ВОЗНИКНОВЕНИЕ И НАЧАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК ПО ТЕМЕ

«ВОЗНИКНОВЕНИЕ И НАЧАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ».

Проект выполнила:

Хусаинова Альфия Гумеровна,

преподаватель биологии и химии, высшей квалификации.

Научный руководитель:

Павлова И.Р., доцент кафедры «Методики преподавания естественно-научных дисциплин ИРО РТ, к.п.н.

Казань 2011

ПЛАН.

1. Актуальность темы.

1. Цель проекта.

1. Задачи.

1. Определение методов исследования.

1. План интегрированного урока по теме «Возникновение и начальное развитие жизни на Земле».

1. Литература.

1. Ход – урока.

1. Выводы и рекомендации.

Актуальность темы. Межпредметные связи – важнейший принцип обучения в современной школе. Это высший уровень обучения.

Самая эффективная в настоящее время форма реализации межпредметных связей при изучении комплексной проблемы в школе – интегрированные уроки. Специфика таких уроков состоит в том, что они проводятся совместно с учителями двух или нескольких смежных предметов.

«Конечная цель таких уроков – писал А.Я. Герд – привести учащегося к определенному мировоззрению, согласному с современным состоянием естественных наук».

Цель проекта. Интегрированный урок проводится с целью обобщения, изучения и закрепления материала по теме «Возникновение и начальное развитие жизни на Земле». Это комбинированный урок, на котором тема раскрывается с точек зрения двух наук – биология и химия. На уроке предусматривается смена видов деятельности учащихся, использование технических средств (показ видеофильма), выполнение заданий на закрепление изученного.

Задачи.

• создать условия для осознания и осмысле­ния блока информации — уже известной, но рас­ширив ее границы;

• актуализировать личностную значимость для учащихся роли этой темы в биологии

• создать содержательные и организацион­ные условия для развития у учащихся высокой концентрации внимания, скорости восприятия и переработки информации, культуры речи, способности анализировать информацию с позиции логики;

• развивать коммуникативные способное через посредство работы в малых группах;

• продолжить формирование навыков получения информации учащимися с помощью различных источников;

• обеспечить синтез словесных и наглядных методов обучения, возможность учащимся воспринимать учебный материал, одновременно используя зрительный, слуховой и кожно-мышечный анализаторы;

• в процессе взаимодействия учащихся на учебном занятии дать возможность каждому осознать, как его труд, участие в работе создают условия для собственного успеха и успеха других участников события (занятия) — одноклассников, учителя.

Методы исследования. Особенно важно продумывать методику проведения урока. Заранее определяется объем и глубина раскрытия материала, последовательность его изучения. Сроки изучения различных аспектов комплексной проблемы в смежных дисциплинах должны предшествовать обобщению, тогда не будет наруше­на логика изучения каждого отдельного предмета. Поэтому уроки целесо­образно проводить после усвоения учащимися большого раздела курса или в конце учебного года.

Цели урока:

1 . Знать сущность современных взглядов на происхождение Земли и появление жизни на ней.

2. Развивать умения обобщать, выделять главное, делать логи­ческие выводы, синтезировать знания из смежных учебных предме­тов; умения работать с дополнительной литературой и кинофиль­мом; конспектировать материал.

3. Уметь применять знания по биологии, химии, физике, ас­трономии, обществознанию при объяснении вопросов происхожде­ния жизни на Земле » и углубить диалектико-материалистические взгляды на эволюцию форм движения материи; доказать несостоя­тельность религиозных и идеалистических взглядов на происхожде­ние Земли и жизни на ней; показать диалектический характер про­цесса познания, интернациональный характер современной науки и роль российских ученых в решении изучаемой проблемы.

Оборудование: 1.Литература по проблеме происхождения жизни на Земле. 2. Портреты О. Ю. Шмидта и А. И. Опарина. 3. Самодельные таблицы с изо­бражением приборов Л. Пастера и С. Миллера. 4. Уравнения химических реакций, Периодическая система Д.И.Менделеева. 5. Видеофильм «Возникновение жизни на Земле». 6. План урока (ксерокопии плана – на каждый стол) и список дополнительной литературы.

Метод проведения урока: лекция с элементами беседы, со­общениями учащихся и самостоятельной работой.

