Урок биологии по теме "Развитие представлений о возникновении жизни на Земле. Гипотеза Опарина-Холдейна"

Цель: развитие интеллектуальной и духовной сфер учащихся, их творческих способностей на основе содержательного и деятельностного компонентов по теме “Развитие представлений о возникновении жизни”.

Задачи:

Образовательные:

• сформировать представления о происхождении жизни на Земле;
• о возникновении живого из неживого естественным путем в процессе длительного исторического развития;

Развивающие:

• развитие умения использовать полученные знания в нестандартных условиях ролевой игры
• развитие навыков работы с различными источниками информации
• развитие самостоятельности в учебной работе

Воспитательные:

• способствовать формированию коммуникативных навыков, формирование материалистического мировоззрения на проблему возникновения жизни на Земле.
• воспитание ответственного отношения к жизни в целом и своей собственной

Тип урока: Урок усвоения и закрепления нового материала (ролевая игра).

Этап подготовки начинаем с адаптации составленного нами сценария по отношению к конкретным ученикам и сложившейся учебной ситуации. Эту работу, как и постановку проблемы, выработку целей игры, описание конкретного ее варианта, плана, содержание инструктажа, подготовку необходимого оборудования и репетиции сценки мы проводим с учащимися 9 класса.

Оборудование:

• Костюмы для персонажей-ученых
• Горшки; зерно, рубашка, календарь, игрушечные мыши
• Горшок (можно взять колбу), змеи (резиновые), личинки мух (можно вылепить из пластилина)
• Микроскоп
• Колбы, пробка, бульон
• Колбы, S-образная трубка
• Раздаточный материал (кроссворды по теме)
• Компьютер, проектор, презентация.

Действующие лица:

• Ведущая
• Ведущий
• Аристотель
• Демокрит
• Ян Ван Гельмонт
• Франческо Реди
• Лейбниц Готфрид Вильгельм
• Антонии Ван Левенгук
• Ладзаро Спалланцани
• Луи Пастер
• А. И. Опарин
• Ч. Дарвин

Эпиграф урока:

“О, решите мне загадку жизни, мучительную древнюю загадку, над которой билось уже столько голов,— головы в шапках, расписанных иероглифами, головы в тюрбанах и черных беретах, головы в париках и тысячи других бедных человеческих голов...” Г. Гейне. Слайд 2

Структура урока:

1. Организационный момент – 1 мин
2. Актуализация опорных знаний – 3 мин
3. Постановка проблемных вопросов – 1 мин
4. Изучение нового материала – 21 мин
5. Закрепление пройденного – 12 мин
6. Итог урока. Выставление оценок – 2 мин
7. Рефлексия – 2 мин
8. Домашнее задание – 3 мин

Вступительное слово учителя для создания благоприятного психологического настроя учащихся:

Всегда ли жизнь была,
Иль создана могучею рукою?
Из космоса она пришла,
Иль зарождаться может заново, в покое?
Мы будем спорить, это обсуждать,
Доказывать, опровергать.
Нам чашу знаний нужно до конца испить...
Загадку жизни мы сумеем разрешить!

II. Актуализация опорных знаний – 3 мин

В начале урока можно наметить основные направления, по которым будет проводиться работа при изучении данной темы. Для этого можно предложить учащимся выделить ключевое слово в теме урока. Этим словом является жизнь.

Учитель задаёт вопрос:

- Как вы думаете, какие проблемы можно рассматривать в контексте понятия “жизнь”?

Ученики отвечают: (На слайде выносится схема)

- Как развивалась жизнь? Слайд 3

Сегодня мы тоже попробуем “решить загадку жизни”, над которой билось много умных голов. Прежде, чем говорить о проблеме происхождения жизни, необходимо определиться с понятием “жизнь”. Что же такое жизнь?

Наиболее удачное определение жизни дал Ф. Энгельс.

Жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является непрерывный обмен веществ с окружающей их внешней природой.  С прекращением обмена веществ, прекращается и жизнь, разлагается белок. (Ф.Энгельс) Слайд 4

Но однозначного, полного определения жизни пока нет. Единственный способ описать жизнь – это перечислить основные свойства живых организмов.

В тетради запишите: Свойства живых организмов и перечислите эти свойства.

Свойства живого: способность к движению, способность к росту и развитию, обмен веществ, дыхание, питание, раздражимость, размножение, клеточное строение. Слайд 5

Учитель: С глубокой древности и до нашего времени было высказано огромное количество гипотез о происхождении жизни на Земле. Во второй половине ХХ века было предложено 120 теорий и гипотез возникновения жизни, одни были самостоятельными, другие представляли собой продолжение уже существующих. Рассмотрим некоторые, часто обсуждаемые гипотезы и теории.

