Развитие представлений о развитии жизни на Земле. 11-й класс
Данный урок является первым в разделе “Эволюция”.
I этап. Что такое жизнь?
Вопрос сложный, неоднозначный. И прежде чем мы попытаемся раскрыть содержание понятия “жизнь”, попытайтесь ответить на такой вопрос: “Имеет ли ответ на вопрос что такое жизнь только методологическое значение или практическое тоже? Если да, то какое?” Представьте себе палеонтологов, изучающих древнейшие горные породы в поисках начала жизни или биохимиков, которые пытаются воссоздать процесс зарождения жизни, или экзобиологов, которые всегда в поисках внеземной жизни.
Таким образом становится понятно, что определение понятия “жизнь” имеет и практическое значение.
Дать определение жизни непросто. Строго разграничить объекты на живые и неживые сложно. Наиболее удачное определение жизни связано с уникальными функциями живых систем. Поэтому нам необходимо выделить основные свойства живых систем.
Свойства живых систем
Наиболее удачное определение жизни связано уникальными функциями живых систем. Живой организм может приспосабливаться к изменению окружающей среды на генетическом уровне. Благодаря изменчивости жизнь сохранилась на ранней Земле, во время и суровые ледниковые периоды.
Важнейшее свойство живой системы – каталитическая активность, то есть умение проводить только определенные реакции. На этом свойстве основан обмен веществ – выбор из окружающей среды нужных веществ, их переработка и получение энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности. Схема обмена веществ, которая представляет собой не что иное, как алгоритм выживания, защищена в генетическом коде клетки и через механизм наследственности передается потомкам. Химикам известно много систем с каталитической активностью, которые не умеют размножаться, и поэтому их нельзя считать живыми.
Прочитайте предложенные определения. Какое определение кажется вам наиболее точным и почему?
“… Жизнь естьспособ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой”. Ф.Энгельс
“… Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующие и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров: белков и нуклеиновых кислот”. В.М. Волькенштейн
II этап. Возраст Земли, и условия на ней, в момент зарождения жизни.
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5-5 млрд.лет.
- Как образовывалась первичная атмосфера Земли?
Современные вулканические газы примерно на 75% состоят из паров воды и на 15% - из углекислого газа, а остаток приходится на метан, аммиак, соединения серы (H2S и SO2) и “кислые дымы” (HCl, HF, HBr, HJ), а также инертные газы; свободный кислород отсутствует.
- Можно ли исходя из этого предположить состав первичной атмосферы Земли?
- Запишите основные химические элементы первичной атмосферы: _________
- Присутствовал ли свободный кислород? Какого типа была атмосфера?
Почти весь водяной пар из состава вулканических газов конденсировался, формируя гидросферу.
Таким образом мы попытались реконструировать условия, которые предположительно существовали на Земле. Но каким же образом совершилось главное чудо – возникла жизнь? До сих пор ученые не нашли единственно верного ответа на этот вопрос. Поэтому мы рассмотрим несколько гипотез, пытающихся дать ответ на этот вопрос.
III этап – теории возникновения жизни на Земле.
Концепция панспермии
В качестве альтернативы абиогенезу выступала концепция панспермии, связанная с именами таких выдающихся ученых, как Г.Гельмгольц, С.Аррениус, В.И.Вернадский.
Эти исследователи полагали, что жизнь столь же вечна и повсеместна, как материя, и зародыши ее постоянно путешествуют по космосу. Аррениус, в частности, доказал путем расчетов принципиальную возможность переноса бактериальных спор с планеты на планету под действием давления света. Предполагалось также, что вещество Земли в момент ее образования из газо-пылевого облака уже было “инфицировано” входившими в состав последнего “зародышами жизни”.
Концепцию панспермии упрекают в том, что она не дает принципиального ответа на вопрос путях происхождения жизни. При этом подразумевается жизнь должна была произойти в некой конкретной точке Вселенной и далее расселяться по космическому пространству.
Однако суть этой концепции заключается вовсе не в романтических межпланетных странствий “зародышей жизни”, а в том, что жизнь как таковая просто является одним из фундаментальных свойств материи и вопрос о “происхождении жизни” стоит в том же ряду, что и, например, вопрос о “происхождении гравитации”.
Теория зарождения жизни (витализм)
На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте. Аристотель (384-322 г.г. до н.э.) придерживался этой теории. Согласно Аристотелю, определенные “частицы” вещества содержат некое “активное начало”, которое при подходящих условиях может создать живой организм. Он был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе. Он писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве.
С распространением христианства теория самопроизвольного зарождения жизни оказалась не в чести; ее признавали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта идея все же продолжала существовать в течение еще многих веков.
Ван Гельмонт (1577-1644 г.г.), описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мышей Ван Гельмонт считал человеческий пот.
В 1688 г. итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию самопроизвольного зарождения жизни. Реди поместил мертвых змей в стеклянные банки; одни банки он накрыл плотной тканью, а другие оставил открытыми. Вскоре налетели мухи и отложили яйца на мертвых змей в открытых банках; из яиц вывелись личинки. В закрытых банках личинок не оказалось. Эти и другие сходные опыты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения жизни.
В конце XVII в. голландец Антонии Ван Левенгук высказал предположение, что микроорганизмы, или “анималькулы”, как он их называл, происходят от себе подобных.
Ладзаро Спалланцани, живший в XVIII в., разделял это мнение и решил опытным путем доказать, что микроорганизмы, часто в изобилии обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. Для этой цели он наполнял колбы крепким бульоном, запаивал их на огне и потом кипятил. После этого в большей части колб микроорганизмы отсутствовали. Основываясь на своих опытах, Спалланцани утверждал, что микроорганизмы не могут зарождаться самопроизвольно.
В середине XIX в. теории самопроизвольного зарождения жизни был нанесен сокрушительный удар Луи Пастером. Он показал, что бактерии распространяются по воздуху и что если воздух, попадающий в колбы с простерилизованным бульоном, свободен от них, то бактерии в бульоне не заведутся. Пастер пользовался для этого колбами с изогнутым S-образным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как сам воздух свободно проходил в колбу и выходил из нее. К концу семидесятых годов XIX в. практически все ученые признали, что живые организмы любого размера происходят только от других живых организмов, а это означало возвращение все к тому же вопросу: откуда взялись первые живые организмы?
Задание на каникулы: описать современную систему зарождения жизни. Это задание я буду спрашивать на первом уроке в 3 четверти!!!