Урок. Происхождение жизни на земле.

Урок №

Тема: Происхождение жизни на Земле.

Цель:  сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле.

Задачи:

Образовательные - ознакомить учащихся с различными взглядами на происхождение жизни, изучить основные аспекты современной теории возникновения жизни на Земле - гипотезы А. И. Опарина - Дж. Холдейна.

Развивающие - продолжить формирование умений сравнивать и делать выводы, убедить учащихся в неповторимости жизни как способа существования, расширять кругозор и эрудицию.

Воспитательные - пробудить у учащихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновению жизни на Земле; воспитание культуры умственного труда.

Тип урока: урок открытия новых знаний, комбинированный.

Форма проведения урока:  практическая работа, исследование.

Форма организации учебной деятельности: групповая, фронтальная.

Методы обучения: активный (проблемный).

Технология: технология критического мышления.

Оборудование: компьютер, проектор, электронное приложение к учебнику Л.Н. Сухорукова, В.С. Кучменко «Биология 10-11 класс».

Ход урока.

1.Организационный момент (проверка готовности к уроку, проверка присутствия) (2 мин).

2.Актуализация опорных знаний(5 мин).

-Дайте определение жизни по Ф.Энгельсу и комментируйте его.

-Почему определение жизни, данное М. Волькенштейном,более точно отражает сущность жизни?

-Что понимают под экосистемной организацией живого?

-Докажите, что амёба изменчивая – живой организм.

3. Вызов(5 мин).

Жизнь существует на Земле миллиарды лет. Она заполняет все уголки нашей планеты.

С глубокой древности и до нашего времени было высказано огромное количество гипотез о происхождении жизни.

Происхождение жизни на нашей планете – предмет многовековых дискуссий, в которых участвовало не одно поколение человечества. Это интересная область знания, имеющая научное, философское и мировоззренческое значение, до сих пор привлекает внимание исследователей самых разных направлений.

Изучение различных теорий о возникновении жизни на Земле необходимо для составления целостного представления об историческом пути развития живой природы, формирования научного мировоззрения.

Решая проблему возникновения жизни, необходимо ответить на вопосы:

Как возникла и развивалась жизнь на нашей планете?

Как возникла клетка – структурная единица живого?

Как произошли все специфические живому вещества и структуры?

Как сформировался существующий обмен веществ? И многие другие.

(Запись в тетрадь темы урока).

Тема: Происхождение жизни на Земле.

Вот и мы сегодня постараемся решить несколько проблемных вопросов.

Сформулируйте те проблемные вопросы, которые нам предстоит решить:

Как возникла жизнь на Земле?

Какие существуют взгляды и гипотезы о происхождении жизни на Земле?

Какая из них наиболее убедительна?

В разные времена у разных народов существовали свои гипотезы о возникновении жизни.

Вопрос: Что такое гипотеза? (ответ: гипотеза — предположение или утверждение, предполагающее доказательство).

4.Осмысление содержания (25 мин)

Учитель. Все многообразие гипотез сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения -

(Запись в тетрадь) Биогенез - "живое из живого";

Абиогегнез - "живое из неживого".

Борьба сторонников биогенеза и абиогенеза - одна из увлекательнейших страниц в истории науки.

Была ли жизнь создана сверхъестественным существом в определенное время, создана ли Высшим Разумом (Богом, Творцом); была ли занесена на нашу планету из вне спорами или метеоритами; или жизнь существовала всегда; или жизнь возникала неоднократно из неживого вещества – вопрос, на который никто не даст однозначный ответ. Есть гипотезы о том или ином происхождении, есть сторонники определённых взглядов, но есть и противники и по сей день

 (Запись в тетрадь)

Учитель. Мы сегодня выполняем практическую работу в группах. Каждая группа получает текст с описанием одной гипотезы, учащиеся изучают свою гипотезу происхождения жизни, составляют часть общей таблицы и готовят отчёт о выполненной работе. Затем вместе оформляем общую сводную таблицу в тетрадь. Для выполнения работы используйте также текст параграфов 46, 47.