Ребята, давайте вспомним, что такое гипотеза, и что такое теория? (ученики отвечают)

Гипотеза – предположение, имеющее недостаточное доказательство, а теория – взгляды, имеющие твердые доказательства. Поэтому мы говорим о гипотезах возникновения жизни, точного доказательства они не имеют, да и трудно это сделать, потому, что невозможно провести эксперимент, доказывающий происхождение жизни на Земле. Иногда приравнивают понятие теории и гипотезы, если речь идет о таких глобальных процессах.

III. Постановка проблемных вопросов – 1 мин

Поставим перед собой проблемные вопросы, - как возникла жизнь на Земле? – Какие существуют взгляды и гипотезы о происхождении жизни на Земле, и какая из них наиболее убедительна? Для этого, я предлагаю вам посмотреть сценку, которую подготовили для вас ваши одноклассники. Слайд 7

IV. Изучение нового материала – 21 мин (Ход сценки – 18 мин)

Ведущая:

Жизнь – одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась таинственной и непознаваемой – вот почему по вопросам её происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Приверженцы идеалистических взглядов считали (и считают) жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же разделились на две взаимоисключающие точки зрения: сторонники теории биогенеза - полагали, что все живое происходит только от живого, а их противники защищали теорию абиогенеза: они считали возможным происхождение живого от неживого.

Ведущий: Нам с вами сегодня предстоит стать свидетелями этих споров. Встречаем философов Древней Греции.

Выходят Аристотель и Демокрит.

Аристотель: Лягушки, насекомые и черви заводятся в сырой почве.

Демокрит: Рыбы могут зарождаться из ила, а мухи из мяса. Слайд 8

Выводы (делает учитель): Натурфилосовские взгляды древних греческих мыслителей кажутся нам наивными. Но именно благодаря греческим ученым были поставлены все основные проблемы, касающиеся развития естествознания, строения материи, проблема движения, проблемы жизни, а в дальнейшем и проблемы эволюции.

Ведущий: Идея самозарождения получила широкое распространение в Средневековье и Эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (например, мышей из тряпок). Голландский ученый Ян Ван Гельмонт в 17 веке описал свой опыт, утверждая, что живые мыши якобы зарождались у него из грязного белья и горсти пшеницы, запертых в шкафу.

Ян Ван Гельмонт: “Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди. Что случится? Через двадцать один день появятся мыши: они зародятся из испарений слежавшегося зерна и грязной рубашки”. Слайд 9

Ведущий: Проблема происхождения жизни на Земле приобретает все большую сложность по мере углубления наших знаний о ней.

Ведущая: Против теории самозарождения в XVII веке выступил итальянский врач Франческо Реди.

Выходит Франческо Реди: Сейчас я докажу вам, что самозарождения не происходит (показывает и описывает свой опыт). Я взял мертвых змей и поместил их в закрытый горшок. Через некоторое время, открыв горшок, я заметил, что никаких червей там не зародилось. Но сторонники теории самозарождения не сдавались, они утверждали, что самозарождение не произошло по той лишь причине, что в закрытый сосуд не поступал воздух. Но и на это у меня нашлось своё объяснение: на этот раз я взял змей и поместил их в разные сосуды, причем одни сосуды, я накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змеях в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Слайд 10

Ведущий: Таким образом, Реди доказал, что белые черви, появляющиеся в мясе змей, - личинки флорентийской мухи и что если мясо закрыть и предотвратить доступ мух, то оно не “произведет” червей.

Ведущая: Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни.

Ведущий: В XVIII веке теорию самозарождения жизни продолжал защищать немецкий математик и философ Готфрид Лейбниц.

Лейбниц: В живых организмах существует особая “жизненная сила”, которая присутствует всюду. Достаточно лишь вдохнуть её, и неживое станет живым. Слайд 11

Ведущая: Микроскоп открыл людям микромир. Голландский ученый Антони Ван Левенгук, используя микроскоп, открыл мельчайшие организмы, невидимые невооруженным глазом. Это были бактерии и протисты.

Левенгук: Эти крошечные организмы, “анималькули”, происходят от себе подобных. Слайд12

Ведущий: Мнение Левенгука разделял итальянский ученый Ладзаро Спалланцани.

Ладзаро Спалланцани: Я доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Я помещал в мясной бульон, который богат органическими веществами в сосуды и кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметично запаивал, в итоге бульон оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Слайд 13

Лейбниц: Жизнь в колбах не возникает потому что длительное кипячение убивает “жизненную силу”, которая не может проникнуть в запаянную колбу!

Ведущая: Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продолжались и в IX веке.

