История возникновения жизни. 10 класс ( интегрированный урок

История возникновения жизни. 10 класс
( интегрированный урок биологии – химии)
(продолжительность урока – 2 часа).
Задачи урока: сформировать представления о возникновении жизни на Земле,
возникновении живого из неживого естественным путём в процессе длительного
исторического развития; способствовать усвоению сущности современных взглядов на
происхождение Земли и появление жизни в ней. Развивать умения обобщать,
систематизировать знания из смежных учебных предметов, умения работать с
дополнительной литературой.
Оборудование: микроскоп, предметные и покровные стёкла, 4 термостойких
пробирок, штатив для пробирок, питательный бульон, ватные пробки, алюминиевая
фольга, водяная баня, инструктивные карточки по проведению лабораторных работ
Ход урока.
Учитель химии.
Я жизнь. Она во мне. Она вокруг.
И в шелесте листвы,
И в крике птиц, вспорхнувших вдруг,
И в бездне трав, и в краешке ночи,
Она то бьет ключом, а то молчит.
Жизнь существует на Земле миллиарды лето. Она заполняет все уголки нашей
планеты. Озера, реки, моря, океаны, горы, равнины, пустыни, даже воздух населены
живыми существами.
Предполагается, что за всю историю жизни на Земле существовало 4,5 млрд. видов
животных и растений.
Вопрос:
 Как возникла и развивалась жизнь на нашей планете?
Проблема происхождения жизни исстари приковывала к себе человеческую мысль. С
глубокой древности и до нашего времени было высказано множество гипотез о
происхождении жизни на Земле.
Учитель биологии.
Сегодня мы попытаемся изложить и обсудить различные теории возникновения
жизни. Хочу сразу отметить, что мы не сторонники доктринёрства (т.е. мы сознательно не
будем стремиться к внедрению в вас слепой приверженности к какому-либо убеждению
или учению). Считаем, что подобный подход не только далёк от научного, но и
интеллектуально нечестен. Сегодня мы рассмотрим научные данные, собранные так,
чтобы создать связанную картину процессов, лежащих в основе происхождения живых
организмов и их разнообразия. Ввиду неизбежности такого отбора картина не может быть
абсолютно объективной, как впрочем, при изложении любой другой проблемы –
относится она к истории, естествознанию или метафизике. Однако, подчёркивая
ограничения, присущие фактическим данным и принимаемым допущениям, мы
постараемся придать представленной здесь картине мира ту степень объективности и
гипотетичности, которая должна быть свойственна доброкачественному научному отбору.
Следует отметить, что рассмотренные нами сегодня гипотизы являются отражением
сегодняшних взглядов, но эти взгляды постоянно пересматриваются и их достоверность
ограничена уровнем наших знаний на данный момент.
При развитии взглядов о происхождении жизни возникли теории:
1.биогенеза (живое от живого»;
2. абиогенеза (живое от неживого), допускали самозарождение жизни. Борьба
сторонников этих теорий - одна из увлекательных страниц в истории науки. Мы
рассмотрим несколько теорий возникновения жизни:
 Теория креационизма (жизнь создана сверхъестественным существом в
определённое время);
 Теория самопроизвольного зарождения жизни (жизнь неоднократно
возникала из неживого вещества);
 Теория стационарного состояния (жизнь существовала всегда);
 Теория панспермии (жизнь занесена на планету извне);
 Теория биохимической эволюции (жизнь возникла в результате процессов,
подчиняющихся химическим и физическим законам).
(После краткого изложения учащимся основных положений теории креационизма1 идёт
обсуждение)
Вопрос:
1. можно ли проследить в теории креационизма, каким образом шло сотворение мира?
(она отвечает только на вопрос «почему»)
2. Возможна ли эволюция живых организмов на Земле согласно этой теории?
Теория самопроизвольного зарождения жизни2 (краткое изложение основных
положений теории учащимся).
Вопрос:
1. какое допущение допустил Ван Гельмонт в своём эксперименте? (живое рождается
только от живого)
Итальянский аббат Лоццаро Спалланциани (17729 – 1799) – прокипятив мясной бульон в
течение 1 часа, запаял вытянутое горлышко колбы. В запаянной колбе «жизненная сила»
погибла. Им был сделан вывод: жизнь погибла вследствие кипячения, в результате у неё
нет сил на возобновление.
