0

Теория на биопоезата

Въз основа на хипотезата за биохимичната еволюция на Опарин-Халдейн през 1947 г. английският изследовател Джон Бернал формулира съвременна теорияпроизход на живота на земята, т.нар теория на биопоезата(гр. биос- живот и poiesis- създаване).

Той включваше три етапа:

• абиогенна поява на органични мономери;

• образуване на биологични полимери;

• образуването на мембранни структури и първични организми – пробионти.

Абиогенно възникване на органични мономери

Нашата планета е възникнала преди около 4,6 милиарда години.

образование земната корапридружен от активна вулканична дейност. Газове, натрупани в първичната атмосфера - продукти на реакции, протичащи в недрата на Земята: въглероден диоксид (CO 2), въглероден оксид (CO), амоняк (NH 3), метан (CH 4), сероводород (H 2 S) и много други. Понастоящем такива газове се отделят в атмосферата по време на вулканични изригвания.

Водата, която постоянно се изпарява от повърхността на Земята, се кондензира в горните слоеве на атмосферата и отново пада под формата на дъжд върху горещата земна повърхност. Постепенното понижаване на температурата доведе до факта, че на Земята паднаха дъждове, придружени от непрекъснати гръмотевични бури. На земната повърхност започнали да се образуват водни тела.

Атмосферните газове и онези вещества, които бяха измити от земната кора, бяха разтворени в гореща вода. В атмосферата, под въздействието на чести и силни електрически мълнии, мощна ултравиолетова радиация, идваща от Слънцето, и активна вулканична дейност, която е придружена от емисии на радиоактивни съединения, най-простите органични вещества (формалдехид, глицерин, аминокиселини, урея). , млечна киселина).

Тъй като в атмосферата все още нямаше свободен кислород, тези съединения попадат във водата древен океан, не се окисляват и могат да се натрупват, като стават по-сложни по структура и образуват концентриран "първичен бульон" - термин, въведен от А. И. Опарин. Органичната материя, натрупваща се милиони години във водата на древния океан, образувала концентриран разтвор или „първична супа“.

Образуване на биологични полимери и коацервати

Първият етап от биохимичната еволюция е потвърден от множество експерименти, но какво се е случило на следващия етап, учените могат само да гадаят въз основа на познанията по химия и молекулярна биология.

Очевидно образуваните най-прости органични вещества са взаимодействали помежду си и с неорганични съединения, влизащи във водни тела. Мастните киселини, реагирайки с алкохоли, образуват липиди, които образуват мастни филми на повърхността на водните тела. Аминокиселините се комбинират помежду си, за да образуват пептиди. важно събитиеТози етап беше появата на нуклеинови киселини - молекули, способни на редупликация.

Съвременните биохимици смятат, че първите са се образували къси вериги от РНК, които могат да се синтезират самостоятелно, без участието на специални ензими. Образуването на нуклеинови киселини и тяхното взаимодействие с протеините се превърна в необходима предпоставка за възникването на живота, който се основава на реакциите на матричен синтез и метаболизъм.

А. И. Опарин вярваше в това жизненоважна роляв превръщането на неживото в живо принадлежеше на протеините. Поради особеностите на структурата, тези молекули са способни да образуват съсиреци - колоидни комплекси, които привличат водни молекули към себе си. Такива комплекси, сливайки се един с друг, образуват коацервати - структури, изолирани от останалата водна маса. коацерватиса били в състояние да обменят вещества с околен святи селективно натрупват различни съединения. Абсорбцията на метални йони от коацервати води до образуването на ензими. Протеините в коацервати са защитени нуклеинова киселинаот вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение. Системи от този вид вече притежаваха някои признаци на живот, но им липсваха биологични мембрани, които да ги превърнат в първите живи организми.

коацерватус(лат. коацервация- събиране на купчина, натрупване) - съсиреци с по-висока концентрация на колоид (разтворено вещество), отколкото в останалата част от разтвора на същия химичен състав.

Коацерватите се образуват в концентрирани разтвори на протеини и нуклеинови киселини. Те са в състояние да адсорбират различни вещества. От разтвора вътре идват коацерватните капки химични съединения, които се преобразуват в резултат на протичащи реакции в коацерватни капки и се отделят в околната среда.

Понятието "коацерват" е важно в редица хипотези за произхода на живота на Земята.

Образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти)

Как се формират мембраните? ранни стадиипроизход на живота?

Повърхностите на резервоарите бяха покрити с мастни филми. Дългите неполярни въглеводородни „опашки“ на липидните молекули стърчаха навън и заредените „глави“ бяха обърнати във водата. Молекули от полипептиди и нуклеинови киселини, разтворени във водни тела, могат да бъдат адсорбирани върху повърхността на липидния филм поради електрическо привличане към заредени „глави“. При пориви на вятъра повърхностният филм се огъна, от него можеха да се отделят мехурчета. Такива мехурчета бяха повдигнати от вятъра във въздуха и когато паднаха на повърхността на резервоара, те бяха покрити с втори липиден слой. Това се дължи на хидрофобни взаимодействия между неполярните "опашки" на липидите, обърнати една срещу друга. Такава двуслойна липидна обвивка изненадващо ни напомня за съвременна биологична мембрана и вероятно може да бъде нейният прародител.

