"Современные представления о возникновении жизни"

Урок №6

Дата:

Тема урока: Современные представления о возникновении жизни.

Демонстрация схем возникновения одноклеточных эукариот, многоклеточных организмов, развитие царств растений и животных.

Тип урока изучение нового материала с первичным его закреплением и элементами проблемного обучения.

Цели: иметь представление о начальных этапах биологической эволюции: возникновение фотосинтеза, эукариот, полового процесса и многоклеточности.

Задачи:

Образовательные: учащиеся должны усвоить материал о цианобактериях, архебактериях, первых эукариотах, строматолитах, теории симбиогенеза и фагоцителлы, эдиакарская фауна;

Развивающие: способствовать формированию научного мировоззрения, научить находить биологические закономерности, анализировать единичные факты в определенной логической последовательности.

Воспитательные: способствовать формированию у выпускников научного мировоззрения, коммуникативных навыков.

Оборудование: приложения, рисунки.

ХОД УРОКА

I. Орг. Момент психологический настрой.

II. Введение в тему

Никто не видел, какими были первые живые организмы на Земле, номожно лишь предположить, какие признаки были им присущи.

Современная наука позволяет не только установить факт эволюции, но и проследить, как изменялся во времени органический мир на Земле. На прошлом занятии мы рассмотрели различные гипотезы возникновения жизни. Возникновение клетки - самый трудный шаг. На этапе предбиологической эволюции "испробовано" множество вариантов развития исходных углеродных соединений. Начало можно представить как сложное переплетение различных дорог, которые постепенно расходятся, а жизнь избирает один путь. Другие остаются дорогами в никуда. Сегодня мы поговорим о начальных

III.Изучение н/м:

Картина биологической эволюции отражена в виде палеонтологических остатков в земных пластах. На основе их построена геохронологическая шкала.

Для ранних этапов эта картина весьма неполная из-за огромной отдалённости от нашего времени. Семь восьмых геологической истории Земли занимает криптозойский эон - эон скрытой жизни. Прошло около 4 млрд. лет от рождения Земли. Безбрежный океан покрывает бoльшую часть земной поверхности. Суша представляет собой один суперконтинент. Земная твердь разрывается трещинами и глубокими безднами. Из жерл многочисленных вулканов изливаются потоки лавы. В это время жизнь уже широко распространилась в океане и непрерывно меняет свои формы и функции.

Работа в парах по заданиям:

Используя материал на страницах 36 – 37 параграфа 7- 8 учебника под редакцией Р.Сатибекова, найдите, обсудите и запишите ответы на вопросы:

1.      Как вы считаете, что можно отнести к наиболее важным событиям биологической эволюции?

(возникновение фотосинтеза, половое размножение, появление эукариот и многоклеточных организмов).

2.      С помощью чего были определены следы первой жизни? (изотопов углеродных соединений, сохранившихся в массивах апатитов Гренландии).

3.      Какой возраст их составляет? (3,8 млрд.лет).

4.      Когда появились первые микроорганизмы, похожие на бактерии? (3,5 млрд. лет).

5.      Опишите питание примитивных организмов?

(гетеротрофы, использовали энергию, образующуюся при при анаэробном окислении органических соединений).

6.      На какие современные организмы были похожи первые живые организмы? (прокариоты (безъядерные).

Б). Время прокариот.

Работа в группах по заданию:

Используя материал на страницах 37 – 38 параграфа 7- 8 учебника под редакцией Р.Сатибекова, выполните задания и выступите с ним перед классом:

1 группа:

Хемоавтрофы, их характеристика.

2 группа:

Архебактерия, их характеристика.

3 группа:

Цианобактерии, их характеристика.

4 группа;

Эубактерии, их характеристика.

В). Возникновение фотосинтеза.

Более 3 млрд. лет назад появились фотосинтезирующие организмы (какие?), что привело к возникновению процесса фотосинтеза (ароморфоз – путь эволюции).

