1 из 44

Презентация - Биохимическая эволюция

Текст этой презентации

Теория абиогенеза (биохимической эволюции). Модель А.Опарина -Дж. Холдейна. Опыты С. Миллера. Проблемы и противоречия теории

В 1923 году советским биохимиком Алексеем Опариным была разработана теория биохимической эволюции.

А. И. Опарин, русский биохимик, академик, еще в 1924 г. опубликовал свою первую книгу по данной проблеме происхождения жизни путем биохимической эволюции
2 марта 1894 г. - 21 апреля 1980 г.

миллиарды лет назад при формировании планеты первыми органическими веществами были углеводороды, которые образовались в океане из более простых соединений.
Основу этой теории составляла идея:

Появление жизни А. Опарин рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию.

Суть гипотезы:
Зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой
Произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:
1) этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли; 2) этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов; 3) этап самоорганизации сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

Первый этап (около 4 млрд. лет назад)
По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства.
Поскольку поверхность Земли оставалась горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты.
Таким образом в водах первичного океана были растворены различные соли и органические соединения
Эти процессы продолжались многие миллионы лет

Второй этап
Происходит смягчение условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений - биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь.
Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.

Коацерваты - это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя:
слой, богатый коллоидными частицами
жидкость, почти свободную от них
Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.

сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму
Третий этап
Начал действовать естественный отбор
в результате сохранилась только малая часть коацерватов
достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры

Позднее теория биохимической эволюции получила развитие в трудах английского учёного Джона Холдейна

Дж. Холдейн, английский генетик и биохимик, с 1929 г. развивал идеи, созвучные представлениям А. И. Опарина.

Жизнь явилась результатом длительных эволюционных углеродных соединений. Вещества, близкие по своему химическому составу к белкам и другим органическим соединениям, составляющие основу живых организмов, возникли на основе углеводородов.
Джон Холдейн сформулировал гипотезу

В дальнейшем поглощая из окружавшей среды белковые вещества, структура коацерватов усложнялась, и они стали похожи на примитивные, но уже живые клетки, а химические соединения внутреннего состава позволяли им расти, видоизменяться, осуществлять обмен веществ и размножаться.
Коацерват (от лат. coacervātus - «собранный в кучу») или «Первичный бульон» - многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией разведённого вещества, чем в остальной части раствора того же химического состава.

Теория биохимической эволюции и происхождения жизни на Земле, высказанная Алексеем Опариным, признана многими учеными, однако из-за большого количества предположений и допущений, она вызывает некоторые сомнения.

Постулирует, что жизнь возникла на Земле именно из неживой материи, в условиях, имевших место на планете миллиарды лет назад. Эти условия включали наличие источников энергии, определенного температурного режима, воды и других неорганических веществ - предшественников органических соединений. Атмосфера тогда была бескислородной (источником кислорода в настоящее время являются растения, а тогда их не было).
«Гипотеза Опарина-Холдейна»

Этапы развития жизни на Земле по гипотезе Опарина-Холдейна
Временной период Этапы возникновения жизни События, происходящие на Земле
От 6,5 до 3,5 млрд лет тому назад 1 Образование первичной атмосферы, содержащей метан, аммиак, углекислый газ, водород, окись углерода и пары воды
2 Охлаждение планеты (ниже температуры +100 °С на ее поверхности); конденсация паров воды; образование первичного океана; растворение в его воде газов и минеральных веществ; мощные грозы Синтез простых органических соединений - аминокислот, сахаров, азотистых оснований - в результате действия мощных электрических разрядов (молний) и ультрафиолетовой радиации
3 Образование простейших белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров; коацерватов
От 3,5 до 3 млрд лет тому назад 4 Образование протобионтов, способных к самовоспроизведению и регулируемому обмену веществ, в результате возникновения мембран с избирательной проницаемостью и взаимодействий нуклеиновых кислот и белков
3 млрд лет тому назад 5 Возникновение организмов, имеющих клеточное строение (первичных прокариот-бактерий)

Весьма убедительные доказательства возможности осуществления 2-го и 3-го этапов развития жизни получены в результате многочисленных экспериментов по искусственному синтезу биологических мономеров.