Голос за сценой: Внимание, внимание! Сенсационная новость! Французская академия наук назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении!

Луи Пастер (задумываясь, почесывая подбородок): Я займусь этим.... Всё гениальное просто! Возьму я колбу с различными питательными средами, в которых могут развиваться микроорганизмы и прокипячу их, микроорганизмы погибнут. Но я то помню, что утверждали виталисты - жизненная сила не может проникнуть в запаянную колбу, поэтому я присоединю к ней S-образную трубку со свободным концом.

Через некоторое время: Споры микроорганизмов осели на поверхность этой изогнутой трубки и не проникли в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной и самозарождения не наблюдается, хотя доступ воздуха, а с ним и пресловутой “жизненной силы”, был обеспечен. Слайд 14

Ведущий: Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни, за что получил премию Французской Академии наук. Представлениям о жизненной силе – витализму был нанесен сокрушительный удар!

Ведущая: Вопрос о возникновении жизни на нашей планете долгое время ещё оставался открытым.

Ведущий: В 1924 г. Известный биохимик А. И Опарин высказал предположение...

Эпиграфом для этой части урока можно взять слова Эразма Дарвина (написаны красочно на плакате или на слайде)

...В природе мировой,
В борьбе стихий,
В развитии постепенном
Все существа,
Все формы создались,
И Жизнею
Могучею зажглись! Слайд 15

А. И. Опарин: При мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4 – 4,5 млрд лет назад состояла из метана, аммиака, углекислого газа и паров воды, могла возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Слайды 16-17

Ведущий: Американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60 000 В через смесь метана, аммиака, водорода и паров воды под давлением в несколько паскалей при температуре 80°С получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот, в том числе глицин и аланин. Слайд 18

Ведущая: Как мы уже знаем, аминокислоты – “кирпичики”, из которых построены молекулы белков. Поэтому экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот из неорганических соединений – чрезвычайно важное указание на то, что первым шагом на пути возникновения жизни на Земле был абиогенный (небиологический) синтез органических веществ.

Ведущий: Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулы (нуклеиновые кислоты и белка), прошли отбор на устойчивость к воспроизведению себе подобных.

Ведущая: Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас?

Ведущий: Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Это прекрасно понимал еще Ч. Дарвин.

Ч. Дарвин: “Но если бы сейчас... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ”. Слайд 19

Ведущая: Спасибо! Мы возвращаемся в действительность.

Ведущий: Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Жизнь — это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных самовоспроизводиться, саморазвиваться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой. Слайд 20

Мы с вами уже познакомились с некоторыми гипотезами возникновения жизни. Давайте вспомним их. Ученики отвечают:

- Креационизм – Божественное сотворение мира. Слайд 21

- Гипотеза стационарного состояния - Земля и все живые организмы никогда не возникали, а существовали вечно.

- Гипотеза панспермии – жизнь была занесена из космоса с метеоритами и космической пылью. Слайд 22

- Гипотеза самозарождения, которую мы наглядно рассмотрели сегодня

- Гипотеза биохимической эволюции – белково-коацерватная теория (А. И. Опарин, С. Миллер)

Этапы процесса возникновения жизни на Земле по Опарину:

1. Возникновение органических веществ.

2. Образование из простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.). Так же образование коацерватных капель – структур типа геля.

3. Образование полинуклеотидов – ДНК и РНК, и включение их в коацерваты.

Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов. Слайд 23

Земля возникла около 4, 5 млрд. лет назад. Образовалась земная кора, затем атмосфера и мировой океан. В “первичном бульоне” мирового океана зародилась жизнь.

Учитель: В 1929 г. появилась статья английского биолога Д.Холдейна на ту же тему. Можно встретить информацию, что это теорию химической эволюции называют еще теорией Опарина-Холдейна. Первенство в образовании жизни А.И.Опарин отдавал белкам, а Дж.Холдейн – нуклеиновым кислотам. Ученые утверждают, что на возникновение жизни в земном варианте потребовалось времени – менее одного млрд. лет. Уже около 4 млрд. лет назад существовали первые микроорганизмы, от которых произошло все многообразие форм земной жизни. Слайд 24

Гипотеза Опарина-Холдейна завоевала много сторонников.

Жизнь возникла на земле абиогенным путем (из неживых элементов) и этому есть экспериментальное подтверждение. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Но в этой теории есть и недостаток: не удалось решить проблему как произошел качественный скачок от неживого к живому. Это задача будущих научных исследований. Слайды 25-26

Учитель: Вернемся к проблемным вопросам – как возникла жизнь на Земле, какие существуют взгляды и гипотезы происхождения жизни на Земле? Какая из них наиболее убедительна? Какая гипотеза понравилась вам больше всего и почему? Слайд 27

Предполагаемый ответ:

1. Выделяют 5 основных гипотез возникновения жизни на Земле.
2. Наиболее убедительна гипотеза биохимической эволюции Опарина – Холдейна.
3. Гипотезы, которая бы точно и подробно раскрывала вопрос возникновения жизни на Земле – нет.