Проблемные вопросы:

1.      Скажите, с каким процессом связана жизнедеятельность современных живых организмов на Земле? (процессом фотосинтеза).

2.      Появление, каких организмов является основным качественным переходом в биологической эволюции?

Вывод: появление фотосинтеза и накопление кислорода в атмосфере вызвали к жизни многочисленные новые формы живых организмов и способствовали более широкому использованию ими окружающей среды

Г). Появление эукариот.

Работа в парах по заданию:

Используя приложение № 1 и материал на страницах 39 – 40 параграфа 7- 8 учебника под редакцией Р.Сатибекова, изучите, обсудите теорию симбиогенеза в парах и основные положения данной теории запишите в тетрадь.

Вывод: В результате симбиоза прокариотических клеток возникли ядерные (эукариотические) организмы.

Д). Происхождение полового процесса.

Предполагается, что бесполое размножение представляет собой примитивную форму воспроизведения как способа «копирования» генетически идентичны поколений. На более позднем этапе (более 900 млн. лет назад) появляется способность клетки к половому размножению – мейозу. Принято считать, что способы обмена генетическим материалом, наблюдаемые у бактерий, представляют собой ранний этап развития полового процесса. Преимущество, которое даёт фенотипическая изменчивость, обусловленная мейозом и генетической рекомбинацией, несомненно, сыграло важную роль в развитии более сложных форм жизни и типов гамет – от идентичных гамет (изогамет) к гетерогаметной стадии с подвижными мужскими гаметами (спермиями и антерозоидами) и неподвижными женскими гаметами (яйцеклетками). Тот факт, что половое размножение мы находим во всех крупных группах организмов. Позволяет думать, что оно обладает преимуществом перед бесполым, которое, будучи редким у животных, стоящих по своей организации выше плоских червей, сохраняется у растений: в жизненных циклах большинства растений наблюдается чередование бесполого и полового способов размножения.

Е). Появление многоклеточных организмов.

Значимым этапом в истории Земли и эволюции жизни стало возникновение многоклеточности. Это дало мощный толчок к увеличению разнообразия живых существ и их развитию. Многоклеточность сделала возможным специализацию живых клеток в пределах одного организма, включая возникновение отдельных тканей и органов. Первые многоклеточные животные, вероятно, появились в придонных слоях мирового океана в конце протерозоя.
Признаками многоклеточного организма считается то, что его клетки должны быть агрегированы, между ними обязательны разделение функций и установление устойчивых специфических контактов. Многоклеточный организм представляет собой жесткую колонию клеток, в которой сохраняется фиксированное их положение на протяжении всей жизни. В процессе биологической эволюции сходные клетки в теле многоклеточных организмов специализировались на выполнении определенных функций, что привело к формированию тканей и органов. Вероятно, в условиях протерозойского Мирового океана, уже содержавшего примитивные одноклеточные организмы, могла происходить самопроизвольная организация одноклеточных организмов в более высокоразвитые многоклеточные колонии. Можно только догадываться, какими были первые многоклеточные организмы протерозойской эры. Гипотетическим предком многоклеточных организмов могла быть фагоцителла, которая плавала в толще морской воды за счет биения поверхностных клеток – ресничек кинобласта.

Гипотеза фагоцителлы 1886 г. (И.И.Мечников)
1. Многоклеточные произошли от колониальных простейших - жгутиковых

2. Первичный способ питания — фагоцитоз

3. Клетки, захватившие добычу, перемещались внутрь колонии- возникла

энтодерма, выполняющая пищеварительную функцию

4. Наружные клетки выполняли функцию восприятия внешних раздражений , защиту и движение. Из них развивалась эктодерма- покровная ткань

5. Часть клеток стали половыми (функция размножения)

Фагоцителла питалась, захватывая взвешенные в среде частички пищи и переваривая их внутренней клеточной массой (фагоцитобласта). Возможно, именно из кинобласта и фагоцитобласта в процессе эволюционного развития произошло все многообразие форм и тканей многоклеточных организмов. Сама фагоцителла обитала в толще воды, но не имела ни рта, ни кишечника, а ее пищеварение было внутриклеточное. Потомки фагоцителлы приспосабливались к многообразным условиям существования при оседании их на морское дно, при перемещении к поверхности или при изменении источников питания. Благодаря этому у первых многоклеточных организмов постепенно появились рот, кишечник и другие жизненно важные органы.

