Водата, която постоянно се изпарява от повърхността на Земята, се кондензира в горните слоеве на атмосферата и отново пада под формата на дъжд върху горещата земна повърхност. Постепенното понижаване на температурата доведе до порои, придружени от непрекъснати гръмотевични бури, които удариха Земята. На земната повърхност започнаха да се образуват резервоари.

Атмосферните газове и онези вещества, които са били измити от земната кора, разтворени в гореща вода. В атмосферата най-простите органични вещества (формалдехид, глицерин, аминокиселини, урея, млечна киселина) се образуват от нейните компоненти под въздействието на чести и силни електрически разряди от мълния, мощна ултравиолетова радиация, идваща от Слънцето, и активна вулканична дейност, което беше придружено от емисии на радиоактивни съединения.

Тъй като в атмосферата все още не е имало свободен кислород, тези съединения, навлизайки във водите на древния океан, не са били окислени и са могли да се натрупват, като стават по-сложни по структура и образуват концентриран "първичен бульон" - термин въведен от . Органичните вещества, натрупващи се в продължение на милиони години във водата на древния океан, образуват концентриран разтвор или „първичен бульон“.

Образуване на биологични полимери и коацервати

Първият етап на биохимичната еволюция е потвърден от множество експерименти, но какво се е случило на следващия етап, учените могат само да гадаят, въз основа на познанията по химия и молекулярна биология.

Очевидно образуваните най-прости органични вещества са взаимодействали помежду си и с неорганичните съединения, влизащи във водни тела. Мастните киселини, реагирайки с алкохоли, образуват липиди, които образуват мастни филми на повърхността на резервоарите. Аминокиселините се комбинират помежду си, за да образуват пептиди. Важно събитие на този етап е появата на нуклеинови киселини - молекули, способни на редупликация.

Съвременните биохимици смятат, че първите са се образували къси РНК вериги, които могат да се синтезират самостоятелно, без участието на специални ензими. Образуването на нуклеинови киселини и тяхното взаимодействие с протеините се е превърнало в необходима предпоставка за възникването на живота, който се основава на реакции на матричен синтез и метаболизъм.

Помня!

Какви химични елементи изграждат протеините и нуклеиновите киселини?

Какво представляват биологичните полимери?

Какви организми се наричат ​​автотрофи? Хетеротрофи?

Теория на биохимичната еволюция.Най-широко разпространен през 20 век. получи теорията за биохимичната еволюция, предложена независимо един от друг от двама изключителни учени: руският химик А. И. Опарин (1894–1980) и английският биолог Джон Халдейн (1892–1964). Тази теория се основава на предположението, че в ранните етапи от развитието на Земята е имало дълъг период, през който органичните съединения са се образували абиогенно. Източникът на енергия за тези процеси е ултравиолетовото лъчение на Слънцето, което по това време не се задържа от озоновия слой, тъй като в атмосферата на древната Земя не е имало озон и кислород. Синтезираните органични съединения се натрупват в древния океан в продължение на десетки милиони години, образувайки така наречения „първичен бульон“, в който вероятно е възникнал животът под формата на първите примитивни организми - пробионти.

Тази хипотеза е приета от много учени от различни страни и на нейна основа през 1947 г. английският изследовател Джон Дезмънд Бернал (1901–1971) формулира съвременната теория за произхода на живота на Земята, т.нар. теорията на биопоезата.

Бернал идентифицира три основни етапа на произхода на живота: 1) абиогенна поява на органични мономери; 2) образуване на биологични полимери; 3) образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти). Нека разгледаме по-подробно какво се случи на всеки от тези етапи.

Абиогенно възникване на органични мономери.Нашата планета е възникнала преди около 4,6 милиарда години. Постепенното уплътняване на планетата беше придружено от отделяне на огромно количество топлина, радиоактивни съединения се разпаднаха и от Слънцето дойде поток от твърда ултравиолетова радиация. След 500 милиона години Земята започна бавно да се охлажда. Образуването на земната кора е придружено от активна вулканична дейност. Газове, натрупани в първичната атмосфера - продукти на реакции, протичащи в недрата на Земята: въглероден диоксид (CO 2), въглероден оксид (CO), амоняк (NH 3), метан (CH 4), сероводород (H 2 S) и много други. Такива газове все още се отделят в атмосферата по време на вулканични изригвания.

Водата, която постоянно се изпарява от повърхността на Земята, се кондензира в горните слоеве на атмосферата и отново пада под формата на дъжд върху горещата земна повърхност. Постепенното понижаване на температурата доведе до порои, придружени от непрекъснати гръмотевични бури, които удариха Земята. На земната повърхност започнаха да се образуват резервоари. Атмосферните газове и онези вещества, които са били измити от земната кора, разтворени в гореща вода. В атмосферата прости органични вещества (формалдехид, глицерин, някои аминокиселини, урея, млечна киселина и др.) се образуват от нейните компоненти под въздействието на чести и силни електрически разряди на мълнии, мощно ултравиолетово лъчение и активна вулканична дейност, която е придружен от емисии на радиоактивни съединения. Тъй като в атмосферата все още няма свободен кислород, тези съединения, навлизайки във водите на първичния океан, не се окисляват и могат да се натрупват, стават по-сложни по структура и образуват концентриран „първичен бульон“. Това продължи десетки милиони години (фиг. 135).