Практическая работа № 4 (самостоятельная групповая работа).

Тема: Анализ и оценка различных теорий происхождения жизни.

Цель: знакомство с различными гипотезами происхождения жизни на Земле.

Оборудование: инструктивная карточка.

Ход работы:

1.Прочитать текст и заполнить таблицу.

1 группа. Теория креоционизма.

Креационизм — концепция постоянства видов, рас­сматривающая многообразие органического мира как ре­зультат сотворения богом. 
Формирование креационизма в биологии связано с переходом в конце XVIII — начале XIX века к систематическому изучению морфологии, фи­зиологии, индивидуального развития и размножения орга­низмов, положившему конец представлениям о внезапных превращениях видов и возникновении сложных организ­мов в результате случайного сочетания отдельных органов. Сторонники идеи постоянства видов (К.Линней, Ж.Кювье, Ч.Лайель) доказывали, что виды реально существуют, что они устойчивы, а размах их изменчивости под влиянием внутренних и внешних факторов имеет строгие пределы. Благодаря широкому и быстрому признанию дарви­низма, уже с середины 60-х годов ХIX века креационизм утратил свое значение в биологии и сохранился главным образом в философских и религиозных доктринах. Теория креационизма и в настоящее время достаточно широко распространена, причем не только в религиозных, но и в научных кругах. Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов (таких, как рибосома, глаз или мозг). Актами периодическою «сотворения» объясняется и отсутствие четких переходных звеньев от одного типа животных к другому, например от червей к членистоногим, от обезьяны к человеку и т.п. Необходимо подчеркнуть, что философский спор о первичности сознания (сверхразума, абсолютной идеи, божества) либо материи принципиально не разрешим, однако, поскольку попытка объяснить любые трудности современной биохимии и эволюционной теории принципиально непостижимыми сверхъестественными актами творения выводит эти вопросы за рамки научных исследований, теорию креационизма нельзя отнести к разряду научных теорий происхождения жизни на Земле.

2 группа. Теория самозорождения жизни.

Самозарождение — спонтанное самопроизвольное возникновение живого вещества из неживого. В Европе вплоть до середины XVI в. господствовало мракобесие, нетерпимое отношение к развитию наук, особенно естественных. Многие ученые (Эмпедокл, Аристотель, Платон) допускали, что рыбы могли зарождаться из ила, черви - из почвы, мыши - из грязи, мухи - из мяса.  Парацельс предлагал следующий рецепт изготовления гомункулюса: взять «известную человеческую жидкость» (сперму) и заставить её гнить сначала 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение сорока недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя человеческую кровь. И в результате «произойдёт настоящий живой ребёнок, имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только весьма маленького роста». Эти «факты» считались убедительными, до тех пор, пока итальянский врач Франческо Реди не подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди взял четыре горшка с широким горлом, поместил в них мясо животных, плотно закрыл их и опечатал. Затем поместил то же самое в четыре других горшка, оставив их открытыми. Вскоре мясо и рыба в открытых сосудах зачервивели, и можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. В закрытых же горшках не оказалось ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как был начат опыт. Это был блестящий эксперимент. Реди доказал невозможность самозарождения мух, заложив фундамент теории биогенеза.

Парижская Академия наук решила положить конец этим спорам и назначила премию за окончательное экспериментальное решение вопроса, обговорив, что «никакие неясности в постановке опытов не должны затемнять их результатов». Пастер, знаменитый «охотник за микробами», принялся за работу. Пастер поставил новую серию опытов: в колбы с изогнутым концом(реторта) наливал различные питательные среды (раствор дрожжей с добавлением сахара, сок сахарной свеклы, настой перца, мочу). Воздух свободно входил через длинный узкий конец колбы. На первый взгляд может показаться, что микробы могли бы попасть в колбу обычным путем – через горлышко, вместе с воздухом. На самом же деле вся пыль и микробы из воздуха оседают во влажных местах изгиба трубки и до питательного раствора не добираются. Если через несколько месяцев хранения настоя в такой открытой колбе изогнутое горлышко отломить, то в настое очень быстро появляются различные микроорганизмы.

