Развитие представлений о возникновении жизни на Земле

Урок - лекция

Развитие  представлений о возникновении жизни на Земле

Задачи:

Обучающая

·         Формирование осознанных представлений об эволюции, как об историческом развитии органического мира на Земле.

·         Рассмотреть  разные теории  возникновения жизни на Земле, проанализировать аргументы «за» и «против»

·         Формировать биологическую грамотность

 Развивающая

• Развитие мышления, умения применять его в познавательной и коммуникативной практике
• Развитие умения строить логическое рассуждение, умозаключение и делать выводы; анализировать и выделять главное из предложенного материала.
•  умения выделить главное из лекции, смыслового восприятия предлагаемой информации
• Развивать УУД (Л - самоопределение, Р –целеполагание, оценка, К – умение выражать свои мысли и свою позицию)

Воспитательная

• Формирование научного мировоззрения.
• Воспитание толерантного отношения к инакомыслящим – сторонникам других, отличающихся от общепринятых, точек зрения;

Тип урока: Урок - лекция

Методы: рассказ, объяснение, демонстрация таблиц.

Оборудование: Таблицы: «Зарождение жизни на земле», презентация, рисунки учебника.

Основные понятия: биология, эволюция, онтогенез, филогенез, абиогенез биогенез, креационизм, теория панспермии, гипотезой этернизма, материализм и идеализм, самовоспроизведение, саморазвитие, саморегуляция, микроэволюция.

Ход урока

1.Организационный момент (2 мин).

Приветствие, формулировка темы урока

Как, по вашему мнению, возникла жизнь на Земле?  Какие существуют точки зрения по этой проблеме? Назовите их.

Сформулируйте тему нашего занятия и цель.

2. Лекция (38 мин)

 Запишите тему нашей лекции: «Развитие представлений о возникновении жизни. Гипотезы происхождения жизни на Земле»

Одним из наиболее проблемных и в тоже время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. 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 подготовленный и поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность методологическая – в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам, даже самым простым, свойственны два признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого организма — обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм как бы стремится к главному — воспроизведению себе подобных. И все эти признаки проявляются на всех уровнях организации жизни.

А как, по вашему мнению, можно сформулировать определение понятию «жизнь»?

 Жизнь — одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась таинственной и непознаваемой — вот почему по вопросам ее происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами.

 Приверженцы идеалистических взглядов считают жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же, напротив, полагают, что жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи путем самозарождения (абиогенез) или занесения из других миров, т.е. является порождением других живых организмов (биогенез).

По современным представлениям, жизнь — это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных к самовоспроизведению, саморазвитию и поддержанию своего существования в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой - саморегуляции.

Как могла возникнуть такая сложная и совершенная система?

С накоплением человеком знаний об окружающем мире, развитием естествознания изменялись взгляды на происхождение жизни, выдвигались разные гипотезы. Но и сегодня вопрос о происхождении жизни еще окончательно не решен. Существует множество гипотез происхождения жизни, у каждой из которых есть свои аргументы  и сторонники. Наиболее важными из них являются следующие:

Слайд №2

Креационизм (жизнь была создана Творцом);

Гипотезы самопроизвольного зарождения (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества);

Гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда);

Гипотеза панспермии (жизнь занесена на Землю с других планет);

Биохимические гипотезы (жизнь возникла в условиях Земли в ре зультате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции).

Креационизм (Слайд 3) Согласно этой гипотезе, имеющей древние корни, все существующее во Вселенной, в том числе жизнь, было создано единой Силой — Творцом в результате нескольких актов сверхъестественного творения в прошлом. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворенные виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости в определенных границах (микроэволюция). Этой гипотезы придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Религия, рассматривая вопрос о происхождении жизни, ищет ответ главным образом на вопросы «почему?» и «для чего?», а не на вопрос «каким образом?», в отличие от науки.

Сходство всех живых организмов на молекулярном и клеточном уровне свидетельствует, согласно этой точке зрения, единому плану творения.

 (Слайд 4)

Процесс божественного сотворения мира представляется как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. В связи с этим гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда наряду с другими гипотезами происхождения жизни.

Гипотезы самозарождения (Слайд 5) На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Идея самозарождения высказывалась также философами Древней Греции и даже более ранними мыслителями, т.е. она, по-видимому, так же стара, как и само человечество. На протяжении столь длительной истории эта гипотеза видоизменялась, но по-прежнему оставалась ошибочной. Аристотель, которого часто провозглашают основоположником биологии, писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В средние века многим «удавалось» наблюдать зарождение разнообразных живых существ, таких как насекомые, черви, угри, мыши, в разлагающихся или гниющих остатках организмов. Эти «факты» считались весьма убедительными до тех пор, пока итальянский врач Франческо Реди (1626—1697) не подошел к проблеме возникновения жизни более строго и не подверг сомнению теорию спонтанного зарождения.

(Слайд 6) В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды 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 (рис. 5.1). 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. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Подобных взглядов придерживался и голландский ученый Антонио ван Левенгук (1632—1723), который, используя микроскоп, открыл мельчайшие организмы, невидимые невооруженным глазом. Это были бактерии и протисты. Левенгук высказал мысль, что эти крошечные организмы, или «анималькулы», как он их называл, происходят от себе подобных.

Мнение Левенгука разделял итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729— 1799), который решил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметично запаивал. В итоге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов.

Противники этой точки зрения утверждали, что жизнь в колбах не возникала по той причине, что воздух в них во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарождения.

