II. Современные представления о возникновении жизни

Возникновение жизни на
Земле
Биология, 10 класс.
Содержание:
Введение
Обзор литературы
I.
1)
История представлений о возникновении жизни
Представление древних и средневековых
философов.
2) Теория вечности жизни.
3) Материалистические теории происхождения
жизни.
II. Современные представления о возникновении
жизни
1) Образование Земли.
2) Химическая эволюция.
3) Биологическая эволюция.
III. Методы исследования
IV. Выводы
V. Список литературы
Введение
Как выглядела первобытная Земля?
Перенесемся на 4 млрд. лет назад.
Атмосфера не содержит свободного кислорода,
он находится только в составе окислов. Почти
никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения
извергающейся с лавой воды и ударов
метеоритов о поверхность Земли. Ни растений,
ни животных, ни бактерий. Может быть, так
выглядела Земля, когда на ней появилась
жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует
многих исследователей, их мнения на этот счет
сильно различаются. Об условиях на Земле того
времени могли бы свидетельствовать горные
породы, но они давно разрушились в результате
геологических процессов и перемещений
земной коры.
I. История представлений о возникновении
жизни.
С древности существуют две
противоположные теории возникновения
жизни на земле
Теория абиогенеза
Происхождение живого из неживого
Теория биогенеза
Происхождение живого из живого
1. Представление древних и
средневековых философов.
Сторонники теории биогенеза.
Аристотель (IV в. до н.э.)
Вши происходят из мяса;
клопы из соков тела животных;
дождевые черви из ила прудов.
Эмпедокл (V в. До н.э.)
Деревья способны
нести яйца
Итальянский ученый Ф. Реди
В 17-м веке ученый Ф. Реди доказал
невозможность самозарождения не только
птиц и зверей, но даже насекомых, червей и
всякого рода паразитов. В частности он
показал, что белые мясные черви – это
личинки мух: они выводятся из яичек,
отложенных мухами в мясе. Выдвинул
принцип «все живое – из живого».
Провел опыт с мясом: мясо покрыл
кисеей, не ограничивая доступ воздуха на мясе не появились личинки мясной мухи.
Портрет Франческо Реди
(1626-1697) на медали, выбитой в
честь этого ученого
Английский ученый У. Гарвей (XVI в.)
Принцип «все живое - из яйца».
Возможность самозарождения для
насекомых и червей.
Ирландский священник В. Нидгем (1748 г.)
Опыт: закупоривал колбы, наполненные
питательным раствором и подвергал их нагреванию.
Через несколько дней в колах появились
микроорганизмы.
Французский микробиолог Луи Пастер
(70-е годы XIX в.)
Опыт: брал колбу S – образной формы,
кипячением из колбы выгонялся воздух, который
при остывании жидкости возвращался обратно.
Микроорганизмы из воздуха оседали на изгибе
шейки и жидкость оставалась стерильной.
Стоило отрезать шейку колбы или наполнить
колбу, сливая микроорганизмы, и уже через
несколько дней в жидкости появлялись бактерии.
2. Теории вечности жизни
«Жизнь - это лишь миг между
двумя вечностями»
Г. Рихтер немецкий
ученый,
1865 г. – теория панспермии.
Жизнь занесена с других планет.
Г. Томсон и Г. Гельмгольц
Бактерии и другие
микроорганизмы, основная масса
органических веществ доставлена
на планету метеоритами.
Немецкий ученый В. Прейер (1880 г.)
Жизнь существует вечно.
Происхождение неживого из живого.
Раскаленные массы земного шара –
живые организмы со своим обменом
веществ. По мере остывания Земли эти
массы распадались на части и выпадали
из жизненного круговорота. Они – то и
составляли неорганическую природу.
3. Материалистические теории
происхождения жизни
Теория происхождения жизни в
недрах комет.
Немецкий ученый Э. Пфлюгер (1875 г.)
Происхождение белковых веществ. Дает
понятие «живой» и «мертвый» белок. Ученый
говорит о содержании в молекуле «живого» белка
группы циана, CN, возникшего еще в то время,
когда Земля представляла собой раскаленную
массу. Впоследствии, при охлаждении земной
поверхности, соединения циана с водой и с
другими химическими веществами привели к
образованию белковых веществ.
Английский ученый Дж. Эллен (1899 г.)
Первое появление азотистых
соединений на Земле приурочивает
к периоду, когда пары воды
вследствие охлаждение сгустились в
воду и покрыли поверхность Земли.