Комиссия вынесла вердикт: опыты Пастера убедительны.  Спор окончился победой теории биогенеза. Это было в 1862 г. Этой теории придерживались Антони Левенгук, Спалланцани и др. Доказанность невозможности самопроизвольного зарождения жизни породила другую проблему. Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый живой организм?

3 группа. Теория вечности жизни.

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание. Гипотеза стационарного состояния была выдвинута немецким учёным В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик Владимир Иванович Вернадский, автор учения о биосфере. Вернадский считал, что жизнь — такая же вечная основа космоса, которыми являются материя и энергия. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, теория не имеет чётких убедительных доказательств.

4 группа. Теория панспермии.

В теории панспермии существует два утверждения. Первое: жизнь всегда существовала, она тесно связана с материей. Второе: споры микроорганизмов могут, а также должны переноситься посредством космического пространства. Впервые гипотеза, утверждающая космический посев жизни на Земле была высказана греческим философом Анаксагором в V веке до нашей эры. Х. Рихтер «разбудил» эту идею в 1865 году, утверждая, что жизненные зародыши были занесены на Землю либо космической пылью, либо метеоритами. Исходя из представления, что в мировом пространстве везде носятся маленькие частицы твердого вещества (космозои), отделившиеся от небесных тел, ученый допускал, что одновременно с этими частицами, может быть, прилепившись к ним, носятся жизнеспособные зародыши микроорганизмов. Также гипотезу поддерживали такие знаменитые физики, как Герман ван Гельмгольц и Уильям Томпсон, называвшийся позже лордом Кельвином. Тщательно разработал эту идею в 1884-1908гг Сванте Аррениус. Его гипотеза гласит: «Жизнь на Земле появилась от спор микроорганизмов или растений, которые были занесены с других планет вследствие светового давления или метеоритами». Сторонники теории стремились научно обосновать возможность такого переноса зародышей с одного небесного тела на другое, при котором сохранялась бы жизнеспособность этих зародышей. Ведь на самом деле главный вопрос заключается именно в том, может ли спора совершить такое длительное и полное опасностей путешествие, как перелет из одного мира в другой, не погибнув, сохранив способность прорасти и развиться в новый организм. Какие опасности встречаются на пути зародыша –это холод межпланетного пространства (220° ниже нуля); незащищенность от ультрафиолетовых лучей; преодоление атмосферы. 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 с помощью летательных аппаратов. Доказательством этого являются многократные появления НЛО, наскальные изображения людей, одетых в костюмы, похожие на скафандры, а также сообщения о произошедших встречах с инопланетянами. К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Викрамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни». Другие учёные высказывают мысль о перенесении «спор жизни» на Землю светом (под давлением света). Время от времени теория панспермии видоизменяется и обновляется. Вот один из самых новых вариантов: жизнь на Землю занесли обитатели других планет во время совершения межпланетных и межзвездных перелетов. В общем, интерес к теории панспермии не угасает до сего времени, но доказательств нет.

5 группа. Теория биохимической эволюции

Из всех теорий происхождения жизни наиболее распространенной и признанной в научном мире является теория биохимической эволюции, предложенная в 1924 г. советским биохимиком академиком А.И. Опариным. В 1923 году советский ученый биохимик академик А. И. Опарин высказал мнение, что органические вещества могли возникнуть в океане из более простых соединений. А.И. Опарин  основывались на том, что всё имеет историю, в том числе и клетка. Ей предшествовало создание более простых образований. Скорее всего, вначале возникли вещества, из которых состоит клетка – белки, нуклеиновые кислоты, АТФ и др. Эти вещества сложные, они могли возникнуть также в результате длительной эволюции.