План интегрированного урока по теме «Возникновение и начальное развитие жизни на Земле».

I. История взглядов на происхождение жизни на Земле

(7 мин).

1. Представления о возникновении жизни на Земле ученых-философов античности и средневековья.

2. Теория биогенеза и абиогенеза.

3. Гипотеза самозарождения жизни.

II. Анализ определения жизни Ф. Энгельсом и современ­ными учеными (18 мин).

1. Определение жизни по Ф. Энгельсу.

2. Критерии жизни.

3. Определение жизни по современным представлениям.

Вопросы для дискуссии:

1) В чем сходство и отличие между живым и неживым?

2) Являются ли живыми отдельные молекулы белков и нук­леиновых кислот?

3) Почему мы говорим, что клетка- элементарная единица жизни?

III. Современные представления о происхождении Земли и жизни на ней. Гипотеза А. И. Опарина (50 мин).

1. Происхождение планеты Земля (10 мин).

2. Химическая эволюция (15 мин).

3. Биологическая эволюция (25 мин).

IV. Другие гипотезы о происхождении жизни на Земле

(5 мин).

Вопросы для дискуссии:

1) Могли ли простейшие органические соединения образо­ваться в космосе и попасть на первичную Землю?

2) Случайно ли живое возникло на основе атомов углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора?

3) Почему атомы углерода играют главную роль в образова­нии органических молекул, входящих в состав живого?

4) Докажите, что жизнь на Земле могла возникнуть биогенным путем?

5) Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас?

6) Возможна ли жизнь на других планетах и в какой форме?

V. Заключение (10 мин).

Дополнительная литература

1.Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира. М: Просвещение, 1991.

2.Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии: Книга для учащихся. М.: Просвещение, 1986.

3.От молекул до человека: Пособие для учителя /Пер. с англ.: М.: Просвещение, 1973.

4. Потапов В. М, Татаринчик С. Н. Органическая химия. М.: Химия, 1990.

5. Фолсом К. Происхождение жизни.

6. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1980.

7. Энциклопедия для детей: Биология.

За неделю до урока учитель дает опережающие задания:

1) Подготовить сообщения по истории развития взглядов на проблему «Происхождение Земли и жизни на ней».

2) Строение атомов элементов-органогенов (по учебнику хи­мии).

3) Записать возможные уравнения реакций получения органи­ческих веществ, если исходными были вещества вторичной атмо­сферы.

Ход интегрированного урока по теме «Возникновение и начальное развитие жизни на Земле».

I. (Биология) Вступительное слово учителя биологии.

Учитель биологии.

1. Огромен и разнообразен окружающий нас мир природы. Каждый человек должен попытаться познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, мы на основе частных знаний о явлениях и закономерностях природы должны создать научную картину мира, узнать, как сформировалась наша планета - Земля -и как на ней зародилась жизнь. В этом нам помогут все науки есте­ственно-математического цикла - это биология, химия, генетика.

Ученые сделали различные открытия в области этих наук, особенно в век научно-технического прогресса. Достижения ученых велики. Соединив (мысленно) достижения этих наук, можем пред­ставить общую научную картину мира с момента происхождения Земли и появления на ней жизни и до современных форм живых ор­ганизмов. Поэтому сегодня мы проводим интегрированный урок биологии и химии по теме «Возникновение и начальное развитие жизни на Земле».

2. Сообщение целей урока.

3. Знакомство с планом урока (у каждого на столе).

Итак, ребята, проблема происхождения жизни на Земле с давних времен вызывала огромный интерес у людей, они пытались предложить различные объяснения, порой фантастические. В пред­лагаемых ответах всегда сказывалась борьба двух непримиримых взглядов на эту проблему - идеалистического и материалистиче­ского.

По данным современной науки, жизнь существует на Земле 2,5-3 миллиарда лет. Она заполняет все уголки нашей планеты – озера, реки, моря, океаны, горы, равнины, пустыни, даже воздух на­селен живыми существами. Предполагается, что за всю историю I жизни на Земле существовало 4,5 миллиарда видов растений и жи­вотных.

Много веков человечество волновали такие вопросы:

1) Как появилась наша планета - Земля?

2) Когда и как появилась на ней жизнь?

3) Существуют ли другие формы жизни?

