Конспект занятия 'Гипотезы происхождения жизни. Отличительные признаки живого. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции'

План-конспект учебного занятия №_____.

Тема: «Гипотезы происхождения жизни. Отличительные признаки живого. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции».

Дата проведения: « » ________________ 20___ г.

Цели: познакомить обучающихся с различными взглядами на проблему возникновения и развития жизни на Земле; продолжить формирование знаний о возникновении жизни на Земле, об условиях, способствующих возникновению живого из неживого, о возникновении планеты Земля; познакомить с основными постулатами теории А.И. Опарина - Дж. Холдейна, развивать навыки формирования выводов на основе известных теорий и гипотез, совершенствовать графические навыки обучающихся.

Тип урока: Комбинированный.

Методическое обеспечение урока:

А) Учебные пособия: учебник «Общая биология» В.И. Сивоглазов 10-11 класс; учебная доска; мел.

Б) Средства контроля: опрос, решение познавательных задач.

Основные понятия урока: эволюция органического мира, теория биогенеза и абиогенеза, гипотеза панспермии, гипотеза самопроизвольного зарождения жизни, гипотеза биохимической эволюции (теория Опарина), эоны, эры, периоды, ароморфозы.

Ход урока:

1. Оргмомент

2. Проверка и актуализация приобретённых знаний.

Опрос:

1. Назовите основные факторы эволюции.

2. Какой фактор обеспечивает возникновение нового генетического материала в популяции?

3. Способен ли мутационный процесс оказывать направляющее влияние на процесс эволюции и почему?

4. Что такое дрейф генов?

5. Какой фактор приводит к прекращению обмена генетической информацией между популяциями? Каково его эволюционное значение?

6. Какие вам известны формы естественного отбора?

7. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.

8. Почему одни животные имеют яркую, демаскирующую окраску, а другие, наоборот, - покровительственную?

9. В чем состоит сущность мимикрии?

10. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.

11. в чем состоит сущность предостерегающей окраски?

12. В чем сущность маскировки?

13. В чем сущность относительности любого приспособления к условиям обитания? Приведите примеры.

14. Перечислите способы видообразования.

15. Охарактеризуйте механизмы основных путей видообразования.

16. Каково значение пространственной изоляции для образования новых видов?

3. Изучение новой темы (рассмотрение и конспектирование основных ключевых вопросов в тетради)

Вопросы о происхождении жизни на Земле и о возникновении самой Земли всегда волновали человечество. Единой точки зрения на вопрос о происхождении жизни на Земле в науке не существует. С глубокой древности и до настоящего времени высказано множество самых разнообразных гипотез.

Согласно концепции креационизма, жизнь возникла в прошлом в результате уникального акта творения. В идею сотворения мира можно верить, но ее нельзя доказать, т.к. процесс божественного сотворения мира произошел и его невозможно наблюдать, повторить или смоделировать. Поэтому концепция креационизма вряд ли когда-либо будет доказана или опровергнута.

Гипотеза стационарного состояния, или вечности жизни:

жизнь на Земле никто никогда не создавал, потому что она существует вечно. Виды тоже никогда не возникали, они были и есть, и эволюционировать они не могут. Единственное что им может грозить - изменение численности или вымирание, если условия станут не подходящими для их существования.

 Виды не могут существовать вечно, в результате движущих сил эволюции у организмов возникают и совершенствуются адаптации к условиям среды, а их закрепление в изолированных популяциях может привести к образованию новых видов. Видообразование является результатом микроэволюции.

Способы видообразования:

1. Преобразование одного вида в другой

2. Гибридизация двух видов, в результате которой происходит третий вид (межвидовое образование)

3. Истинное видообразование (дивергенция признаков).

Остальные теории формировались на основе двух идей - биогенеза и абиогенеза.

Идея биогенеза (от греч. bios - жизнь, genesis - происхождение), базируется на происхождении живого от живого.