В далеком прошлом Земля была совсем не похожа на нынешнюю. Температура ее поверхности была 4000 - 8000 градусов по Цельсию, и по мере ее остывания углерод и тугоплавкие металлы образовали земную кору. Атмосфера состояла в основном из воды, аммиака, оксида углерода и метана, до тех пор пока атмосфера Земли не остыла до 100 градусов, вся вода находилась в парообразном состоянии. В атмосфере не было кислорода. После того, как температура на поверхности Земли стала ниже 100 градусов, начался период непрерывных дождей и сверкали многочисленные молнии. В горячей дождевой воде растворялись аммиак, углекислый газ, метан, а так же соли и другие вещества, вымываемые из поверхностных слоёв Земли. При температуре первичной атмосферы ниже 100°С  формируется первичный океан, начинается синтез простых органических молекул, а затем и  сложных биополимеров. Прообразами живых организмов являются коацерватные капли, появившиеся в первичном океане и сформировавшими органический бульон. Коацерватные капли обладают некоторым подобием обмена веществ: могут избирательно впитывать из раствора некоторые вещества и выделять в окружающую среду продукты их распада и расти; по достижении определенного размера начинают «размножаться», отпочковывая маленькие капельки, которые, в свою очередь, могут расти и «почковаться»;в процессе перемешивания под действием волн и ветра могут покрываться оболочкой из липидов: одинарной, напоминающей мицеллы мыла (при однократном отрыве капли от поверхности воды, покрытой липидным слоем), либо двойной, напоминающей клеточную мембрану (при повторном падении капли, покрытой однослойной липидной мембраной, на липидную пленку, покрывающую поверхность водоема). Энергию для синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация, падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть, а так же энергия грозовых разрядов. Затем по границе между коацерватами и водной средой выстраивались молекула липидов, что привело к образованию первичной клеточной мембраны. В результате включения в коацерваты молекулы, способной к самовоспроизведению (подобие ДНК) могла возникнуть примитивная клетка - пробионт. Увеличение размеров и фрагментация могли привести к возникновению примитивного самовоспроизводящегося организма. По-видимому, именно так, в процессе исторического развития произошло превращение первичных организмов в современные клетки, некоторые из которых мы сегодня рассматривали. Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарождение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональные особенности. Слабой стороной концепции является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных органических соединений к живым организмам. Ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится. Независимо от Опарина стал развивать подобные взгляды на проблему происхождения жизни. В отличие от Опарина Холдейн предполагал, что вместо коацерватов образовывались макромолекулярные вещества, способные к воспроизводству. Холдейн считал, что первыми такими веществами были не белки, а нуклеиновые кислоты.

Заслушивание отчёта о работе, составление таблицы.

2.Сформулируйте вывод на основе своих исследований.

Предполагаемый вывод. Существует 5 основных теорий возникновения жизни на Земле. Каждая из теорий имеет свои сильные и слабые стороны, и ни одна не дает точного ответа на вопрос о происхождении жизни. Наиболее убедительная теория биохимической эволюции Опарина - Холдейна, жизнь возникла естественным путем из неорганической материи, биологической эволюции предшествовала химическая. Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Но в этой теории есть и недостаток: не удалось решить проблему, как произошел качественный скачок от не живого к живому. Это задача будущих научных исследований.

Теория, которая могла бы стать «руководящей» и превратиться во всеобъемлющую теорию, пока еще нет.

6. Рефлексия (5 мин).

-Что нового узнали на уроке?

-Что для вас осталось непонятным?

-Какие вопросы у вас вызвала эта тема?

На столах лежат карточки, необходимо установить соответствие между гипотезой и ее пояснением.

7.Д/З § 46, 47. Приведите примеры, подтверждающие правоту теории биохимической эволюции, подготовить сообщение «Гипотеза каталитического реактора в околозвездном пространстве» (1 мин).

8. Итоги работы, выставление оценок, сбор тетрадей(2 мин).