Ориз. 135. Основните етапи на формирането на живота

През 1953 г. американският учен Стенли Милър провежда експеримент, в който симулира условията, съществували на Земята преди 4 милиарда години (фиг. 136). Вместо гръмотевични разряди и ултравиолетово лъчение, ученият използва електрически разряд с високо напрежение (60 хиляди волта) като източник на енергия. Изхвърлянето на разряда за няколко дни съответстваше на количеството енергия на период от 50 милиона години на древната Земя. След края на експеримента в изградената инсталация са открити органични съединения: урея, млечна киселина и някои прости аминокиселини.

Образуване на биологични полимери и коацервати.Първият етап на биохимичната еволюция беше потвърден от многобройни експерименти, но какво се случи на следващия етап, учените можеха само да гадаят, разчитайки на знанията по химия и молекулярна биология. Очевидно получените органични вещества са взаимодействали помежду си и с неорганичните съединения, влизащи във водните тела. Някои от тях бяха унищожени, летливи съединения преминаха в атмосферата. Високите температури предизвикаха постоянно изпарение на водата от първичните резервоари, което доведе до множество концентрации на органични съединения. Мастните киселини, реагирайки с алкохоли, образуват липиди, които образуват мастни филми на повърхността на резервоарите. Аминокиселините се комбинират помежду си, за да образуват пептиди. Важно събитие на този етап е появата на нуклеинови киселини - молекули, способни на редупликация. Съвременните биохимици смятат, че първите са се образували къси РНК вериги, които могат да се синтезират самостоятелно, без участието на специални ензими. Образуването на нуклеинови киселини и тяхното взаимодействие с протеините се е превърнало в необходима предпоставка за възникването на живота, който се основава на реакции на матричен синтез и метаболизъм.

Ориз. 136. Експериментът на С. Милър, симулиращ условията на първичната атмосфера на Земята

Опарин вярваше, че решаващата роля в превръщането на неживите същества в живи принадлежи на катериците. Поради структурните си особености, тези молекули са способни да образуват колоидни комплекси, които привличат водни молекули, които образуват нещо като обвивка около протеините. Образуваха се такива комплекси, сливащи се един с друг коацервати– изолирани от останалата водна маса структури. Коацерватите са способни да обменят вещества с околната среда и селективно да натрупват различни съединения. Абсорбцията на метални йони от коацервати води до образуването на ензими. Протеините в коацерватите защитават нуклеиновите киселини от вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение. Системи от този вид вече притежаваха някои характеристики на живота, но им липсваха биологични мембрани, които да ги трансформират в първите живи организми.

Образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти).Мембраните могат да се образуват от липидни филми, покриващи повърхността на резервоарите, към които са прикрепени различни пептиди, разтворени във вода. Когато имаше пориви на вятъра или когато резервоарът се раздвижи, повърхностният филм се огъна и мехурчетата можеха да се откъснат от него, да се издигнат във въздуха и да паднат обратно, покривайки се с втори липидно-пептиден слой (фиг. 137). За по-нататъшното развитие на живота тези везикули, които съдържат коацервати с комплекси протеин-нуклеинова киселина, са важни. Биологичните мембрани осигуряват защита и самостоятелно съществуване на коацерватите, създавайки подреденост в биохимичните процеси. Впоследствие само онези структури, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане, са запазени и трансформирани в най-простите живи организми. Така са възникнали пробионти- примитивни хетеротрофни организми, които се хранеха с органични вещества от първичния бульон. Това се е случило преди 3,5–3,8 милиарда години. Химическата еволюция приключи, времето дойде биологична еволюцияжива материя (виж).

Ориз. 137. Образуване на мембранни структури (според A.I. Oparin)

Първите организми.Първите живи организми бяха анаеробни хетеротрофи, нямаха вътреклетъчни структури и бяха подобни по структура на съвременните прокариоти. Те получават храна и енергия от органични вещества от абиогенен произход. Но по време на химическата еволюция, която продължи 0,5–1,0 милиарда години, условията на Земята се промениха. Запасите от органични вещества, синтезирани в ранните етапи на еволюцията, постепенно се изчерпват и между първичните хетеротрофи възниква ожесточена конкуренция, която ускорява появата на автотрофи.