Идея абиогенеза (лат. a - отрицательная приставка) основывается на том, что живое возникло из неживого.

Идея биогенеза происходит из представлений об отсутствии начала и конца жизни.

Представление о биогенном происхождении жизни на Земле отражено в гипотезе панспермии, которую выдвинул Ю.Либих.

Согласно этой гипотезе жизнь существует вечно и переносится с планеты на планету метеоритами. Ученый полагал, что простейшие организмы или их споры («семена жизни») могли быть занесены на Землю, где они нашли благоприятные условия, размножились и дали начало эволюции от простых форм к сложным.

Особенно активно эту гипотезу развивал шведский химик-физик С. Аррениус, считая, что споры могут перемещаться в космосе под действием солнечного света, так называемого «солнечного ветра».



1. Взгляд оказался несостоятельным, т.к. было доказано, что в космосе ионизирующие лучи убивают все живое.

2. В космических исследованиях нашей Солнечной системы присутствия жизни не обнаружено. Эти исследования не дают никаких сведений о возможной жизни в других звездных системах.



1. Для обоснования гипотезы панспермии используют сведения о появлении НЛО на Земле, на что косвенно указывают древние наскальные изображения предметов, похожих на космические корабли и инопланетян.

2. При изучении материала метеоритов и комет в них обнаружен ряд «предшественников живого»: некоторые органические вещества (синильная кислота, метан). Спектральный анализ межзвездного пространства показал наличие органических веществ: формальдегида, метана, оксида углерода. Гипотеза панспермии уходит от решения вопроса о происхождении жизни на Земле: если жизнь возникла не на Земле, то как она возникла вне ее?

Идея абиогенеза восходит к цивилизациям, существовавшим задолго до нашей эры в долине рек Тигра и Ефрата, подвергшимся частым разрушительным наводнениям. Именно поэтому у людей возникло представление, что жизнь может прерываться и возникать заново.

На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное самозарождение жизни, верили, что существует некое «активное начало», которое может создать живой организм.

Аристотель писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. Ван Гельмонт описал эксперимент, где он якобы за 3 недели из грязного белья и горсти зерна пшеницы создал мышей, активным началом стал человеческий пот. Также предполагали, что рыбы появились из ила, черви - из почвы, мухи - из гнилого мяса.

В 1668 г. итальянский ученый Ф. Реди провел опыты, которые нанесли взглядам самопроизвольного зарождения сокрушимый удар. Он доказал, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, - личинки, которые развивались из яиц, отложенных мухами.

В 1860 г. Луи Пастер простым опытом доказал, что самопроизвольное зарождение организмов невозможно. В колбу с припаянной к ней S - образной трубкой он налил мясной бульон и прокипятил его. Бульон не портился до тех пор, пока он не попадал на стенки S - образной трубки, где оседали споры бактерий.

 Доказал, что «все живое происходит только из живого» - необходимы бактериальные клетки для размножения и развития организмов в стерильном бульоне, а если их нет - бульон так и остается стерильным;

 Он не смог объяснить, откуда взялись на Земле первые живые организмы, ведь согласно клеточной теории Шванна и Шлейдена клетка происходит только от клетки, а откуда взялся тот самый организм и та самая изначальная клетка - неизвестно.

Одним из первых проблему возникновения жизни с научной точки зрения попытался решить российский академик А.И. Опарин, на основании идеи абиогенеза выдвинувший гипотезу о возникновении жизни из веществ неорганической природы (теория биохимической эволюции). Эта гипотеза легла в основу большинства современных представлений о происхождении жизни на Земле.

Этапы развития жизни на планете по Опарину:

1. Абиогенный синтез простейших органических соединений из неорганических;

2. Абиогенный синтез полимеров (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) из простых органических соединений;

3. Образование коацерватов как обособление в растворе высокомолекулярных веществ в виде высококонцентрированного раствора;

4. Взаимодействие коацерватов с окружающей средой , сходство с живыми организмами: рост, питание, дыхание, обмен веществ, размножение;

5. Возникновение генетического кода, мембраны, начало биологической эволюции.

