Учебная презентация к уроку по биологии "Современные представления о возникновении жизни"

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ ЖИЗНИ Подготовила ЗУБ ТАТЬЯНА ВАСИЛЬЕВНА Учитель химии и биологии МОУ «Луганская школа Марьинского района»

Проблема возникновения жизни на Земле издавна не дает покоя многим ученым. С тех пор, как человек начал задаваться вопросом, откуда произошло все живое прошло много лет, и за все это время рассматривалось множество гипотез и предположений о зарождении жизни. Религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечного существования жизни... Человечество до сих пор не может до конца разгадать эту загадку. За основную теорию возникновения жизни, тем не менее, принимается теория, предложенная А. И. Опариным в первой половине ХХ века. Она основана на предположении о химической эволюции, кото-рая постепенно переходит к биохимической, а затем -- к биологической эволюции. Образование клетки явилось сложнейшим явлением. Но оно и положило начало развитию жизни и всему ее многообразию.

Жизнь заполняет все уголки нашей планеты. Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, даже воздух населены живыми существами. Миллиарды лет жизнь шествует по Земле как уникальная самоорганизующаяся система. Она знала периоды расцвета, исторических испытаний и тяжелых кризисов, прежде чем дос-тигла в наши дни своего великолепного богатства. Сегодня науке известно около 4,5 млн. видов животных и растений. Предполагается, что за всю историю жизни на Земле существовало около 4,5 млрд. видов животных и растений. Для науки очевидно, что современный животный и растительный мир пред-ставляет собой лишь обложку той великой книги, которую изучает палеонтология. Окаменевшие останки живших некогда существ, которые содержатся в земных пластах, записали историю своей эволюции и ее связь с изменениями окружающей среды.

Возникновение жизни или абиогенез — процесс превращения неживой природы в живую; в узком смысле слова под абиогенезом понимают образование  органических соединений , распространённых в  живой природе, вне  организма без участия  ферментов. Альтернативой абиогенеза в этом смысле является панспермия.

• Предполагают, что Земля сформировалась 4,5-5 млрд лет назад из облаков космической пыли. Она увеличивалась по массе в результате притяжения пылевых частиц благодаря действию гравитационных сил. Чтобы понять, каким образом возникли самые первые живые формы, необходимо вспомнить, какой была древняя атмосфера. В наше время земная атмосфера состоит почти на 80% из азота, а остальные 20% представлены главным образом кислородом, двуокисью углерода и некоторыми другими газами (в очень малом количестве). Однако древняя атмосфера была составлена из водяных паров, водорода, аммиака и метана. Водяные пары образовались из воды и концентрировались в атмосфере по той причине, что Земля еще была очень горячей. По мере остывания Земли, водяные пары конденсировались, образовывая облака, выпадали с дождями на Землю, а затем вода вновь превращалась в пар, который поднимался в атмосферу. Процессы испарения воды и конденсации водяных паров продолжаются и в наше время

ТЕОРИЯ ОПАРИНА Общепризнанной теорией происхождения жизни является теория, впервые предложенная в 1924 г. А. И. Опариным (1894— 1980) в его книге «Происхождение жизни». В дальнейшем эта теория подвергалась неоднократным уточнениям со стороны ее автора. Большой вклад в ее развитие внесли и многие другие ученые. В соответствии с теорией А. И. Опарина жизнь является результатом исторического односторонне направленного развития в виде постепенного усложнения органических субъединиц и развития их в сложные системы, обладающие свойствами живого .

Основная трудность связана с невозможностью проведения прямого эксперимента по возникновению жизни. Ученые могут лишь моделировать те условия и процессы, которые, по их мнению, могли в конечном счете привести к появлению жизни на нашей планете. Однако недостаточность наших знаний приводит к тому, что мнения ученых по отдельным вопросам не только не совпадают, но и бывают противоположными. Различные представления о возникновении жизни можно объединить в шесть гипотез: 1. креационизм — Божественное сотворение живого; 2. абиогенез— живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества; 3. гипотеза стационарного состояния (этернизм)— жизнь существовала всегда; 4.гипотеза панспермии — жизнь занесена на нашу планету извне; 5. гипотеза биохимической эволюции— жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. 6.гипотеза РНК- мира.

Среди естественно- материалистических концепций наиболее на учно значимыми являются две гипотезы: теория панспермии и эволю ционная теория. Теория панспермии выдвигает идею о внеземном происхождении жизни. Ее основоположником был С. Аррениус, который еще в 1907 году высказал мысль о том, что жизнь на нашу планету была занесена в виде спор бактерий с космической пылью, благодаря давлению сол нечных или звездных лучей. Позже изучение метеоритов и комет показало присутствие в них некоторых органических соединений. Однако, доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым достаточно убедительными.

