Возникновение и развитие жизни на Земле: архей и протерозой, палеозой.

Биология 11 класс

Урок 14-15

Тема урока: Возникновение и развитие жизни на Земле: архей и протерозой, палеозой.

Цели урока: познакомить учащихся с подразделением истории нашей планеты на эры и периоды; рассказать о времени возникновения различных групп животных и растений.

Оборудование: презентация к уроку.

Ход урока

I.Организационный момент

II.Актуализация опорных знаний. Проверка изученного материала.

Вопрос 1 . Какие космические факторы на ран­них этапах развития Земли явились предпосылками для возникновения органических соединений?

На ранних этапах развития Земли органиче­ские соединения образовывались из неорганиче­ских абиогенным путем. Источником энергии для этих процессов служило ультрафиолетовое излучение Солнца. В атмосфере не существовало ни озона, ни кислорода, поэтому ультрафиолет ничем не задерживался и достигал поверхности планеты. Под его воздействием, а также при участии электрических грозовых разрядов из воды и газов образовывались простейшие орга­нические вещества: формальдегид, глицерин, аминокислоты, мочевина и др.

Вопрос 2. Назовите основные стадии возник­новения жизни согласно теории биопоэза.

Согласно теории биопоэза, сформулирован­ной в 1947 г. английским физиком и историком науки Джоном Берналом (1901—1971), можно выделить три стадии возникновения жизни:

1)абиогенный синтез и накопление органи­ческих мономеров' (формирование «первично­го бульона»);

2)образование биологических полимеров и коацерватов (от лат. coacervus — сгусток);

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

Основное место протекания всех этих про­цессов — древний океан.

Вопрос 3 . Как образовывались, какими свойст­вами обладали и в каком направлении эволюци­онировали коацерваты?

Образование коацерватов было бы невоз­можно без взаимодействия органических ве­ществ друг с другом и с неорганическими со­единениями. В результате такого взаимодейст­вия из жирных кислот и спиртов образовались липиды, из аминокислот — пептиды, из нук-леотидов — нуклеиновые кислоты. Липиды формировали пленки на поверхности водое­мов, а белки — растворенные в воде полимер­ные комплексы. Такие комплексы, сливаясь друг с другом, образовывали коацерваты — структуры, обособленные от остальной массы воды. Коацерваты были способны, обменива­ясь с окружающей средой, концентрировать различные вещества. Так, накопление ионов металлов и их взаимодействие с белками при­вело к образованию ферментов. Нуклеиновые кислоты, попавшие в коацерваты, имели больше шансов сохранить свою структуру и не раз­рушиться. Коацерваты обладали некоторыми признаками живого, но для превращений их в первые живые организмы не хватало биологи­ческих мембран.

Вопрос 4 . Расскажите, как возникли пробионты.

Мембраны пробионтов могли образовывать­ся из липидных пленок на поверхности водое­мов, к которым присоединялись плавающие в воде коацерваты. Для эволюции жизни были важны те коацерваты, которые содержали не только белок, но и нуклеиновые кислоты. Из их комплексов с липидами можно считать жи­выми организмами лишь те, которые оказа­лись способны к самовоспроизведению нукле­иновых кислот. Так возникли пробионты — примитивные гетеротрофы, живущие за счет органических веществ абиогенного происхож­дения («первичного бульона»). На этом этапе закончилась химическая и началась биологи­ческая эволюция.

Вопрос 5 . Опишите, как могло происходить ус­ложнение внутреннего строения первых гетеротрофов.

Постепенно количество органических ве­ществ абиогенного происхождения стало уменьшаться. Это привело к жесткой конку­ренции между пробионтами, которая ускори­ла возникновение автотрофов, использующих для создания  органики  энергию  солнечного света. Первые автотрофы использовали бескислородный путь фотосинтеза. Позднее по­явились цианобактерии, способные к фотосин­тезу с выделением кислорода. Следствием накопления кислорода в атмосфере стало, во-первых, возникновение аэробных организ­мов, во-вторых, формирование защитного озо­нового слоя.