Эта гипотеза была принята многими учеными разных стран, и на ее основе англ. ученый Джон Десмонд Бернал сформулировал современную теорию возникновения жизни на Земле, названную теорией биопоэза. Бернал выделил три основные стадии возникновения жизни:

1. абиогенное возникновение органических мономеров;

2. образование биологических полимеров;

3. формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов).

1. Абиогенное возникновение органических мономеров:

Планета возникла около 4,6 млрд.лет назад. Постепенное уплотнение планеты сопровождалось выделением огромного выделения тепла, распадались радиоактивные соединения, от Солнца шел поток жесткого УФ-излучения. Спустя 500 млн. лет назад началось медленное остывание Земли. В первичной атмосфере накапливались газы - CO₂, СО, NH₃, СН₄, Н₂S.

Вода, постепенно испаряясь с поверхности Земли, конденсировалась в верхних слоях атмосферы и вновь выпадала в виде дождей на раскаленную земную поверхность. Постепенное снижение температуры привело к тому, что на Землю обрушились ливни, сопровождающиеся непрерывными грозами. На земной поверхности стали образовываться водоемы. В горячей воде растворялись атмосферные газы и те вещества, которые вымывались из земной коры. В атмосфере образовывались простейшие органические вещества - формальдегид, глицерин, некоторые аминокислоты, мочевина, молочная кислота и др. Так как в атмосфере свободного кислорода не было, эти соединения, попадая в воды первичного океана, не окислялись и могли накапливаться, усложняясь в строении и образуя концентрированный «первичный бульон». Это продолжалось в течение десятков миллионов лет.

2. Образование биологических полимеров и коацерватов:

Образовавшиеся органические вещества взаимодействовали друг с другом и с неорганическими соединениями, попадающими в водоемы. Часть из них разрушалась, летучие соединения переходили в атмосферу, высокая температура вызывала испарение воды из первичных водоемов, это приводило к многократной концентрации органических соединений. ЖК, вступая в реакцию со спиртами, образовывали липиды, которые формировали жировые пленки на поверхности водоемов. Аминокислоты, соединяясь друг с другом, образовывали пептиды. Важный этап - появление нуклеиновых кислот - молекул, способных к редупликации. Первыми образовывались короткие цепи РНК, которые могли синтезироваться самостоятельно, без участия ферментов.

Образование нуклеиновых кислот и взаимодействие их с белками стало предпосылкой для возникновения жизни, в основе которой лежат реакции матричного синтеза и обмена веществ.

Опарин считал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам. Белки образовывали коллоидные комплексы, притягивающие к себе молекулы воды, которые формируют вокруг белков своеобразную оболочку. Такие комплексы образовывали коацерваты - структуры, обособленные от остальной массы воды. Поглощение коацерватами ионов металлов приводило к образованию ферментов. Белки в коацерватах защищали нуклеиновые кислоты от разрушающего действия УФ. Системы такого рода уже обладали некоторыми признаками живого, но для превращения их в первые живые организмы им не хватало биологических мембран.

3. Формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов):

Мембраны могли образовываться из покрывающих поверхности водоемов липидных пленок, к которым присоединялись различные растворенные в воде пептиды. При порывах ветра, при волнении водоема поверхностная пленка изгибалась, от нее могли отрываться пузырьки, которые поднимались в воздух и падали обратно, покрываясь вторым липидно-пептидным слоем. Биологические мембраны обеспечивали защиту и независимое существование коацерватам, создавая упорядоченность биохимических процессов. В дальнейшем сохранялись и превращались в простейшие живые организмы только те структуры, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизводству. Так возникли пробионты - примитивные гетеротрофные организмы, питавшиеся органическими веществами бульона. Закончилась химическая эволюция и наступило время биологической эволюции живой материи.