Впервые в 1953 г. С. Миллер (США) создал достаточно простую установку, на которой ему удалось из смеси газов и паров воды под действием ультрафиолетового облучения и электрических разрядов синтезировать ряд аминокислот и других органических соединений

Публикация в журнале Science описывает данные, ускользнувшие от ученых 50 с лишним лет назад.
Молодой сотрудник Университета Чикаго, Стэнли Миллер, проводит свои знаменитые эксперименты по синтезу биологических молекул. 1953 год. //Архив Химического факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего

Тогда нобелевский лауреат Гарольд Юри, получивший престижную премию за открытие тяжелой воды и увлекшийся впоследствии проблемами космохимии,
вдохновил одного из своих подопечных, Стэнли Миллера, теорией доисторического абиотического супа, из которого под влиянием внешних факторов получились первые органические молекулы.
29 апреля 189 - 5 января 1981 (87 лет)

Для того чтобы воссоздать реакции в лаборатории в условиях, приближенных к тем, что царили на Земле миллиарды лет назад, Миллер, разработал оригинальный химический прибор.

Прибор состоит из большой реакционной колбы, содержащей пары метана, аммиака и водорода, в которую снизу нагнетается горячий водяной пар. Сверху же расположены вольфрамовые электроды, генерирующие искровой разряд. Моделируя таким образом условия грозы в окрестностях действующего прибрежного вулкана, Миллер надеялся получить в ходе синтеза биологические молекулы.
Кипящая вода (1) создает поток пара, который усиливается соплом аспиратора (врезка), искра, проскакивающая между двумя электродами (2), запускает набор химических превращений, холодильник (3) охлаждает поток водяного пара, содержащего продукты реакции, которые оседают в ловушке (4).// Нед Шоу, Университет Индианы.

В своем опыте Миллер использовал газовую смесь, состоящую из:
аммиак
метан
водород
водяной пар
По предположению Миллера, именно эта смесь преобладала в первичной атмосфере Земли

Так как эти газы не могли вступить в реакцию в естественных условиях, Миллер подвергал их воздействию электрической энергии, имитируя грозовые разряды, от которых, как предполагалось, была получена энергия в ранней атмосфере
При температуре 100 ° С смесь кипятилась в течение недели, систематично подвергаясь воздействию электрических разрядов.
Проведенный в конце недели анализ хемосинтеза показал, что из двадцати аминокислот, составляющих основу любого белка, образовались только три

После смерти Стивена Миллера, разбирая его дневники и архивы, близкие и коллеги обнаружили записи, относящиеся к работам 50-х годов, а также несколько склянок с подписями.
Подписи указали на то, что содержимое склянок – не что иное, как продукты синтеза в аппаратах Миллера, сохраненные автором в неприкосновенном виде.

Опыты Стэнли Миллера, попытавшегося в пробирке повторить зарождение жизни на Земле, были куда успешнее, чем полагал сам Миллер. Современные методы позволили найти не пять, а все 22 аминокислоты в химической посуде, запечатанной ученым многие десятилетия назад

На протяжении последующих 20 лет было установлено:
Атмосфера в опыте Миллера была фиктивной
Ранняя атмосфера Земли состояла не из метана и аммиака, а из азота, двуокиси углерода и водных испарений, а эксперимент Миллера был ничем иным, как откровенной ложью.
В опытах, для получения аминокислот, брали готовый аммиак, а сам по себе, абиогенным способом, образуется он только при высоком давлении и температурах из эквималярной смеси водорода и азота, в присутствии катализатора

Миллер использовал в эксперименте механизм "холодного капкана", то есть образовавшиеся аминокислоты сразу же были изолированы от внешней среды.
Если бы не было этого механизма, атмосферные условия тотчас же разрушили бы эти молекулы.

Миллер, использовав метод «холодного капкана», сам сокрушил свое же утверждение о возможности свободного образования аминокислот в атмосфере.
В итоге все усилия показали, что даже в идеальных условиях лаборатории невозможно синтезировать аминокислоты без механизма "холодного капкана", чтобы предотвратить расщепление аминокислот уже под влиянием собственной среды, так что не может быть и речи о случайном их возникновении в природе.

Научные проблемы опытов Миллера
Полученные аминокислоты оказались «неживыми»: не того направления вращения – эффект «киральности». в результате опыта было получено множество D-аминокислот. D-аминокислоты отсутствуют в структуре живого организма.

