Цели:
- расширить, углубить, систематизировать знания о возникновении жизни на Земле, опираясь на материалистические представления и работы различных ученых;
- развивать коммуникативные навыки: грамотно формулировать вопросы, находить логически-правильные ответы, работать и общаться в различных группах, уметь устанавливать причинно-следственные связи;
- воспитывать ответственное отношение к природе на основе знаний о роли человека в сохранении экологического равновесия, как необходимого условия существования всего живого на Земле.
Оборудование:самодельные схемы, таблицы, рисунки учащихся; портреты учёных; плакаты с определениями термина « жизнь»; презентации
Подготовка к уроку
Учащиеся разбиваются на группы: журналисты, сторонники гипотезы панспермии, сторонники креационизма, сторонники биохимической эволюции, сторонники вечности жизни, сторонники самопроизвольного зарождения.
Журналисты по ходу урока готовят и задают сторонникам той или иной гипотезы (теории) вопросы, чтобы потом написать статью и выпустить газету. Сторонники разных гипотез готовят доклады по соответствующим темам и фрагменты презентаций.
Ход урока
Учитель. Сегодняшнее занятие посвящено одному из фундаментальных вопросов современного естествознания – проблеме происхождения жизни. Различные аспекты этой проблемы относятся к областям химии, физики, биологии и имеют важный философский смысл.
«О, физика - наука из наук
Всё впереди, как мало за плечами
Пусть химия нам будет вместо рук
Пусть станет математика очами.
Не разлучайте этих трёх сестёр:
Познания всего в подлунном мире.
Тогда лишь будет ум и глаз остёр-
И знанье человеческое шире»
(Алигер «Ленинские горы»).
Мы попытаемся изложить и обсудить различные гипотезы и теории возникновения жизни, с тем, чтобы все получили представление о различии разных точек зрения на характер этого события. Большая часть соображений, на которых они основываются, умозрительны, так как воспроизвести в сколько-нибудь наглядном виде события, происходившие при возникновении жизни невозможно. Это относится и к научным, и к теологическим построениям. Следует особо отметить, что собранные учащимися данные и выведенные из них заключения соответствуют сегодняшним взглядам: эти взгляды постоянно пересматриваются, и их достоверность ограничена уровнем наших знаний в каждый данный момент.
Среди главных гипотез и теорий возникновения жизни на Земле необходимо назвать следующие:
- креационизм;
- самопроизвольное зарождение;
- гипотеза стационарного состояния;
- панспермия;
- биохимическая эволюция.
На протяжении всей истории цивилизованное человечество задавалось вопросом о сущности и происхождении жизни. В практической деятельности мы без труда отличаем живое от неживого. Однако попытки дать строгое определение живого наталкиваются на ряд трудностей. Характеризуя живое не через один какой- либо признак, а через их совокупность, мы обнаруживаем такие объекты, которые, обладая некоторыми признаками, свойственными живым телам, не обладают другими, очень важными признаками живого. Известно несколько десятков определений « жизни». (Некоторые из них написаны на плакатах и висят на стенах. О них рассказывают учащиеся).
Ученик. Наиболее удачное определение жизни в книге « Анти – Дюринг» дал Ф.Энгельс: « Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Определение Ф.Энгельса, прекрасное по форме и глубокое по содержанию, до сих пор пользуется широким признанием. Однако после выхода книги « Анти – Дюринг» прошло более ста лет. За это время в разных областях естествознания сделаны крупные открытия. В связи с этим многие ученые считают целесообразным расширить и дополнить характеристику живого тела. Считают, например, что живые тела – открытые системы, то есть существуют до тех пор, пока в них поступает энергия в виде пищи, а отбросы выделяются в окружающую среду. Указывают, что живые тела способны к саморегуляции, то есть поддержанию относительного постоянства своего состава и свойств, самовоспроизведению, индивидуальному и историческому развитию. В связи с этим, следует привести определение живого тела, данное нашим отечественным ученым М.В Волькенштейном: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Ученик. А теперь давайте проведем сравнение живого и неживого. К свойствам живого обычно относят: обмен веществ, способность к росту, индивидуальному развитию, воспроизведению себе подобных, способность к эволюционному развитию, раздражимость, подвижность. Наличие лишь некоторых из этих свойств не является, однако, достаточным для определения жизни. Ледник или река характеризуются ростом, подвижностью, обменом веществ, развитием, но они не способны к воспроизведению себе подобных. В насыщенных растворах при внесении туда кристалла идёт образование новых кристаллов, подобных внесённому. Однако кристаллы нельзя отнести к живым телам, так как несмотря на способность к воспроизведению, они не могут эволюционировать. Звёзды, планеты, звёздные системы (галактики), рождаются, стареют и умирают, то есть эволюционируют, они подвижны и даже могут образовывать новые звёзды. Но эти новые образования не будут подобны исходным. С другой стороны, мы, не задумываясь, относим к живому растения, хотя подвижность многим из них не свойственна. Таким образом, лишь комплекс свойств: раздражимость, обмен веществ, способность к росту, индивидуальному и историческому развитию, воспроизведению себе подобных - может считаться необходимым и достаточным для определения жизни.
Ученик. А теперь посмотрим ещё раз на определения « жизни», которые мы представили вашему вниманию и может быть кто – то попытается дать своё определение жизни.
- Жизнь - способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянное самообновление химических составных частей этих тел (Ф. Энгельс, «Анти – Дюринг»)
- Жизнь - это макромолекулярная система с определённой иерархической организацией, способная к воспроизведению, обмену веществ и регулируемому потоку энергии (К. Гробстейн)
- Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот (М. В. Волькенштейн)
- Жизнь – это особая, наиболее сложно организованная форма движения материи, возникшая на определенном этапе ее развития, и представленная в виде живых систем – организмов (А.И. Опарин)
- Жизнь — это «питание, рост и одряхление» организма (Аристотель)
- Жизнь - «химическая функция» (А. Л. Лавуазье)
- Жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний» (Г. Р. Тревиранус).
