 млрд. лет назад возникли первые эукариоты. Это следующий важный рубеж в докембрийской эволюции организмов после возникновения фотосинтеза и обособления сине-зеленых водорослей.
Существуют две основных гипотезы происхождения эукариотической клетки.
- Аутогенная - предполагает постепенную дифференциацию прокариотической клетки, в ходе которой развился мембранный комплекс, на основе впячивания внутрь клетки плазматической мембраны структурно оформились клеточные органоиды.
- Симбиогенная (выдвинула Л. Маргулис в 1967-1971) - рассматривает возникновение эукариотической клетки в результате симбиоза различных прокариот: крупной клетки-хозяина и более мелких организмов, поселившихся в цитоплазме первого и давших начало различным органоидам.
Вскоре после появления эукариот возник половой процесс, мейоз (крупные ароморфозы).
Каковы последствия этих ароморфозов для эволюции?
Благодаря половому процессу стала возможной перекомбинация родительской наследственной информации. Наследственная информация, присущая разным индивидам, стала объединяться в единый генофонд. Возникли биологические виды. Половой процесс также привел к резкому возрастанию внутривидовой изменчивости и убыстрению темпов эволюции.
Вероятно, около 700-900 млн. лет назад на Земле появились первые многоклеточные организмы.
Какие существуют теории и гипотезы возникновения многоклеточных организмов?
В основе современных представлений о происхождении многоклеточных организмов лежит гипотеза русского ученого И. И. Мечникова - гипотеза фагоцетеллы.
По-видимому, предками многоклеточных были гетеротрофные колониальные жгутиковые, типа современного вольвокса. Первый способ их питания - фагоцитоз.
Клетки, захватившие добычу, перемещались внутрь колонии. Затем из них образовался внутренний слой клеток (энтодерма), выполняющий пищеварительную функцию.
В начале такая колония была шаровидной и свободно плавала в воде. После выделения в ней половых и соматических клеток, а среди последних - движущих и питающих колония превратилась в целостный многоклеточный организм.
Существует и теория неколониального происхождения многоклеточных. Она была разработана сербским ученым И. Хаджи и получила название гипотезы целлюляризации.
Хаджи обратил внимание на некоторое сходство между инфузориями (высшими простейшими) и турбелляриями (примитивными плоскими червями). Это сходство проявлялось в близких размерах, одинаковой форме тела, расположении ряда структур и т. д. И. Хаджи высказал предположение, что многоклеточное строение могло возникнуть путем разделения (целлюляризации) одноклеточного тела инфузорий на отдельные клетки сложно устроенного многоклеточного тела. Но явление целлюляризации никогда не наблюдалось ни у каких инфузорий, поэтому эта гипотеза не находит широкой поддержки.
Таким образом, в протерозое в морях уже обитало много различных водорослей, в том числе прикрепленные ко дну формы. Суша была безжизненной, но на ней по берегам водоемов начался процесс почвообразования (благодаря жизнедеятельности бактерий). В протерозойских отложениях находят представителей вполне сформировавшихся типов животных: губок, кишечнополостных, членистоногих.
Пути эволюционных преобразований первых многоклеточных были различны. Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. Другие стали ползать, перемещаться по субстрату с помощью ресничек. От них произошли плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни, приобрели рот и дали начало кишечнополостным.
В протерозойскую эру в морях уже обитало много разнообразных водорослей, в том числе прикрепленных ко дну форм. Суша была безжизненной, но по берегам водоемов начались почвообразовательные процессы в результате деятельности бактерий и микроскопических водорослей. Начальные звенья эволюции животных не сохранились. В протерозойских отложениях находят представителей вполне сформировавшихся типов животных: губок, кишечнополостных, членистоногих.
IV. Закрепление знаний о состоянии органического мира на протяжении двух первых эр Земли; об основных ароморфозах.
Фронтальная тестовая проверка усвоения (слайд 21,22)
Самостоятельная работа с таблицами:
- 1 вариант - "Основные этапы биохимической эволюции". Дополнить колонку "роль в эволюции" (Приложение 2)
- 2 вариант - "Эволюция пробионтов". Дополнить колонку "Этапы эволюции" (Приложение 3)
Беседа на основе вопросов:
1. Какие важнейшие ароморфозы произошли в архейскую эру? Какое это имело значение для развития жизни на Земле?
2. Когда, в результате каких процессов появился в атмосфере Земли кислород? Как это отразилось на развитии жизни?
3. Какие изменения в органическом мире произошли в протерозойскую эру? Почему оказались перенаселенными моря в эту эру?
4, Объясните одновременное существование различных способов дыхания, питания, размножения, простых и сложных организмов.
V. Задание на дом.
Изучить статью на с. 435 и часть схемы на с. 436; параграф 14.1 и 14.2 до слов "В начале палеозойской..."; ответить на вопросы учебника на с. 443.