Первые организмы:

Первые живые организмы были анаэробными гетеротрофами, не имели внутриклеточных структур и были похожи по строению на современных прокариотов. Они получали пищу и энергию из органических веществ абиогенного происхождения. Запасы органических веществ, которые синтезировались на ранних этапах эволюции, постепенно истощались, и между первичными гетеротрофами возникала жесткая конкуренция, которая ускорила появление автотрофов.

Самые первые автотрофы были способны к фотосинтезу, т.е. использовали в качестве источника энергии солнечную радиацию, но кислород при этом не образовывали. Лишь позднее появились цианобактерии, способные к фотосинтезу с выделением кислорода (АРОМОРФОЗ!!!). Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию озонового слоя, который защитил первичные организмы от УФ-излучения, но при этом прекратился абиогенный синтез органических веществ. Наличие кислорода привело к образованию аэробных организмов, которые сегодня составляют большинство среди живых организмов (Кислородное дыхание - АРОМОРФОЗ!!!).

Параллельно с совершенствованием обменных процессов происходило усложнение внутреннего строения организмов: образовывались ядро, рибосомы, мембранные органоиды, т.е. возникали эукариотические клетки (АРОМОРФОЗ!!!).

Некоторые первичные гетеротрофы вступали в симбиотические отношения с аэробными бактериями. Захватив их, гетеротрофы начинали использовать их в качестве энергетических станций. Так возникли современные митохондрии. Эти симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы захватывают не только аэробных гетеротрофов, но и первичных фотосинтетиков - цианобактерий, образуя нынешние хлоропласты. Так появились предшественники растений.

Возникает многоклеточность (АРОМОРФОЗ!!!)

В настоящее время живые организмы возникают только в результате размножения. Появляется половое размножение (АРОМОРФОЗ!!!)

Самозарождение жизни невозможно по нескольким причинам:

1. В условиях кислородной атмосферы Земли органические соединения быстро разрушаются, не могут накопиться и усовершенствоваться;

2. В настоящее время существует огромное количество гетеротрофных организмов, которые используют любое скопление органических веществ для своего питания.

Важное событие в эволюции органического мира - выход живых организмов на сушу (АРОМОРФОЗ!!!). Выйдя на обмелевшие участки суши, прокариоты начали процесс образования почвы. Спустя много времени, на сушу вышли и эукариоты - растения, грибы, животные. Процесс эволюции идет уже в 2 средах - почвенной и наземно-воздушной.

Первые растения, вышедшие на сушу - риниофиты (вымершие, росли вдоль пресных водоемов).

Первые животные, вышедшие на сушу - ракоскорпионы.

Вырабатываются приспособительные свойства:

- плотные покровы от потери влаги,

- возникают ткани и органы, осуществляющие дыхание

- у растений - механические ткани, у животных - панцири и скелеты - от воздействия плотной воздушной среды;

- для передвижения - конечности;

- у прикрепленных растений - ветвление и нарастание побегов и корней.



1. Не нашли пока факты об исходной гетеротрофности живых существ; судя по всему, авто- и гетеротрофность возникли одновременно. «Первичный бульон» не мог быть пищей для «первичной жизни», т.к. живые существа размножаются в геометрической прогрессии, и потомство первых же гетеротрофов должно было уничтожить весь этот «бульон» за ничтожно малое время. Автотрофная биосфера должна была связать весь углерод на планете в виде неразложимых ВМС.

2. Остаются нерешенными проблемы, связанные с переходом от сложных органических веществ к простым живым организмам.

3. Самое трудное для гипотезы Опарина объяснить появление способности живых систем к самовоспроизведению.



1. Историческому развитию живых существ предшествовал этап абиогенного образования органических веществ.

2. Синтез органических веществ из неорганических происходил в водной среде при уникальном сочетании внешних условий, более не возникающих в истории планеты.

3. Предшественники первых одноклеточных организмов, вероятнее всего, коацерваты.