Първите автотрофи са били способни на фотосинтеза, тоест те са използвали слънчевата радиация като източник на енергия, но не са произвеждали кислород. Едва по-късно се появяват цианобактерии, които са способни на фотосинтеза с освобождаване на кислород. Натрупването на кислород в атмосферата доведе до образуването на озонов слой, който защитава първичните организми от ултравиолетовата радиация, но в същото време абиогенният синтез на органични вещества спря. Наличието на кислород доведе до образуването на аеробни организми, които съставляват по-голямата част от живите организми днес.

Успоредно с подобряването на метаболитните процеси вътрешната структура на организмите става по-сложна: образуват се ядро, рибозоми и мембранни органели, т.е. възникват еукариотни клетки (фиг. 138). Някои първични хетеротрофи влязоха в симбиотични взаимоотношения с аеробни бактерии. След като ги заловиха, хетеротрофите започнаха да ги използват като енергийни станции. Така възникват съвременните митохондрии. Тези симбионти са дали началото на животни и гъби. Други хетеротрофи уловиха не само аеробни хетеротрофи, но и първични фотосинтетици - цианобактерии, които влязоха в симбиоза, образувайки настоящите хлоропласти. Така се появяват предшествениците на растенията.

Ориз. 138. Възможен път за образуване на еукариотни организми

В момента живите организми възникват само в резултат на възпроизвеждане. Спонтанното зараждане на живот в съвременните условия е невъзможно по няколко причини. Първо, в кислородната атмосфера на Земята органичните съединения бързо се разрушават, така че не могат да се натрупват и подобряват. И второ, в момента има огромен брой хетеротрофни организми, които използват всяко натрупване на органични вещества за своето хранене.

Прегледайте въпроси и задачи

1. Какви космически фактори в ранните етапи от развитието на Земята са били предпоставките за появата на органични съединения?

2. Назовете основните етапи от възникването на живота според теорията за биопоезата.

3. Как са се образували коацерватите, какви свойства са имали и в каква посока са еволюирали?

4. Разкажете ни как са възникнали пробионтите.

5. Опишете как вътрешната структура на първите хетеротрофи може да стане по-сложна.

6. Защо спонтанното зараждане на живот е невъзможно при съвременни условия?

<<< Назад

Напред >>>

Вековната история на човечеството познава много хипотези за произхода на живота на Земята. От древни времена съществуват две напълно противоположни гледни точки по този въпрос. Един от тях твърди, че живите същества възникват от неживите - това е абиогенеза. Вторият е на мнение, че живите същества могат да възникнат само от живи същества – това е биогенезата. Нека се опитаме да разберем в тази статия каква е разликата между теориите за биогенезата и абиогенезата.

История на възгледите

Идеите за ясно корелират с нивото на познание на определена епоха. В древни времена, когато нивото на познанието е все още ниско, теориите за произхода на живите същества са поразителни със своята фантастична природа. Нека представим някои възгледи на философи и натуралисти от миналото. Например Емпедокъл (5 век пр.н.е.) вярва, че дърветата снасят яйца. Аристотел (IV век пр. н. е.) твърди, че въшките идват от месото, а дървениците идват от сока на тялото на животните. Тези възгледи за спонтанното генериране на живота като такъв съществуват до средата на 17 век, когато английският философ Ф. Бейкън (1561-1626) теоретично и италианският лекар Ф. Реди (1626-1698) и Луи Пастьор (1822) -1895) на практика доказва невъзможността за спонтанно възникване на живот. Тогава започнаха да се оформят тези два противоположни лагера, две взаимно изключващи се теории за произхода на живота - биогенезата и абиогенезата.

Малко теория

При абиогенеза (от гръцкия префикс за отрицание - а, биография- живот и генезис- възникване) разбират теорията за възникването на органични структури от неорганични и извън живия организъм. В широк смисъл абиогенезата е за произхода на живи същества от неживи същества. И тук е необходимо да се изясни какво се счита за живот и кога неживото става живо. И тъй като дори днес определението за живот се тълкува по различни начини и от различни гледни точки, все още има много поддръжници както на абиогенезата, така и на биогенезата.

Животът в теорията на абиогенезата

В тази концепция най-важни са генетичните и еволюционните критерии, които определят живота. Всички други критерии - термодинамични и екологични - се считат за вторични. Разпоредбите на абиогенезата са както следва:

• Живите и неживите същества се различават по химичен състав и характеристики (метаболизъм). Всички теории в тази посока се наричат ​​биохимична абиогенеза.
• Произходът на живота е възникнал на Земята, естествено и с изразходване на свободна енергия. Това е резултат от появата на сложни органични вещества от прости неорганични с появата на нови химични реакции между тях. Всички теории за произхода на живота в тази посока се наричат ​​геоцентрични.
• Основните свойства и характеристики на живите същества са метаболизъм, самовъзпроизвеждане на собствения вид, наследственост и променливост.

По този начин абиогенезата е геоцентрична и химическа теория, която обяснява произхода на живите същества.