Параллельно происходило усложнение внутреннего строения клеток, которое в итоге привело к появлению эукариотов. Некоторые гетеротрофы вступали в симбиоз с аэробными бактериями, захватывая их и используя в ка­честве «энергетических станций» — будущих митохондрий. Такие симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы, по­мимо аэробных бактерий, захватывали и ав-тотрофов-цианобактерий, которые стали хло-ропластами. Так появились предшественники растений.

Вопрос 6 . Почему невозможно самозарожде­ние жизни в современных условиях?

Самозарождение жизни на Земле в настоя­щее время невозможно, поскольку в условиях современной богатой кислородом атмосферы органические соединения быстро разрушают­ся, не накапливаются и не достигают должной степени сложности. Кроме того, появления ко-ацерватов и пробионтов не происходит из-за огромного количества гетеротрофов, очень бы­стро «поедающих» любое скопление органиче­ских веществ.

2. Тест-опрос.

1.Источник (источники) энергии для самых первых примитивных живых форм за Земле

А) солнечное излучение (видимая часть)

Б) тепловая энергия

В) энергия, освобождающаяся при распаде радиоактивных изотопов;

Г) химическая энергия органических веществ

2.Первые организмы были:

А) аэробными гетеротрофами;

Б) анаэробными гетеротрофами

В) анаэробными автотрофами

Г) аэробными автотрофами

3.Доказательством симбиотической теории происхождения эукариот может служить:

А) сходство в строении клеток предъядерных и ядерных организмов;

Б) сходство процессов жизнедеятельности клеток предъядерных и ядерных организмов

В) сходство в строении митохондрий и пластид клеток ядерных организмов с некоторыми предъядерными организмами.

Г) способность ядерных и предъядерных организмов к обмену веществ.

III. Сообщение темы и цели урока.

IV.Изучение нового материала.

- Что изучает наука палеонтология?

Вся история Земли для удобства изучения и описания разделена на отрезки времени, имеющие различную длину и отличающиеся друг от друга климатом, интенсивностью геологических процессов, появлением одних и исчезновением других групп организмов.

Запись на доске:

1)ЭОНЫ криптозой (или докембрийский) – скрытая жизнь

фанерозой - явная жизнь

2)ЭРЫ архей

протерозой

палеозой

мезозой

кайнозой

3) Периоды ( находим в тексте параграфа 4.16)

- Как определяется возраст палеонтологических на­ходок? (Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаме­нелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы.)

- Какова продолжительность архейской эры? (Около 3 млрд лет времени биологической эволюции.)

- Что мы знаем о развитии жизни в архее? (Эра прокариот: бактерий и цианобактерий. Осадочные по­роды подтверждают их наличие в этой эре. Цианобактерии свидетельствуют о фотосинтезе и присутствии их активного пигмента хлорофилла. В архее появляются первые эукариоты - одноклеточные водоросли (зеленые, желто-зеленые, золоти­стые) и простейшие. Среди них - жгутиковые эукариоты (эвгленовые, вольвоксовые), саркодовые (амебы, фораминиферы, радиолярии). В атмосфере стал накапливаться кислород. На­чался процесс новообразования.)

Учитель. Изучите самостоятельно характеристику протеро­зойской эры (§ 4.16) и ответьте на вопросы:

- Чем можно объяснить возникновение большого разнообразия многоклеточных организмов?

- Чем можно объяснить выход растений и животных на сушу?

Важнейшим этапом эволюции живой природы в протерозой­ской эре стало появление многоклеточности. Многоклеточность способствовала резкому увеличению многообразия организмов.

Увеличение количества кислорода в атмосфере привело к фор­мированию озонового слоя, защитившего Землю от излучения, по­этому жизнь могла выйти на сушу.

Учитель. Важной особенностью является также появление полового размножения на границе между архейской и протерозой­ской эрами.

Урок 15

Тема урока: Развитие жизни на Земле: мезозой и кайназой.

Изучение фанерозоя.