“проблемы хиральности” В результате опыта были получены аминокислоты с разным поворотом (ориентацией) от воображаемой оси, что делает практически невозможным их соединение в протеин (б-ок)

киральность
Термин "хиральность" происходит от греческого слова "хирос" - рука.

Разделы: Биология

«Современная теория возникновения жизни на земле – гипотеза А.И. Опарина – Дж. Холдейна»

Тип урока: урок формирования и совершенствования знаний.

Вид урока: урок взаимного обучения.

Цель: изучить основные аспекты современной теории возникновения жизни на Земле - гипотезы А.И.Опарина- Дж. Холдейна.

Задачи:

1. Сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции.
2. Совершенствовать у школьников умение сравнивать и анализировать различные гипотезы, правильно определять их по сущностным характеристикам
3. Пробудить у учащихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновения жизни на Земле.
4. Убедить учащихся в неповторимости жизни как способа существования.

Ведущие понятия: химическая эволюция, абиогенный синтез, коацерваты, биопоэз.

Межпредметные связи: с астрономией - концепция О.Ю. Шмидта; с геологией -формирование и развитие нашей планеты; с историей - развития представлений о возникновении жизни на Земле с древности до наших дней; с химией – формирование органических веществ; с экологией - отработка смежных терминов (автотрофы, гетеротрофы, прокариоты, эукариоты, аэробы, анаэробы и т.д.).

1-й этап. Организационная часть.

2-й этап. Вводная беседа.

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с большим количеством гипотез, теорий и концепций о происхождении жизни на Земле. Каждый из вас готовил доклад по изучаемой теме. Работы были очень интересные. Давайте еще раз проследим и вспомним, как развивались представления по изучаемой проблеме.

3-й этап. Повторение пройденного материала (опрос).

Индивидуальный опрос: работа с карточками у доски.

Карточка №1.

Как долго существовали представления о самозарождении организмов. В чем заслуга Франческо Реди в этом вопросе?

Карточка №2.

В 1859 году Парижская академия наук учредила премию за попытку осветить по-новому вопрос о зарождении жизни на Земле. Кто и когда получил эту премию? В чем была его заслуга?

Фронтальный опрос:

1. Все многообразие гипотез сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения. Каким? Назовите их. Ответ: Биогенез-«живое из живого». Абиогенез-« живое из неживого».

2. Кроме того, основные идеи, объясняющие происхождение жизни на Земле можно классифицировать по пяти направлениям. Каким? Учитель рекомендует обратиться к Приложению 1.

3. Назовите основные идеи. Объясняющие происхождение жизни на Земле?

Ответ:

1. Метафизическая (жизнь создана Богом).
2. Теория панспермии (жизнь занесена из космоса).
3. Теория самозарождения.
4. Биохимическая гипотеза А.И. Опарина.
5. Гипотеза геологической вечности жизни.

Учителем доводятся статистические данные по опросу учеников старших классов. Из 87 опрошенных учеников считают, что жизнь создана Богом-42 человека; В теорию панспермии верят-28; жизнь самозародилась-5 чел; В теорию А.И. Опарина-12 чел; В теорию биогенеза - никто не верит.

Учитель: Почти половина опрошенных учеников верят в христианскую религию, которая всегда была символом доброты и милосердия. А раз молодые люди верят в доброе будущее, то все в нашем государстве будет хорошо.

4. Каковы были взгляды на происхождение жизни в древности? Ответ: в древнем мире была распространена идея самозарождения. Аристотель: черви появляются из гниющего мяса под влиянием «жизненной силы». Древнеримский философ Тит Лукреций Кар в I веке до нашей эры в произведении «О природе вещей» писал:

«Видеть бывает легко.
Как из кучи зловонной навоза,
Черви живые ползут, зарождаясь…».

5. Расскажите о гомункулюсе? Ответ: Средневековый алхимик Парацельс в 16 веке предложил рецепт создания маленького живого человека. Он рекомендовал выдержать разлагающуюся мочу определенное время в тыкве, а затем поместить ее в лошадиный желудок, где и будет развиваться гомункулюс. В поэтической форме эти идеи отражены в гениальном произведении И.В. Гете «Фауст»

6. Какова заслуга М.М. Тереховского? Ответ: Мартын Матвеевич в 1775 году запаял сосуд с бульоном и прокипятил его. Бульон хранился очень долго, но микроорганизмы в нем не появились.

