Наиболее важным с точки зрения возникновения жизни

Вопрос происхождения жизни на Земле — один из самых сложных вопросов современного естествознания, на который до настоящего времени нет однозначного ответа.

Существует несколько теорий происхождения жизни на Земле, наиболее известные из которых:

теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения;
теория креационизма (или сотворения);
теория стационарного состояния;
теория панспермии;
теория биохимической эволюции (теория А.И. Опарина).

Рассмотрим основные положения этих теорий.

Теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения

Теория самопроизвольного зарождения жизни была широко распространена в Древнем мире — Вавилоне, Китае, Древнем Египте и Древней Греции (этой теории придерживался, в частности, Аристотель).

Ученые Древнего мира и средневековой Европы верили в то, что живые существа постоянно возникают из неживой материи: черви — из грязи, лягушки — из тины, светлячки — из утренней росы и т.п. Так, известный голландский ученый 17 в. Ван-Гельмонт совершенно серьезно описывал в своем научном трактате опыт, в котором он за 3 недели получил в запертом темном шкафу мышей непосредственно из грязной рубашки и горсти пшеницы. Впервые широко распространенную теорию решился подвергнуть экспериментальной проверке итальянский ученый Франческо Реди (1688). Он поместил несколько кусков мяса в сосуды и часть из них закрыл кисеей. В открытых сосудах на поверхности гниющего мяса появились белые червячки — личинки мух. В сосудах же, прикрытых кисеей, личинки мух отсутствовали. Таким образом Ф. Реди удалось доказать, что личинки мух появляются не из гниющего мяса, а из яиц, отложенных мухами на его поверхность.

В 1765 г. известный итальянский ученый и врач Ладзаро Спаланцани прокипятил в запаянных стеклянных колбах мясные и овощные бульоны. Бульоны в запаянных колбах не портились. Он сделал вывод, что под действием высокой температуры погибли все живые существа, способные вызывать порчу бульона. Однако опыты Ф. Реди и Л. Спаланцани убедили далеко не всех. Ученые-виталисты (от лат. vita — жизнь) считали, что в прокипяченном бульоне не происходит самозарождения живых существ, так как в нем разрушается особая «жизненная сила», которая не может проникнуть в запаянный сосуд, поскольку переносится по воздуху.

Споры но поводу возможности самозарождения жизни активизировались в связи с открытием микроорганизмов. Если сложные живые существа не могут самозарождаться, возможно, это могут микроорганизмы?

В связи с этим в 1859 г. французская Академия объявила о присуждении премии тому, кто окончательно решит вопрос о возможности или невозможности самозарождения жизни. Эту премию получил в 1862 г. знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Так же как Спаланцани, он прокипятил питательный бульон в стеклянной колбе, но колба была не обычная, а с горлышком в виде 5-образной трубки. Воздух, а следовательно и «жизненная сила», могли проникать в колбу, но пыль, а вместе с нею и микроорганизмы, присутствующие в воздухе, оседали в нижнем колене 5-образной трубки, и бульон в колбе оставался стерильным (рис. 1). Однако стоило сломать горло колбы или ополоснуть стерильным бульоном нижнее колено 5-образной трубки, как бульон начинал быстро мутнеть — в нем появлялись микроорганизмы.

Таким образом, благодаря работам Луи Пастера теория самозарождения была признана несостоятельной и в научном мире утвердилась теория биогенеза, краткая формулировка которой — «все живое — от живого».

Рис. 1. Пастеровская колба

Однако, если все живые организмы в исторически обозримый период развития человечества происходят только от других живых организмов, естественно возникает вопрос: когда и каким образом появились на Земле первые живые организмы?

Теория креационизма

Теория креационизма предполагает, что все живые организмы (либо только простейшие их формы) были в определенный период времени сотворены («сконструированы») неким сверхъестественным существом (божеством, абсолютной идеей, сверхразумом, сверхцивилизацией и т.п.). Очевидно, что именно этой точки зрения с глубокой древности придерживались последователи большинства ведущих религий мира, в частности христианской религии.

Теория креационизма и в настоящее время достаточно широко распространена, причем не только в религиозных, но и в научных кругах. Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов (таких, как рибосома, глаз или мозг). Актами периодическою «сотворения» объясняется и отсутствие четких переходных звеньев от одного типа животных
к другому, например от червей к членистоногим, от обезьяны к человеку и т.п. Необходимо подчеркнуть, что философский спор о первичности сознания (сверхразума, абсолютной идеи, божества) либо материи принципиально не разрешим, однако, поскольку попытка объяснить любые трудности современной биохимии и эволюционной теории принципиально непостижимыми сверхъестественными актами творения выводит эти вопросы за рамки научных исследований, теорию креационизма нельзя отнести к разряду научных теорий происхождения жизни на Земле.

Теории стационарного состояния и панспермии

Обе эти теории представляют собой взаимодополняющие элементы единой картины мира, сущность которой заключается в следующем: вселенная существует вечно и в ней вечно существует жизнь (стационарное состояние). Жизнь переносится с планеты на планету путешествующими в космическом пространстве «семенами жизни», которые могут входить в состав комет и метеоритов (панспермия). Подобных взглядов на происхождение жизни придерживался, в частности, основоположник учения о биосфере академик В.И. Вернадский.

Однако теория стационарного состояния, предполагающая бесконечно долгое существование вселенной, не согласуется с данными современной астрофизики, согласно которым вселенная возникла сравнительно недавно (около 16 млрд лет т.н.) путем первичного взрыва.

Очевидно, что обе теории (панспермии и стационарного состояния) вообще не предлагают объяснения механизма первичного возникновения жизни, перенося его на другие планеты (панспермия) либо отодвигая по времени в бесконечность (теория стационарного состояния).

Теория биохимической эволюции (теория А.И. Опарина)

Из всех теорий происхождения жизни наиболее распространенной и признанной в научном мире является теория биохимической эволюции, предложенная в 1924 г. советским биохимиком академиком А.И. Опариным (в 1936 г. он подробно изложил ее в своей книге «Возникновение жизни»).

Сущность этой теории состоит в том, что биологической эволюции — т.е. появлению, развитию и усложнению различных форм живых организмов, предшествовала химическая эволюция — длительный период в истории Земли, связанный с появлением, усложнением и совершенствованием взаимодействия между элементарными единицами, «кирпичиками», из которых состоит все живое — органическими молекулами.

Предбиологическая (химическая) эволюция

По мнению большинства ученых (в первую очередь астрономов и геологов), Земля сформировалась как небесное тело около 5 млрд лет т.н. путем конденсации частиц вращавшегося вокруг Солнца газопылевого облака.

Под влиянием сил сжатия частицы, из которых формируется Земля, выделяют огромное количество тепла. В недрах Земли начинаются термоядерные реакции. В результате Земля сильно разогревается. Таким образом, 5 млрд лет т.н. Земля представляла собой несущийся в космическом пространстве раскаленный шар, температура поверхности которою достигала 4000-8000°С (смеха. 2).

Постепенно, за счет излучения тепловой энергии в космическое пространство, Земля начинает остывать. Около 4 млрд лет т.н. Земля остывает настолько, что на ее поверхности формируется твердая кора; одновременно из ее недр вырываются легкие, газообразные вещества, поднимающиеся вверх и формирующие первичную атмосферу. По составу первичная атмосфера существенно отличалась от современной. Свободный кислород в атмосфере древней Земли, по-видимому, отсутствовал, а в ее состав входили вещества в восстановленном состоянии, такие, как водород (Н₂), метан (СН₄), аммиак (NH₃), пары воды (Н₂О), а возможно, также азот (N₂), окись и двуокись углерода (СО и С0₂).