За по-нататъшното развитие на живота тези мехурчета бяха важни, че съдържаха коацерватис комплекси протеин-нуклеинова киселина. Биологичните мембрани осигуряват защита и независимо съществуване на коацерватите, създавайки подреденост биохимични процеси. В бъдеще само онези структури, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане, са запазени и превърнати в най-простите живи организми. Така възникна пробионти (или протобионти : от гръцки. протос- първо и биос- живот) - примитивни хетеротрофни организми, които се хранят с органични вещества от "първичния бульон". Това се е случило преди 3,5-3,8 милиарда години. Химическата еволюция приключи, дойде време за биологичната еволюция на живата материя.

Пробионти, или протобионти(гр. протос- първо и биос- живот), - предклетъчни образувания, които имат някои свойства на клетките: способност за метаболизъм, самовъзпроизвеждане и др.

Пробионтите са хетеротрофни организми, които консумират органична материя от "първичната супа". Очевидно те са били анаеробни хетеротрофи, тъй като древната атмосфера, според изследователите, не е съдържала кислород.

Тези хипотетични първични организми, които съдържат макромолекули от протеини и нуклеинови киселини и са придобили способността да се възпроизвеждат, според учените са поставили началото на цялото съвременно разнообразие на живота на Земята.

Въпрос 1. Какви космически фактори в ранните етапи от развитието на Земята са били предпоставките за появата на органични съединения?

В ранните етапи от развитието на Земята органичните съединения са се образували от неорганични по абиогенен път. Източникът на енергия за тези процеси беше ултравиолетовото лъчение на Слънцето. В атмосферата нямаше озон и кислород, така че ултравиолетовите лъчи не бяха забавени от нищо и достигнаха повърхността на планетата. Под негово въздействие, както и с участието на електрически мълнии, от вода и газове се образуват най-простите органични вещества: формалдехид, глицерин, аминокиселини, урея и др.

Въпрос 2. Назовете основните етапи на произхода на живота според теорията за биопоезата.

Според теорията за биопоезата, формулирана през 1947 г. от английски физики историка на науката Джон Бернал (1901-1971), има три етапа в появата на живота:

1) абиогенен синтез и натрупване на органични мономери (образуване на "първичен бульон");

2) образуването на биологични полимери и коацервати (от латински coacervus - съсирек);

3) образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти).

Основното място на всички тези процеси е древният океан.

Въпрос 3. Как са се образували коацерватите, какви свойства са имали и в каква посока са еволюирали?

Образуването на коацервати би било невъзможно без взаимодействието на органичните вещества помежду си и с неорганичните съединения. В резултат на това взаимодействие от мастни киселини и алкохоли се образуват липиди, от аминокиселини - пептиди, а от нуклеотиди - нуклеинови киселини. Липидите образуват филми на повърхността на водните тела, докато протеините образуват полимерни комплекси, разтворени във вода. Такива комплекси, сливайки се един с друг, образуват коацервати - структури, изолирани от останалата водна маса. Коацерватите успяха, обменяйки се с околната среда, да концентрират различни вещества. По този начин натрупването на метални йони и тяхното взаимодействие с протеини доведе до образуването на ензими. Нуклеиновите киселини, уловени в коацервати, е по-вероятно да запазят структурата си и да не бъдат унищожени. Коацерватите са имали признаци на живот, но са им липсвали биологични мембрани за превръщането им в първите живи организми.

Въпрос 4. Разкажете ни как са възникнали пробионтите.

Пробионтните мембрани могат да се образуват от липидни филми на повърхността на водните тела, към които са прикрепени коацервати, плаващи във водата. За еволюцията на живота са важни онези коацервати, които съдържат не само протеин, но и нуклеинови киселини. От техните комплекси с липиди, само тези, които се оказаха способни на самовъзпроизвеждане на нуклеинови киселини, могат да се считат за живи организми. Така възникват пробионтите - примитивни хетеротрофи, живеещи за сметка на органична материяабиогенен произход ("първичен бульон"). На този етап химическата еволюция приключи и започна биологичната еволюция.

Въпрос 5. Опишете как е могло да се случи усложнението. вътрешна структурапървите хетеротрофи.

Постепенно количеството органични вещества от абиогенен произход започва да намалява. Това доведе до ожесточена конкуренция между пробионтите, което ускори появата на автотрофи, които използват енергия за създаване на органична материя. слънчева светлина. Първите автотрофи са използвали безкислороден начин на фотосинтеза. По-късно се появяват цианобактерии, способни на фотосинтеза с отделяне на кислород. Натрупването на кислород в атмосферата доведе, първо, до появата на аеробни организми и второ, до образуването на защитен озонов слой.

Успоредно с това е имало усложнение на вътрешната структура на клетките, което в крайна сметка е довело до появата на еукариоти. Някои хетеротрофи влизат в симбиоза с аеробни бактерии, улавят ги и ги използват като "енергийни станции" - бъдещи митохондрии. Такива симбионти са породили животни и гъби. Други хетеротрофи, в допълнение към аеробните бактерии, уловиха автотрофни цианобактерии, които станаха хлоропласти. Така се появиха предшествениците на растенията.

Въпрос 6. Защо спонтанното зараждане на живот е невъзможно в съвременните условия?

Спонтанното възникване на живот на Земята в момента е невъзможно, тъй като в условията на съвременната богата на кислород атмосфера органични съединениябързо се разрушават, не се натрупват и не достигат необходимата степен на сложност. В допълнение, появата на коацервати и пробионти не се случва поради огромния брой хетеротрофи, които много бързо "изяждат" всяко натрупване на органични вещества.