7. Отвечает ученик у доски. Карточка №1. Ответ: Представления сохранялись до 19 века. Но в 17-18 веках ученные пытались с помощью опытов доказать невозможность самозарождения жизни. В 17 веке Франческо Реди проделал опыты: (Рис. № 1.)

1. Сырое мясо в закрытом горшке.
2. Сырое мясо в четырех сосудах было открыто, в 4х-прикрыто кисеёй. Кисея (ударение на букву «я»)- это легкая полупрозрачная хлопчатобумажная ткань. Результат: в открытых сосудах завелись личинки мясной мухи, а в закрытых самозарождения не произошло.

Рисунок №1.

8. Как вопросы происхождения жизни были связаны с семьей Ч. Дарвина? Ответ: самозарождение допускал и Эразм Дарвин (дед Ч.Дарвина), спор разгорелся в 1859 году после выхода в свет трактата медика Пуше о самозарождении организмов. В том же году вышла книга «Происхождение видов» Ч. Дарвина и возник вопрос «Как возникла жизнь на Земле?»

9. Отвечает ученик у доски Карточка №2. Ответ: Премия была учреждена за попытку осветить по-новому вопрос о зарождении жизни на Земле. Премию получил в 1862 году Луи Пастер. Опыт Пастера: в сосуде с S- образным горлышком бульон хранился долгое время и оставался стерильным, так как микроорганизмы оседали на стенках изогнутой трубки и в бульон не попадали. Однако стоило обмыть изгиб трубки бульоном, как начиналось гниение, вызванное микроорганизмами. Л.Пастер доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни. (Рис.№2.) .

Рисунок №2.

10. Что такое пастеризация? Почему так назван этот процесс? Ответ: Это способ уничтожения микробов в жидкостях и пищевых продуктах однократным нагреванием до температуры обычно 60-70 ° C с различной выдержкой от 15 до 30 минут. Такое название связано с именем учёного, сделавшего это открытие. Луи Пастер.

11. Что вам известно о гипотезе вечности жизни? Ответ: Шведский ученый Сванте Август Аррениус и Владимир Иванович Вернадский считали, что жизнь и ее зачатки занесены из космоса. Она называется теорией панспермии. Основатель немецкий химик Юстус Либих предполагал, что простейшие организмы или споры переносятся с планеты на планету метеоритами.

Учитель: И вновь возникает вопрос: «Если жизнь возникла не на Земле, то, как она возникла вне Земли?»

«Современная теория возникновения жизни на земле – гипотеза А.И. Опарина – Джона Бернала».

«Жизнь – это вечное познание. Бери свой посох и иди».

Слова эпиграфа каждый из вас понимает по-своему. И в конце урока нужно будет ответить на вопрос: «Почему именно это слова взяты эпиграфом?»

Учитель: Сегодня мы должны с вами выяснить, в чем же сущность теории А.И.Опарина- Дж. Бернала. Мы познакомимся со следующими терминами и заслугами ученых, внесшими вклад в развитие представлений о зарождении жизни на Земле. (Рис. №3) .

Рисунок №3

Прежде, чем говорить о возникновении жизни на Земле, давайте вспомним о происхождении нашей планеты.

Задание! Выйти к доске и, используя наглядный материал, рассказать о концепции Отто Юльевича Шмидта.

(У доски отвечает ученик)

Аудитория может обратиться к Приложению 2 , и рисункам №4, №5 ; «Большой взрыв», «Рождение Земли», «Как возникла жизнь на Земле».

Рисунок №4

Рисунок №5

(Ученик рассказывает о концепции О.Ю. Шмидта)

В соответствии с концепцией О.Ю. Шмидта более 5 млрд. лет назад в результате Большого взрыва из газово-пылевого облака образовалось Солнце. Из оставшейся части облака, вращающегося вокруг Солнца, формировались планеты Солнечной системы, в том числе и Земля.

Первоначально Земля была холодной, но благодаря распаду радиоактивных элементов она разогрелась, температура в ее недрах достигла выше 1000° C. В результате твердые породы начали плавиться и распределяться определенным образом: в центре – самые тяжелые. А на поверхности - самые легкие. Под влиянием высокой температуры вещества вступали в химические реакции.