Палеозойская эра, ее- продолжитель: периоды палеозойской эры - развитие растений и животных в каждом периоде. Измене­ние климата в пермском периоде, сокращение разнообразия амфи­бий, расцвет пресмыкающихся, распространение новых видов го­лосеменных растений.

Рассказ учителя по таблице и рисункам учебника.

3. Мезозойская эра и ее периоды.

Работа по трем вариантам с последующим ответом.

Вариант I. Триасовый период. Расцвет динозавров, кроко­дилов и черепах. Возникновение теплокровности и первых млеко­питающих. Вымирание семенных папоротников.

Вариант II. Господство голосеменных растений и пресмы­кающихся, головоногих моллюсков. Появление археоптерикса.

Вариант III. Образование высших млекопитающих и на­стоящих птиц. Распространение и появление покрытосеменных растений. Снижение численности голосеменных и папоротнико­образных. Массовое вымирание динозавров.

Кайнозойская эра и ее периоды: палеогеновый, неогено­вый и антропогеновый.

Заслушивание сообщений трех учащихся.

Вывод. Кайнозой - расцвет покрытосеменных растений, насекомых, птиц, млекопитающих и появление человека.

С появлением человека и развитием его общества создаются культурные флора и фауна, образующие агроценозы, села и го­рода. Природа стала активно использоваться человеком для удовлетворения его потребностей. Различное воздействие чело­века на природу произвело в ней существенные изменения. Произошли большие изменения в видовом составе органическо­го мира, в окружающей среде и природе в целом.

Домашнее задание: изучить § 4.16. Ответить на вопро­сы 1-9.

Вопрос 1 . По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

Разделение истории Земли на этапы про­изошло после того, как геологи и палеонтоло­ги сравнили между собой разноуровневые пласты осадочных пород и находящиеся в них окаменелости. Временные границы между эрами и периодами были установлены с уче­том особенностей геологических процессов, климата, появления и исчезновения опреде­ленных групп живых организмов.

Вопрос 2 . Когда возникли первые живые орга­низмы?

Первые живые организмы возникли около 3,5 млрд лет назад. Это были анаэробные гете-ротрофы, которые питались органическими веществами, содержащимися в «первичном бульоне».

Вопрос 3 . Какими организмами был представ­лен живой мир в криптозое (докембрии)?

Криптозой состоит из нескольких эр. В ар­хейскую эру Землю населяли первые анаэроб­ные гетеротрофы; 3 млрд лет назад появились цианобактерии. В протерозойскую эру (2,5— 0,5 млрд лет назад) в атмосфере накопилось достаточно кислорода, чтобы возникли первые аэробные организмы. В результате симбиоза разных групп древних простейших организ­мов сформировались эукариотические клетки, близкие к современным. В итоге в протерозое на клеточном уровне уже обнаруживаются все царства живых организмов (растения, живот­ные и грибы). В последние 100 млн лет этой эры появилась многоклеточность; возникли губки, кишечнополостные, черви, иглоко­жие, членистоногие, моллюски и, наконец, первые хордовые.

Вопрос 4. Почему в пермский период палео­зойской эры вымерло большое количество видов амфибий?

В пермский период (285—230 млн лет на­зад) климат стал существенно холоднее и су­ше, чем в карбоне. Поэтому численность ам­фибий, которым вода необходима для увлаж­нения кожи и развития личинок, стала резко сокращаться. Многие крупные и гигантские виды быстро исчезли. В целом произошла довольно быстрая смена амфибий рептилиями, которые были гораздо лучше приспособлены к сухопутному образу жизни.

Вопрос 5. В каком направлении шла эволюция растений на суше?

Первыми растениями, появившимися на Земле, были водоросли, которые росли и раз­вивались в океане. Первые наземные расте­ния — псилофиты вышли на сушу в силуре

(440—410 млн лет назад). Карбон (350— 285 млн лет назад) представлял собой царство споровых — папоротников, хвощей, плаунов. Их древовидные формы достигали в высоту 30—40 м и образовывали огромные леса. Пер­вые виды голосеменных возникли в пермский период, и почти всю мезозойскую эру (230— 67 млн лет назад) голосеменные доминировали на Земле. В меловом периоде (137—67 млн лет назад) появляются и быстро распространяют­ся покрытосеменные. Они постепенно вытес­нили споровых, существенно потеснили голо­семенных и господствуют на планете в настоя­щее время.