Произходът на живота на Земята е ключов и неразрешен проблем на естествената наука, който често служи като основа за сблъсък между наука и религия. Ако съществуването на еволюцията на живата материя в природата може да се счита за доказано, тъй като нейните механизми са открити, археолозите са открили древни, по-просто подредени организми, тогава никоя хипотеза за произхода на живота няма толкова обширна доказателствена база. Можем да наблюдаваме еволюцията със собствените си очи, поне в селекцията. Никой не е успял да създаде живо същество от неживо.

Въпреки големия брой хипотези за произхода на живота, само една от тях е приемлива научно обяснение. Това е хипотеза абиогенеза- дълга химическа еволюция, протекла при специални условия древна земяи предхожда биологичната еволюция. В същото време от неорганични веществапърво се синтезират прости органични, от които по-сложни, след това се появяват биополимери, следващите етапи са по-спекулативни и трудно доказани. Хипотезата за абиогенезата има много нерешени проблеми, различни възгледи за определени етапи от химическата еволюция. Някои от точките му обаче бяха потвърдени емпирично.

Други хипотези за произхода на живота - панспермия(въвеждане на живот от космоса), креационизъм(създаване от създателя), спонтанно генериране(живите организми внезапно се появяват в нежива материя), стабилно състояние (животът винаги е съществувал). Невъзможността за спонтанно зараждане на живот в неживото е доказана от Луи Пастьор (XIX век) и редица учени преди него, но не толкова категорично (Ф. Реди - XVII век). Хипотезата за панспермията не решава проблема за произхода на живота, а го пренася от Земята в открития космос или на други планети. Въпреки това е трудно да се опровергае тази хипотеза, особено тези нейни представители, които твърдят, че животът е донесен на Земята не от метеорити (в този случай живите същества могат да изгорят в слоевете на атмосферата, да претърпят разрушително действие космическа радиацияи т.н.), но от разумни същества. Но как са стигнали до Земята? От гледна точка на физиката (огромните размери на Вселената и невъзможността да се преодолее скоростта на светлината) това едва ли е възможно.

За първи път възможната абиогенеза е обоснована от A.I. Опарин (1923-1924), по-късно тази хипотеза е развита от J. Haldane (1928). Но идеята, че животът на Земята може да бъде предшестван от абиогенно образуване на органични съединения, е изразена от Дарвин. Теорията за абиогенезата е финализирана и до днес се финализира от други учени. Неговият основен неразрешен проблем са детайлите на прехода от сложни неживи системи към прости живи организми.

През 1947 г. J. Bernal, въз основа на разработките на Oparin и Haldane, формулира теорията за биопоезата, като разграничава три етапа в абиогенезата: 1) абиогенното възникване на биологични мономери; 2) образуване на биополимери; 3) образуването на мембрани и образуването на първични организми (протобионти).

Абиогенеза

Хипотетичният сценарий за произхода на живота според теорията на абиогенезата е описан по-долу в общи линии.

Възрастта на Земята е около 4,5 милиарда години. Течната вода на планетата, толкова необходима за живота, според учените, се е появила не по-рано от 4 милиарда години. В същото време преди 3,5 милиарда години животът на Земята вече е съществувал, което се доказва от откриването на скали от такава възраст със следи от жизнената активност на микроорганизмите. Така първите прости организми възникват сравнително бързо - за по-малко от 500 милиона години.

Когато Земята се е образувала за първи път, нейната температура е можела да достигне 8000 °C. Когато планетата изстина, металите и въглеродът, като най-тежките елементи, се кондензираха и образуваха земната кора. В същото време се извършваше вулканична дейност, кората се движеше и свиваше, върху нея се образуваха гънки и разкъсвания. Гравитационните сили доведоха до уплътняване на кората, докато енергията се освободи под формата на топлина.

Леките газове (водород, хелий, азот, кислород и др.) не бяха задържани от планетата и избягаха в космоса. Но тези елементи останаха в състава на други вещества. Докато температурата на Земята не падне под 100°C, цялата вода е била в състояние на пара. След понижаване на температурата, изпарението и кондензацията се повтарят многократно, силни дъждовес гръмотевични бури. Горещата лава и вулканичната пепел, веднъж във водата, създават различни условия на околната среда. При някои могат да възникнат определени реакции.

По този начин физическите и химически условияна ранната Земя са били благоприятни за образуване на органични вещества от техните неорганични. Атмосферата е от редукционен тип, няма свободен кислород и озонов слой. Следователно ултравиолетовата и космическата радиация проникнаха на Земята. Други източници на енергия са топлината на земната кора, която все още не е изстинала, изригващи вулкани, гръмотевични бури, радиоактивен разпад.

В атмосферата присъстват метан, въглеродни оксиди, амоняк, сероводород, цианидни съединения и водни пари. От тях са синтезирани редица най-прости органични вещества. Освен това могат да се образуват аминокиселини, захари, азотни основи, нуклеотиди и други по-сложни органични съединения. Много от тях са служили като мономери за бъдещи биологични полимери. Липсата на свободен кислород в атмосферата благоприятства реакциите.

Химически експерименти (за първи път през 1953 г. от С. Милър и Г. Юри), симулиращи условията на древната Земя, доказват възможността за абиогенен синтез на органични вещества от неорганични. При преминаване на електрически разряди газова смес, имитирайки примитивната атмосфера, в присъствието на водни пари се получават аминокиселини, органични киселини, азотни основи, АТФ и др.