4) Существует ли жизнь на других планетах?

Эти вопросы, конечно, волнуют и нас с вами. Сегодня мы по­пытаемся ответить на них, используя современные данные астроно­мии, химии, молекулярной биологии, генетики и других наук.

П. (Химия) Выступления учащихся с опережающими зада­ниями

Подготовить сообщения:

1. Высказывания Фалеса и Анаксимандра о зарождении жизни.

2. Высказывания Гераклита и Демокрита.

3. Высказывания Аристотеля.

Учитель химии. Первые картины мира, дошедшие до нас из глубины веков, созданы в период от 600 до 500-х годов до н. э. Древние мыслители, каждый по-своему, искали единое в многообра­зии явлений окружающего мира.

Сообщение учащегося 1.

Родоначальником греческой науки был Фолес, основополож­ник философской школы в Милете. Он полагал началом всего воду и считал, что Вселенная в процессе зарождения возникла из воды. А мир считал одушевленным и полностью божественным. Действую­щие в мире силы Фалес отождествлял с «душами», а также с богами. Он считал, что даже магнит имеет душу, потому что притягивает железо.

Другой мыслитель древности – Анаксимандр первоначалом всего сущего считал «апейрон» - некое бесконечное и неопределен­ное начало. Апейрон все из себя производит сам. Находясь в движе­нии, апейрон выделяет из себя противоположности - влажное и су­хое, холодное и теплое. Парные комбинации этих свойств образуют землю, воду, воздух и огонь. Земля оказывается в центре. Вокруг Земли расположены 3 кольца, как ободы колеса. В нижнем ободе много отверстий, сквозь них просматривается огонь, - это звезды, среднем ободе одно отверстие - это Луна. В верхнем тоже одно Солнце. Ободы вращаются вокруг Земли, с ними вращаются и отверстия - так объяснялось движение Солнца, Луны, звезд.

Отверстия способны частично или полностью закрываться так объясняли солнечные и лунные затмения.

Живое зародилось на границе моря и суши из ила под воздействием небесного огня. Первые существа жили в море, затем некоторые из них вышли на сушу, сбросили чешую и стали сухопутным!) животными. Человек зародился в громадной морской рыбе и взрослым вышел на сушу, потому что без родителей он бы не выжил. Такова была картина мира Анаксимандра. Нам она кажется абсурдной, в ней не сходятся концы с концами, но это была первая по пытка научного объяснения мира.

(При рассказе учащийся демонстрирует сделанные им самим рисунки научной картины мира этого философа.)

Сообщение учащегося 2.

В системе мира Гераклита роль единой субстанции игра огонь, вечно движущийся, вечно развивающийся. Источником движения Гераклит считал борьбу противоположностей. Мир - это не прерывное развитие, непрерывное изменение, обновление существующего. В этом непрерывном изменении огонь становится водой вода - землей, и обратно: земля - водой, вода - огнем. Оба противоположных процесса существуют вместе: «Путь вверх и вниз – один и тот же».

Основатель античной атомистики Демокрит полагал, что «начала Вселенной суть атомы и пустота». Атомы Демокрит представлял как неделимые, плотные, непроницаемые, не содержащие в себе никакой пустоты частицы, они могут иметь самую разнообразную форму (шарообразную, угловатую, вогнутую, выпуклую и т. д.). При этом он видел объяснение разнообразия явлений и их противоположностей друг другу. Демокрит и другие греческие атомисты считали, что движение - вечное свойство вечных атомов. В вопросе происхождении жизни Демокрит придерживался материалистических взглядов. Живое возникло их неживого вследствие действия законов природы, без всякого творца. Согласно Демокриту, полеобразования Земли поверхность ее вздулась, образовав покрытые тонкой кожицей гнилостные пузыри, внутри которых были живые плоды. После того как пузыри увеличились и лопнули, из плодов образовались люди и животные, Демокрит пытался объяснить, по­чему в его время не рождались живые существа из пузырей Земли: Земля уже не та, и небо не то; только иногда можно заметить, как в гниющей Земле зарождались живые существа/. Это ошибочное мне­ние о самозарождении червей, гусениц, насекомых долго бытовало в науке. (При рассказе можно демонстрировать рисунки.)

Сообщение учащегося 3.