В целом эволюция растений шла в сторону все большего приспособления к жизни на су­ше: развитие тканей (в том числе покровных, механических и проводящих), переход к опло­дотворению, не зависящему от наличия воды, появление семян и плодов.

Вопрос 6. Охарактеризуйте эволюцию живот­ных в палеозойскую эру.

Палеозойская эра (570—230 млн лет назад) разделяется на шесть периодов. В кембрии (570—500 млн лет назад) и ордовике (500— 440 млн лет назад) в океане преобладают меду­зы и кораллы. Появляются древние членисто­ногие — трилобиты. Постепенно усложняются хордовые. В силуре образуются настоящие по­звоночные — бесчелюстные рыбы, от которых произошли современные рыбы. На сушу выхо­дят первые беспозвоночные — древние паукообразные. В девоне (410—350 млн лет назад) господ­ствуют хрящевые рыбы и уже появляются первые костные. Возникновение кистеперых и двоякодышащих рыб приводит к постепенно­му выходу позвоночных на сушу. Появляются первые амфибии, в том числе крупные стего­цефалы. В карбоне в лесах обитают первые крылатые насекомые, напоминающие гигант­ских стрекоз, и множество амфибий. В перм­ский период численность амфибий сокращается, и хозяевами суши становятся пресмыкаю­щиеся.

Вопрос 7. Расскажите об особенностях эволю­ции в мезозойскую эру.

Мезозойская эра состояла из трех периодов. Триасовый период (230—195 млн лет назад) — это начало расцвета гигантских пресмыкаю­щихся — динозавров. Появляются крокодилы и черепахи, а также первые млекопитающие; резко сокращается численность амфибий; по­чти полностью вымирают семенные папорот­ники (предки семенных растений).

В юрском периоде (195—137 млн лет назад) господствуют голосеменные растения. В оке­ане появляются головоногие моллюски. В кон­це периода возникают археоптериксы и другие переходные формы между рептилиями и пти­цами.

В меловом периоде появляются высшие млекопитающие и птицы. Покрытосеменные растения постепенно вытесняют голосеменные и споровые. В конце периода происходит мас­совое вымирание динозавров.

Вопрос 8. Какое влияние оказали обширные оледенения на развитие растений и животных в кай­нозойскую эру?

Четыре гигантских оледенения в антропо­генный период (начался 1,5 млн лет назад) привели к появлению животных, приспособ­ленных к суровому климату: мамонтов, шерс­тистых носорогов, овцебыков. Оледенения ускорили эволюцию и многих других млеко­питающих (в том числе человека). После гло­бального потепления мамонты и значительная часть крупных копытных вымерли.

Оледенения привели к значительному обед­нению видового разнообразия растений. Осо­бенно это сильно проявилось в Евразии, где ос­новные горные цепи (в отличие от Америки) идут в широтном направлении и многие виды растений при наступлении ледников были ли­шены возможности сместить свой ареал к югу.

Вопрос 9. Как вы можете объяснить сходство фауны и флоры Евразии и Северной Америки?

В течение длительного времени в антропо­генном периоде Евразия и Америка были со­единены участком суши в районе современно­го Берингова пролива. Благодаря такому «мос­ту» растения и животные широко расселились по всей территории единой суши. Лишь отно­сительно недавно по геологическим меркам (10—12 тыс. лет назад) континенты раздели­лись. Поэтому флора и фауна Евразии и Север­ной Америки в настоящее время сохраняют большое сходство. Другим примером из этой области является относительно недавнее формирование Панам­ского перешейка. Взаимное проникновение флоры и фауны Северной и Южной Америки протекает в настоящее время, поэтому живот­ный и растительный мир этих двух соседних континентов сильно отличается.