Итак, ребята, современные знания о происхождении жизни на земле подводят нас к следующим выводам: Слайды 28-29

Земля возникла около 4, 5 млрд. лет назад. Образовалась земная кора, затем атмосфера и мировой океан. В “первичном бульоне” мирового океана зародилась жизнь. Cуществует 5 основных гипотез возникновения жизни на Земле. Наиболее убедительна гипотеза биохимической эволюции Опарина – Холдейна. Каждая из гипотез имеет свои сильные и слабые стороны, но ни одна не дает точного ответа на вопрос о происхождении жизни. Гипотезы, которая могла бы стать “руководящей” и превратиться во всеобъемлющую теорию, пока еще нет.

Учитель: Давайте поработаем с кроссвордом (Приложение 1) Слайд 30 и синквейнами.

Вспомним, что такое синкейн.

Синквейн (от французского слова “пять строк”). Синквейн – это стихотворение, которое требует изложения большого объема учебной информации в кратких выражениях, что позволяет сделать вывод. Это стихотворение из пяти строк, которое строится по определенным правилам.

Данную работу ребята могут выполнить в парах.

Синквейн:

1. название синквейна – тема, обычно одно слово (существительное, что?)

2. описание темы в двух словах (прилагательное, прилагательное (какой? какая?))

3. описание действия в рамках темы тремя словами (глагол, глагол, глагол (что делает?))

4. фраза, показывающая отношение к теме, “крылатая фраза” на тему синквейна.

5. слово, которое повторяет суть темы (существительное) Слайд 32

Учитель: Я предлагаю вам синквейн с открытыми строками. Ваша задача определить по указанным строкам, о какой гипотезе происхождения жизни идет речь, и закончить синквейн. Ученики получают лист с пропущенными строками (Приложение 2) и, работая по парам, заканчивают синквейн. Слайд 33

1......................Креационизм

2. Божественная, недоступная

3. Сотворил, дал жизнь, научил

4. Мир создал Бог

5. .................. Бог или Творец

Следующий синквейн.

1...................Биохимическая гипотеза

2. современная, коацерватная.

3. проверили, поэкспериментировали, доказали

4................Все живое произошло от не живого (абиогенез)

5...............Опарин – Холдейн

Слайд 34

Составьте синквейн о гипотезе самопроизвольного зарождения жизни, панспермии или стационарного состояния самостоятельно по парам, даю 3 минуты.

Предполагаемые ответы:

1. Гипотеза самозарождения

2. абсурдная, смешная

3. зарождаются из ила, выходят из смолы, возникают при гниении

4. Живые организмы зарождаются самопроизвольно

5. Луи Пастер

1. Гипотеза панспермии

2. космическая, инопланетная

3. попадают случайно, найдены на Луне, занесены на Землю

4. Жизнь на Землю занесена космическими телами или пришельцам

5. бактерии – зародыши жизни

1. Гипотеза стационарного состояния

2. вечная, неизменная

3. была, есть и будет

4. Жизнь на Земле существует всегда

5. вечность

Учитель: Подведем итог: мы рассмотрели 5 самых распространенных гипотез возникновения жизни на Земле. Более остальных имеет экспериментальные доказательства гипотеза биохимической эволюции Опарина – Холдейна.

Подводятся итоги урока, выставляются оценки

VII. Рефлексия – 2 мин.

– Я довольна вашей работой, но моей оценки недостаточно, предлагаю провести самооценку и взаимооценку работы на уроке, основные моменты указать в тетради; — кратко обсудить устно итоги урока. Слайд 35

VIII. Домашнее задание – 3 мин.: параграфы 8. 2 и 8.3, ответить на вопросы в конце параграфа, заполнить таблицу. Слайд 36

- Спасибо за внимание! Слайд 37

Список ресурсов.

1. Общая биология: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений /Д. К. Беляев, П. М. Бородин, Н. Н. Воронцов и др.; Под ред. Д.К. Беляева, Г. М. Дымшица. – 5-е изд. – М.: Просвещение, АО “Московские учебники”, 2005. – 304 с.
2. Биология. Введение в общую биологию и экологию: учеб. Для 9 кл. общеобразоват. учреждений / А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник. – 7-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2006. – 303 с.
3. http://pechnikovo-dr.ucoz.ru/index/proiskhozhdenie_zhizni/0-47