Картина мира, которую создал Аристотель, продержалась в науке почти два тысячелетия. Аристотель - древнегреческий фило­соф и ученый. Мир Аристотеля состоит из пяти стихий - земли, во­ды, воздуха, огня и эфира. Материя, в его понимании, - это то, «из чего вещь состоит», и то, «из чего вещь возникает»; он не признает пустоты. Материя у Аристотеля делима до бесконечности. Все мно­гообразие веществ на Земле Аристотель конструирует из таких ак­тивных качеств, как холодное и теплое, и таких пассивных, как су­хое и влажное. Земля – сочетание холодного с сухим, огонь – теплого с сухим, воздух – теплого с влажным, вода – холодного с влажным. Эти четыре элемента существуют в мире, где все беско­нечно меняется, где наблюдаются различные виды движения.

В небесном мире все тела состоят из некоего вещества - эфира, который заполняет все пространство над землей, водой, воздухом и огнем. Эфир вечен, он не меняется и не превращается в другие эле­менты. Вселенная Аристотеля конечна, ее ничто не объемлет, вне ее находится только перводвигатель - Бог. Бог Аристотеля безличный. Под его жизнью Аристотель понимает деятельность его разума, сам Бог и есть чистый деятельный разум. Аристотель не мог обойтись без Бога, так как без него он не мог объяснить движение звезд, планет, Луны и Солнца. Согласно Аристотелю, все небесные тела прикрепле­ны к сферам, движутся не сами тела, а эти эфирные сферы.

Космос Аристотеля вечен во времени и вечно его движение, но вечность движения - результат вечной деятельности Бога. (При рассказе можно демонстрировать рисунки.)

Вывод (сообщает учитель). Натурфилософские взгляды древних греческих мыслителей кажутся нам наивными. Но именно греческими учеными были поставлены все основные проблемы, ка­сающиеся развития естествознания, строения материи и материаль­ного мира, проблема движения, проблемы жизни и эволюции и т. д.

III. (Биология) Выступления учителя биологии и учащихся с сообщениями о теории биогенеза и абиогенеза.

Учитель биологии. Во всех высказываниях ученых просматриваются две точки зрения. Сторонники теорий биогенеза (греч. слово «био» - жизнь, «генезис» - происхождение) считали, что все живое происходит от живого, и, таким образом, приходили к выводу о вечности жизни. Их противники- сторонники теории абиогенеза, считали возможным происхождение живого от неживо­го, т. е. в той или иной мере допускали возможность самозарожде­ния жизни. Против теории самозарождения в XVII в. выступил фло­рентийский врач и натуралист Франческа Реди.

Сообщение учащегося 1 (объясняет по самодельной таблице опыты Франческо Реди).

Многие ученые средневековья допускали возможность само­зарождения. В своих трактах они давали описания зарождения рыб из ила, червей из почвы, мышей из грязи, мух из мяса и т. п. Против теории самозарождения выступил флорентийский (Италия) врач Франческо Реди. Он в 1668 году опубликовал результаты следую­щих простых опытов.

В 8 стеклянных сосудов он положил по куску свежего мяса, 4 сосуда оставил открытыми, а 4 других накрыл мар­лей. Через несколько дней в загнившем мясе появились «черви» (ли­чинки мух). Однако они появились только на мясе, лежавшем в от­крытых сосудах. На мясе в сосудах, прикрытых марлей, червей не было. Это свидетельствует о том, что «черви» зарождаются не из самого мяса (как это было принято считать), а из яиц, отложенных в мясе мухами. Это был неотразимый удар по представлению о само­произвольном зарождении. Взгляды о самопроизвольном зарожде­нии держались особенно долго в области микробиологии. Если мясной бульон или раствор сахара поставить в теплое место, все равно в открытых или закрытых сосудах, через несколько дней кишат мик­робы. Казалось бесспорным, что вся природа проникнута жизнью, и жизнь проявляется всегда при подходящих условиях тепла и влаж­ности.

Невозможность самопроизвольного зарождения микроорга­низмов была доказана молодым украинским ученым М. М. Тереховским в 1775 г. и итальянцем Спалланцани. Они показали, что если мясной бульон прокипятить и сосуд запаять, то в нем никаких микробов не появится. Этот опыт, казалось бы, вполне ясно говорил против самопроизвольного зарождения микробов. Однако ученые в то время сочли данные Тереховского и Спалланцани неубедитель­ными, так как полагали, что для зарождения жизни необходимо буд­то бы присутствие свежего воздуха, а вместе с ним и «жизненной силы».