Историю Земли разделяют на эоны: Криптозой (Докембрий) и Фанерозой.

Эоны делят на эры. В криптозое выделяют 2 эры: архей и протерозой. В фанерозое - три эры: палеозой, мезозой, кайнозой. В свою очередь эры делят на периоды, а в периодах - эпохи.

Заполнение таблицы «Хронология биологической истории Земли»

Эон

Эра

Период

Время (млн.лет)

Фанерозой

Кайнозой

(Расцвет покрытосеменных, насекомых, птиц, млекопитающих)

Четвертичный (антропогеновый)

1,8

неогеновый

25

палеогеновый

66-63

Мезозой

(эпоха рептилий - плавающие, летающие, водные - они вымирают; появляются птицы и млекопитающие)

меловой

136

юрский

190-195

триасовый

230

Палеозой

(в воде - почти все беспозвоночные, появляются позвоночные (кроме птиц и млекопитающих), возникают кистеперые и двоякодышащие рыбы; произошел выход на сушу растений, грибов, животных, появляются мхи, гигантские папоротникообразные)

пермский

280

каменноугольный

345

девонский

400

силурийский

435

ордовикский

500

кембрийский

600-570

Криптозой

Протерозой (появляются многоклеточные организмы)

2600-690

Архей (образование первичного бульона, начинается процесс коацервации; расцвет прокариотов, бактерий, цианобактерий, первичных прокариот)

4900-3500

Вывод: на основе химической эволюции в природе возникла живая материя, а затем с помощью биологической эволюции она достигла высокого уровня развития по сложности и многообразию форм. Развитие жизни продолжается и в наше время.

4. Закрепление знаний.

Опрос:

1. Что такое жизнь?

2. Назовите основные свойства живого.

3. Какие условия необходимы для возникновения живых организмов по мнению древнегреческих философов?

4. В чем заключается смысл опытов Ф. Реди?

5. Опишите опыты Л. Пастера, доказывающие невозможность самозарождения жизни в обычных условиях?

6. Что вам известно о гипотезе вечности жизни?

7. Какие вы знаете материалистические теории возникновения жизни?

8. Что вы думаете о гипотезе занесения жизни на Землю из космоса?

9. Какие космические факторы на ранних этапах развития жизни на Земле явились предпосылками для возникновения органических соединений?

10. Назовите основные стадии возникновения жизни согласно теории биопоэза.

11. Как образовывались, какими свойствами обладали и в каком направлении эволюционировали коацерваты?

12. Опишите, как могло происходить усложнение внутреннего строения первых гетеротрофов.

13. Почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях?

14. Какие эры и периоды в истории Земли вам известны?

15. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

16. Когда возникли первые живые организмы?

17. Какими организмами был представлен живой мир в криптозое (докембрии)?

18. Почему в пермский период палеозойской эры вымерло большое количество видов амфибий?

19. В каком направлении шла эволюция растений на суше?

20. Расскажите об особенностях эволюции в мезозойскую эру.

21. Как вы можете объяснить сходство флоры и фауны Евразии и Северной Америки?

22. Какие особенности предков пресмыкающихся обеспечили завоевание ими суши?

Познавательная задача №1:

Когда на сушу вышли первые животные, там уже росли растения, которыми они могли питаться. В свою очередь, когда на сушу «вышли» первые растения, там уже был тонкий слой почвы, в котором они могли расти. Какие живые организмы первыми вышли на сушу и создали первый слой почвы? Чем они питались?

Познавательная задача №2:

Причиной вымирания древовидных и семенных папоротников было не только изменение климата, но и конкуренция с первыми семенными растениями. Объясните, какие преимущества в борьбе за существование имелись у семенных растений.

5. Домашнее задание.

Гл. 4. §4.14-4.16 с.262 - 281 В.И. Сивоглазов 10-11 кл.

6. Рефлексия (итог урока): Подводятся итоги занятия, выставляются оценки за работу.