Животът като резултат от биогенезата

Биогенезата се фокусира върху термодинамичните и екологични свойства, които отличават живите от неживите. В този случай генетичните, еволюционните и биохимичните подходи се считат за допълващи се. Концепциите на биогенезата са както следва:

• Живото, както и неживото, са две взаимосвързани и неделими състояния на материята. Тези теории се наричат ​​физически теории.
• Термодинамичният (устойчивост на ентропия) и системният (подчинение и стабилни динамични връзки) компонент са основните свойства и признаци на живота.
• Животът е възникнал във Вселената, а биосферата на Земята е проявление на живата част от Космоса. Тези теории се наричат ​​космически.

Следователно биогенезата е космоцентрична физическа теория за произхода на живота.

Модерни възгледи

Съвременната наука се придържа към гледна точка, която комбинира всички концепции в единна система от знания за това как неживата материя се е превърнала в жива. Като най-вероятен път на произход на живите същества съвременната наука признава, че началният етап е абиогенезата. И се състои от 3 начални етапа:

• Появата на биологични мономери.
• Образуване на биологични полимери.
• Появата на мембранни структури и първични протозойни организми - протобионти.

Небиологично образуване на органична материя

Или предбиологичната абиогенеза е възникването на органични вещества от неорганични. През 1924 г. руският академик А.И. Опарин (1894-1980) предполага, че в разтвори, наситени с високомолекулни съединения, спонтанно се образуват зони с повишени концентрации (коацервати или коацерватни капки), които са изолирани от околната среда, но поддържат обмен с нея. през 1929 г. английският учен Джон Халдейн (1892-1964) го подкрепи и теорията за коацерватите, която предполага спонтанното генериране на органични вещества в ранните етапи от развитието на нашата планета с уникални физически условия, стана твърдо установена в науката .

Доказателство за хипотезата за абиогенезата

Първоначално не беше възможно да се докаже възможността за спонтанен синтез на органични вещества от неорганични. Днес обаче вече са извършени определени етапи и са получени резултати.

Всичко започва през 1953 г., когато химиците Стенли Милър и Харолд К. Юри провеждат експеримент с първичния бульон (среда, подобна на пребиотичната на Земята). Притокът на енергия (до 60 хиляди V) под налягане и при температура от 80 градуса по Целзий доведе до образуването на мастни киселини, урея и няколко аминокиселини (протеинови мономери). И още през 2008 г. американски биолози създадоха „протоклетка“ с мембрана; през 2011 г. японски биолози публикуваха работа за създаване на везикула с мембрана и способността да се дели.

Несигурни позиции

Въпреки успехите на биолозите в експерименталните опити да потвърдят теорията на Опарин-Халдейн за произхода на живота на планетата в коацервати, всички получени структури все още са далеч от структурата на жива клетка. не признава тези опити за безспорни доказателства за именно този произход на живота. Както биогенезата, така и абиогенезата са теории, които все още не са потвърдени експериментално. Като се има предвид, че пътят от неорганичните молекули до живата клетка е дълъг, с много разклонения и спирки, учените могат само да предполагат как е могъл да бъде изминат този път. Но всички тези хипотези не доказват, че точно това се е случило на Земята преди много милиарди години.

Вероятността е абсолютно невероятна

Случайността на появата на жива клетка в първичния бульон е изчислена математически. Британският математик Фред Хол, използвайки съвременни компютри, изчисли вероятността за случайно образуване на протеин от амеба. И тази вероятност се оказа пренебрежимо малка - 1/10*40000. Спомнете си, че това е при някои идеални условия. И това води до определени мисли и дава аргументи на привържениците на други теории и концепции за произхода на живота на нашата планета.

Невероятното е вероятно

Но, както знаете, всичко е относително. На нашата планета и в нашия свят – ето няколко примера, които ще ви накарат да се запитате дали такава случайност като появата на живот в първичната супа наистина е толкова невъзможна.

• Ако продължителността на човешкия живот беше 100 000 години, тогава щяхме гарантирано (тоест 100%) да умрем в самолетни катастрофи.
• Вероятността да спечелите лотарията Cool Million е 1 към 5 200 000. Въпреки това американката Валери Уилсън спечели главната награда два пъти: през 2002 г. и през 2006 г.
• През 2009 г. в българската лотария „6 от 41” са изтеглени едни и същи числа в два тиража с разлика от 4 дни (4 15 23 24 35 42). Вероятността за такова събитие е 3,61. 10−14.

Въпрос 1. Какви космически фактори в ранните етапи от развитието на Земята са били предпоставките за появата на органични съединения?

В ранните етапи от развитието на Земята органичните съединения са се образували от неорганични по абиогенен път. Източникът на енергия за тези процеси беше ултравиолетовото лъчение от Слънцето. В атмосферата нямаше озон и кислород, така че ултравиолетовото лъчение не беше забавено от нищо и достигна повърхността на планетата. Под негово въздействие, както и с участието на електрически мълнии, от вода и газове се образуват най-простите органични вещества: формалдехид, глицерин, аминокиселини, урея и др.