В воде были растворены соли
металлов, имевших значение для
образования белка.
4. Современные представления
о возникновении жизни
I Образование Земли
1) В первичной Вселенной, состоящей из
чистого водорода, образовались звезды.
Водород – наиболее часто встречающейся и
самый простой элемент. Звезды довольно
крупные гравитационно – связанные
скопления вещества, в ходе образования
которых начинают протекать ядерные
реакции и водород превращается в гелий с
выделением энергии 4H
1He +энергия
2) Дальнейшее взаимодействия
элементов. Реакции элементов
между собой выражаются в
образовании более сложных
молекул и их комплексов – пылевых
частиц. Газы и пылевые частицы
образуют в космическом
пространстве скопления газовопылевые облака.
3) В результате оседания и
слипания межзвездного газа и
пыли под действием гравитации
газово-пылевое облако становится
неустойчивым и сжимается. Такие
облака становятся протозвездами.
Представляют собой диск с
утолщением в центре.
4) Планеты образуются из газов и
пыли на периферии протозвездного
диска. Во внутренней зоне планеты
очень высокая температура, что
испаряются металлы. Внешняя
холодная зона содержит газы, как
H20, He и Ne, и частицы, покрытые
замерзшими летучими веществами
типа H20, NH3 и CH4
II Химическая эволюция
1. В первичной атмосфере Земли
главными молекулами
составляющими были метан CH4,
вода H2O и аммиак NH3, водород
H, гелий He; за ними следуют
углерод C, азот N, кремний Si,
магний Mg.
На первичную атмосферу Земли оказывали
влияние следующие источники энергии:
- ультрафиолетовое излучение;
- вулканизм;
- удары метеоритов;
- молнии.
Они оказали значительное влияние на
преобразование веществ на нашей планете.
Американские ученые Г. Юри и С.
Миллер (1953 г)
В лабораторных экспериментах
воспроизвели условие первичной
бескислородной Земли
Аппарат Миллера.
Подвергли смесь метана, аммиака и воды
действию электрических разрядов. Были
получены аминокислоты (глицин, аланин,
аспарагиновая и глютаминовая кислоты)
Также образуется синильная кислота HNC.
Из азотистых оснований в присутствии
неорганических фосфорных соединений
образуется АМФ, АДФ и АТФ.
2. По мере охлаждения Земли водяной пар,
содержавшийся в атмосфере, конденсировался, на
поверхность Земли обрушивались дожди, образуя н
ней большие водные пространства. Органические
молекулы (аминокислоты и нуклеотиды) в водной
среде могла связываться друг с другом
(конденсировать) с образованием полимеров. При
этом выделится вода. Две аминокислоты могут
соединиться пептидной связью, а два нуклеотида –
фосфодиэфирной связью. Происходит образование
РНК, возникает генетический код.
Теории происхождения
протобиополимеров
1. Термическая теория
Американский ученый C. Фокс
Синтез полипептидов
термическим путем в
условиях, существовавших
на первобытной Земле.
Теория адсорбции
Английский ученый Д. Бернал
Концентрирование
разбавленных растворов
происходит путем «адсорбции в
пресноводных или морских
отложениях очень тонких глин».
Происходит взаимное действие
веществ в процессе адсорбции.
Низкотемпературная теория
Румынские ученые К. Симонеску и Ф.
Денеш
Основной источник
возникновения
органических соединений
– энергия холодной
плазмы. Холодная плазма
в виде молнии, полярных
сияний, ионосферы.
Коацерватная теория
1924 г. Отечественный биохимик академик
А.И. Опарин.
1) Органические молекулы
окружены водной оболочкой.
При определенных условиях
водная оболочка приобретает
четкие границы и отделяется от
окружающего раствора.
Молекулы, окруженные водной
оболочкой, могут объединяться,
образуя много молекулярные
комплексы – коацерваты или
коацерватные капли.
2)В первичном океане коацерваты обладали
способностью поглощать различные
вещества
рост и изменение
химического состава, повышающего
устойчивость ватной капли.
3) В массе коацерватных капель шел отбор
наиболее устойчивых в конкретных условиях.
Достигнув определенных размеров, материнская
к.к. могла распадаться на дочерние.
4) Приобрели способность к.к. поглощать из
окружающей среды не всякие вещества, а лишь
те, которые обеспечивали устойчивость,
способность выделять наружу продукты обмена.
Сократились лишь те капли, которые при распаде
на дочерние не утрачивали особенностей своей
структуры, т.е. приобрели свойство
самовоспроизведения.