Атмосфера Земли в то время была бескислородной. В ее состав входили азот, водяной пар, углекислый газ, сероводород, аммиак, метан и др. Свободный кислород, который выделялся из мантии, быстро расходовался на процессы окисления.

Затем наступил период охлаждения планеты. Температура на поверхности Земли снизилась до 100° C. Началась конденсация водяного пара в атмосфере, пошли проливные дожди, продолжавшиеся тысячелетия. Горячая вода заполняла впадины земной поверхности.

Учитель: Итак, мы имеем воды первичного океана на древней Земле.

Эту концепцию развили или углубили в своих работах в 1924 году А.И. Опарин, в 1929 году английский биолог Дж. Холдейн и в 1947 году английский физик Джон Бернал.

Процесс формирования первых органических соединений на Земле называют химической эволюцией.

(Обратимся к рис. №6 и №7)..Это основные таблицы, с которыми мы будем работать на уроке).

Рисунок №6

Рисунок №7

Учитель: Вопрос №1. Этапы химической эволюции (на доске).

Сегодня на уроке мне будет помогать творческая группа из двух учеников.

Первый ученик: рассказывает об абиогенном синтезе. (Обратиться к рис. № 5 и Приложению 3).

Небиологический, или абиогенный (от греческого «а» - отрицательная частица, «БИОС»- жизнь, «генезис»- происхождение). На этом этапе в атмосфере Земли и в водах первичного океана, насыщенных разнообразными неорганическими веществами, в условиях интенсивного солнечного излучения происходили химические реакции. В ходе этих реакций из неорганических веществ могли сформироваться простые органические вещества- аминокислоты, простые углеводы, спирты, жирные кислоты, азотистые основания.

Учитель: Можно ли было проверить каким – либо образом эти предположения?

Второй ученик: рассказывает об опыте Миллера. (Обратимся к рис..№8) ..

Рисунок №8

Возможность синтеза органических веществ из неорганических в водах первичного океана подтвердилась в опытах американского ученого С.Миллера и отечественных ученых А.Г. Пасынского и Т.Е.Павловской.

Миллер сконструировал установку, в которую помещалась смесь газов: метана, аммиака, водорода, паров воды. Эти газы могли входить в состав первичной атмосферы. В другой части аппарата находилась вода, которая доводилась до кипения. Газы и водяной пар, циркулировавшие в аппарате под высоким давлением, в течение недели подвергались воздействию электрических разрядов. В результате в смеси образовалось около 150 аминокислот, часть из которых входит в состав белков.

Учитель:

Итак:

1-й этап – абиогенный синтез низкомолекулярных органических веществ (биомономеров) из неорганических веществ. (Показать на рис. №6 и № 7) .

2-й этап – образование биополимеров, (показать на рис. №6) – полинуклеотидов, белково-липидных систем и др.

3-й этап - появление коацерватов (пробионтов).

Учитель: рассказ о коацерватах. (Приложение 4 , Приложение 5): от латинского «коацервус»- сгусток, куча. Молекулы белков, обладающие амфотерностью, при определенных условиях могут самопроизвольно концентрироваться и образовывать коллоидные комплексы, которые получили название коацерватов. Коацерватные капли образуются при смешивании двух разных белков. Раствор одного белка в воде прозрачен. При смешивании разных белков раствор мутнеет, под микроскопом в нем заметны плавающие в воде капли. Такие капли коацерватов могли возникнуть в водах первичного океана, где находились разнообразные белки.

Определение: коацерваты - это фазообособленные системы органических веществ. (пробионты, праорганизмы). (Показать на рисунке. Приложение 5).

Коацерватные капли могут служить моделями первичных предбиологических систем – пробионтов.

4-й этап – возникновение молекул нуклеиновых кислот, способных к самовоспроизведению.

5-й этап. Поэтапное повторение – закрепление.

Вопросы

1. Дать определение: химическая эволюция (это процесс формирования органических соединений на Земле).

2. Назовите этапы химической эволюции.

• абиогенный синтез биомономеров;
• синтез биополимеров;
• появление коацерватов;
• возникновение молекул нуклеиновых кислот, способных к самовоспроизведению.

3. Кто экспериментально подтвердил абиогенный синтез? (С. Миллер, А.Г. Пасынский, Т.Е. Павловская).