Въпрос 2. Назовете основните етапи от възникването на живота според теорията за биопоезата.

Според теорията за биопоезата, формулирана през 1947 г. от английския физик и историк на науката Джон Бернал (1901-1971), могат да се разграничат три етапа на възникване на живота:

1) абиогенен синтез и натрупване на органични мономери (образуване на „първичния бульон“);

2) образуването на биологични полимери и коацервати (от лат. coacervus - съсирек);

3) образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти).

Основното място, където протичат всички тези процеси, е древният океан.

Въпрос 3. Как са се образували коацерватите, какви свойства са имали и в каква посока са еволюирали?

Образуването на коацервати би било невъзможно без взаимодействието на органичните вещества помежду си и с неорганичните съединения. В резултат на това взаимодействие от мастни киселини и алкохоли се образуват липиди, от аминокиселини - пептиди, а от нуклеотиди - нуклеинови киселини. Липидите образуват филми на повърхността на резервоарите, а протеините образуват полимерни комплекси, разтворени във вода. Такива комплекси, сливайки се един с друг, образуват коацервати - структури, изолирани от останалата водна маса. Коацерватите са способни да концентрират различни вещества чрез обмен с околната среда. По този начин натрупването на метални йони и тяхното взаимодействие с протеини доведе до образуването на ензими. Нуклеиновите киселини, уловени в коацервати, имат по-голям шанс да запазят структурата си и да не бъдат унищожени. Коацерватите имаха някои характеристики на живота, но нямаше достатъчно биологични мембрани, за да ги трансформират в първите живи организми.

Въпрос 4. Разкажете ни как са възникнали пробионтите.

Пробионтните мембрани могат да се образуват от липидни филми на повърхността на водните тела, към които са прикрепени коацервати, плаващи във водата. За еволюцията на живота са важни онези коацервати, които съдържат не само протеини, но и нуклеинови киселини. От техните комплекси с липиди само тези, които са способни на самовъзпроизвеждане на нуклеинови киселини, могат да се считат за живи организми. Така възникват пробионтите - примитивни хетеротрофи, живеещи от органични вещества от абиогенен произход („първичен бульон“). На този етап химическата еволюция приключи и започна биологичната еволюция.

Въпрос 5. Опишете как вътрешната структура на първите хетеротрофи може да стане по-сложна.

Постепенно количеството органични вещества от абиогенен произход започва да намалява. Това доведе до ожесточена конкуренция между пробионтите, което ускори появата на автотрофи, които използват енергията на слънчевата светлина за създаване на органична материя. Първите автотрофи са използвали аноксичен път на фотосинтеза. По-късно се появяват цианобактерии, които са способни на фотосинтеза и освобождаване на кислород. Последицата от натрупването на кислород в атмосферата беше, първо, появата на аеробни организми и второ, образуването на защитен озонов слой.

В същото време вътрешната структура на клетките става по-сложна, което в крайна сметка води до появата на еукариоти. Някои хетеротрофи влизат в симбиоза с аеробни бактерии, улавят ги и ги използват като "енергийни станции" - бъдещи митохондрии. Такива симбионти са породили животни и гъби. Други хетеротрофи, в допълнение към аеробните бактерии, също уловиха автотрофи-цианобактерии, които станаха хлоропласти. Така се появяват предшествениците на растенията.

Въпрос 6. Защо спонтанното зараждане на живот е невъзможно при съвременни условия?

Спонтанното възникване на живот на Земята в момента е невъзможно, тъй като в условията на съвременната богата на кислород атмосфера органичните съединения бързо се разрушават, не се натрупват и не достигат необходимата степен на сложност. В допълнение, появата на коацервати и пробионти не се случва поради огромния брой хетеротрофи, които много бързо „изяждат“ всяко натрупване на органични вещества.

Назад напред

внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представят всички характеристики на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Цел на урока: Да се ​​формира у учениците система от знания за различни възгледи за произхода на живота на Земята.

Цели на урока:

I. Образователни:

1. Покажете ролята на експеримента в разрешаването на научни спорове за произхода на живота.
2. Да се ​​научи да анализира основните научни хипотези за произхода на живота.

II. Образователни:

1. Продължете да развивате желанието за независима познавателна дейност.
2. Продължете формирането на формални логически умения за обяснение, спецификация, дефиниция, обобщение.

III. Образователни:

1. Интелектуален - да продължи формирането на научен мироглед.
2. Екологичен – затвърдяване на знанията за връзката между живата и неживата природа.
3. Морално - формиране на знания и вярвания на учениците за човешката отговорност за опазване целостта на биосферата на нашата планета.

Мотивация:

Произходът на живота на нашата планета е предмет на вековни дискусии, в които е участвало повече от едно поколение на човечеството. Тази интересна област на знанието, която има научно, философско и идеологическо значение, все още привлича вниманието на изследователи от различни посоки.