Биологическая эволюция возникших живых существ. Задолго до начала возникновения жизни Земля была холодной, но в дальнейшем стала разогреваться, благодаря распаду содержащихся в ее недрах радиоактивных элементов. Когда ее температура достигла 1000° С и более, начали плавиться породы и перераспределяться хими ческие элементы: самые тяжелые из них оставались знизу, более легкие располагались в середине, а самые легкие - на поверхности. Про исходили всевозможные химические реакции, скорость которых уве личивалась с подъемом температуры. Среди продуктов этих реакций было много газов, которые вырывались из недр Земли и формировали первичную атмосферу. В ней содержалось много пара, окиси углеро да, сероводорода; метана, аммиака и др. Молекулярного кислорода почти не было, так как он окислял различные вещества и не доходил до поверхности Земли. Не было в первичной атмосфере, видимо, и молекулярного азота. Он образовался позже в результате окисления аммиака Кислородом. В то же время в первичной атмосфере было много углерода - основного элемента органических веществ.

Когда интенсивность радиоактивных, радиохимических и химиче ских реакций пошла на убыль, началось охлаждение - планеты, однако, ее поверхность еще долго оставалась горячей. В этот период были частыми и сильными извержения вулканов, изливалась лава, и выры вались раскаленные газы. Образовались горы и глубокие впадины.

САМОЗАРОЖДЕНИ Е ЖИЗНИ Эта теория была распространена в Древнем  Китае, Вавилоне и  Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала.  Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель 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

ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНО ГО СОСТОЯНИЯ Согласно теории стационарного состояния, жизнь никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание. Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза не рассматривается академической наукой.

ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ В ГОРЯЧЕЙ ВОДЕ Научные исследования показывают, что зарождение жизни в минеральной воде и, в особенности, гейзерах наиболее вероятно. В 2005 году академик Юрий Викторович Наточин высказал предположение, отличное от общепринятой концепции возникновения жизни в море, и аргументировал гипотезу, согласно которой средой возникновения протоклеток были водоемы с преобладанием ионов К+, а не морская вода с доминированием ионов Na+[10]. В 2009 г. Армен Мулкиджанян и Михаил Гальперин на основе анализа содержания элементов в клетке также пришли к выводу, что, вероятно, жизнь зародилась не в океане[11]. Дейвид Уард доказал, что в горячей минеральной воде появились и сейчас образуются строматолиты[12]. Самые древние строматолиты были обнаружены в Гренландии. Их возраст насчитывает 3,5 миллиардов лет. В 2011 г. Тадаси Сугавара создал протоклетку в горячей воде[13]. Исследования Мари-Лор Пон минерала  серпентина в геологической формации Исуа, Гренландия, в 2011 г. показали, что жизнь могла зародиться и в грязевых вулканах[14]. Лауреат Нобелевской премии биолог  Джек Шостак отметил, что мы можем легче представить себе накопление органических соединений в первичных озёрах, чем в океане. Такого же мнения группа учёных под

ПАНСПЕРМИЯ Согласно теории Панспермии, предложенной Ю. Либихом, в 1865 году немецким ученым Германом Эбергардом Рихтером и окончательно сформулированной шведским учёным Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю  из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму,  низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ Теория химической эволюции — современная теория происхождения жизни — также опирается на идею самозарождения. Однако, в основе ее лежит не внезапное возникновение живых существ на Земле, а образование химических соединений и систем, которые составляют живую материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли, прежде всего химические реакции, протекавшие в примитивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей вероятности, концентрировались легкие эелементы, составляющие основу живой материи, и поглощалось огромное количество солнечной энергии. Эта теория пытается ответить на вопрос: каким образом в ту далекую эпоху могли самопроизвольно возникнуть и сформироваться в живую систему органические соединения? Большинство современных специалистов убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых и самых распространенных во Вселенной атомов.

ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА Теории возникновения жизни охватывают огромный период: первые предпосылки для будущего формирования организмов ученые находят еще на ранних этапах зарождения Вселенной. Современная физика ведет отсчет существования мира от Большого взрыва, когда практически из ничего появилось все. В быстро расширяющейся и остывающей Вселенной образовались сначала атомы и молекулы, затем они стали объединяться, образуя звезды первого поколения. Они стали местом формирования большинства элементов, известных сегодня науке. Новые атомы заполняли космос после взрывов звезд и становились основой для следующего поколения объектов, в том числе и нашего Солнца. Современные данные позволяют предположить, что первые  органические соединения могли появиться в протопланетных облаках, окружавших новые звезды. Из них вскоре сформировались и планеты. Получается, что первые этапы возникновения жизни на Земле проходили еще до ее образования.