Цели урока: рассмотреть основные гипотезы возникновения жизни на Земле, обсудить их сильные и слабые стороны; развивать критическое мышление; воспитывать умение дискутировать и принимать другие точки зрения. Оборудование и материалы: таблицы или слайды презентации с иллюстрациями к различных гипотез происхождения жизни на Земле.
Базовые понятия и термины: химическая эволюция, панспермия, стационарное состояние, креационизм, органогенные элементы, каталитические реакции, первичная атмосфера.
Вопросы для беседы
1. Каковы основные положения содержит синтетическая теория эволюции?
2. Какие факторы эволюции вам известны?
3. Почему надо изучать процессы эволюции?
Существуют четыре группы теорий, объясняющих появление жизни на Земле. Это креационизм, теория стационарного состояния, теория панспермии и теории химической эволюции.
Основным положением любой креационистскую теории является появление жизни вследствие чрезвычайной божественной события. Теория стационарного состояния более экзотическая. ее основой является положение о том, что Земля является вечной. Она существовала всегда, и также всегда на ней существовала жизнь. Эта теория предполагает вымирание видов, но считает, что новые виды не образуются. А отсутствие остатков существующих видов в осадочных породах древних эпох объясняется незначительной численностью этих видов в те эпохи. Теория панспермии утверждает, что жизнь во Вселенной возникало один или несколько раз (как вариант - существовало вечно). Но на Земле оно не возникало, а была занесена с помощью метеоритов других космических объектов или искусственно инопланетянами.
Наиболее обоснованными в настоящее время являются теории, которые объясняют возникновение жизни путем химической эволюции из неорганических веществ. Существует несколько вариантов этих гипотез.
Согласно теории А. И. Опарина и Д. Холдейна, процесс возникновения жизни на Земле прошел несколько этапов.
Этапы возникновения жизни на Земле
Первый - формирование углеводных соединений и их производных: атомы углерода соединялись между собой и образовывали цепи разной длины. Это начальные звенья в эволюционной ряде более сложных органических соединений, в которую входят жиры, простые углеводороды и аминокислоты. Простейший представитель углеводородов - метан. Первичная литосфера, гидросфера и атмосфера были буквально насыщены углеводородами. Условия, существовавшие на Земле в то время: сильные тепловые и радиоактивные процессы, ультрафиолетовые излучения и другие, - вызывали их осложнения. Основные процессы первого этапа - синтез из неорганических предшественников и накопление органических веществ.
Второй - первичную атмосферу, которая состояла, главным образом, с аммиака, метана, водорода, углекислого газа и водяного пара (в ней не было кислорода), пронизывали гигантские молнии. Под действием этих сильных электрических разрядов из смеси газов стали образовываться аминокислоты. Вместе со сливными потоками аминокислоты попадали на Землю до первородного океана, которым была покрыта почти вся молодая планета. После этого аминокислоты взаимодействовали между собой и образовали белки. Аналогично образовывались и другие биополимеры.
Третий - возникновение передклитинних структур с полипептидов и поли-нуклеотидов. Важную роль в этом процессе играли коагулята (сгустки в коллоидных растворах), или, как их еще называют, коацерваты. Они способны поглощать из окружающей среды и накапливать химические соединения. Внутри них может осуществляться синтез новых соединений. От механических повреждений или после накопления определенной массы они раздробляются. Все это могло служить «прообразом» процессов обмена веществ, роста, размножения, следствием чего было формирование первых живых организмов.
1953 г. американский химик С. Миллер провел эксперимент, который, как считалось тогда, решал вопрос о том, каким образом возникла жизнь на Земле. В герметичном стеклянном приборе ученый воссоздал условия, которые были характерны для первоначальной планеты. Через газовую смесь, которая вмещала метан, аммиак и водород, Миллер пропускал электрические разряды, а воду на дне прибора нагревал, имитируя древний океан. Через несколько дней исследователь обнаружил в колбе наличие аминокислот. Эксперименты Миллера доказали возможность абиогенного (небиологического) синтеза важных для жизни молекул.
Предполагается, что первые живые организмы Земли могли быть ге-теротрофамы, потому, что им доступны готовые органические молекулы, которые образуются путем химического синтеза в первичном среде обитания. С появлением хемо-и фотосинтеза в атмосфере Земли появился и стал накапливаться кислород, после чего начал формироваться «озоновый экран».
Какая молекула была первой - белок или нуклеиновая кислота? Спор биохимиков, эволюционистов и других ученых вокруг этой проблемы напоминает знакомую дискуссию: «Что было раньше - курица или яйцо?" Как известно, белок не может быть синтезирован в живой клетке из аминокислот без контроля со стороны нуклеиновых кислот, несущих информацию о структуре всех белков определенного вида. Вместе с тем, нуклеиновые кислоты могут реплицироваться («размножаться») только при наличии белков-ферментов (полим-раз, лигазы).
1989 американские биохимики Т. Чек и С. Альтман нашли определенный класс РНК, способных к самокатализу своей репликации (ауто-сплайсинг). Таким образом, определенные виды РНК могут выполнять двойную функцию - генную (точнее, его копии) и катализатора удвоение этого гена, то есть быть и «яйцом» и «курицей» одновременно. Согласно этим фактам возникли гипотезы, например В. Гилберта (США), что первые земные организмы состояли из простых молекул РНК, которые самовидтворювались. Постепенно такие организмы приобрели способность синтезировать белки (появление которых обеспечила быстрый и эффективный движение репликации), и липиды (жиры), которые формируют вместе с белками мембрану, помогли возникнуть клеточным структурам.
Некоторые ученые (А. Ребекка, Л. Оргел и др..) Придерживаются мнения, что первично существовали гибридные молекулы, которые проявляли свойства и белков, и нуклеиновых кислот. Такие молекулы тоже были получены в биохимических лабораториях. Оригинальную точку зрения высказал немецкий исследователь Г. вех-тершойзер. По его мнению, сначала жизнь явилась как определенная последовательность превращений органических соединений, адсорбированные на кристаллах пирита FeS2. Принципиально новым в этой гипотезе является то, что образование и превращения биомолекул осуществляется на границе твердой и жидкой фаз (гетерофазных среда), а не в жидкофазного «первичном бульоне».
Загрузка...