- Жизнь - это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии.
Учитель. Пришло время познакомить вас с ответом на вопрос « Как возникла жизнь на Земле?»
Свой ответ вам представляют сторонники креационизма (выступление учащихся).
Вопросы журналистов. Согласно вашей гипотезы наша планета Земля и все её обитатели созданы богом или каким-либо другим сверхестественным существом. А зачем это было нужно? Из вашего выступления следует, что Библия – это завет людям. А каково ваше отношение к этой книге? Вы руководствуетесь в жизни теми заповедями, которые в ней даются?
Учитель. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту гипотезу.
В качестве альтернативы креацианизму в древнем Китае, Вавилоне и Египте была распространена гипотеза самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни. Послушаем сторонников этой гипотезы (выступление учащихся).
Вопросы журналистов. Ван Гельмонт, весьма знаменитый и удачливый ученый, описывая свой опыт, допустил ошибку, назвав срок три недели. Как вы думаете, почему это можно назвать ошибкой? В чем состояло, по-вашему мнению, исходное представление Реди? (Он подверг сомнению идею спонтанного зарождения.) Какая другая причина могла препятствовать росту микроорганизмов в опытах Спалланцани? (Образование спор). К каким практическим достижениям привели теоретические споры по проблеме происхождения жизни? (научный спор Спалланцани и Нидхэма натолкнул на мысль о возможности консервации продуктов, а в результате спора Пастера и Пуше возникла пастеризация. Доказав микробную основу инфекционных заболеваний, Л. Пастер заложил фундамент для создания английским хирургом Дж. Листером теории антисептики, после чего в медицине начала применяться стерилизация ран и хирургических инструментов).
Учитель. Коль скоро для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм? Только гипотеза стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос. Слушаем сторонников этой гипотезы (выступление учащихся).
Вопросы журналистов. Вы в своем выступлении сослались на метод радиоактивного распада, применяемый при определении возраста Земли. В чем его суть? (за каждые 100 мл. лет из 1кг. урана независимо от внешних условий остается 985г., а образуется 13г. свинца и 2г. гелия. Определив количество свинца и гелия в пробе породы, можно установить геологический возраст).
Учитель. Еще одна гипотеза не предлагает никаких механизмов для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о её внеземном происхождении. Это гипотеза панспермии. Сторонники данной гипотезы, ваша очередь (выступление учащихся).
Вопросы журналистов. Что вам известно о возможности существования жизни на других планетах? (При помощи космических приборов были получены подробные снимки поверхности, свидетельствующие о том, что Меркурий - безжизненная планета. Венера обладает атмосферой, которая состоит из углекислого газа, не пропускающего теплового излучения от поверхности Венеры. Поэтому температура поверхности этой планеты 400°С. При такой температуре не могут существовать вода в жидком состоянии и органический материал. На поверхности Венеры жизнь невозможна. В результате исследовательских работ, проведенных на Марсе космическими аппаратами «Викинг-1» и «Викинг-2», положительные результаты получены не были. Хотя ученые считают, что места посадки для этих аппаратов были выбраны неудачно. Поэтому исследование Марса продолжается).
Учитель.Наиболее плодотворной оказалась гипотеза биохимической эволюции. Важным здесь явилось предположение А.И.Опарина, что атмосфера первичной Земли была не такой как сейчас и первым шагом на пути возникновения жизни на Земле стала химическая эволюция.
(Выступление учащихся).
Учитель. Предположение А.И.Опарина получило щирокое признание и было подтверждено экспериментами. Особую известность получили опыты С.Миллера (1955) (выступление учащихся).
Учитель.Результаты этих экспериментов подтвердили справедливость предположений А.И.Опарина и доказали, что ещё до возникновения жизни на поверхности Земли химическим путем могли образоваться вещества, входящие в живые системы. А затем началась биологическая эволюция с концентрирования органических веществ (выступление учащихся).
Учитель. Хотя эту гипотезу, перешедшую в ранг теории, признают очень многие ученые, астроном Фред Хойл высказал мнение, что мысль о возникновении живого в результате описанных выше случайных взаимодействий молекул «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести к сборке Боинга-747».
Вопросы журналистов. Могли ли простейшие органические соединения образоваться в космосе и попасть на первичную Землю? За счет какой энергии происходил синтез первых органических соединений на Земле? (Ультрафиолетовое излучение Солнца). Какие требования должны быть предъявлены к органическим молекулам, чтобы химическая эволюция могла перейти в биологическую? (Возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений). Какие характерные черты живых организмов вы видите у коацерватов? (Рост и обмен веществ с окружающей средой).
Учитель. Трудно сказать, каковы были первые исходные для всего живого формы организмов. По-видимому, возникая в различных частях планеты, они отличались друг от друга. Какова же была природа самых первых организмов, узнаем из выступления учащихся (выступление учащихся).
Учитель. Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединений, то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Это понимал ещё Ч.Дарвин, в 1871 году он писал: «Но если бы сейчас (ах какое большое если!) в каком-либо тёплом водоёме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, всё более сложным преобразованиям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ». В настоящее время живое происходит от живого. Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
Ученик. Несмотря на всё сказанное выше, проблема возникновения жизни остаётся нерешенной, и при всех огромных успехах биологии, химии, физики ответы на вопросы носят умозрительный характер. Вам был предложен в упрощенном виде сплав из имеющихся гипотез. Гипотезы, которая могла бы стать «руководящей» и превратиться во всеобъемлющую теорию, пока нет.