Восстановительный характер первичной атмосферы Земли чрезвычайно важен для зарождения жизни, поскольку вещества в восстановленном состоянии обладают высокой реакционной способностью и в определенных условиях способны взаимодействовать друг с другом, образуя органические молекулы. Отсутствие в атмосфере первичной Земли свободного кислорода (практически весь кислород Земли был связан в виде окислов) также является важной предпосылкой возникновения жизни, поскольку кислород легко окисляет и тем самым разрушает органические соединения. Поэтому при наличии в атмосфере свободного кислорода накопление на древней Земле значительного количества органических веществ было бы невозможно.

Около 5 млрд лет т.п. — возникновение Земли как небесного тела; температура поверхности — 4000-8000°С

Около 4 млрд лет т.н. — формирование земной коры и первичной атмосферы

При температуре 1000°С — в первичной атмосфере начинается синтез простых органических молекул

Энергию для синтеза дают:

Температура первичной атмосферы ниже 100°С — формирование первичного океана —

Синтез сложных органических молекул — биополимеров из простых органических молекул:

простые органические молекулы — мономеры
сложные органические молекулы — биополимеры

Схема. 2. Основные этапы химической эволюции

Когда температура первичной атмосферы достигает 1000°С, в ней начинается синтез простых органических молекул, таких, как аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, простые сахара, многоатомные спирты, органические кислоты и др. Энергию для синтеза поставляют грозовые разряды, вулканическая деятельность, жесткое космическое излучение и, наконец, ультрафиолетовое излучение Солнца, от которого Земля еще не защищена озоновым экраном, причем именно ультрафиолетовое излучение ученые считают основным источником энергии для абиогенного (т.е. проходящею без участия живых организмов) синтеза органических веществ.

Признанию и широкому распространению теории А.И. Опарина во многом способствовало то, что процессы абиогенного синтеза органических молекул легко воспроизводятся в модельных экспериментах.

Возможность синтеза органических веществ из неорганических была известна с начала 19 в. Уже в 1828 г. выдающийся немецкий химик Ф. Вёлер синтезировал органическое вещество — мочевину из неорганическою — циановокислого аммония. Однако возможность абиогенного синтеза органических веществ в условиях, близких к условиям древней Земли, была впервые показана в опыте С. Миллера.

В 1953 г. молодой американский исследователь, студент- дипломник Чикагского университета Стенли Миллер воспроизвел в стеклянной колбе с впаянными в нес электродами первичную атмосферу Земли, которая, по мнению ученых того времени, состояла из водорода метана СН₄, аммиака NH, и паров воды Н₂0 (рис. 3). Через эту газовую смесь С. Миллер в течение недели пропускал электрические разряды, имитирующие грозовые. По окончании эксперимента в колбе были обнаружены α-аминокислоты (глицин, аланин, аспарагин, глутамин), органические кислоты (янтарная, молочная, уксусная, гликоколовая), у-оксимасляная кислота и мочевина. При повторении опыта С. Миллеру удалось получить отдельные нуклеотиды и короткие полинуклеотидные цепочки из пяти-шести звеньев.

Рис. 3. Установка С. Миллера

В дальнейших опытах по абиогенному синтезу, проводимых различными исследователями, использовались не только электрические разряды, но и другие виды энергии, характерные для древней Земли, — космическое, ультрафиолетовое и радиоактивное излучения, высокие температуры, присущие вулканической деятельности, а также разнообразные варианты газовых смеси, имитирующих первичную атмосферу. В результате был получен практически весь спектр органических молекул, характерных для живого: аминокислоты, нуклеотиды, жироподобные вещества, простые сахара, органические кислоты.

Более того, абиогенный синтез органических молекул может происходить на Земле и в настоящее время (например, в процессе вулканической деятельности). При этом в вулканических выбросах можно обнаружить не только синильную кислоту HCN, являющуюся предшественником аминокислот и нуклеотидов, но и отдельные аминокислоты, нуклеотиды и даже такие сложные по строению органические вещества, как порфирины. Абиогенный синтез органических веществ возможен не только на Земле, но и в космическом пространстве. Простейшие аминокислоты обнаружены в составе метеоритов и комет.

Когда температура первичной атмосферы опустилась ниже 100°С, на Землю обрушились горячие дожди и появился первичный океан. С потоками дождя в первичный океан поступали абиогенно синтезированные органические вещества, что превратило его, но образному выражению английского биохимика Джона Холдейна, в разбавленный «первичный бульон». По-видимому, именно в первичном океане начинаются процессы образования из простых органических молекул — мономеров сложных органических молекул — биополимеров (см. рис. 2).

Однако процессы полимеризации отдельных нуклеогидов, аминокислот и Сахаров — это реакции конденсации, они протекают с отщеплением воды, следовательно, водная среда способствует не полимеризации, а, напротив, гидролизу биополимеров (т.е. разрушению их с присоединением воды).

Образование биополимеров (в частности, белков из аминокислот) могло происходить в атмосфере при температуре около 180°С, откуда они смывались в первичный океан с атмосферными осадками. Кроме того, возможно, на древней Земле аминокислоты концентрировались в пересыхающих водоемах и полимеризовались в сухом виде под действием ультрафиолетового света и тепла лавовых потоков.

Несмотря на то что вода способствует гидролизу биополимеров, в живой клетке синтез биополимеров осуществляется именно в водной среде. Этот процесс катализируют особые белки-катализаторы — ферменты, а необходимая для синтеза энергия выделяется при распаде аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ. Возможно, синтез биополимеров в водной среде первичного океана катализировался поверхностью некоторых минералов. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина может полимеризоваться в водной среде в присутствии особого вида глинозема. При этом образуется пептид полиаланин. Реакция полимеризации аланина сопровождается распадом АТФ.

Полимеризация нуклеотидов проходит легче, чем полимеризация аминокислот. Показано, что в растворах с высокой концентрацией солей отдельные нуклеотиды самопроизвольно полимеризуются, превращаясь в нуклеиновые кислоты.

Жизнь всех современных живых существ — это процесс непрерывного взаимодействия важнейших биополимеров живой клетки — белков и нуклеиновых кислот.

Белки — это «молекулы-рабочие», «молекулы-инженеры» живой клетки. Характеризуя их роль в обмене веществ, биохимики часто используют такие образные выражения, как «белок работает», «фермент ведет реакцию». Важнейшая функция белков- каталитическая. Как известно, катализаторы — это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами в конечные продукты реакции не входят. Бачки-катализаторы называются ферментами. Ферменты в согни и тысячи раз ускоряют реакции обмена веществ. Обмен веществ, а значит, и жизнь без них невозможны.

Нуклеиновые кислоты — это «молекулы-компьютеры», молекулы — хранители наследственной информации. Нуклеиновые кислоты хранят информацию не обо всех веществах живой клетки, а только о белках. Достаточно воспроизвести в дочерней клетке белки, свойственные материнской клетке, чтобы они точно воссоздали все химические и структурные особенности материнской клетки, а также свойственный ей характер и темпы обмена веществ. Сами нуклеиновые кислоты также воспроизводятся благодаря каталитической активности белков.