Трябва да се отбележи, че в древната атмосфера на Земята най-простите органични вещества могат да се образуват не само абиогенно. Те също са донесени от космоса, съдържащи се във вулканичен прах. Освен това може да има доста големи количества органична материя.

Органичните съединения с ниско молекулно тегло се натрупват в океана, създавайки така наречената първична супа. Веществата се адсорбират върху повърхността на глинестите отлагания, което повишава концентрацията им.

При определени условия на древната Земя (например върху глина, склонове на изстиващи вулкани) може да настъпи полимеризация на мономери. Така се образуват протеини и нуклеинови киселини – биополимери, които по-късно стават химическата основа на живота. Във водна среда полимеризацията е малко вероятна, тъй като деполимеризацията обикновено се случва във вода. Опитът доказва възможността за синтезиране на полипептид от аминокиселини в контакт с парчета гореща лава.

Следващата важна стъпка към произхода на живота е образуването на коацерватни капки във водата ( коацервати) от полипептиди, полинуклеотиди, други органични съединения. Такива комплекси могат да имат слой отвън, който имитира мембрана и запазва тяхната стабилност. Коацервати са получени експериментално в колоидни разтвори.

Протеиновите молекули са амфотерни. Те привличат водни молекули към себе си, така че около тях се образува обвивка. Получават се колоидни хидрофилни комплекси, изолирани от водната маса. В резултат на това се образува емулсия във вода. Освен това колоидите се сливат един с друг и образуват коацервати (процесът се нарича коацервация). Колоидният състав на коацервата зависи от състава на средата, в която се образува. В различни резервоари на древната Земя са се образували коацервати с различен химичен състав. Някои от тях бяха по-стабилни и можеха до известна степен да извършват селективен метаболизъм с околната среда. Имаше един вид биохимичен естествен подбор.

Коацерватите са способни избирателно да абсорбират определени вещества от околната среда и да отделят в нея някои продукти от химични реакции, протичащи в тях. Това е като метаболизма. С натрупването на вещества коацерватите нарастват и когато достигнат критичен размер, се разпадат на части, всяка от които запазва характеристиките на първоначалната организация.

В самите коацервати може да възникне химична реакция. По време на абсорбцията на метални йони от коацервати могат да се образуват ензими.

В процеса на еволюцията са останали само такива системи, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане. Това бележи началото на следващия етап от възникването на живота – възникването протобионти(според някои източници това е същото като коацервати) - тела, които имат сложен химичен състав и редица свойства на живите същества. Протобионтите могат да се считат за най-стабилните и успешни коацервати.

Мембраната може да се образува по следния начин. Мастните киселини се свързват с алкохоли, за да образуват липиди. Липидите образуват филми на повърхността на водните тела. Техните заредени глави са обърнати към водата, докато неполярните краища са обърнати навън. Протеиновите молекули, плаващи във вода, са привлечени от главите на липидите, което води до образуването на двойни липопротеинови филми. От вятъра такъв филм може да се огъне и да се образуват мехурчета. Коацерватите може да са били случайно уловени в тези везикули. Когато такива комплекси отново се появиха на повърхността на водата, те вече бяха покрити с втори липопротеинов слой (поради хидрофобни взаимодействия на неполярни краища на липиди, обърнати един към друг). Обща схемаМембраната на днешните живи организми има два слоя липиди вътре и два слоя протеини, разположени по краищата. Но в продължение на милиони години на еволюция мембраната стана по-сложна поради включването на протеини, потопени в липидния слой и проникващи в него, изпъкналост и изпъкналост на отделни участъци от мембраната и т.н.

Коацерватите (или протобионтите) могат да получат вече съществуващи молекули нуклеинова киселина, способни на самовъзпроизвеждане. Освен това, в някои протобионти може да се случи такова пренареждане, че нуклеиновата киселина да започне да кодира протеина.

Еволюцията на протобионтите вече не е химическа, а предбиологична еволюция. Това доведе до подобряване на каталитичната функция на протеините (те започнаха да играят ролята на ензими), мембраните и тяхната селективна пропускливост (което прави протобионта стабилен набор от полимери), появата на матричен синтез (пренос на информация от нуклеинови киселина към нуклеинова киселина и от нуклеинова киселина към протеин).

Етапи на произхода и еволюцията на живота

	Еволюция	резултати
1	Химическа еволюция - синтез на съединения	проста органична материя Биополимери
2	Предбиологична еволюция - химически подбор: остават най-стабилните, самовъзпроизвеждащи се протобионти	Коацервати и протобионти Ензимна катализа Матричен синтез Мембрана
3	биологична еволюция- биологичен подбор: борбата за съществуване, оцеляването на най-адаптираните към условията на околната среда	Адаптирането на организмите към специфични условия на околната среда Разнообразие от живи организми

Една от най-големите мистерии за произхода на живота е как РНК кодира аминокиселинната последователност на протеините. Въпросът се отнася до РНК, а не до ДНК, тъй като се смята, че първоначално рибонуклеиновата киселина е играла не само роля в внедряването на наследствената информация, но е била отговорна и за нейното съхранение. ДНК го замени по-късно, излизайки от РНК чрез обратна транскрипция. ДНК е по-добра в съхраняването на информация и е по-стабилна (по-малко склонна към реакции). Следователно в процеса на еволюцията именно тя е оставена като пазител на информацията.

През 1982 г. Т. Чек открива каталитичната активност на РНК. В допълнение, РНК може да се синтезира при определени условия дори в отсъствието на ензими и също да образува свои копия. Следователно може да се приеме, че РНК са първите биополимери (хипотезата за света на РНК). Някои участъци от РНК могат случайно да кодират пептиди, полезни за протобионта, докато други участъци от РНК са станали изрязани интрони в хода на еволюцията.