Изследването на различни теории за произхода на живота на Земята е необходимо за формиране на цялостна представа за историческия път на развитие на живата природа и формирането на научен светоглед.

Студентите трябва да знаят:

1. Основни положения на теориите за произхода на живота;
2. Съвременни представи за произхода на живота на Земята (теория на биохимичната еволюция).

Студентите трябва да могат да:

1. Разкрийте основните положения на основните теории за произхода на живота на Земята;
2. Дайте описание на експериментите на Ф. Реди, Л. Спаланцани, Л. Пастьор, С. Милър, разкрийте тяхното значение за решаването на въпроса за произхода на живота;
3. Разкрийте основните положения на съвременните идеи за произхода на живота на Земята (теории за биохимичната еволюция);
4. Формулирайте основните положения на теорията на А. И. Опарин.

Оборудване на урока:

• план на урока;
• абстрактно;
• раздаване;
• задачи за контрол;
• презентация;
• лаптоп;
• мултимедиен проектор;
• екран.

Междупредметни връзки:

а) физика (дизайн на устройства, физически явления);
б) химия (състав на атмосферата, химични вещества);
в) история (развитие на науката);
г) философия (формиране на научен мироглед);
д) чужд език (превод на термини).

Литература за учители:

1. Сивоглазов В.И., Агафонов И.Б. Обща биология 10-11. – М.: Дропла, 2005
2. Сивоглазов В.И., Сухова Т.С., Козлова Т.А. Обща биология. Наръчник за учителя. – М.: ИРИС ПРЕС, 2004
3. Сухова Т.С. Урок по биология. Технология на развиващото обучение. – М.: Вентана-Граф, 2001

Литература за ученици:

1. Сивоглазов В.И., Агафонов И.Б. Обща биология 10-11.– М.: Дропла, 2005

Хронокарта на урока:

1. Организационен момент

Поздрави, проверка на присъстващите по списък, пожелания за успешна работа в клас.

2. Контрол на изходното ниво на знания (стандартите за верни отговори са посочени в скоби)

Цели:

• Определете нивото на знания на учениците.
• Регулирайте нивото на трудност на представяне на нов материал.

1. По какви основни признаци (критерии) можете да различите жив обект от нежив?

(Единство на химичния състав на живите организми, метаболизъм, раздразнителност, растеж, размножаване, развитие, адаптивност към околната среда, саморегулация).

2. Къде и кога са възникнали първите живи организми? Какви бяха те? (Първите организми са се появили преди около 3 милиарда години във водната среда; те са били едноклетъчни прокариоти, хранещи се с органична материя на океана, анаероби.)

3. Какви етапи от развитието на растенията на Земята можете да назовете? (едноклетъчни, многоклетъчни; появата на фотосинтеза, полов процес; достъп до земя, развитие на сухоземна растителност.)

4. Какви етапи от развитието на животните на Земята можете да назовете? (Едноклетъчни, колониални, многоклетъчни; поява на полов процес; поява на безгръбначни и гръбначни; достъп до сушата; усложняване на структурата поради сухоземния начин на живот.)

5. Какви вещества са включени в живите организми?

(Неорганични (вода, минерални соли) и органични (аминокиселини, протеини, мазнини, въглехидрати и др.))

3. Изучаване на нов материал (обяснението на новия материал е придружено от презентация; номерата на слайдовете са посочени в текста)

3.1. Формулиране на проблема

Животът съществува на Земята от милиарди години. Той изпълва всички кътчета на нашата планета.

От древни времена до наше време са изказани огромен брой хипотези за произхода на живота. Спецификата на живите същества определя редица въпроси, на които трябва да се отговори при решаването на проблема за произхода на живота:

• Как се е зародил и развил животът на нашата планета?
• Как е възникнала клетката, структурната единица на живите същества?
• Как са възникнали всички вещества и структури, специфични за живите същества?
• Как се формира съществуващият метаболизъм? и т.н.

Трябва да се запознаем с хипотезите за произхода на живота, да ги анализираме и да си съставим представа как е възникнал и се е развил животът на Земята.

3.2. Развитие на идеи за произхода на живота на Земята (слайд № 1)

От незапомнени времена произходът на живота е загадка за човечеството. От момента на появата си, благодарение на работата, човек започва да се откроява сред другите живи същества.

Но способността да си зададете въпроса „откъде сме?“ хората го получават сравнително наскоро - преди 7-8 хиляди години.

До този момент човекът трудно се отделяше от другите животни (човекът беше и ловец, и вид дивеч), но постепенно започна да се отделя от природата с вътрешния си духовен свят. Първите примитивни форми на вяра в нереални, свръхестествени или божествени сили възникват още преди 35-40 хиляди години.