Учитель биологии. Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продолжались в XVIII веке и I половине XIX века. Возможность самозарождения допускали Эразм Дарвин - эволюционист, дед Ч. Дарвина, и Ж. Б. Ламарк. Споры вокруг самозарождения разгорелись с новой силой в середине XIX века, когда французский медик Пуше в 1859 г. опубликовал трактат о самоза­рождении микроорганизмов. Французская академия наук назначила специальную премию за попытку осветить вопрос по-новому.

Спустя 3 года, в 1862г. эту премию получил французский ученый Луи Пастер.

Сообщение учащегося 2 (объясняет опыты Луи Пастера).

Луи Пастер французский микробиолог провел эксперимент, который соперничал по своей простоте с знаменитым опытом Франческо Реди. Он кипятил в колбе (см. рис.) различные питательные срезы, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но их споры. Помня возражения виталистов против опытов Тереховского, Спалланцани, что «жизненная сила» не может проникнуть в запаян­ную колбу, Пастер соединил колбу с наружным воздухом длинной 8-образной трубкой. Споры микроорганизмов оседали на поверхно­сти тонкой изогнутой 8-образной трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оста­валась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроор­ганизмов, хотя доступ воздуха (а с ним и пресловутой «жизненной силы») был обеспечен.

Этим экспериментом Пастер нанес сокрушительный удар ви­талистам, разрушил безосновательные домыслы Пуше и поддержал теорию биогенеза, согласно которой все живое происходит только от живого.

Работы Пастера получили широкую известность и всеобщее признание. Его эксперимент имеет большое практическое значение. На основе его опытов были созданы методы стерилизации, разрабо­тано учение об асептике и антисептике. При внедрении их в меди­цину резко снизились осложнения и смертность после хирургиче­ских операций. Великое значение этих работ и для развития консервной промышленности.

Таким образом, Пастер опроверг возможность самозарожде­ния, но не показал, как возникла жизнь на Земле.

Вопрос: Какие открытия опровергли представления о воз­можности образования органических веществ только в живых орга­низмах? Как отвечают на этот вопрос химики?

IV. (Химия) Выступления учащихся с сообщениями об ис­кусственном синтезе мочевины Ф. Вёлером (1828 г.).

1. Виталистическое учение.

2. Последние достижения (сейчас синтезировано несколько сот тысяч органических соединений).

Сообщение учащегося 1.

В XVIII веке теорию самозарождения жизни защищали немец­кий математик и философ Г.Лейбниц, французский натуралист Ж. Бюффон, ирландский натуралист, физик, аббат Дж. Нидхем и др. Они утверждали, что в живых организмах существует «особая жиз­ненная сила» и под действием ее только в живых организмах могут образовываться органические вещества. Это направление в наук получило название «виталистического учения» («виталис» жизнь). Виталистическая теория надолго затормозила развитие биологии, химии и других наук.

Защитниками и проводниками этой теории в химии были В. Парацельс, Г. Шталь. Но наиболее определенно эта точка зрения была сформулирована знаменитым шведским химиком И. Берцелиусом. Он считал, что полное познание органических веществ вообще невозможно. В его учебнике развивалась мысль о том, что в живой природе элементы подчинены иным законам, чем в неживой.

Берцелиус утверждал, что органические соединения не мог быть получены в результате обычных химических превращений и образуются в организмах только под влиянием «жизненной силы». Эта сила якобы сопутствовала органическим веществам и после выделения их из организма, чем и обусловлены специфические свойства этих веществ.

В этой теории появились распространенные тогда в науке идеи идеологической философии.

Сообщение учащегося 2.

Однако открытия в области органических соединений опровергли виталистические воззрения,

В 1824 г. Фридрих Вёлер, немецкий врач и химик, ученик Берцелиуса, впервые получил из неорганического газообразного вещества дициана (С₂ N₂) при нагревании его с водой щавелевую кислоту:

Это типично органическое вещество до тех пор выделяли только из растений - щавеля, некоторых водорослей.