5) Эволюция коацерватов завершилась образованием
мембраны состоящей из фосфолипидов, которая
окружала РНК.
Появление первых клеточных организмов (3-3,5 млрд.
лет назад). Обладали способностью к
самовоспроизведению, существовали в
восстановительной среде, имели анаэробный тип
обмена.
III Биологическая эволюция
1) Первые живые организмы гетеротрофы,
использующие органические соединения
вод первичного океана в качестве пиши и
энергии. Имели анаэробный
(бескислородный) тип обмена.
Представители – бактерии.
Увеличение их количества приводило к
уменьшению готовых органических
веществ в океане.
2)
3)
В преимущественном положении оказались организмы
способны использовать энергию света для синтеза
органических веществ из неорганических.
CO2 и N2 в атмосфере находятся в инертном состоянии,
их надо восстановить. Эту работу выполнял
антивированный светом пигментный комплекс,
предшественник современного хлорофила. В качестве
источника водород и сероводород H2S.
Первый фотосинтез – образование органических
веществ из неорганических, но кислород не
выделяется.
Анаэробные фотосинтезирующие организмы (серные
пурпурные бактерии сохранились и до наших дней).
Фотосинтезирующие организмы стали способны
использовать воду в качестве источника водорода.
Автотрофное усвоение CO2 сопровождалось
выделением свободного кислорода (2,7 млрд. лет
назад)
Появились первые фотосинтезирующие организмы,
выделяющие в атмосферу кислород (аэробы) –
цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
4) Появление эукариот – симбиотическая
гипотеза. Образуются в результате
симбиоза анаэробов с аэробными
клетками.
1. Амебоподобные крупные гетеротрофные
клетки в процессе питания захватывают
мелкие аэробные клетки.
2. Бактерии – симбионты превратились в
митохондрии.
3. К поверхности клетки-хозяина
прикрепилась другая группа симбионтов
(жгутикоподобные бактерии) - возникли
предшественники жгутиковых простейших.
4. Подвижные эукариоты путем симбиоза с
фотосинтезирующими прокариотическими
организмами (цианобактерии) дали начало
водорослям. Фотосинтезирующие бактерии
– симбионты стали хлоропластами.
5) Возникновение многоклеточных организмов.
1. 1874 г. – Э. Геккель. Теория гастреи. Его теория
основывается на биогенетическом законе:
стадия зиготы – одноклеточный предок;
стадия бластулы – шарообразная колония
жгутиковых; впячивание одной из сторон
колонии – образовался двухслойный
организм гастрея.
2. 1886 г. – И.И.Мечников. Гипотеза
фагоцителлы: многоклеточные произошли от
колониальных простейших – жгутиковых.
Первичным способом питания был фагоцитоз.
Постепенно образовывались ткани
энтодерма, выполняющая пищеварительную
функцию. Из клеток, оставшихся снаружи,
развивалась покровная ткань - эктодерма.
Часть клеток выполняли функцию
размножения – половые клетки.
III Методы исследования
Создание мультимедийного оснащения вопросов данной темы с
использованием:
поисковиков: www.yandex.ru; www.rambler.ru; www.google.ru,
программ: Adobe Photoshop, Corel Draw, Paint.Net, Microsoft Word, Microsoft
Power Point, Mozilla Firefox.
IV Выводы
Возникновение жизни на Земле носят закономерный характер,
и ее появление связано с длительным процессом химической
эволюции, происходившей на нашей планете. Формирование
структуры, отграничивающей организм от окружающей среды,
- мембраны с присущими ей свойствами – способствовало
появлению живых организмов и ознаменовало начало
биологической эволюции. Как простейшие живые организмы,
возникшие около 3 млрд. лет назад, так и более сложно
устроенные в основе своей структурной организации имеют
клетку.
Список литературы.
1) Аллен Р.Д. Наука о жизни – М.: Просвещение, 1981.
2) Воронцов Н.Н. Теория эволюции: Истоки, постулаты и проблемы. –
М.: Знание, 1984.
3) Ганты Т. Жизнь и ее происхождение. – М.: Просвещение, 1984.
4) Захаров В.Б. Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. общеобразоват.
учреждений/ В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. – М.: Дрофа,
2003.
5) Мамонтов С.Г. и др. Основы биологии: Курс для самообразования /
С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Т.А. Козлова. – М.: Просвещение, 1992.
6) Симонеску К., Денеш Ф. Происхождение жизни (химические
теории). – М.: Мир, 1986.