4. Что такое коацерваты?

(Это фазообособленные системы органических веществ).

Учитель: Однако процессы химической эволюции не объясняют. Как возникли живые организмы.

Процессы, которые привели к переходу от неживого к живому Дж. Бернал назвал биопоэзом.

Определение: Биопоэз – это переход от неживого к живому.

Этапы биопоэза должны были привести к появлению первых живых организмов.

Основные этапы биопоэза:

1. возникновение мембран у коацерватов,
2. возникновение способности к самовоспроизведению,
3. возникновение метаболизма,
4. возникновение фотосинтеза,
5. возникновение кислородного дыхания. (показать на таблице).

Задание: ученики работают парами. На каждый стол учитель выдает перечень вопросов на бумажном носителе. Каждая мини группа отвечает на вопросы. Ответ нужно найти в тексте учебника.

1. Каким образом образовались клеточные мембраны у коацерватов. Что в этом положительного? (Путем выстраивания молекул липидов на поверхности коацерватов. Это обеспечивало стабильность их формы)
2. Прочему стало возможна способность к самовоспроизведению у коацерватов? (Благодаря включению в состав коацерватов молекул нуклеиновых кислот)
3. Какой способ питания был у первых существ? Почему? (Способ питания – гетеротрофный, так как в водах первичного океана было много готовых органических веществ)
4. С чем была связана необходимость появления автотрофных организмов? (Численность живых организмов увеличивалась и конкуренция обострялась. У некоторых организмов возникла способность к синтезу органических веществ из неорганических. С использованием энергии солнца (фотосинтез) или энергии химической реакции, (хемосинтез) возникли автотрофы)
5. Почему первые живые организмы были анаэробными? (Вероятно, в водной среде еще отсутствовал кислород)
6. Почему возникло аэробное дыхание? (Аэробное дыхание возникло потому, что появление фотосинтеза привело к накоплению в атмосфере кислорода)
7. Почему стал возможен выход организмов из воды на сушу? (Первоначально жизнь развивалась в водах океана, так как ультрафиолетовое излучение губительно влияло на них. А появление озонового слоя в результате накопления кислорода в атмосфере создало предпосылки выхода на сушу)

Этап проверки последнего задания с расширенными пояснениями

Учитель! Исходя из всего сказанного, мы должны сделать вывод.

Наиболее распространенной гипотезой происхождения жизни на Земле является гипотеза Опарина – Бернала.

Жизнь возникла естественным путем из неорганической материи. Биологической эволюции предшествовала химическая.

Опровержение (противники теории).

Учитель. Я ни в коей мере не хочу перечеркнуть все выше сказанное, но у этой теории тоже есть противники.

Один из них Фред Хойл – астроном. Недавно он 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»».

Самое трудное для гипотезы Опарина – Бернала объяснить появление способности живых систем к самовоспроизведению. Гипотезы по этому вопросу пока малоубедительны. Подробности перехода от сложных неживых веществ к простым организмам покрыты тайной.

Этот вопрос является «белым пятном» в биологической науке.

Учитель: Ребята! Ответьте. Пожалуйста, на вопрос. поставленный в начале урока. Почему эпиграфом являются именно те слова, которые написаны на доске?

Ученик: Наверное, потому,что у каждого из нас своя дорога в жизни

Учитель: Да. Конечно! У каждого из вас своя дорога в жизни. Все они будут разные. И может быть кто-то из вас станет ученым – биологом и разрешит проблему, которую мы старались решить на этом уроке. Хочется дать вам напутствие и выразиться словами матери Терезы. Мать Тереза (Агнесс Гонджа Бояджиу, родилась в г. Скопье, современная Югославия, годы жизни1910-1997 г.г.) – это женщина, которая неустанно занималась благотворительностью. Католическая монахиня, известная всему миру миссионерской деятельностью, в 1979 году была удостоена Нобелевской премией. Это имя уже стало именем нарицательным. Но мир помнит о ней.

«Жизнь – возможность, используйте ее,
Жизнь – красота, восхищайтесь ею,
Жизнь – мечта, осуществите ее,
Жизнь – игра, сыграйте ее».

Итог урока: Из всего сказанного сегодня можно сделать вывод.