Луи Пастер (1822 – 1895) повторил опыт Спалланциани, взяв реторту для проведения
опытов. S- образная трубка н6е позволяла проникать микроорганизмам во внутрь. Стоило
смыть питательным бульоном микроорганизмы со стенок S- образной трубки, как через
некоторое время в бульоне возникала жизнь.
Доказать или опровергнуть данную теорию и выводы Спалланциани и Пастера
поможет лабораторная работа.3
(Опыты были за 10 дней заложены учащимися, наблюдения заносились в журнал, перед
проведением лабораторной работы классу доложены варианты опытов, изменения,
произошедшие в ходе опытов)
Вопросы по обсуждению результатов лабораторных опытов:
 чётко сформулируйте гипотезу, которая могла объяснить появление
микроорганизмов в питательном бульоне.
 Какие пробирки являются контролем, а какие экспериментом?
 Считаете ли вы, что описанные выше эксперименты отвечают всем требованиям,
предъявляемым к научному исследованию? Насколько достоверными вы считаете
сделанные вами выводы?
Теория стационарного состояния.4 ( Краткое изложение основных положений теории
учащимся класса).
Вопросы:
Приложение 1
Приложение 2.
3
Приложение 5.
4
Приложение 3.
1
2

Известно, что определённые ископаемые остатки могут указывать на время
появления или вымирания того или иного вида. Некоторые остатки связывают
между собой в эволюционную лестницу разные классы живых организмов
(археоптерикс - пресмыкающихся и птиц). Как нам быть с фактами такого рода?
 Как объяснить тот факт, что в Австралию одновременно были переселены два
плацентарных млекопитающих: человек (абориген Австралии) и собака, собака
образовала новый вид (дикая собака Динго), а человек нет?
Теория панспермии.5 (Краткое изложение основных положений теории учащимся
класса).
Вопрос:
 Почему, не смотря на высокий уровень развития космонавтики, до сих пор версия о
возможном существовании жизни вне Земли до сих пор не подтверждена? Почему
НЛО до сих пор остаются для нас загадкой?
Теория биохимической эволюции. (Объяснение учителя химии).
На первых этапах формирования Земля имела высокую температуру. По мере
остывания планеты тяжёлые элементы перемещались к центру, а более лёгкие металлы
оставались на поверхности. Металлы и другие элементы соединялись с кислородом
воздуха, и в атмосфере Земли свободного кислорода не было. В неё входили метан (СН4,
NH3, CO2, H2О), что определяло её восстановительный характер. По мнению академика
А.И.Опарина это служило важной предпосылкой возникновения органических молекул
небиологическим путём.
Вопрос:
 Как вы считаете, откуда на Земле появились первые химические элементы?
( в составе звёзд и планет обнаружено 60 химических элементов, среди которых
преобладают He и H2.
4
3 2 He 126 С Не
изотопы кислорода, неона, магния… ,( водород, углерод,
кислород, азот, фосфор являются биогенными элементами) широко распространены в
космосе и имели большую возможность реагировать между собой, образуя простейшие
химические соединения.
Известно, что:
 водород хороший восстановитель, он образует водородные связи, что даёт
возможность образовывать биологические структуры;
 кислород – хороший окислитель.
 Углерод специфичен (соединяется почти со всеми элементами).
 В 1953 году американский ученый Миллер экспериментально доказал возможность
синтеза органических соединений из неорганических.
Пропуская электрический разряд через смесь водород, метан, аммиака и воды он получил
набор нескольких карбоновых кислот и аминокислот. В дальнейшем оказалось, что
абиогенным путём в отсутствии кислорода могут быть синтезированы очень многие
органические соединения, входящие в состав белков, нуклеиновых кислот,
полисахаридов.
Вопрос:
 Можно ли из этих веществ синтезировать более крупные молекулы, полимеры?
 С помощью каких реакций можно осуществить эти процессы? (полимеризации и
поликонденсации).
В океанах постепенно накапливались белковоподобные органические вещества,
и образовался тот первичный бульон, в котором могла возникнуть жизнь
5
Приложение 4
Благодаря амфотерности белковых молекул они способны притягивать к себе
молекулы воды, создавая вокруг себя коллоидную водную оболочку.
Вопрос:
 Давайте вспомним аналогичный процесс, происходящий при растворении
поваренной соли.
Водная рубашка
Эти комплексы могут обособляться от всей массы воды и образовывать своего рода
эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от
водной среды – процесс называемый коацервацией.
Коацерваты – высокомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой.
Чтобы наглядно представить модель, как образовался первый слизистый комочек
из мегамолекулы проделаем следующий эксперимент (смотри инструктивную карточку)
Вопросы:
 Что мы получили?