Другим историческим синтезом, доказывающим, что между неорганическим и органическим веществами нет резкой грани, яв­ляется синтез мочевины, который тоже осуществил Ф. Вёлер в 1828 году. В то время было известно неорганическое вещество - цианат аммония NH₄CNO. Нагревая его в водном растворе, Вёлер получил органическое вещество - мочевину. А до этого считали, что мочевина может образовываться только в живых организмах. В дальнейшем выяснилось, что при нагревании NH₄CNO происходит перегруппировка атомов. Открытия Ф. Вёлера привели к подлинному перевороту в представлениях о природе органических соединений. Они показали, что органические соединения могут быть получены человеком в ла­боратории так же, как неорганические при помощи обычных хими­ческих приемов, и никакого участия «жизненной силы» для этого не требуется. Виталисты пытались опорочить опыты Вёлера, считая их случайными, ошибочными.

Но уже в течение ближайших десятилетий были синтезирова­ны разнообразные органические соединения.

Так, в 1845 году в Германии Г. Кольбе из угля с помощью се­ры, хлора и воды синтезировал уксусную кислоту (СНзСООН).

В 1854 г. во Франции М. Бертло синтетическим путем получил жир.

В 1861 году знаменитый русский химик А. М. Бутлеров синтезировал сахаристое вещество: (С₆Н₁₂O₆)n.

За сравнительно короткий период были получены синтезе такие типичные органические вещества, как лимонная, янтарная, винная и другие кислоты. Все это привело к установлению в органической химии новых материалистических представлений.

Учение о «жизненной силе» было отвергнуто большинстве химиков. Это способствовало бурному развитию органической химии.

(Учащиеся заранее пишут крупно на листах уравнения необходимых реакций и во время рассказа демонстрируют происхождение реакций.)

Выводы (делают ученики):

1) Самозарождения быть не может.

2) Органические вещества в своем составе имеют те же химические элементы, что неживая природа, - это указывает на единство живой и неживой природы.

V. (Биология) Рассмотрение II вопроса плана урока (с точки зрения биологии) - определение живого, дискуссия, определена жизни Ф. Энгельсом, критерии живого.

Учитель биологии. Итак, ребята, мы переходим к рассмотрению второго вопроса: анализ определения жизни Ф. Энгельсом и современными учеными.

Впервые научные подходы с позиций диалектического материализма к определению сущности жизни и ее происхождения были представлены во 2-й половине XIX в. Ф. Энгельсом в работах «Ан­ти-Дюринг» и «Диалектика природы».

Ф. Энгельс в книге «Анти-Дюринг» дает классическое опреде­ление жизни: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоян­ном самообновлении химических составных частей этих тел».

Его определение состоит из двух частей.

В I части указывается на характерное для живых тел, резко от­личающее их от неживых тел, - на содержание в них белка. Белки являются главной и постоянной составной частью всех без исключе­ния живых систем, от самых примитивных до самых сложных и вы­сокоорганизованных. «Повсюду, где мы встречаем жизнь, - пишет Ф. Энгельс, - мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где встречаем какое-либо белковое тело, не нахо­дящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни».

Но белки - вещества с легко изменяемой структурой. Для жи­вого состояния характерно присутствие не любого белка (труп со­стоит также из белка), но лишь белка, сохраняющего свою уникаль­ную конфигурацию, свою первичную, вторичную и третичную структуры. При умирании организма белки его утрачивают нату­ральную структуру, макромолекулы развертываются, и белки пере­ходят в денатурированное состояние. Для поддержания белка в при­родной, присущей живому состоянию форме необходимо наличие условий, при которых мажет быть устойчивой природная форма белка.

Во II части определения Энгельс говорит о способе существо­вания белка. Этот способ - обмен веществ, при помощи которого создаются и поддерживаются условия для сохранения белка в при­родном состоянии в живой системе и выполнение присущих ему функций. Определение жизни, сформулированное Энгельсом, пре­красное по форме и глубокое по содержанию, оказало существенное влияние на развитие исследований белка как основного субстрата жизни и до сих пор пользуется широким признанием. Далее учитель биологии предлагает учащимся самостоятельную работу с учебником (с. 197).

Беседа по вопросам:

1) О чем говорит Энгельс в I части своего определения?