Наиболее распространенной гипотезой А.И. Опарина – Дж. Бернала, в соответствии с которой жизнь на земле возникла естественным путем из неорганической материи, Биологической эволюции предшествовала химическая эволюция, которая включала ряд этапов.

Переход от неживого к живому – биопоэз.

Учитель: Cпасибо всем.Активно работали:(перечислить). Мало отвечали (перечислить).

Выставлено: 9 -«5», 12-«4», 3-«3».

Список литературы:

1. Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н.. «Общая биология». Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. Под реакцией Г.М. Дымшица. Москва: Просвещение, 2001 год.
2. Беляев Д.К. «Общая биология». Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений. Под ред.Дымшица.- Москва, Просвещение, 2001 год.
3. Мягкова А.Н., Комиссаров Б.Д. «Методика обучения общей биологии». Пособие для учителей. Москва: Просвещение, 1973 год.
4. Кулев А.В. «Общая биология» 10 класс, методическое пособие. Санкт-Петербург: Паритет, 2001 год.
5. Опарин АИ. «Происхождение жизни». Москва: Молодая гвардия, 1954г.
6. Мэтьюс Руперт «Как начиналась жизнь». Из серии книг «Что было до нашей эры». Волгоград: «Книга», 1992 год.

Опыты Г.Юри и С.Миллера (1955). Простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную, муравьиную кислоты, аминокислоты, в том числе и глицин, аланин, аспаргиновую и глутаминовую кислоты.

Слайд 6 из презентации «Гипотеза А.И.Опарина» к урокам биологии на тему «Биохимическая эволюция»

Размеры: 960 х 720 пикселей, формат: jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке биологии, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как...». Скачать всю презентацию «Гипотеза А.И.Опарина.ppt» можно в zip-архиве размером 148 КБ.

Скачать презентацию

Биохимическая эволюция

«Возникновение Земли» - Теория «Большого взрыва». Объединение некоторого количества электронов с протонами и нейтронами. Превращение маленьких облаков в отдельные галактики. Образование отдельных галактик. Теория «Большого взрыва» 1. Чрезвычайно высокая температура. Эволюция газово-пылевой туманности и образование протопланетного диска.

«Продолжительность жизни» - Среднее значение Qm = 12.68 ± 0.39 , n = 25. Определение q(t) и tmax для птиц. Расчет максимальной продолжительности жизни в единицах внутреннего времени (qq) для птиц. V. 134. № 2). Поэтому наша формула может применяться наравне с другими формулами. Нас интересует то «собственное» время, в котором существует организм как целое.

«Теория большого взрыва» - Теорию Большого взрыва предложили ученые Фридман и Леметр. А.Гангнус. Теория большого взрыва. Пространство быстро расширилось, t разлетающихся частиц, обладающих высокой энергией начала снижаться. Теории возникновения жизни на земле. Биохимическая эволюция. Молекулы органических веществ объединялись друг с другом, образуя цепочки нуклеиновых кислот.

«Гипотеза А.И.Опарина» - Возникновение генетического кода, мембраны и начало биологической эволюции. Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер. Биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция. Общие выводы по теории А.И.Опарина. Три отличия первобытной атмосферы Земли от современной: Опыты Г.Юри и С.Миллера (1955).

«Теория Опарина» - Сущность: жизнь возникла в результате сверхъестественного события в прошлом. 1 этап: Абиогенный синтез органических веществ- мономеров и биополимеров. 3 этап: Появление матричного синтеза (репликация РНК). Данные объединения обеспечивали большую устойчивость и каталитическую эффективность. Проходили месяцы, а содержимое колбы оставалось стерильным.

В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции. Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию.

Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой: 1 этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли; 2 этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

3 этап - самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

На первом этапе, около 4 млрд. лет назад, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотический синтез углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Для этого периода эволюции Земли были характерны многочисленные вулканические извержения с выбросом огромного количества раскаленной лавы. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства.

Поскольку поверхность Земли оставалась все-таки горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты Эти процессы продолжались многие миллионы лет. Таким образом, в водах первичного океана были растворены различные соли. Кроме того, в него попадали и органические соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и т. п. , непрерывно образующиеся в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения, высокой температуры и активной вулканической деятельности.

Первичный океан, вероятно, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попавшие в него из атмосферы и поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и, в конце концов, воды океана стали «бульоном» из белковоподобных веществ - пептидов.