Таким образом, тайна зарождения жизни — это тайна возникновения механизма взаимодействия белков и нуклеиновых кислот. Какими же сведениями об этом процессе располагает современная наука? Какие молекулы явились первичной основой жизни — белки или нуклеиновые кислоты?

Ученые полагают, что несмотря на ключевую роль белков в обмене веществ современных живых организмов, первыми «живыми» молекулами были не белки, а нуклеиновые кислоты, а именно рибонуклеиновые кислоты (РНК).

В 1982 г. американский биохимик Томас Чек открыл автокаталитические свойства РНК. Он экспериментально показал, что в среде, содержащей в высокой концентрации минеральные соли, рибонуклеотиды спонтанно (самопроизвольно) полимеризуются, образуя полинуклеотиды — молекулы РНК. На исходных полинуклеотидных цепях РНК, как на матрице, путем спаривания комплементарных азотистых оснований образуются РНК-копии. Реакция матричного копирования РНК катализируется исходной молекулой РНК и не требует участия ферментов либо других белков.

Дальнейшие события достаточно хорошо объясняются процессом, который можно было бы назвать «естественным отбором» на уровне молекул. При самокопировании (самосборке) молекул РНК неизбежно возникают неточности, ошибки. Содержащие ошибки копии РНК снова копируются. При повторном копировании вновь могут возникнуть ошибки. В результате популяция молекул РНК на определенном участке первичного океана будет неоднородна.

Поскольку параллельно с процессами синтеза идут и процессы распада РНК, в реакционной среде будут накапливаться молекулы, обладающие либо большей стабильностью, либо лучшими автокаталитическими свойствами (т.е. молекулы, которые быстрее себя копируют, быстрее «размножаются»).

На некоторых молекулах РНК, как на матрице, может происходить самосборка небольших белковых фрагментов — пептидов. Вокруг молекулы РНК образуется белковый «чехол».

Наряду с автокаталитическими функциями Томас Чек обнаружил у молекул РНК и явление самосплайсинга. В результате самосплайсинга участки РНК, не защищенные пептидами, самопроизвольно удаляются из РНК (они как бы «вырезаются» и «выбрасываются»), а оставшиеся участки РНК, кодирующие белковые фрагменты, «срастаются», т.е. самопроизвольно объединяются в единую молекулу. Эта новая молекула РНК уже будет кодировать большой сложный белок (рис. 4).

По-видимому, первоначально белковые чехлы выполняли в первую очередь, защитную функцию, предохраняя РНК от разрушения и повышая тем самым ее стабильность в растворе (такова функция белковых чехлов и у простейших современных вирусов).

Очевидно, что на определенном этапе биохимической эволюции преимущество получили молекулы РНК, кодирующие не только защитные белки, но и белки-катализаторы (ферменты), резко ускоряющие скорость копирования РНК. По-видимому, именно таким образом и возник процесс взаимодействия белков и нуклеиновых кислот, который мы в настоящее время называем жизнью.

В процессе дальнейшего развития, благодаря появлению белка с функциями фермента — обратной транскриптазы, на одно- цепочечных молекулах РНК стали синтезироваться состоящие из двух цепей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Отсутствие у дезоксирибозы ОН-группы в 2′ положении делает молекулы ДНК более стабильными по отношению к гидролитическому расщеплению в слабощелочных растворах, а именно слабощелочной была реакция среды в первичных водоемах (эта реакция среды сохранилась и в цитоплазме современных клеток).

Где же происходило развитие сложного процесса взаимодействия белков и нуклеиновых кислот? По теории А.И. Опарина, местом зарождения жизни стали так называемые коацерватные капли.

Рис. 4. Гипотеза возникновения взаимодействия белков и нуклеиновых кислот: а) в процессе самокопирования РНК накапливаются ошибки (1 — нуклеотиды, соответствующие исходной РНК; 2 — нуклеотиды, не соответствующие исходной РНК, — ошибки в копировании); б) на часть молекулы РНК за счет ее физико-химических свойств «налипают» аминокислоты (3 — молекула РНК; 4 — аминокислоты), которые, взаимодействуя друг с другом, превращаются в короткие белковые молекулы — пептиды. В результате свойственного молекулам РНК самосплайсинга незащищенные пептидами участки молекулы РНК разрушаются, а оставшиеся «срастаются» в единую молекулу, кодирующую крупный белок. В результате возникает молекула РНК, покрытая белковым чехлом (сходное строение имеют и наиболее примитивные современные вирусы, например вирус табачной мозаики)

Явление коацервации состоит в том, что в некоторых условиях (например, в присутствии электролитов) высокомолекулярные вещества отделяются от раствора, но не в форме осадка, а в виде более кон центрирован но го раствора — коацервата. При встряхивании коацерват распадается на отдельные мелкие капельки. В воде такие капли покрываются стабилизирующей их гидратной оболочкой (оболочкой из молекул воды) — рис. 5.

Коацерватные капли обладают некоторым подобием обмена веществ: иод воздействием чисто физико-химических сил они могут избирательно впитывать из раствора некоторые вещества и выделять в окружающую среду продукты их распада. За счет избирательного концентрирования веществ из окружающей среды они могут расти, а но достижении определенного размера начинают «размножаться», отпочковывая маленькие капельки, которые, в свою очередь, могут расти и «почковаться».

Возникшие в результате концентрирования белковых растворов коацерватные капли в процессе перемешивания под действием волн и ветра могут покрываться оболочкой из липи- дов: одинарной, напоминающей мицеллы мыла (при однократном отрыве капли от поверхности воды, покрытой липидным слоем), либо двойной, напоминающей клеточную мембрану (при повторном падении капли, покрытой однослойной липидной мембраной, на липидную пленку, покрывающую поверхность водоема — рис. 5).

Процессы возникновения коацерватных капель, их роста и «почкования», а также «одевания» их мембраной из двойного липидного слоя легко моделируются в лабораторных условиях.

Для коацерватных капель также существует процесс «естественного отбора», при котором в растворе сохраняются наиболее стабильные капли.

Несмотря на внешнее сходство коацерватных капель с живыми клетками, у коацерватных капель отсутствует главный признак живого — способность к точному самовоспроизведению, самокопированию. Очевидно, предшественниками живых клеток явились такие коацерватные капли, в состав которых вошли комплексы молекул-репликаторов (РНК или ДНК) и кодируемых ими белков. Возможно, комплексы РНК-белок длительное время существовали вне коацерватных капель в виде так называемого «свободноживущего гена», а возможно, их формирование проходило непосредственно внутри некоторых коацерватных капель.

Возможный путь перехода от коацерватных капель к примитивным клешам:

а) образование коацервата; 6) стабилизация коацерватных капель в водном растворе; в) — формирование вокруг капли двойного липидного слоя, похожего на клеточную мембрану: 1 — коацерватная капля; 2 — мономолекулярный слой липида на поверхности водоема; 3 — формирование вокруг капли одинарного липидного слоя; 4 — формирование вокруг капли двойного липидного слоя, похожего на клеточную мембрану; г) — коацерватная капля, окруженная двойным липидным слоем, с вошедшим в ее состав белково-нуклеотидным комплексом — прообраз первой живой клетки

Исключительно сложный, не до конца понятный современной науке процесс возникновения жизни на Земле прошел с исторической точки зрения чрезвычайно быстро. Уже 3,5 млрд лет т.н. химическая эволюция завершилась появлением первых живых клеток и началась биологическая эволюция.

Тест (биология, 10 класс) на тему:
Тест «Возникновение жизни на Земле» (10 класс)

Тестовая работа в форме ЕГЭ для учащихся 10 класса.

Вложение	Размер
test.vozniknovenie_zhizni.doc	38.5 КБ

Предварительный просмотр:

Тест «Возникновение жизни на Земле»

А1. Кто из ученых впервые высказал предположение о составе первичной атмосферы Земли:

1- А.И. Опарин 3- Л. Пастер

2- С. Миллер 4- Ф. Реди

А2. Какими по способу питания были первые организмы:

1-автотрофы 3- гетеротрофы

2-миксотрофы 4- хемотрофы

А3. В процессе возникновения жизни на Земле выделяют несколько этапов. Назовите первый из них:

1- концентрирование веществ 3- возникновение самовоспроизводящихся молекул

2-абиогенный синтез органических веществ 4- возникновение фотосинтеза

А4. Общей реакцией обмена для всех первых организмов была:

1-анаэробный гликолиз 3-окислительное фосфорилирование

2-синтез глюкозы в хлоропластах 4- фотолиз воды

А5. В 1953 году С.Миллер и Г. Юри синтезировали органические вещества, пропуская электрические разряды через смесь газов. Укажите газ, который в эксперименте отсутствовал:

2- аммиак 4-водород

В1. Расположите в правильном порядке этапы возникновения жизни по теории А.И. Опарина:

1-концентрирование веществ 2-абиогенный синтез органических веществ

3- Земля – газо-пылевое облако 4- раскаленная планета

5- охлаждение планеты 6- ливневые дожди

В2. Соотнесите ученых и теории возникновения жизни:

А- Ф. Реди 1- креационизма

Б- Д. Холдейн 2 –биохимической эволюции

В- А.И. Опарин 3-самозарождения

В3.В состав первичной атмосферы входили:

В4. Выберите свойства, которыми обладала коацерватная капля:

1- рост 4-наследственность

2- клеточное строение 5-раздражимость

3-обмен веществ 6- размножение

В5. Современная теория возникновения планет основана на работах:

1- И. Канта 4- Д. Джинса

2- Ж. Бюффона 5-О.Ю. Шмидта

3- П. Лапласа 6- Л. Пастера

С1. Почему первые организмы на Земле были гетеротрофами?

С2. Какие свойства нуклеотидов сыграли значительную роль в возникновении жизни?

Тест «Возникновение жизни на Земле»

А1. Что служило источником энергии для самых первых примитивных форм жизни на Земле:

1-энергия солнца 3-электрические разряды

2-химическая энергия 4-тепловая энергия

А2. Назовите ученого, который первым высказал гипотезу абиогенного происхождения органических соединений:

1- А.И. Опарин 3- Л. Пастер

2- С. Миллер 4- Ф. Реди

А3. В 1953 году С. Миллер и Г. Юри синтезировали органические вещества, пропуская электрические разряды через смесь газов. Укажите вещество, которое они не получили:

1-глицин 3- мочевина

2- АТФ 4- глутамин

А4.Одним из важнейших этапов возникновения жизни можно считать:

1- появление аминокислот 3- появление нуклеиновых кислот

2- появление углеводов 4- появление липидов

А5. Наиболее важным с точки зрения «возникновения жизни» свойством органических молекул оказалась их:

1- способность к разнообразным химическим реакциям

2- способность к самоорганизации и воспроизведению 3-сложность строения

4-непрочность внутренних химических связей

В1. Расположите в правильном порядке этапы возникновения жизни по теории А.И. Опарина:

1- анаэробные прокариотические гетеротрофы 2- преобразование планеты

3- абиогенный синтез органических веществ 4- эукариотические гетеротрофы 5- образование коацерватов 6- появление самовоспроизводящихся структур

В2. Соотнесите ученых и теории возникновения жизни:

А- Д. Бернал 1- панспермии

Б- С. Миллер 2 –биохимической эволюции

В- Аристотель 3-самозарождения

В3. Выберите характеристики первых организмов:

В4. Каковы первые источники энергии на Земле:

2- грозовые разряды 5-радиоактивная энергия

3-энергия ветра 6 –энергия распада неорганических веществ

В5. В чем заслуги А.И. Опарина:

1- первым высказал гипотезу абиогенного синтеза органических веществ

2- сформулировал естественно-научную теорию происхождения жизни

3- доказал невозможность самозарождения живых организмов

4- синтезировал органические вещества за счет электрических разрядов

5 – разработал коацерватную теорию

6- доказал невозможность самозарождения микроорганизмов

С1. Чем было вызвано появление автотрофных организмов?

С2. Какое значение имело появление мембраны у протобионтов для биологической эволюции?

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Разработка обобщающего урока с презентацией на тему «Жизнь на Земле» к учебнику «Природоведение» 5 класс, А.А. Плешакова, Н.И. Сонина.

Разработка урока по биологии на тему «Развитие жизни на Земле» 11 класс.Цель: Познакомить учащихся с общим ходом развития жизни на Земле.Задачи урока:1. Образовательная – сформировать понятия об.

Систематизация знаний по первым людям на земле.

Задачи: Сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

«Современные гипотезы возникновения жизни на Земле»

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

Сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции.

Совершенствовать у школьников умение сравнивать и анализировать различные гипотезы, правильно определять их по сущностным характеристикам

Пробудить у учащихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновения жизни на Земле.

Ведущие понятия: химическая эволюция, абиогенный синтез, коацерваты.

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.).

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с большим количеством гипотез, теорий и концепций о происхождении жизни на Земле. Нам необходимо повторить пройденный материал, чтобы плавно перейти к теме сегодняшнего урока. Сегодня мы будем работать по группам.

Актуализация ранее полученных знаний

(опрос по группам)

Группа № 1 — дать характеристику гипотезам: креационизму и стационарного состояния

Группа № 2 – дать характеристику теориям: самозарождения (абиогенез) и панспермии

Вопрос группе № 1 – опыт обоснуйте (кто поставил и в чем его сущность?) — Реди Ф.

Вопрос группе № 2 – опыт обоснуйте (кто поставил и в чем его сущность?) – Луи Пастер

Все теории оказались несостоятельными и перед миром возник вопрос: как появилась жизнь на Земле? А определение понятия жизнь? —

Поэтому тема нашего урока: Современные теории возникновения жизни на Земле.

Сформулируйте цель урока: изучить основные этапы и условия возникновения жизни на Земле.

3. Изучение нового материала

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

Работа по группам

Схему перехода от химической к биологической эволюции, опыты Миллера и Юри, словарь терминов.

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

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.

А что же дальше?

Группа № 1 работает с гипотезой № 1 стр.71, а группа № 2 с гипотезой № 2 п. 15 стр. 73 по следующему плану и записываете в тетрадь:

Происхождении жизни на Земле является ключевой и нерешенной проблемой естествознания, нередко служащей почвой для столкновения науки и религии. Если наличие в природе эволюции живой материи можно считать доказанным, так как были вскрыты ее механизмы, археологами обнаружены древние более просто устроенные организмы, то ни одна гипотеза возникновения жизни не имеет такой обширной доказательной базы. Эволюцию мы можем наблюдать воочию хотя бы в селекции. Создать же живое из неживого никому не удавалось.

Несмотря на большое количество гипотез о происхождении жизни, лишь одна из них имеет приемлемое научное объяснение. Это гипотеза абиогенеза — длительной химической эволюции, которая протекала в особых условиях древней Земли и предшествовала биологической эволюции. При этом из неорганических веществ сначала были синтезированы простые органические, из них более сложные, далее появились биополимеры, следующие этапы более умозрительны и малодоказуемы. Гипотеза абиогенеза имеет много нерешенных проблем, различных взглядов на определенные этапы химической эволюции. Однако некоторые ее моменты были подтверждены опытным путем.

Другие гипотезы происхождения жизни — панспермия (занесение жизни из космоса), креационизм (сотворение творцом), самопроизвольное зарождение (в неживой материи вдруг появляются живые организмы), стационарное состояние (жизнь существовала всегда). Невозможность самозарождения жизни в неживом была доказано Луи Пастером (XIX в.) и рядом ученых до него, но не так безапелляционно (Ф. Реди — XVII в.). Гипотеза панспермии не решает проблему возникновения жизни, а переносит ее с Земли в космическое пространство или на другие планеты. Однако и опровергнуть эту гипотезу сложно, особенно тех ее представителей, которые утверждают, что жизнь была занесена на Землю не метеоритами (в этом случае живое могло сгореть в слоях атмосферы, подвергнуться разрушительному действию космической радиации и т. д.), а разумными существами. Только вот как они долетели до Земли? С точки зрения физики (огромных размеров Вселенной и невозможности преодолеть скорость света) это вряд ли возможно.

Впервые возможный абиогенез был обоснован А.И. Опариным (1923-1924 г.), позже данную гипотезу разрабатывал Дж. Холдейн (1928 г). Однако мысль, что жизни на Земле могло предшествовать абиогенное образование органических соединений, высказывал еще Дарвин. Теория абиогенеза была доработана и дорабатывается другими учеными и по сей день. Главная ее нерешенная проблема — это подробности перехода от сложных неживых систем к простым живым организмам.

В 1947 г. Дж. Бернал, на основе разработок Опарина и Холдейна, сформулировал теорию биопоэза, выделив в абиогенезе три стадии: 1) абиогенное возникновение биологических мономеров; 2) образование биополимеров; 3) образование мембран и формирование первичных организмов (протобионтов).

Ниже в общих чертах описан предположительный сценарий происхождения жизни согласно теории абиогенеза.

Возраст Земли составляет около 4,5 млрд. лет. Жидкая вода на планете, так необходимая для жизни, по оценкам ученых появилась не ранее 4 млрд. лет назад. При этом 3,5 млрд. лет назад жизнь на Земле уже существовала, что доказано обнаружением пород таких возрастов со следами жизнедеятельности микроорганизмов. Таким образом, первые простейшие организмы возникли относительно быстро — менее чем за 500 млн. лет.

Когда Земля только образовалась, ее температура могла достигать 8000 °C. При остывании планеты металлы и углерод как наиболее тяжелые элементы конденсировались и образовывали земную кору. В то же время происходила вулканическая активность, кора двигалась и сжималась, на ней образовывались складки и разрывы. Гравитационные силы приводили к уплотнению коры, при этом выделялась энергия в виде тепла.

Легкие газы (водород, гелий, азот, кислород и др.) не удерживались планетой и уходили в космос. Но в составе других веществ эти элементы оставались. До тех пор, пока температура на Земле не упала ниже 100 °C, вся вода находилась в парообразном состоянии. После снижения температуры испарение и конденсация повторялись множество раз, шли сильные ливни с грозами. Горячая лава и вулканический пепел, оказавшись в воде, создавали разные условия среды. В каких-то могли протекать определенные реакции.

Таким образом, физические и химические условия на ранней Земле были благоприятны для образования органических веществ их неорганических. Атмосфера была восстановительного типа, свободного кислорода и озонового слоя в ней не было. Поэтому на Землю проникали ультрафиолетовое и космическое излучение. Другими источниками энергии были теплота земной коры, которая еще не остыла, извергающиеся вулканы, грозы, радиоактивный распад.

В атмосфере присутсвовали метан, оксиды углерода, аммиак, сероводород, цианистые соединения, а также пары воды. Из них синтезировались ряд простейших органических веществ. Далее могли образовываться аминокислоты, сахара, азотистые основания, нуклеотиды и другие более сложные органические соединения. Многие из них послужили мономерами для будущих биологических полимеров. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода благоприятствовало протеканию реакций.

Химическими опытами (впервые в 1953 г. С. Миллер и Г. Юри), моделирующих условия древней Земли, была доказана возможность абиогенного синтеза органических веществ из неорганических. При пропускании электрических разрядов через газовую смесь, имитировавшую первобытную атмосферу, в присутсвии паров воды были получены аминокислоты, органические кислоты, азотистые основания, АТФ и др.

Следует отметить, что в древней атмосфере Земли простейшие органические вещества могли образовываться не только абиогенно. Они также заносились из космоса, содержались в вулканической пыли. Причем это могли быть достаточно большие количества органики.

Низкомолекулярные органические соединения накапливались в океане, создавая так называемый первичный бульон. Вещества адсорбировались на поверхности глинистых отложений, что повышало их концентрацию.

В определенных условиях древней Земли (например на глине, склонах остывающих вулканов) могла происходить полимеризация мономеров. Так образовались белки и нуклеиновые кислоты — биополимеры, ставшие в последствии химической основой жизни. В водной среде полимеризация маловероятна, так как в воде обычно происходит деполимеризация. Опытом была доказана возможность синтеза полипептида из аминокислот, соприкасающихся с кусками горячей лавы.

Далее биополимеры могли смываться дождями в первичный бульон. Это предохраняло их от разрушения под действием ультрафиолетового излучения (озонового слоя еще не было).

Следующий важный шаг на пути происхождения жизни – образование в воде коацерватных капель (коацерватов) из полипептидов, полинуклеотидов, других органических соединений. Подобные комплексы снаружи могли иметь слой, имитировавший мембрану и сохраняющий их стабильность. Опытным путем в коллоидных растворах были получены коацерваты.

Белковые молекулы амфотерны. Они притягивают к себе молекулы воды так, что вокруг них образуется оболочка. Получаются коллоидные гидрофильные комплексы, обособленные от водной массы. В результате в воде образуется эмульсия. Далее коллоиды сливаются между собой и образуются коацерваты (процесс называется коацервацией). Коллоидный состав коацервата зависел от состава среды, в которой он образовывался. В разных водоемах древней Земли образовывались разные по химическому составу коацерваты. Какие-то из них были более устойчивыми и могли в определенной степени осуществлять избирательный обмен веществ с окружающей средой. Происходил своего рода биохимический естественный отбор.

Коацерваты способны избирательно поглощать из окружающей среды некоторые вещества и выделять в нее некоторые продукты протекающих в них химических реакций. Это напоминает обмен веществ. По мере накопления веществ коацерваты росли, а при достижении критических размеров распадались на части, каждая из которых сохраняла черты исходной организации.

В самих коацерватах могли происходить химические реакции. При поглощении коацерватами ионов металлов могли образовываться ферменты.

В процессе эволюции остались лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это знаменовало наступление следующего этапа происхождения жизни – возникновение протобионтов (по некоторым источникам это то же самое, что коацерваты) — тел, имеющие сложный химический состав и ряд свойств живых существ. Протобионты можно рассматривать как наиболее устойчивые и удачно получившиеся коацерваты.

Мембрана могла образоваться следующим образом. Жирные кислоты соединялись со спиртами и образовывали липиды. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов. Их заряженные головки обращены в воду, а неполярные концы — наружу. Плавающие в воде белковые молекулы притягивались к головкам липидов, в результате чего образовывались двойные липопротеиновые пленки. От ветра такая пленка могла изгибаться, и образовывались пузырьки. В эти пузырьки могли быть случайно захвачены коацерваты. Когда такие комплексы снова оказывались на поверхности воды, то покрывались уже вторым липопротеиновым слоем (за счет гидрофобных взаимодействий, обращенных друг к другу неполярных концов липидов). Общая схема мембраны сегодняшних живых организмов представляет собой два слоя липидов внутри и два слоя белков, расположенных по краям. Но за миллионы лет эволюции произошло усложнение мембраны за счет включения белков, погруженных в липидный слой и пронизывающих его, выпячивание и впячивание отдельных участков мембраны и др.

В коацерваты (или протобионты) могли попадать уже существующие молекулы нуклеиновых кислот, способные к самовоспроизведению. Далее в некоторых протобионтах могла произойти такая перестройка, что нуклеиновая кислота стала кодировать белок.

Эволюция протобионтов — это уже не химическая, а предбиологическая эволюция. Она привела к усовершенствованию каталитической функции белков (они стали выполнять роль ферментов), мембран и их избирательной проницаемости (что делает протобионт устойчивым набором полимеров), возникновению матричного синтеза (переноса информации с нуклеиновой кислоты на нуклеиновую кислоту и с нуклеиновой кислоты на белок).

Этапы происхождения и эволюции жизни

Эволюция	Результаты
1	Химическая эволюция — синтез соединений	Простые органические вещества Биополимеры
2	Предбиологическая эволюция – химический отбор: остаются наиболее устойчивые, способные к самовоспроизведению протобионты	Коацерваты и протобионты Ферментативный катализ Матричный синтез Мембрана
3	Биологическая эволюция – биологический отбор: борьба за существование, выживание наиболее приспособленных к условиям окружающей среды	Приспособленность организмов к конкретным условиям среды Разнообразие живых организмов Одной из самых больших загадок происхождения жизни остается вопрос: как РНК стала кодировать аминокислотную последовательность белков. В вопросе фигурирует РНК, а не ДНК, так как считается, что сначала рибонуклеиновая кислота играла не только роль в реализации наследственной информации, но и отвечала за ее хранение. ДНК ее заменила позже, возникнув из РНК путем обратной транскрипции. ДНК лучше подходит для хранения информации и более устойчива (менее склонна к реакциям). Поэтому в процессе эволюции именно она была оставлена в качестве хранителя информации. В 1982 г. Т. Чеком была открыта каталитическая активность РНК. Кроме того РНК могут синтезироваться в определенных условиях даже при отсутствии ферментов, а также образовывать свои копии. Поэтому можно предположить, что РНК были первыми биополимерами (гипотеза РНК-мира). Какие-то участки РНК случайно могли кодировать полезные для протобионта пептиды, остальные участки РНК в процессе эволюции стали вырезаемыми интронами. В протобионтах возникла обратная связь — РНК кодирует белки-фермены, белки-ферменты увеличивают количество нуклеиновых кислот. Начало биологической эволюции Химическая эволюция и эволюция протобионтов длилась более 1 млрд. лет. Жизнь возникла, и началась ее биологическая эволюция. От некоторых протобионтов произошли примитивные клетки, включающие всю совокупность наблюдаемых нами сегодня свойств живого. В них было реализовано хранение и передача наследственной информации, ее использование для создания структур и обмена веществ. Энергия для процессов жизнедеятельности обеспечивалась молекулами АТФ, появились типичные для клеток мембраны. Первые организмы были анаэробные гетеротрофы. Энергию, запасаемую в АТФ, они получали с помощью брожения. Пример — гликолиз — бескислородное расщепление сахаров. Питались эти организмы за счет органических веществ первичного бульона. Но запасы органических молекул постепенно истощались, так как условия на Земле менялись, и новая органика уже почти не синтезировалась абиогенным путем. В условиях конкуренции за пищевые ресурсы эволюция гетеротрофов ускорилась. Преимущество получили бактерии, оказавшиеся способными фиксировать углекислый газ с образованием органических веществ. Автотрофный синтез питательных веществ более сложный, чем гетеротрофное питание, поэтому у ранних форм жизни он возникнуть не мог. Из некоторых веществ под действием энергии солнечного излучения образовывались соединения, необходимых клетке. Первые фотосинтезирующие организмы не выделяли кислорода. Фотосинтез с его выделением скорее всего появился позже у организмов, сходных с нынешними сине-зелеными водорослями. Накопление в атмосфере кислорода, появление озонового экрана, уменьшение количества ультрафиолетового излучения привело к почти невозможности абиогенного синтеза сложных органических веществ. С другой стороны, возникшие формы жизни стали более устойчивыми в таких условиях. На Земле распространилось кислородное дыхание. Анаэробные организмы сохранились лишь в отдельных местах (например, есть анаэробные бактерии, живущие в горячих подземных источниках). Тестовая работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира» за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки Проверочная работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира» 9 класс Часть 1. Из предложенных вариантов ответов выберите один верный. 1.Согласно гипотезе самопроизвольного зарождения жизнь: 2)была создана сверхъестественным существом 3)возникала неоднократно из неживого вещества 4)возникала в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам 2.Согласно гипотезе креационизма жизнь: 2)была создана сверхъестественным существом 3)возникала неоднократно из неживого вещества 4)возникала в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам 3.Против гипотезы самозарождения жизни первым выступил: 4.Л. Пастер доказал невозможность самозарождения организмов: 1)путем попадания из космоса 2)в течение всей истории Земли 3)с помощью сверхъестественных высших сил 4)в современную эпоху 5.Согласно гипотезе биопоэза А.И. Опарина и Дж. Холдейна жизнь: 1)занесена на нашу планету извне 2)была создана сверхъестественным существом 3)возникала неоднократно из неживого вещества 4)появилась на Земле в результате процесса возникновения живого из неживого при наличии благоприятных условий 6.А.И. Опарин и Дж. Холдейн считали, что первыми органическими веществами на Земле, синтезированными абиогенным путем, были: 4)жиры и углеводы 7.Коацерваты являются прообразами живых систем, так как они: 1)могут увеличиваться в размерах – расти 2)ограничены от водной среды прообразом мембраны 3)способны поглощать одни вещества из внешней среды и выделять в нее другие 4)отвечают всем указанным признакам 8.В отличие от А.И. Опарина Г. Меллер считал, что первыми органическими веществами на Земле, синтезированными абиогенным путем, были: 4)жиры и углеводы 9.Жизнь возникла в эру: 10.Самая продолжительная эра в истории Земли: 11.Ранний палеозой делится на периоды: 1)кембрийский, ордовикский, силурийский 2)девонский, каменноугольный, пермский 3)ордовикский, силурийский, девонский 4)триасовый, юрский, меловой 12.Выход растений на сушу произошел в периоде: 13.Кистеперые рыбы появились в периоде: 14. Расцвет земноводных произошел в периоде: 15.Вымирание каменноугольных лесов в пермском периоде связано с: 1)общим похолоданием и засушливостью климата 3)увеличением площади морей на Земле 16.Эрой господства голосеменных растений и пресмыкающихся называют: 17.Эра, в которую происходил антропогенез: 1.Установите хронологическую последовательность возникновения групп живых организмов на Земле (в ответ запишите ряд букв). А. Плоские черви 2.Установите последовательность появления в процессе эволюции основных групп растений на Земле (в ответ запишите ряд букв). Г. Одноклеточные зеленые водоросли Д. Многоклеточные водоросли 1. Почему гипотеза о внезапном самозарождении организмов так долго продержалась в естествознании? Проверочная работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира» 9 класс Часть 1. Из предложенных вариантов ответов выберите один верный. 1.Согласно гипотезе стационарного состояния жизнь: 2)была создана сверхъестественным существом 3)возникала неоднократно из неживого вещества 4)возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам 2.Согласно гипотезе панспермии жизнь: 1)занесена на нашу планету извне 2)была создана сверхъестественным существом 3)возникала неоднократно из неживого вещества 4)возникла на Земле 3.Согласно гипотезе самозарождения живые организмы: 1)образуются от других живых организмов 2)созданы высшими сверхъестественными силами 3)возникают из тел неживой природы 4)занесены из космоса 4.Окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни: 5.Гипотезу первичного бульона сформулировал: 6.В своем опыте С. Миллер, прокуская через разогретую смесь метана, аммиака, водорода и паров воды электрические заряды, пытался доказать: 1)невозможность самозарождения жизни в первичной атмосфере Земли 2)возможность синтеза органических веществ (аминокислот) в условиях первичной атмосферы Земли 3)невозможность занесения жизни из космоса 4)возможность занесения жизни из космоса 7.Коацерватная гипотеза А.И. Опарина заключается в: 1)отрицании абиогенного синтеза органических соединений 2)утверждении, что жизнь была занесена на Землю из космоса 3)признании того, что жизнь существовала всегда 8.Наиболее важным для возникновения жизни свойством органических молекул оказалась их: 2)способность к самоорганизации и самовоспроизведению 4)способность к росту 9. Наиболее продолжительным условным периодом жизни на Земле является: 10. В протерозойскую эру: 1)растения вышли на сушу 4)широко распространились хвощи 11.Трилобиты были широко распространены в: 1)кембрийском периоде палеозойской эры 2)триасовом периоде мезозойской эры 3)палеогеновом периоде кайнозойской эры 4)антропогеновом периоде кайнозойской эры 12.Первые хордовые животные появились в периоде: 13.Первые наземные споровые растения: 14.Выход животных на сушу произошел в периоде: 15.Хвощи, плауны и папоротники наиболее широко были распространены в периоде: 16.Первые млекопитающие появились в периоде: 17. Современный человек живет в периоде: 1.Установите последовательность появления отделов растений в хронологической последовательности (в ответ запишите ряд букв) 2.Установите последовательность появления групп хордовых животных в процессе эволюции (в ответ запишите ряд букв). В.Птицы и млекопитающие Могут ли в современных условиях где-то на Земле происходить процессы возникновения жизни? Гвоздева Наталия ВладимировнаНаписать 6869 17.10.2016 Номер материала: ДБ-269733 ВНИМАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ: хотите организовать и вести кружок по ментальной арифметике в своей школе? Спрос на данную методику постоянно растёт, а Вам для её освоения достаточно будет пройти один курс повышения квалификации (72 часа) прямо в Вашем личном кабинете на сайте «Инфоурок». Пройдя курс Вы получите: — Удостоверение о повышении квалификации; — Подробный план уроков (150 стр.); — Задачник для обучающихся (83 стр.); — Вводную тетрадь «Знакомство со счетами и правилами»; — БЕСПЛАТНЫЙ доступ к CRM-системе, Личному кабинету для проведения занятий; — Возможность дополнительного источника дохода (до 60.000 руб. в месяц)! Пройдите дистанционный курс «Ментальная арифметика» на проекте «Инфоурок»! 17.10.2016 611 17.10.2016 8566 17.10.2016 796 17.10.2016 805 17.10.2016 2065 17.10.2016 308 17.10.2016 691 Не нашли то что искали? Вам будут интересны эти курсы: Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов. Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Эволюция

Результаты

Химическая эволюция — синтез соединений

Простые органические вещества
Биополимеры

Предбиологическая эволюция – химический отбор: остаются наиболее устойчивые, способные к самовоспроизведению протобионты

Коацерваты и протобионты
Ферментативный катализ
Матричный синтез
Мембрана

Биологическая эволюция – биологический отбор: борьба за существование, выживание наиболее приспособленных к условиям окружающей среды

Приспособленность организмов к конкретным условиям среды
Разнообразие живых организмов

Одной из самых больших загадок происхождения жизни остается вопрос: как РНК стала кодировать аминокислотную последовательность белков. В вопросе фигурирует РНК, а не ДНК, так как считается, что сначала рибонуклеиновая кислота играла не только роль в реализации наследственной информации, но и отвечала за ее хранение. ДНК ее заменила позже, возникнув из РНК путем обратной транскрипции. ДНК лучше подходит для хранения информации и более устойчива (менее склонна к реакциям). Поэтому в процессе эволюции именно она была оставлена в качестве хранителя информации.

В 1982 г. Т. Чеком была открыта каталитическая активность РНК. Кроме того РНК могут синтезироваться в определенных условиях даже при отсутствии ферментов, а также образовывать свои копии. Поэтому можно предположить, что РНК были первыми биополимерами (гипотеза РНК-мира). Какие-то участки РНК случайно могли кодировать полезные для протобионта пептиды, остальные участки РНК в процессе эволюции стали вырезаемыми интронами.

В протобионтах возникла обратная связь — РНК кодирует белки-фермены, белки-ферменты увеличивают количество нуклеиновых кислот.

Начало биологической эволюции

Химическая эволюция и эволюция протобионтов длилась более 1 млрд. лет. Жизнь возникла, и началась ее биологическая эволюция.

От некоторых протобионтов произошли примитивные клетки, включающие всю совокупность наблюдаемых нами сегодня свойств живого. В них было реализовано хранение и передача наследственной информации, ее использование для создания структур и обмена веществ. Энергия для процессов жизнедеятельности обеспечивалась молекулами АТФ, появились типичные для клеток мембраны.

Первые организмы были анаэробные гетеротрофы. Энергию, запасаемую в АТФ, они получали с помощью брожения. Пример — гликолиз — бескислородное расщепление сахаров. Питались эти организмы за счет органических веществ первичного бульона.

Но запасы органических молекул постепенно истощались, так как условия на Земле менялись, и новая органика уже почти не синтезировалась абиогенным путем. В условиях конкуренции за пищевые ресурсы эволюция гетеротрофов ускорилась.

Преимущество получили бактерии, оказавшиеся способными фиксировать углекислый газ с образованием органических веществ. Автотрофный синтез питательных веществ более сложный, чем гетеротрофное питание, поэтому у ранних форм жизни он возникнуть не мог. Из некоторых веществ под действием энергии солнечного излучения образовывались соединения, необходимых клетке.

Первые фотосинтезирующие организмы не выделяли кислорода. Фотосинтез с его выделением скорее всего появился позже у организмов, сходных с нынешними сине-зелеными водорослями.

Накопление в атмосфере кислорода, появление озонового экрана, уменьшение количества ультрафиолетового излучения привело к почти невозможности абиогенного синтеза сложных органических веществ. С другой стороны, возникшие формы жизни стали более устойчивыми в таких условиях.

На Земле распространилось кислородное дыхание. Анаэробные организмы сохранились лишь в отдельных местах (например, есть анаэробные бактерии, живущие в горячих подземных источниках).

Тестовая работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира»

за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки

Проверочная работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира» 9 класс

Часть 1. Из предложенных вариантов ответов выберите один верный.

1.Согласно гипотезе самопроизвольного зарождения жизнь:

2)была создана сверхъестественным существом

3)возникала неоднократно из неживого вещества

4)возникала в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам

2.Согласно гипотезе креационизма жизнь:

2)была создана сверхъестественным существом

3)возникала неоднократно из неживого вещества

4)возникала в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам

3.Против гипотезы самозарождения жизни первым выступил:

4.Л. Пастер доказал невозможность самозарождения организмов:

1)путем попадания из космоса

2)в течение всей истории Земли

3)с помощью сверхъестественных высших сил

4)в современную эпоху

5.Согласно гипотезе биопоэза А.И. Опарина и Дж. Холдейна жизнь:

1)занесена на нашу планету извне

2)была создана сверхъестественным существом

3)возникала неоднократно из неживого вещества

4)появилась на Земле в результате процесса возникновения живого из неживого при наличии благоприятных условий

6.А.И. Опарин и Дж. Холдейн считали, что первыми органическими веществами на Земле, синтезированными абиогенным путем, были:

4)жиры и углеводы

7.Коацерваты являются прообразами живых систем, так как они:

1)могут увеличиваться в размерах – расти

2)ограничены от водной среды прообразом мембраны

3)способны поглощать одни вещества из внешней среды и выделять в нее другие

4)отвечают всем указанным признакам

8.В отличие от А.И. Опарина Г. Меллер считал, что первыми органическими веществами на Земле, синтезированными абиогенным путем, были:

4)жиры и углеводы

9.Жизнь возникла в эру:

10.Самая продолжительная эра в истории Земли:

11.Ранний палеозой делится на периоды:

1)кембрийский, ордовикский, силурийский

2)девонский, каменноугольный, пермский

3)ордовикский, силурийский, девонский

4)триасовый, юрский, меловой

12.Выход растений на сушу произошел в периоде:

13.Кистеперые рыбы появились в периоде:

14. Расцвет земноводных произошел в периоде:

15.Вымирание каменноугольных лесов в пермском периоде связано с:

1)общим похолоданием и засушливостью климата

3)увеличением площади морей на Земле

16.Эрой господства голосеменных растений и пресмыкающихся называют:

17.Эра, в которую происходил антропогенез:

1.Установите хронологическую последовательность возникновения групп живых организмов на Земле (в ответ запишите ряд букв).

А. Плоские черви

2.Установите последовательность появления в процессе эволюции основных групп растений на Земле (в ответ запишите ряд букв).

Г. Одноклеточные зеленые водоросли

Д. Многоклеточные водоросли

1. Почему гипотеза о внезапном самозарождении организмов так долго продержалась в естествознании?

Часть 1. Из предложенных вариантов ответов выберите один верный.

1.Согласно гипотезе стационарного состояния жизнь:

2)была создана сверхъестественным существом

3)возникала неоднократно из неживого вещества

4)возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам

2.Согласно гипотезе панспермии жизнь:

1)занесена на нашу планету извне

2)была создана сверхъестественным существом

3)возникала неоднократно из неживого вещества

4)возникла на Земле

3.Согласно гипотезе самозарождения живые организмы:

1)образуются от других живых организмов

2)созданы высшими сверхъестественными силами

3)возникают из тел неживой природы

4)занесены из космоса

4.Окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни:

5.Гипотезу первичного бульона сформулировал:

6.В своем опыте С. Миллер, прокуская через разогретую смесь метана, аммиака, водорода и паров воды электрические заряды, пытался доказать:

1)невозможность самозарождения жизни в первичной атмосфере Земли

2)возможность синтеза органических веществ (аминокислот) в условиях первичной атмосферы Земли

3)невозможность занесения жизни из космоса

4)возможность занесения жизни из космоса

7.Коацерватная гипотеза А.И. Опарина заключается в:

1)отрицании абиогенного синтеза органических соединений

2)утверждении, что жизнь была занесена на Землю из космоса

3)признании того, что жизнь существовала всегда

8.Наиболее важным для возникновения жизни свойством органических молекул оказалась их:

2)способность к самоорганизации и самовоспроизведению

4)способность к росту

9. Наиболее продолжительным условным периодом жизни на Земле является:

10. В протерозойскую эру:

1)растения вышли на сушу

4)широко распространились хвощи

11.Трилобиты были широко распространены в:

1)кембрийском периоде палеозойской эры

2)триасовом периоде мезозойской эры

3)палеогеновом периоде кайнозойской эры

4)антропогеновом периоде кайнозойской эры

12.Первые хордовые животные появились в периоде:

13.Первые наземные споровые растения:

14.Выход животных на сушу произошел в периоде:

15.Хвощи, плауны и папоротники наиболее широко были распространены в периоде:

16.Первые млекопитающие появились в периоде:

17. Современный человек живет в периоде:

1.Установите последовательность появления отделов растений в хронологической последовательности (в ответ запишите ряд букв)

2.Установите последовательность появления групп хордовых животных в процессе эволюции (в ответ запишите ряд букв).

В.Птицы и млекопитающие

Могут ли в современных условиях где-то на Земле происходить процессы возникновения жизни?

Гвоздева Наталия ВладимировнаНаписать 6869 17.10.2016

Номер материала: ДБ-269733

ВНИМАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ: хотите организовать и вести кружок по ментальной арифметике в своей школе? Спрос на данную методику постоянно растёт, а Вам для её освоения достаточно будет пройти один курс повышения квалификации (72 часа) прямо в Вашем личном кабинете на сайте «Инфоурок».

Пройдя курс Вы получите:
— Удостоверение о повышении квалификации;
— Подробный план уроков (150 стр.);
— Задачник для обучающихся (83 стр.);
— Вводную тетрадь «Знакомство со счетами и правилами»;
— БЕСПЛАТНЫЙ доступ к CRM-системе, Личному кабинету для проведения занятий;
— Возможность дополнительного источника дохода (до 60.000 руб. в месяц)!

Пройдите дистанционный курс «Ментальная арифметика» на проекте «Инфоурок»!

17.10.2016 611

17.10.2016 8566

17.10.2016 796

17.10.2016 805

17.10.2016 2065

17.10.2016 308

17.10.2016 691

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Источники:

http://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/2013/10/15/test-vozniknovenie-zhizni-na-zemle-10-klass
http://gigabaza.ru/doc/166067.html
http://biology.su/evolution/abiogenesis
http://infourok.ru/testovaya-rabota-po-teme-gipotezi-vozniknoveniya-zhizni-na-zemle-etapi-evolyucii-rastitelnogo-i-zhivotnogo-mira-1270003.html

Наиболее важным с точки зрения возникновения жизни

Теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения

Теория креационизма

Теории стационарного состояния и панспермии

Теория биохимической эволюции (теория А.И. Опарина)

Предбиологическая (химическая) эволюция

Тест (биология, 10 класс) на тему: Тест «Возникновение жизни на Земле» (10 класс)

Предварительный просмотр:

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Задачи: Сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции

Главная > Документ

Начало биологической эволюции

Тестовая работа по теме: «Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы эволюции растительного и животного мира»

Тест (биология, 10 класс) на тему:
Тест «Возникновение жизни на Земле» (10 класс)