3.3. Основни теории за произхода на живота на Земята (Слайд № 2)

• Креационизъм
(Слайд № 3)

Според тази теория животът е възникнал в резултат на някакво свръхестествено събитие в миналото, което най-често означава божествено сътворение. Възникна идеята за създаването на света като „творчески акт“ на Бог и този мит е в основата на всички религии.

Теория на спонтанното зараждане

Привържениците на тази теория твърдят, че живите организми са възниквали многократно от нежива материя чрез спонтанно генериране. – концепция за абиогенеза (от гръцки “а” - не, “биос” - живот, “генезис” - произход). (Слайд № 4)Древногръцките философи приемат идеята за възникването на живи същества от вода или от различни мокри или гниещи материали. Но дори Талес (624-547 пр.н.е.) оспорва митологичните идеи и създава спонтанно материалистичен светоглед с елементи на диалектика. Според Талес и неговите последователи възникването на живите същества от водата е станало без никаква намеса на духовни сили; животът е свойство на материята. Според Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) някои частици материя съдържат „активен принцип“, който може при подходящи условия да създаде жив организъм. Това "начало" може да се намери в оплодено яйце, гниещо месо, кал и слънчева светлина:

„Това са фактите – живите същества могат да възникнат не само в резултат на чифтосването на животни, но и на разлагането на почвата... Някои растения се развиват от семена, докато други възникват спонтанно под въздействието на силите на природата от гниеща земя или определени части от растения...”

Въпреки това, с появата на християнството, особено през Средновековието, теорията за спонтанното зараждане попада под игото на Църквата. Тя се смяташе за атрибут на магьосничество и проявление на дявола. Въпреки това тя продължи да съществува.

В началото на XVI-XVII век. Ван Хелмонт (1579 - 1644) описва експеримент, при който успява да получи мишки от мръсно бельо и пшеница, поставени в тъмен килер. Ван Хелмонт смята, че човешката пот е активният източник на развитие на мишката. (Слайд № 5)- Да се концепция за биогенеза (от гръцки "биос" - живот, "генезис" - произход). (Слайд № 6)

През 1668г италианският лекар Франческо Реди (1626-1698) доказва, че белите червеи, открити в месото, са ларви на мухи; Ако месото или рибата се покрият, докато са пресни, и се предотврати достъпът на мухи, тогава, въпреки че ще изгният, те няма да произвеждат червеи. От това Ф. Реди заключава, че живите същества произлизат само от живи същества). (Слайд № 7)През 1765 г. Lazzardo Spallanzani (1729-1799) сварява смеси от месо и зеленчуци и веднага ги запечатва. Няколко дни по-късно той изследва отварите и не открива признаци на живот. От това той заключи, че високата температура е унищожила всичко живо и нищо ново не може да възникне. (Слайд № 8)

J. Needham - поддръжник витализъм (от латинското vita - живот), обясни отрицателните резултати, получени от L. Spallanzani, с факта, че той подлага своите инфузии на твърде сурова обработка, в резултат на което тяхната "жизнена сила" е унищожена. (Слайд № 9)Според виталистите „жизнената сила” присъства навсякъде. Достатъчно е само да го „дишате“ и неодушевеното ще оживее.

През 1862 г. големият френски учен Луи Пастьор (1822-1895) публикува своите наблюдения върху проблема за произволното спонтанно генериране. Той доказва, че внезапната поява („спонтанно спонтанно зараждане“) на микроби в различни видове гнилостни тинктури или екстракти не е поява на живот. Гниенето и ферментацията са резултат от жизнената дейност на микроорганизми, въведени отвън. Неговите изследвания най-накрая разрушиха вековните предразсъдъци за спонтанното зараждане.

Фиг. 1. Опит на Л. Пастьор в колби с S-образно гърло:

1 - колба със захаросана мая; след стерилизация и охлаждане остава стерилен за дълго време;

2 - същата колба 48 часа след отстраняване на извитата шийка; наблюдава се растеж на микроорганизми. (слайдове № 10,11)

• Теория на стационарното състояние
(Слайд № 12)

Според тази теория Земята е съществувала вечно, никога не е съществувала, винаги е била способна да поддържа живот и всякакви промени на нея са били напълно незначителни. Тази теория в момента не издържа на критика.

• Теория за панспермията
(Слайд № 13)

През 5 век пр.н.е. Гръцкият философ Анаксагор изрази идеята за космическата сеитба - панспермия(от гръцки "пан" - всичко и "сперма" - семе). Според неговото учение животът произлиза от семе, което съществува „винаги и навсякъде“. Според тази теория ембрионите на живота са донесени на Земята от метеорити или космически прах. Тази теория не предлага никакъв механизъм за появата на живот, а просто излага постулат за неговия извънземен произход. Твърди се, че животът може да възниква многократно по различно време и на различни места във Вселената.

4. Съвременни представи за произхода на живота

(Слайд 14)

Съвременната теория за произхода на живота се основава на идеята, че биологичните молекули може да са възникнали в далечното геоложко минало по неорганичен път.