Многоклеточность - один из ранних ароморфозов - устный ответ, обсуждение в группах.

Древнейшие представители многоклеточных животных известны с позднего рифея (700 - 600 млн. лет назад). В 1947 г. в Эдиакаре (Южная Австралия) геолог

Р. Спригг сделал открытие, явившееся поворотным пунктом в развитии знаний о древней жизни: обнаружил следы и отпечатки разнообразных мягкотелых животных. Впоследствии подобные следы были обнаружены почти на всех материках. Особенно яркие и многочисленные следы этих животных имеются на побережье Белого моря. Эта группа получила название эдиакарской (вендской) фауны.

IV.Закрепление

А). Устно:

1. В чем состоит смысл гипотезы фагоцителлы И.И.Мечникова?

2. Значение появления многоклеточных организмов для эволюции?

3. В какие эры появились фотосинтез, одноклеточные эукариотические организмы,

половой процесс и многоклеточность?

В). Работа в группах с биологическими задачами:

1 и 4 группы:

Докажите, что первые фотосинтезирующие организмы с момента их возникновения сразу же оказались свободными от конкуренции за уменьшающиеся природные запасы органических веществ, которые были источником пищи для первых обитателей Земли.

(Благодаря быстрому развитию фотосинтезирующих организмов содержание свободного кислорода в атмосфере начинает заметно возрастать. Когда количество кислорода достигает 1 % его концентрации в современной атмосфере, возникает механизм дыхания. Дыхание дало жизни огромные энергетические выгоды: при дыхании образуется энергии в 10 раз больше, чем при ферментации. Эволюция полна парадоксов, но этот - один из самых поразительных: противоречие между перспективным значением кислорода для развития жизни и его токсичностью. Жизнь преодолела его огромной силой самоорганизации. Вероятно, большую роль сыграли те микроорганизмы, которые способны жить и в бескислородной, и в кислородной среде. Переход к новому способу получения энергии завершился около 1 млдр. лет назад. Этот переход дал импульс для развития многоклеточных организмов).

2 группа:

Исследователи выявили древнюю фауну так называемых вендских животных (её возраст - около 650 млн. лет). Тела большинства из этих крупных животных (до 1м в поперечнике) были уплощёнными. Толщина многих из них не превышали 2-3 мм. Но больше всего поражает у вендской фауны полное отсутствие твёрдых скелетов. Почему сохранились отпечатки этих организмов, хотя в последующие эпохи обнаружить свидетельства существования мягкотелых животных практически никогда не удаётся? Предложите различные возможные объяснения.

Вендско-эдиакарская жизненная ассоциация является началом великого разветвления в животном мире. Это разветвление приводит уже в кембрии к формированию всех главных типов беспозвоночных животных. Оно отражает завершение перелома в эволюции, отмечает границу между двумя крупными эонами: криптозоем и фанерозоем.

Важную роль в изменениях органического мира в архее и протерозое играет кислород.

3 группа:

Кислород, содержащийся в атмосфере, представляет собой почти целиком продукт деятельности зелёных растений. Начало жизни и её развитие в архейскую эру было связано с бескислородной средой. В книге "Эволюция" (М., Мир, 1981 г, стр. 75) написано: "Жизнь, появившись на Земле, изменила планету и уничтожила те условия, которые сделали возможным её появление". Докажите или опровергните это утверждение.

V. Подведение итогов:

1. Возникновение жизни на Земле носит закономерный характер. Ее появление связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете.

2. Первыми живыми организмами на планете были гетеротрофные прокариотические организмы

3. Истощение органических запасов первичного океана вызвало появление автотрофного типа питания (фотосинтез)э

4. Появление эукариотических организмов сопровождалось возникновением диплоидности и ядра.

5. На рубеже архея и протерозоя появились первые многоклеточные организмы.

VI.Д/З:Параграфы 7 -8.

Творческое задание:Возможно ли появление жизни на Земле небиологическим путем в настоящее время?

VII.Рефлексия

Приложение № 1:

Теория симбиогене́за (А.С.Фаминцын) объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотическойклетки митохондрий, гидрогеносом и пластид.

Одно из основных признаков отличия прокариот от эукариот является наличие у последних двухмембранныхорганоидов (митохондрий и пластид). Эти органеллы, помимо двойной мембраны, имеют еще целый ряд характерных признаков:

У них есть все признаки "элементарной клетки":

полностью замкнутая мембрана;

генетический материал - ДНК;

свой аппарат синтеза белка - рибосомы и др.;

размножаются делением (причем делятся иногда независимо от деления клетки).

Вопрос происхождения митохондрий и пластид неразрывно связан с вопросом происхождения эукариот. Ответ на этот вопрос дает теория симбиогенеза

(от греч. «сим» — вместе, «биосис» — сожительство и «генезис»), согласно которой все эукариотические организмы являются результатом своеобразного симбиоза разных видов прокариот с организмами — бактериями, синезелёными водорослями и др. Согласно этой гипотезе, митохондрия представляет собойэндосимбионт, произошедший из свободно живущей аэробной бактерии, внедрившейся внутрь более древней анаэробной, которая в результате этого стала аэробной. Митохондрий, имеющиеся в клетках всех эукариотов, особенно палочковидные формы, постоянно изгибаются и скручиваются, чем напоминают некоторые бактерии. Они гораздо больше похожи на целый прокариотный организм, чем на другие компоненты эукариотной клетки, кроме хлоропластов. Последние, согласно данной гипотезе, произошли от сине-зелёных водорослей, которые, став эндосимбионтами эукариотных клеток, потеряли свою самостоятельность и приспособились к выполнению функции фотосинтеза.

Что же вызвало такой поворот эволюционных событий?

Это становится понятным, если учитывать обстоятельства существования жизни в то время. Первые вероятные остатки эукариот имеют возраст около 1,5 млрд. лет. Содержание кислорода в атмосфере тогда составляло менее 0,1% от современного. В какой-то момент биологической эволюции (когда, точно не известно) возник фотосинтез. Фотосинтетиками были, конечно, прокариоты: цианобактерии и другие группы фототрофных бактерий. Строматолиты - камни из осажденных слоев извести, свидетельства фототрофных бактериальных сообществ, появились более 2 млрд. лет назад (они похожи на современные, которые кое-где образуют цианобактерии). До этого времени атмосфера была бескислородной; с какого-то момента начал накапливаться кислород. Его накопление создало большие проблемы. Он химически активен и, в сущности, ядовит. Пришлось изобретать способы защиты, в т.ч. биохимические (возможно, один из них - биолюминесценция). Обезвреживать его научились многие прокариоты (хотя значительная часть их осталась строгими анаэробами - для них и сейчас кислород является ядом). Но некоторые пошли дальше - стали использовать этот яд для окисления субстратов с получением энергии. Возник аэробный метаболизм.симбионтов. Еще 25-30 лет назад в нашей стране теория симбиогенеза подвергалась осмеянию и считалась ересью. Но на сегодняшний день она может считаться общепризнанной.

Основоположниками гипотезы С. являются рус. и советские учёные К. С. Мережковский, 1905, 1909; А. С. Фаминцын, 1907; Б. М. Козо-Полянский, 1924, 1937, и др. Ныне эта гипотеза вновь нашла отражение и развитие в работах А. Л. Тахтаджяна, 1972, и других, а также американского