2) О чем говорится во II части определения?

Учитель биологии. В этих определениях указана материальная основа жизни - белковые тела. Понятие белка у Энгельса диалектично: это и химическое соединение, и живая система. Неоднократно он отмечал, что должны быть и другие химические соединения, определяющие явления жизни. В определениях жизнь представлена как особая форма движения материи, качественная специфика которой заключается в постоянном обмене веществ с окружающей природой и самообновлении живого.

Вопрос: Что же мы будем считать критериями живого? Что отличает живое от неживого?

Ответ:

1) Обмен веществ.

2) Способность к росту.

3) Способность к индивидуальному развитию.

4) Способность к воспроизведению себе подобных.

5) Способность к эволюционному развитию.

6) Раздражимость.

7) Движение, подвижность.

Учитель биологии. Исходя из этих критериев, можно ли считать ледник или реку живыми телами?

Ответ: Для них характерно – рост, подвижность, обмен веществ, развитие, но они не способны к воспроизведению себе подобных.

Учитель биологии. Звезды, планеты, звездные систем (галактики) рождаются, стареют и умирают, т. е. эволюционируют, они подвижны и даже могут образовывать новые звезды. Можно считать их живыми телами?

Ответ: Нет, так как новые образования не будут подобны исходным, т.е. способность к самовоспроизведению себе подобных отсутствует.

Учитель биологии. К какому же выводу приводят эти примеры?

Ответ: Эти примеры приводят к выводу о том, что лишь комплекс критериев может считаться необходимым и достаточным для определения жизни. Если не будет отвечать хотя бы одному критерию - считать живым телом нельзя.

Учитель биологии. Только в 50-х годах нашего столе­тия стало ясно, что жизнь связана не только с белками, но и с нук­леиновыми кислотами- носителями наследственной информации. Некоторые ученые были склонны считать живыми уже единичные молекулы белка.

Вопрос: Можно ли согласиться с их точкой зрения? Как вы считаете?

Ответ: Так как белки не обладают способностью к самовос­произведению и обмену веществ, следовательно, образование белка в результате химического процесса не равносильно возникновению жизни.

Вопрос: А какие же сложные соединения обладают свойст­вом воспроизведения себе подобных?

Ответ: Таким свойством обладают нуклеиновые кислоты и даже отдельные фрагменты ДНК.

Вопрос: Можно ли их считать носителями жизни?

Ответ: Экспериментально доказано, что самокопирование ДНК и реализация заключенной в ней информации происходят только при наличии ферментов, источников энергии - АТФ, воды и других соединений. А также при условии изоляции от среды и связи с окружающим миром. Очевидно, что отдельные молекулы нуклеи­новых кислот тоже не являются живыми.

Учитель биологии. Жизнь – одно из самых сложных, если не самое сложное явление природы, и очень трудно в рамках одного определения отразить все ее признаки. Но, безусловно, важ­нейшими из - них являются: 1) обмен веществ, 2) самовоспроизведе­ние, 3) способность к индивидуальному и историческому развитию.

Но наука, основываясь на современных данных разнообразных отраслей естествознания (молекулярной генетики, биофизики, биохимии и др. наук), значительно расширила представления о химическом составе живых тел.

Что же нового появилось по этому вопросу у химиков?

VI. (Химия) Рассмотрение вопроса о критериях живого сточки зрения химии.

Учитель химии. Ни белки, ни нуклеиновые кислоты дельно, сами по себе не являются носителями жизни, живого.

Опираясь на данные самых разных отраслей естествознания ученые выявили ряд новых, существенно неизвестных в конце Х1Ц начале XX века свойств жизни.

В частности, установлено, что наряду с белками огромную роль в явлениях жизни играют и такие органические молекулы, нуклеиновые кислоты, жиры, углеводы, фосфорорганические соединения, вода и минеральные вещества. При этом органическим молекулам свойственна зеркальная (оптическая) изомерия, т. е. вещества могут существовать в двух структурных формах, схожих и вместе с тем отличных друг от друга, как левая и правая ладони.