В протобионти възникна Обратна връзка- РНК кодира ензимни протеини, ензимните протеини увеличават количеството на нуклеиновите киселини.

Начало на биологичната еволюция

Химическата еволюция и еволюцията на протобионтите продължи повече от 1 милиард години. Възниква животът и започва неговата биологична еволюция.

Някои протобионти са дали началото на примитивни клетки, които включват съвкупността от свойства на живите същества, които наблюдаваме днес. Те реализираха съхранението и предаването на наследствена информация, използването й за създаване на структури и метаболизъм. Осигурена е енергия за жизнените процеси АТФ молекулисе появяват типични за клетките мембрани.

Първите организми са били анаеробни хетеротрофи. Те получават енергията, съхранявана в АТФ, чрез ферментация. Пример е гликолизата – безкислородното разграждане на захарите. Тези организми се хранят за сметка на органичните вещества на първичния бульон.

Но акции органични молекулибяха постепенно изчерпани, тъй като условията на Земята се промениха и новата органична материя почти вече не се синтезира абиогенно. В условията на конкуренция за хранителни ресурси еволюцията на хетеротрофите се ускорява.

Предимството беше спечелено от бактерии, които се оказаха способни да фиксират въглеродния диоксид с образуването на органични вещества. Автотрофният синтез на хранителни вещества е по-сложен от хетеротрофното хранене, така че не би могъл да възникне в ранните форми на живот. От някои вещества под въздействието на енергията на слънчевата радиация се образуват необходимите за клетката съединения.

Първите фотосинтезиращи организми не са произвеждали кислород. Фотосинтезата с нейното освобождаване най-вероятно се е появила по-късно в организми, подобни на сегашните синьо-зелени водорасли.

Натрупването на кислород в атмосферата, появата на озонов екран и намаляването на количеството ултравиолетова радиация доведоха до почти невъзможността за абиогенен синтез на сложни органични вещества. От друга страна, нововъзникващите форми на живот са станали по-издръжливи при такива условия.

Разпространи се по земята кислородно дишане. Анаеробните организми са оцелели само на няколко места (например има анаеробни бактерии, живеещи в горещи подземни извори).

Абиогенен синтез на органични молекули. Модерни възгледидо появата на живот. Възможен ли е живот на Земята сега??			Датата: Урок 47 клас 9
Очаквани резултати от урока
Цели на урока		образователен Формиране на съзнателни представи за еволюцията като историческо развитие органичен святНа земята. Разгледайте различни теории за произхода на живота на Земята, анализирайте аргументите "за" и "против" Образователни Развитие на мисленето, способността за прилагането му в когнитивната и комуникативната практика Развитие на способността за изграждане на логически разсъждения, изводи и извличане на изводи; анализирайте и подчертайте основното от предложения материал. Образователни Формиране на научен мироглед. Възпитаване на толерантно отношение към дисидентите - привърженици на други гледни точки, различни от общоприетите;
Тип урок		комбинирани
Тип на урока		проучване
Работна форма		Групово индивидуално
Оборудване		Раздатъчни материали, ватман, флумастери
„О, разреши ми загадката на живота, болезнено древна гатанканад който толкова много вече се бие глави, главив шапки, изрисувани с йероглифи, глави в тюрбани и черни барети, глави в перуки и хиляди други бедни човешки глави ... " Г. Хайне.
време	Етап / дейност			ресурси
Организационен момент. 3 мин Актуализация на знанията	Скъпи приятели, мисля, че всички вие, без изключение, сте си задавали въпроса: „Как се е зародил животът на нашата планета?“ Днес ще се опитаме да разрешим тази вековна „мистерия на живота“, над която, както се вижда от епиграфа на нашия урок, са се замислили много умни глави. За целта ще зададем проблемни въпроси. Тема на урока Определяне на целите Как се е зародил животът на Земята? Какви са съвременните възгледи и хипотези за произхода на живота на Земята? Кои от тях са най-убедителни? КАКВО Е ЖИВОТ Фридрих Енгелс: „Животът е начин на съществуване на белтъчните тела, чиято съществена точка е постоянният обмен на вещества със заобикалящата ги външна природа и с прекратяването на този метаболизъм престава и животът, което води до разграждане на протеинът."
Проверка на д.з 5 минути	Тест " еволюционна доктрина» 1. Еволюцията се нарича: а) индивидуално развитие на организмите б) смяна на индивидите в) историческо необратимо развитие на органичния свят г) промени в живота на растенията и животните 2 , Основен движеща силаеволюцията е: а) изменчивост б) наследственост в) борба за съществуване г) естествен подбор 3. Борбата за съществуване е: а) конкуренция между организмите за условията на околната среда б) унищожаване на индивиди от един вид от индивиди от друг вид в) симбиотични взаимоотношения на едни видове с други г) разпространение на вида на нова територия 4. Сексуалният подбор е: а) естествен подбор, протичащ между индивиди от един и същи пол по време на размножителния период б) естествен подбор, дължащ се на: конкуренция на индивиди от различен пол от един и същи вид за храна в) форма на изкуствена селекция, насочена към унищожаване на мъжки (например при пилета, патици) 5. Не са примери за естествено действие селекция: а) родословието на испанския немски дог. б) индустриален меланизъм на насекомите в) бактериална резистентност към антибиотици г) устойчивост на домашни мухи към пестициди 6. Мимикрията е: а) приликата на беззащитен и ядлив вид с един или повече несвързани видове, които са добре защитени и имат предупредителен цвят б) сходство по форма и цвят на индивиди от два родствени вида. в) наличие на специални средства за защита при индивиди от вида 7. Ароморфозата е едно от следните еволюционни събития: а) появата на клас птици б) появата на голям брой семейства от редица хищни бозайници
Учене на нов материал 7 минути	Задачи: 1 направете клъстер 2. правя заключения Компилация на клъстери по групи. Група 1 Абиогенен синтез на органични вещества 2 група Съвременни възгледи за произхода на живота Група 3 Развитие на идеи за произхода на живота
Първично закрепване 5 минути	Алгоритъм за писане на дискусионно есе: Обсъждана тема (проблем). Моята позиция. Кратка обосновка. Възможни възражения, които други могат да повдигнат. Причината, поради която тази позиция е все още правилна. Заключение
Отражение	отворен микрофон
3 мин Къща. упражнение	Формулирайте нова хипотеза за произхода на живота на Земята Геолози, биолози и всички палеонтолози Генетици и химици Разбивайки им главите Или може би един от вас Създайте своя собствена хипотеза Как, защо, кога и къде Възникнал ли е животът на Земята?