На втором этапе, по мере смягчения условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений - биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь, превращались в протобионтов (доклеточные предки живых организмов). Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.

Коацерваты - это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя: слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось, что вело или к их распаду, или к накоплению веществ, т. е. к росту и изменению химического состава, повышающего их устойчивость в постоянно меняющихся условиях.

Теория биохимической эволюции рассматривает коацерваты как предбиологические системы, представляющие собой группы молекул, окруженные водной оболочкой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.

На третьем этапе, как предполагал Опарин, начал действовать естественный отбор. В массе коацерватных капель происходил отбор коацерватов, наиболее устойчивых к данным условиям среды. Процесс отбора шел в течение многих миллионов лет, в результате чего сохранилась только малая часть коацерватов. Однако сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму. А обмен веществ - первейшее свойство жизни.

Вместе с тем, достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры. Таким образом, можно говорить о приобретении коацерватами свойства самовоспроизведения - одного из важнейших признаков жизни. По сути дела, на этой стадии коацерваты превратились в простейшие живые организмы.

Дальнейшая эволюция этих предбиологических структур была возможна только при усложнении обменных и энергетических процессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла обеспечить только мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделившие коацерват от окружающей его водной среды. В процессе эволюции липиды трансформировались в наружную мембрану, что значительно повысило жизнеспособность и устойчивость организмов.

В протоклетках вроде кацерватов или микросфер шли реакции полимеризации нуклеотидов, пока из них не сформировался протоген – первичный ген, способный катализировать возникновение определенной аминокислотной последовательности - первого белка. Вероятно, первым таким белком был предшественник фермента, катализирующего синтез ДНК или РНК.

Те протоклетки, в которых возник примитивный механизм наследственности и белкового синтеза, быстрее делились и забрали в себя все органические вещества первичного океана. На этой стадии шел уже естественный отбор на скорость размножения; любое усовершенствование биосинтеза подхватывалось, и новые протоклетки вытесняли все предыдущие.

Теорию А. И. Опарина горячо поддержал кембриджский профессор Джон Холдейн. Он открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в Rationalist Annual в 1929 году. В ней Д. Холдейн выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что он назвал горячим разбавленным бульоном (hot dilute soup; впоследствии прижилось название первичный бульон или протобульон - primeval soup).

Чарльз Дарвин верил, что неживая материя может преобразоваться в живую с помощью электричества - ведь еще на его деда, Эразма Дарвина, произвел большое впечатление Франкенштейн, вышедший из-под пера Мэри Шелли. Мысль о том, что пиротехнические упражнения с электричеством могут породить жизнь, имела огромную притягательность; так что неудивителен огромный интерес к эксперименту Стэнли Миллера, результаты которого были опубликованы в 1953 году.

Эксперимент Миллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком.

Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин (NH 2 COOH) и аланин (NH 2 CH(CH 3)COOH).

Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток. Сообщалось о том, что в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для жизни.

Теория самозарождения жизни - химической эволюции - занимае центральное место в современной научной философии. Согласно этой теории жизнь зарождается самопроизвольно из неживой материи. Одним из главных ее пропагандистов стал биохимик Александр Опарин (1894-1980). Он изложил свои идеи в книге Происхождение жизни, опубликованной в Советском

Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году.

1.Первобытная Земля имелаСуть лиштеории нную кислорода атмосферу.

2. Когда на эту атмосферу стали в здействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.

3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.

6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.

7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.

В 1953 году на установке биолога Стэнли Миллера

были проведены опыты, в результате которых были получены первичные клетки или коацерваты

Вязкая, гелеобразная капля. Коацерваты способны поглощать из внешней среды различные органические вещества.

В 1929 г. английский биолог Дж.Холдейн выдвинул гипотезу происхождения жизни из неживых элементов. Теорию биохимической

эволюции иногда называют теорией

Опарина - Холдейна.

Первенство в образовании жизни А.И.Опарин отдавал белкам, а Дж.Холдейн – нуклеиновым кислотам.

Гипотеза Опарина - Холдейна утверждает, жизнь на Земле возникла абиогенным

Биохимическая

Опарин считал, что переход от химической эволюции к биологической требовал обязательного возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой.