Основные гипотезы происхождения жизни - ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА - 11 класс

Цели урока:

образовательная: сформировать представление о гипотезах возникновения жизни на Земле, биохимической теории возникновения жизни;

развивающая: способствовать развитию у учащихся устной речи и мышления (способностей сравнивать и обобщать);

воспитательная, формировать у учащихся ценностное отношение к научному знанию.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Методы обучения: словесные (рассказ с объяснением), практический (самостоятельная работа с учебным пособием).

Форма деятельности учащихся: фронтальная.

Основные термины, понятия: живое, неживое, биохимическая гипотеза происхождения жизни, самозарождение живого, креационизм, панспермия, первичный бульон, коацерват, протобионт.

Материалы и оборудование: портреты ученых А. И. Опарина, Дж. Б. Холдейна; схема эксперимента Миллера — Юри.

Перечень знаний, умений, навыков, которые предполагается развивать на данном уроке:

называть гипотезы происхождения жизни; объяснять сущность гипотез происхождения жизни.

1. I. Организационный момент

Ø Деятельность учителя

Проверяет готовность класса к уроку, знакомит с целями и темой урока.

Ø Деятельность учащихся

Записывают дату и тему урока.

1. II. Актуализация знаний

Ø Деятельность учителя

Проводит краткую беседу.

Мы уже несколько лет изучаем биологию — науку о жизни (живой природе), одну из естественных наук, объектами которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. А что такое жизнь? Откуда и как появились первые живые существа на Земле? На эти вопросы мы и должны сегодня с вами постараться ответить.

Задает учащимся вопрос: какое определение жизни могли бы вы дать?

Ø Деятельность учащихся

Отвечают на вопрос, предлагают варианты ответа.

Ø Деятельность учителя

Корректирует и комментирует ответы учащихся, добавляя, что Ф. Энгельс давал такое определение жизни: “Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел”.

Задает вопрос: по каким признакам мы отличаем живые системы от неживых?

Ø Деятельность учащихся

Называют отличия живых и неживых систем.

Предполагаемые ответы:

1) сложность и высокая степень организации;

2) любая составная часть имеет свое назначение и функции;

3) обмениваются веществом и энергией с окружающей средой;

4) специфически реагируют на изменения окружающей среды;

5) хорошо приспособлены к среде обитания;

6) способны к самовоспроизведению.

Не названные признаки дополняет учитель.

III. Изучение нового материала

Ø Деятельность учителя

Вводит современное научное определение понятия “жизнь”.

Жизнь — особая форма существования белковых тел; характеризуется обменом веществ, раздражимостью, самовоспроизведением, самоуправлением, приспособленностью к среде, саморазвитием и, обычно, движением.

Ø Деятельность учащихся

Записывают определение понятия “жизнь” в рабочие тетради.

Ø Деятельность учителя

Задает вопросы.

1. Существует ли жизнь на уровне молекул?
2. Существует ли жизнь на уровне клеток?
3. Какие еще уровни жизни можно выделить?

Ø Деятельность учащихся

Отвечают на вопросы. Называют основные уровни организации жизни.

Предполагаемые ответы:

1) молекулярный;

2) клеточный;

3) организменный;

4) популяционно-видовой;

5) биоценотический;

6) экосистемный;

7) биосферный.

Ø Деятельность учителя

Объясняет новый материал.

С развитием науки появилось очень много различных гипотез появления и развития жизни на планете. В настоящее время выделяют четыре основные гипотезы возникновения жизни на Земле.

Записывает на доске названия: креационизм, теория самопроизвольного зарождения, панспермия, биохимическая гипотеза.

Ø Деятельность учащихся

Записывают в рабочие тетради названия основных теорий появления и развития жизни на планете.

Ø Деятельность учителя

Предлагает учащимся заполнить сравнительную таблицу теорий возникновения жизни, работая в группах: первая группа работает с креационизмом, вторая — с теорией самопроизвольного зарождения, третья — с панспермией. (О биохимической теории учитель рассказывает позже.)

Каждая группа с помощью материала учебного пособия должна определить сущность и слабые стороны своей теории.

Сравнительная таблица теорий возникновения жизни

Теория	Суть	Слабые стороны
Креационизм	Жизнь создана Творцом	Не имеет научных доказательств
Самопроизвольное зарождение	Жизнь возникла из неживого	Опровергнута многочисленными опытами
Панспермия	Жизнь занесена из космоса	Не решает вопроса, как возникли организмы на других планетах
Биохимическая гипотеза	Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся законам химии	Никому не удалось воспроизвести последний и самый важный этап — получить систему, способную к самовоспроизведению. Эта теория не объясняет существования на Земле единого генетического кода

Ø Деятельность учащихся

Работают в группах над заполнением таблицы.

Ø Деятельность учителя

Объясняет теорию Опарина — Холдейна и опыт Миллера — Юри (по схеме). Предлагает учащимся записывать в рабочие тетради основные этапы возникновения жизни по пунктам.

Биохимическая гипотеза основывается на химической специфике жизни и связывает ее происхождение с историей Земли. В далеком прошлом Земля была совсем не похожа на нынешнюю. Температура ее поверхности была 4000-8000 °С, и по мере ее остывания углерод и тугоплавкие металлы образовали земную кору.

Атмосфера была другой, она состояла в основном из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана. До тех пор пока атмосфера Земли не остыла до 100 °С, вся вода находилась в парообразном состоянии, В атмосфере не было кислорода.

В 1923 г. советский ученый-биохимик, академик А. И. Опарин высказал мнение, что органические вещества могли возникнуть в океане из более простых соединений. Источниками энергии для этого синтеза, вероятно, были интенсивная солнечная радиация, падавшая на Землю до образования озонового слоя (позже озон стал задерживать большую часть радиации), и энергия грозовых разрядов (в тот период на Земле шли непрерывные дожди и сверкали многочисленные молнии). Подобных взглядов придерживался и британский биолог Джон Холдейн.

В 1953 г. американские ученые Г. Юри и С. Миллер в ряде экспериментов смоделировали процессы, происходящие на первобытной Земле. Атмосферой в этой модели служила смесь газообразного метана, воды, аммиака, водорода и углекислого газа. Именно такой, по мнению ученых, была первичная атмосфера. В камеру с атмосферой были вмонтированы электроды для получения электрических разрядов, имитировавших молнию — один из возможных источников энергии для химических реакций на первобытной Земле. В результате опыта были получены простейшие углеводороды и даже аминокислоты.

Опарин предполагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Они способны к образованию коллоидных комплексов, которые способны обособляться от всей массы воды. Слияние таких комплексов приводит к образованию коацерватов (от лат. coacematio — собирание в кучу, накопление; поэтому теорию Опарина еще называют коацерватной теорией). Возможно, они могли обмениваться со средой веществами и накапливать различные соединения. Затем по границе между коацерватами и водной средой выстраивались молекулы липидов, что привело к образованию первичной клеточной мембраны. В результате включения в коацерваты молекулы, способной к самовоспроизведению (подобие ДНК), могла возникнуть примитивная клетка — протобионт. Увеличение размеров и фрагментация могли привести к возникновению примитивного самовоспроизводящегося организма.

Но, несмотря на все сказанное, проблема возникновения жизни остается нерешенной. Гипотезы, которая превратилась бы во всеобъемлющую теорию, пока не существует. Подробности перехода от сложных неживых веществ к живым существам до сих пор остаются тайной.

Ø Деятельность учащихся

Слушают объяснение учителя, записывают в рабочие тетради основные этапы возникновения жизни по теории Опарина (подчеркнутые ниже фрагменты):

— абиогенный синтез простейших органических соединений из неорганических;

— абиогенный синтез полимеров (белков, углеводов, нуклеиновых кислот) из простых органических соединений;

— образование коацерватов как обособление в растворе высокомолекулярных веществ в виде высококонцентрированного раствора;

— взаимодействие коацерватов с окружающей средой, сходство с живыми существами: рост, питание, дыхание, обмен веществ, размножение;

— возникновение генетического кода, начало биологической эволюции.

Ø Деятельность учителя

Предлагает одному учащемуся воспроизвести на доске основные стадии возникновения жизни по теории Опарина — Холдейна, руководствуясь рисунком 38 на с. 96 учебного пособия.

Ø Деятельность учащихся

Один учащийся воспроизводит основные стадии возникновения жизни, остальные изучают рисунок в учебном пособии.

1. Закрепление изученного материала

Ø Деятельность учителя

Предлагает учащимся охарактеризовать изучаемые концепции по алгоритму: на чем основана концепция → проверяема ли она и подтверждается ли экспериментом и современными научными данными → является ли научной. Заслушивает мнения учащихся.

Ø Деятельность учащихся

Возвращаясь к ключевым моментам изученного материала, высказывают свои мнения, участвуют в обсуждении.

Ø Деятельность учителя

Просит дать определения терминам “жизнь”, “абиогенез”, “коацерват”.

Ø Деятельность учащихся

Дают определения терминам на основании записей в рабочих тетрадях.

Ø Деятельность учителя

Сообщает, что Аристотель придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определенные “частицы” вещества содержат некое “активное начало”, которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель ошибочно полагал, что оно присутствует в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

Задает вопрос: какие эксперименты вы могли бы провести, чтобы доказать несостоятельность теории Аристотеля?

Ø Деятельность учащихся

Отвечают на вопрос, высказывают предположения.

Ø Деятельность учителя

Рассказывает об опыте Ф. Реди.

В 1668 г. Франческо Реди проделал следующий опыт. Он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем половину сосудов накрыл кисеей, а остальные оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змеях в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. 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”.

Ø Деятельность учащихся

Слушают рассказ учителя.

1. Домашнее задание

Ø Деятельность учителя

Задает домашнее задание:

— изучить § 24 учебного пособия (выучить основные положения теорий; указать наиболее убедительную, с точки зрения учащегося, теорию; привести доказательства ее обоснованности);

— подготовить сообщение на тему “Мир РНК как предшественник современной жизни” (оценивается в 10 баллов);

— разгадать кроссворд.

1. Первичный примитивный организм, способный к саморегуляции и самовоспроизведению. (Протобионт)
2. Теория, постулирующая сотворение мира Богом. (Креационизм)
3. Доклеточное образование, обладавшее некоторыми свойствами клеток: подобием питания и роста, способностью к дроблению. (Коацерват)
4. Главный элемент, входящий в состав всех органических веществ. (Углерод)
5. Теория, согласно которой жизнь может самопроизвольно зарождаться из неживого материала. (Самозарождение)
6. Теория, согласно которой жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. (Биогенез)
7. Советский ученый, предложивший коацерватную теорию происхождения жизни. (Опарин)
8. Теория, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космоса. (Панспермия)

Ø Деятельность учащихся

Записывают в дневники домашнее задание.