I. Абиогенен синтез на органични вещества - образуване на органични вещества от неорганични

1. Възникнал преди 3,5 милиарда години

2. Провежда се на два етапа в първичния океан:

Първият етап е образуването на нискомолекулни органични съединения

- въглеводородите (CH4) от първичната атмосфера реагират с водни пари, NH3, H2, CO2, CO, N2 с образуването на междинни органични съединения: алкохоли, алдехиди, кетони, органични киселини, които се изсипват в океана

- междинни съединения в първичния океан, превърнати в монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди, фосфати - АТФ (източници на енергия за синтез могат да бъдат електрически разряди от мълния, ултравиолетова радиация, Термална енергия, ударни вълни, енергия от изригващи вулкани, енергия от приливи и отливи и др.)

- възможността за такъв синтез е експериментално доказана през 1953 г. от S. Miller (amer) в запечатан апарат с вряща вода и хладилник, симулирайки условията, съществували на Земята преди 4 милиарда години, в които смес от CH4, NH4 и при преминаване през него се поставят газове H2, се получават органични съединения с ниско молекулно тегло - урея, алкохоли, алдехиди, органични киселини, монозахариди, мастни киселини, различни аминокиселини (в случай на използване на йонизиращо UV лъчение или нагряване до 600 вместо това от електрически разряди са получени други аминокиселини, мастни киселини, захари - рибоза, дезоксирибоза, азотни основи - нуклеотиди)

- възможността за абиогенен синтез на органични съединения се потвърждава от факта, че те се намират в космоса (формалдехиди, мравчена киселина, етанол, и т.н.)

Вторият етап е синтезът на високомолекулни органични вещества от прости органични съединения - биополимери: протеини, липиди, полизахариди, нуклеинови киселини (РНК)

1 Възникнал в първичния океан

2. Осъществява се в резултат на реакции на поликондензация (полимеризация); необходимата енергия се постига чрез температура от около 100 C или чрез йонизиращо лъчение с отстраняване на свободната вода (S. Fox, Amer., 1997)

3. Концентрацията на вещества с ниско молекулно тегло, необходима за започване на реакцията, е постигната в резултат на тяхната адсорбция в дънни глинести утайки или порести вулканични туфи.

(експериментално е показано, че воден разтвор на аминокиселини в присъствието на алуминиев оксид и АТФ може да даде полимерни вериги - полипептиди)

4. Водата на моретата и океаните била наситена с биополимери от абиогенен произход, образуващи т.нар. "първичен бульон"

Съвременни възгледи за произхода на живота

Хипотеза на А. И. Опарин. Най-съществената особеност на хипотезата на А. И. Опарин е постепенното усложняване на химическата структура и морфологичния облик на предшествениците на живота (пробионтите) по пътя към живите организми.

Голямо количество данни предполагат, че крайбрежните райони на моретата и океаните могат да бъдат среда за възникване на живота. Тук, на кръстовището на море, земя и въздух, са създадени благоприятни условия за образуване на сложни органични съединения. Например разтворите на някои органични вещества (захари, алкохоли) са силно стабилни и могат да съществуват неограничено време. В концентрирани разтвори на протеини, нуклеинови киселини могат да се образуват съсиреци, подобни на желатиновите съсиреци в водни разтвори. Такива съсиреци се наричат ​​коацерватни капки или коацервати (фиг. 70). Коацерватите са способни да адсорбират различни вещества. От разтвора в тях влизат химични съединения, които се трансформират в резултат на реакции, протичащи в коацерватни капки, и се освобождават в околната среда.

Коацерватите все още не са живи същества. Те показват само външна прилика с такива признаци на живи организми като растеж и метаболизъм с околната среда. Следователно появата на коацервати се счита за етап от развитието на предишния живот.

Коацерватите са претърпели много дълга селекция за стабилност на структурата. Стабилността е постигната благодарение на създаването на ензими, които контролират синтеза на определени съединения. Най-важният етап от произхода на живота беше появата на механизъм за възпроизвеждане на собствен вид и наследяване на свойствата на предишните поколения. Това стана възможно благодарение на образуването на сложни комплекси от нуклеинови киселини и протеини. Нуклеиновите киселини, способни на самовъзпроизвеждане, започнаха да контролират синтеза на протеини, определяйки реда на аминокиселините в тях. И ензимните протеини извършват процеса на създаване на нови копия на нуклеинови киселини. Така възниква основното свойство, характерно за живота - способността да възпроизвежда подобни на себе си молекули.

Живите същества са така наречените отворени системи, т.е. системи, в които енергията идва отвън. Без енергия животът не може да съществува. Както знаете, според методите на потребление на енергия (виж глава III) организмите се разделят на две големи групи: автотрофни и хетеротрофни. Автотрофните организми използват директно слънчевата енергия в процеса на фотосинтеза (зелени растения), хетеротрофните използват енергия, която се отделя при разпадането на органични вещества.

Очевидно първите организми са били хетеротрофи, получаващи енергия чрез безкислородно разделяне на органични съединения. В зората на живота в земната атмосфера не е имало свободен кислород. Появата на атмосфера със съвременен химичен състав е тясно свързана с развитието на живота. Появата на организми, способни на фотосинтеза, доведе до отделянето на кислород в атмосферата и водата. В негово присъствие стана възможно кислородното разделяне на органични вещества, при което се получава многократно повече енергия, отколкото при аноксичния.

От момента на възникването си животът образува единна биологична система - биосферата (виж глава XVI). С други думи, животът е възникнал не под формата на отделни изолирани организми, а непосредствено под формата на общности. Еволюцията на биосферата като цяло се характеризира с постоянно усложняване, т.е. възникването на все по-сложни структури.

Възможен ли е живот на Земята сега? От това, което знаем за произхода на живота на Земята, става ясно, че процесът на възникване на живи организми от прости органични съединения е бил изключително дълъг. За да се зароди живот на Земята, е бил необходим еволюционен процес, продължил много милиони години, по време на който сложни молекулярни структури, предимно нуклеинови киселини и протеини, са били избрани за стабилност, за способността да възпроизвеждат собствения си вид.

Ако сега на Земята някъде в райони на интензивна вулканична дейност могат да възникнат доста сложни органични съединения, тогава вероятността за продължително съществуване на тези съединения е незначителна. Те веднага ще бъдат окислени или използвани от хетеротрофни организми. Чарлз Дарвин разбираше това много добре. През 1871 г. той пише: „Но сега ... в някакъв топъл резервоар, съдържащ всички необходими амониеви и фосфорни соли и достъпен за светлина, топлина, електричество и т.н., протеин, способен на по-нататъшни, все по-сложни трансформации, тогава това вещество ще веднага да бъдат унищожени или погълнати, което е било невъзможно в периода преди появата на живите същества.

Животът се е зародил на Земята по абиогенен път. Понастоящем живите произлизат само от живите (биогенен произход). Възможността за повторна поява на живот на Земята е изключена.

Развитие на идеи за произхода на живота

теория за произхода на живота на земята.От древни времена до наши дни са изказвани безброй хипотези за произхода на живота на Земята. Цялото им разнообразие се свежда до две взаимно изключващи се гледни точки.

Привържениците на теорията за биогенезата (от гръцки "биос" - живот и "генезис" - произход) вярваха, че всичко живо произлиза само от живи същества. Техните противници защитаваха теорията за абиогенезата ("а" - латински, отрицателен префикс); смятаха за възможен произхода на живото от неживото.

Много учени от Средновековието допускат възможността за спонтанно зараждане на живот. Според тях рибите могат да се родят от тиня, червеи от пръст, мишки от кал, мухи от месо и т.н.

Срещу теорията за спонтанното зараждане през 17в. говори флорентинският лекар Франческо Реди. Поставяйки месото в покрита тенджера, Реди показа, че ларвите на мухи не се възпроизвеждат спонтанно в гнило месо. Поддръжниците на теорията за спонтанното поколение не се отказаха, те твърдяха, че спонтанното генериране на ларви не се е случило поради единствената причина, че въздухът не влиза в затворения съд. След това Реди постави парчетата месо в няколко дълбоки съда. Той остави някои от тях отворени и покри някои с муселин. След известно време в отворените съдове месото гъмжи от ларви на мухи, докато в съдовете, покрити с муселин, нямаше ларви в разваленото месо.

Микроскопът отвори микросвета за хората. Наблюденията показват, че в плътно затворена колба с месен бульон или инфузия на сено след известно време се откриват микроорганизми. Но веднага след като месният бульон се вари в продължение на един час и гърлото се запечатва, нищо не се появява в запечатаната колба. Виталистите предположиха, че продължителното кипене убива „жизнената сила“, която не може да проникне през запечатаната колба.

Споровете между привържениците на абиогенезата и биогенезата продължават през 19 век. Дори Ламарк през 1809 г. пише за възможността за спонтанно генериране на гъбички.

Експеримент на Пастьор.С появата на книгата на Дарвин „Произходът на видовете“ отново възникна въпросът как все пак е възникнал животът на Земята. Френската академия на науките през 1859 г. назначава специална награда за опит да се изясни по нов начин въпросът за спонтанното зараждане. Тази награда е получена през 1862 г. от известния френски учен Луи Пастьор.

ЛУИ ПАСТЬОР (1822-1895) - френски микробиолог и химик. Основател на микробиологията. Открити анаеробни бактерии. Показа енергийната стойност на ферментацията. Изследва проблема за възможността за произхода на живота. Той предложи ваксинации срещу бяс, антракс, както и пастьоризация (нагряване до 70 ° C) като начин за унищожаване на живи бактерии (но не и техните спори), за да се запази храната.