 Почему жир находится на верху пробирки?
 Почему жир оседает на стенки пробирки?
Жир есть вещество, образовавшееся из мелких молекул, способный коагулировать.
Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в
воде. В результате этого внутреннее строение изменялось, что вело к распаду или
росту и к изменению химического состава, повышающего устойчивость коацервата в
постоянно меняющихся условиях. В дальнейшем они приобрели способность
поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые
обеспечивали их устойчивость, а так же выделять наружу продукты обмена.
В процессе длительного отбора сохранились лишь те капли, которые при распаде
на дочерние не утрачивали особенностей структуры, т.е. приобретали свойства
самовоспроизведения.
Учитель биологии.
В основе механизма образования крупных молекул лежит удаление воды путем
нагревания. В водной среде это невозможно, поэтому все больше подтверждается мнение,
что формирование биополимеров происходило не в открытом океане, а в пересыхающих
морских лагунах. Адсорбируясь на илистом дне лагун, различные мономеры подвергались
полимеризации,… под воздействием энергии Солнца. Образующиеся полимеры
смывались волнами океана, обогащая «первичный бульон».
Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные
в воде. В результате этого внутреннее строение их изменялось, что вело к распаду или
росту и к изменению химического состава, повышающему устойчивость коацервата в
постоянно меняющихся условиях. В дальнейшем они приобрели способность поглощать
из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали их
устойчивость, а так же выводили продукты обмена.
В процессе длительного отбора сохранились лишь те капли, которые при распаде
на дочерние не утрачивали особенностей структуры, т.е. приобретали свойства
самовоспроизведения.
В 1982 году американский биохимик Чек открыл каталитическую активность РНК,
что позволяет предположить, что молекулы РНК были первыми биополимерами на Земле.
Вследствие пока не объяснимых процессов в водной среде образовывались фрагменты
молекул ДНК. Известно, что эти молекулы способны к самовоспроизведению.
Случайным образом образовались белки. (Ф. Энгельс: «Жизнь – есть способ
существования белковых тел».) возможно с этого момента возникли первые живые
организмы (своеобразный слизистый комочек, давший начало всему живому).
Дальнейшая эволюция предбиологических структур могла происходить только в условиях
пространственного разделения различных коацерватов.
Более прочную изоляцию внутренней среды от внешнего воздействия по сравнению с
имеющейся водной оболочкой, могла осуществить лишь биологическая мембрана.
Вокруг коацерватов (состоящих из органических соединений) возникали слои липидов
(жироподобное вещество), которое отделяло коацерват от окружающей водной среды.
Липиды в ходе эволюции образовывали наружную мембрану, существенно повысившую
жизнеспособность и устойчивость организмов с одной стороны и избирательную
проницаемость с другой, что привело к образованию саморегулирующей системы, в
дальнейшем к возникновению простейшей клетки. Образование первичных клеточных
организмов положило начало биохимической эволюции.
Хотя гипотезу биохимического происхождения жизни признают многие ученые,
астроном Фред Хойл недавно высказал мнение, что мысль о возникновении живого в
результате описанных выше случайных взаимодействий молекул «столь же нелепа и
неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой,
может привести к сборке Боинга 747», т.е. самое трудное для этой теории объяснить
появление способности живых систем к самовоспроизведению. Гипотезы по этому
вопросу пока мало убедительны.
Итог урока. Мы рассмотрели основные теории возникновения жизни на Земле (это только
лишь маленькая частица имеющихся гипотез).
Вопрос.
 Как вы думаете, что объединяет рассмотренные нами теории? (недосказанность и
недоказанность)
 Почему их так много? (очень трудно найти ответ, во многих позициях нет логики)
Поэтому вы сами решайте для себя, какую теорию взять за основу.
Кстати, вам предоставляется возможность в будущем закрыть брешь в данной проблеме.
Дерзайте! Наука вас ждет»
Ну а мы возвращаемся к нашей проблеме.
Вопросы для закрепления.
1. Как вы думаете, что такое открытая система? Характеризует ли она только живое?
2. Является ли паровой котел открытой системой?
3. Приведите примеры самовоспроизводящихся неживых систем.
4. была ли Земля когда-нибудь стерильной?
5. неизбежно ли было возникновение жизни на Земле?
6. могли ли простейшие органические соединения образоваться в космосе и попасть
на первичную Землю?
7. почему нельзя обнаружить появление жизни в современную эпоху.