(Слайд 7,8) Сокрушительный удар по этой гипотезе был нанесен в 19 в. французским ученым-микробиологом Луи Пастером (1822—1895) и английским биологом Джоном Тиндалем (1820—1893). Они показали, что бактерии распространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не возникнут. Пастер пользовался для этого колбами с изогнутым S -образным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как воздух свободно проникал в колбу и выходил из нее (рис. 5.3).

Тиндаль стерилизовал воздух, поступающий в колбы, пропуская его сквозь пламя или через вату. К концу 70-х гг. 19 в. практически все ученые признали, что живые организмы происходят только от других живых организмов, что означало возвращение к первоначальному вопросу: откуда же взялись первые организмы?

Гипотеза стационарного состояния (Слайд 9) Согласно этой гипотезе Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus — вечный).

Гипотеза этернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик В.И. Вернадский, автор учения о биосфере.

Гипотеза панспермии (Слайд 10, 11) Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название панспермии (от греч. pan — весь, всякий и sperma — семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Ее приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим вставали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Ответы искали в первую очередь в физике, и неудивительно, что первыми защитниками этих взглядов выступили представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др.

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца споры бактерий и других организмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, споры и семена растений не погибали даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте.

Другие ученые высказывали мысль о перенесении «спор жизни» на Землю светом.

Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых — лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами.

К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Вик-рамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».

(Слайд 12)Американские ученые обнаружили в некоторых метеоритах азотистые основания - один из основных компонентов ДНК, и доказали их космическое происхождение.

Это существенно расширяет «строительный набор» из «космических» органических молекул, из которых могла зародиться жизнь в первичном океане Земли, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Группа геохимиков под руководством Майкла Каллахэна (Michael Callahan) из Центра космических полетов имени Годдарда (Goddard Space Flight Center) пришла к такому выводу, проанализировав содержание нескольких метеоритов, в которых ранее были найдены аминокислоты - составляющие элементы белков.

Один из редких типов метеоритов, так называемые углистые хондриты, содержит большое количество разнообразных органических веществ, от углеводородов до сложных аминокислот. Каллахэн и его коллеги изучили несколько десятков таких метеоритов и нашли в некоторых из них простейшие азотистые основания - пурин и его производные. Как отмечают ученые, наибольшее число азотистых оснований было найдено в хондритах типа СМ2, для которых характерно большое разнообразие аминокислот и других органических соединений - спиртов и эфиров.

О внеземном происхождении аминокислот ученые судят по соотношению оптических изомеров - различных пространственных конфигураций одной и той же молекулы. Большинство земных аминокислот повернуты влево, тогда как хондриты содержат примерно одинаковое количество как «левых», так и «правых» аминокислот.

Азотистые основания не обладают такими свойствами. Кроме того, микроскопические доли оснований в растворе - несколько частей на миллиард долей, затрудняют количественный анализ. Сложно понять, являются ли «космические основания» действительно внеземными, или же попали в образцы при контакте с почвой.

Но, как отмечают авторы исследования, пурин и его производные в чистом виде на Земле не встречаются. В качестве подтверждения внеземного происхождения этих соединений ученые воссоздали космические условия в лаборатории и смогли синтезировать эти вещества из другой «космической молекулы» - цианида аммония (соединение цианистой кислоты и аммиака), пишет РИА Новости. Кроме того, внеземное происхождение азотистых оснований подтверждается тем, что следы этих веществ не найдены в образцах почвы рядом с метеоритами.

Ученые полагают, что наличие двух базовых видов «кирпичиков жизни» - аминокислот и азотистых оснований - в метеоритах свидетельствует о возможности зарождения жизни на Земле из веществ, которые оказались в первичном океане благодаря метеоритам.

По другой версии жизнь возникла на Земле в результате  биохимических процессов.

Биохимическая  теория Опарина (Слайд 13)

Для исторической экскурсии рассмотрим широко известную и популярную  до сих пор теорию зарождения жизни по Опарину (1924). Надо сказать, что ознакомление с этой теорией, даже в последней версии 1968 г. было делом непростым. Язык и логика науки изменились с тех пор очень сильно, и приходилось всё время переводить на современный.

Опарин предположил, что аминокислоты, нуклеотиды и прочие органические молекулы, образующиеся абиогенным путем, могли спонтанно полимеризоваться, а полимеры, в свою очередь, прилипали друг к другу, образуя крупные комплексы, называемые коацерватами. Коацерваты росли,  присоединяя к себе новые органические молекулы, и могли разделяться на части в результате случайных механических воздействий. Те из них, которые росли быстрее, обладали преимуществом в естественном отборе, и постепенно вытесняли более медленные коацерваты, что и стало причиной для эволюционного развития. Эта эволюция и привела, в конце концов, к возникновению “целесообразных” биомолекул и живой клетки.

 Но и здесь есть противоречия: живое не может произойти от неживого – это было доказано многочисленными опытами.

3.Закрепление изученного.( 3 мин).

(Слайд 14-24)

5.Подведение итогов (1 мин).

6. Задание на дом (1мин) Составить эссе по изученной теме «Моё представление о возникновении жизни».

Источники информации

1.     http://www.biologiya-uroki.ru/index.php/biologiya-kak-nauka/60-2010-02-28-10-15-09.html

2.     http://life-notes.ru/origin/oparin

3.     http://biology.ru/course/content/scientist/redi.html

4.     http://to-name.ru/biography/lui-paster.htm

5.     http://www.bible.ru/bible/r/1/1

6.     http://oko-planet.su/science/sciencecosmos/77201-v-meteoritah-uchenye-nashli-esche-odni-kirpichiki-zhizni.html

7.     http://kse.ucoz.ru/publ/6-1-0-6