Л. Пастьор провежда експеримент, който съперничи на известния експеримент на Реди по простота. Той сварява различни хранителни среди в колба, в която могат да се развиват микроорганизми. Продължителното кипене в колбата убива не само микроорганизмите, но и техните спори. Имайки предвид твърдението на виталистите, че митичната "жизнена сила" не може да проникне през запечатана колба, Пастьор прикрепи към нея S-образна тръба със свободен край (фиг. 68). Спорите на микроорганизмите се заселват на повърхността на тънка извита тръба и не могат да проникнат в хранителната среда. Добре сварени хранителна средаоставаше стерилен, в него не се наблюдаваше спонтанно генериране на микроорганизми, въпреки че беше осигурен достъп на въздух (а с него и прословутата „жизнена сила”).

Ориз. 68. Схема на експеримента на Л. Пастьор в колби с S-образно гърло.
А - в колба с S-образно гърло, хранителната среда след кипене остава стерилна за дълго време; B - ако премахнете S-образното гърло, тогава микроорганизмите бързо се развиват в средата

Чрез своите експерименти Пастьор доказва невъзможността за спонтанно възникване на живот. Концепцията за "жизнена сила" - витализъм беше нанесена съкрушителен удар.

Абиогенен синтез на органични вещества.Експериментът на Пастьор демонстрира невъзможността за спонтанно генериране на живот в днешно време. Въпросът за произхода на живота на нашата планета отдавна остава открит.

През 1924 г. известният биохимик А. И. Опарин предполага, че с мощни електрически разряди в земна атмосфера, който преди 4-4,5 милиарда години се е състоял от амоняк, метан, въглероден двуокиси водна пара, могат да възникнат най-простите органични съединения, необходими за появата на живот. Прогнозата на академик Опарин се потвърди. През 1955 г. американският изследовател С. Милър, преминавайки електрически разряди до 60 000 V през смес от пари CH 4, NH 3, H 2 и H 2 0 под налягане от няколко паскала при температура 80 ° C, получава най-простите мастни киселини, урея, оцетна и мравчена киселина и няколко аминокиселини, включително глицин и аланин (фиг. 69).

Ориз. 69. Схема на устройството С. Милър, в което се синтезират аминокиселини

Както вече знаем, аминокиселините са градивните елементи, от които се изграждат протеиновите молекули. Следователно експерименталното доказателство за възможността за образуване на аминокиселини от неорганични съединения е изключително важна индикация, че първата стъпка към появата на живота на Земята е бил абиогенният (небиологичен) синтез на органични вещества (виж предната листовка) .

За хора, които искат постоянно да се усъвършенстват, да учат нещо и постоянно да научават нещо ново, ние специално направихме тази категория. Съдържа изключително образователно, полезно съдържание, което определено ще ви хареса. Голям брой видеоклипове може би дори могат да се конкурират с образованието, което ни се дава в училище, колеж или университет. Най-голямото предимство на видеоклиповете с инструкции е, че те се опитват да предоставят най-новата, най-актуална информация. Светът около нас в ерата на технологиите непрекъснато се променя и печатните образователни публикации просто нямат време да дават свежа информация.

Сред видеоклиповете можете да намерите и образователни видеоклипове за деца. предучилищна възраст. Там вашето дете ще бъде обучено на букви, цифри, броене, четене и др. Съгласете се, много добра алтернатива на карикатурите. За студенти начално училищеможете също да намерите уроци английски език, помощ при изучаване на учебни предмети. За по-големите ученици са създадени видеоклипове за обучение, които ще помогнат да се подготвят за тестове, изпити или просто да задълбочат знанията си по конкретен предмет. Придобитите знания могат да повлияят качествено на умствения им потенциал, както и да ви зарадват с отлични оценки.

За млади хора, които са извън училище, в университет или не, има много забавни образователни видеоклипове. Те могат да им помогнат да задълбочат знанията си за професията, за която се обучават. Или вземете професия като програмист, уеб дизайнер, SEO оптимизатор и т.н. В университетите все още не се преподава такава професия, така че можете да станете специалист в тази напреднала и подходяща област само чрез самообучение, което се опитваме да помогнем, като събираме най-полезните видеоклипове.

За възрастните тази тема също е актуална, тъй като често се случва след години работа в професията да се стигне до разбирането, че това не е вашето и искате да научите нещо по-подходящо за себе си и в същото време печелившо. Също така сред тази категория хора често има видеоклипове за вида на самоусъвършенстване, спестяване на време и пари, оптимизиране на живота им, в които те намират начини да живеят много по-добре и по-щастливо. Дори за възрастни темата за създаване и развитие на собствен бизнес е много подходяща.

Също така сред образователните видеоклипове има видеоклипове с обща насоченост, които са подходящи за почти всяка възраст, в които можете да научите за това как е възникнал животът, какви теории за еволюцията съществуват, факти от историята и др. Те перфектно разширяват хоризонтите на човек, правят го много по-ерудиран и приятен интелектуален събеседник. Наистина е полезно да гледате такива информативни видеоклипове за всички без изключение, тъй като знанието е сила. Желаем ви приятно и полезно гледане!

В наше време е просто необходимо да бъдете това, което се нарича "на вълната". Това се отнася не само за новините, но и за развитието на собствения ум. Ако искате да се развивате, да изследвате света, да бъдете търсени в обществото и интересни, тогава този раздел е за вас.