Най-широко разпространен през ХХ век. получи теорията за биохимичната еволюция, предложена независимо един от друг от руския химик А. И. Опарин (1894 - 1980) и английския биолог Д. Халдейн (1892 - 1964).

• Теория на биохимичната еволюция
(Слайд № 15)

Етап 1 – абиогенна поява на органични мономери Нашата планета е възникнала преди около 4,6 милиарда години. Постепенното уплътняване на планетата беше придружено от отделяне на огромно количество топлина, радиоактивни съединения се разпаднаха и от Слънцето дойде поток от твърда ултравиолетова радиация. След 500 милиона години започва бавното охлаждане на Земята. Образуването на земната кора е придружено от активна вулканична дейност. Смята се, че първичната атмосфера се е състояла предимно от амоняк, вода, метан, въглероден оксид и въглероден диоксид. Липсата на кислород му придава възстановителни свойства. На 3 май 1924 г. на заседание на Руското ботаническо дружество младият учен А. И. Опарин изрази мнение, че в условията на първичната атмосфера на Земята, значително различна от сегашната, синтезът на всички прекурсорни вещества, необходими за може да е възникнал произходът на живота.

При такива условия органичните вещества могат да се създават много по-лесно и да се съхраняват, без да се подлагат на гниене за дълго време. А. И. Опарин вярваше, че сложните вещества могат да бъдат синтезирани от по-прости в океански условия. Енергията, необходима за реакциите, е донесена от слънчевата радиация, т.к все още не е съществувал защитният озонов щит; синтезът се извършва и при условия на мълниеносни разряди.

Условията на първобитната Земя (слайдове № 16,17):

Разнообразието от прости съединения, открити в океана, и големите времеви мащаби предполагат възможността за натрупване в океана на голямо количество органична материя, която формира „първичния бульон“, в който може да е възникнал животът.

Схема на образуване на „първичния бульон“

Тази теория е потвърдена в експериментите на С. Милър, проведени през 1953 г. (Слайд 18)

Фиг.2. Диаграма на устройството на С. Милър:

1 - реакционна колба; 2 - волфрамови електроди; 3 - искров разряд; 4 - колба с вряща вода; 5 - хладилник; 6 - капан; 7 - клапан, през който газовата смес се подава към апарата

Той прекарва електрически разряди през газова смес, съдържаща метан, амоняк, молекулярен водород и водни пари, т.е. симулира атмосферния състав на примитивната Земя и след това анализира получените продукти от реакцията. Волфрамовите електроди бяха инсталирани в реакционната колба, съдържаща смес от газове. В продължение на една седмица се пропускат искрови разряди с напрежение 60 000 V. В друга колба (малка) водата се поддържа при кипене. Водната пара преминава през реакционната колба и се кондензира в хладилника. По време на процеса на циркулация те улавят реакционните продукти от реакционната колба и ги прехвърлят в уловител, където се концентрират. При идентифицирането на реакционните продукти са открити органични съединения: урея, млечна киселина и някои аминокиселини.

Етап 2 – образуване на биологични полимери и коацервати (Слайд № 19)

ИИ Опарин смята, че решаващата роля в превръщането на неживите същества в живи принадлежи на протеините. Протеиновите молекули образуват комплекси със заобикалящите ги водни молекули. Сливането на такива комплекси един с друг доведе до тяхното отделяне от водната среда, образувайки коацервати(от латински "coacervus" - съсирек). Капките коацерват са способни на: обмен на вещества с околната среда и натрупване на различни съединения. Абсорбцията на метални йони от коацервати води до образуването на ензими. Протеините в коацерватите защитават нуклеиновите киселини от вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение. В самите капки са извършени по-нататъшни химични трансформации на веществата, които са попаднали там. На границата на капчиците с външната среда липидните молекули се подреждат, образувайки примитивна мембрана, която повишава стабилността на цялата система.

Етап 3 – образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти) Около коацерватите, богати на органични съединения, се появяват слоеве от липиди, отделящи коацервата от околната водна среда. По време на еволюцията липидите се трансформират във външната мембрана, което значително повишава жизнеспособността и стабилността на организмите. Така възникват пробионтите - примитивни хетеротрофни организми, които се хранят с органичните вещества на първичния бульон. Това се е случило преди 3,5 - 3,8 милиарда години. Химическата еволюция е приключила.

Същността на теорията на A.I. Опарин може да се формулира под формата на три постулата:

1. Животът е един от етапите на еволюцията на Вселената. 2. Появата на живот е естествен резултат от химическата еволюция на въглеродните съединения. 3. За прехода от химическата еволюция към биологичната еволюция е необходимо образуването и естествения подбор на изолирани от околната среда, но постоянно взаимодействащи с нея интегрални мултимолекулни системи, които бяха наречени пробионти.

Изводи. (Слайд № 20)