Например, оптические изомеры молочной кислоты:

СООН СООН

Н—С*—ОН НО—С*—Н

СН₃ СН₃

Д (-) молочная кислота L (+) молочная кислота

Эта особенность молекул – существовать в двух зеркальных формах - известна в науке под названием «хиральность». К органических веществ, обладающих ею, принадлежат и молекулярные «кирпичики» живого- аминокислоты и сахара (можно показать) им присуща абсолютная хиральная чистота: белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты – только «правые» сахара. Эта важнейшая черта отличает живое от неживого.

Неживой природе присуща тенденция к установлению зер­кальной симметрии (рацемизации) - равновесию между левым и правым изомером (можно привести пример), В результате много­численных экспериментов выявлено, что белки, состоящие только из «левых» аминокислот, обладают целым рядом преимуществ перед рацемическими или хирально «грязными»: они достигают значительных размеров и способны образовывать спиральные структуры, играющие важнейшую роль в реализации белковых функций.

То же можно сказать и о нуклеиновых кислотах. В рацемическом растворе полинуклеиновая цепочка перестает расти, как только в нее включается нуклеотид с левой (неприродной) формой сахар) причем рост цепи прекращается очень быстро - она содержит не более 3-4 звеньев нуклеотидов. Эксперименты пролили свет и на связь хиральной чистоты с процессом самоудвоения ДНК и др., реакцию матричного типа, которые не могут начинаться и поддерживаться в рацемической среде.

Таким образом, можно утверждать, что жизнь характеризуется не только способностью к самовоспроизведению, основываясь на самоудвоении молекулы ДНК, но и хиральной чистотой.

VII. (Биология) Определение жизни А. С. Мамзиным М. В. Волькенштейном, обсуждение этого вопроса.

Учитель биологии. Итак, ребята, жизнь характеризуется не только способностью к самовоспроизведению, основанной на самоудвоении молекул ДНК, но и хиральной чистотой.

Философские определения жизни, сделанные Ф. Энгельсе сохраняют свое значение и для настоящего времени, хотя прошло более 100 лет. Однако новые открытия требуют дополнения и развития в определении жизни.

Далее учитель биологии предлагает учащимся самостоятельную работу с учебником (с. 198) и плакатом.

На плакате даны современные определения жизни, предложенные отечественными учеными А. С. Мамзиным и М. В. Волькенштейном:

«Жизнь в ее элементарной форме можно определить как способ существования открытых коллоидных систем, содержащих в качестве своих обязательных компонентов соединения типа белков нуклеиновых кислот и фосфорорганических веществ, обладают свойствами саморегулирования и развития на основе накопления и преобразования веществ, энергии и информации в процессе взаимодействия таких систем с окружающей средой» (А. С Мамзин).

«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров- белков и нуклеиновых кислот» (М. В. Волькенштейн).

Вопрос: Какие же выводы можно сделать, сравнивая эти два определения?

О т в е т: Из этих определений мы видим, что:

1) жизнь связана со сложным коллоидным состоянием цито­плазмы;

2) характеризуется обменом веществ и энергии;

3) характеризуется особым способом реализации наследст­венной информации, заключенной в нуклеиновых кислотах;

4) живые тела представляют открытые системы, в которые энергия поступает извне. Без поступления энергии жизнь существо­вать не может;

5) живые тела (существа), в отличие от тел неживой природы, способны: а) к саморегуляции - сохранению и поддержанию отно­сительного постоянства своего состава и свойств; б) самовоспроиз­ведению; г) индивидуальному и историческому развитию.

Вопрос: Какая биологическая структура отвечает всем этим требованиям?

Ответ: Всем этим требованиям отвечает клетка, поэтому она и является элементарной единицей жизни.

Учитель биологии. Чтобы наиболее полно определить сущность жизни, необходимо выяснить ее место среди других форм движения материи. Между всеми формами движения материи суще­ствует тесная связь.

Неживой природе свойственны механическая, физическая, химическая формы движения материи.

Живой природе, кроме названных, присущи также биологиче­ская и социальная формы движения.

Вывод (сообщает учитель). Таким образом, с философ­ской точки зрения, жизнь можно определить как систему форм дви­жения материи, возникшую на определенном этапе ее исторического развития.

Соотношение разных форм движения материи впервые осветил Ф. Энгельс. Он научно правильно, материалистически поставь эту проблему. Он указал, что в разрешении данного вопроса исходить из качественных отличий живого от неживого.

Следовательно, жизнь следует определить как качественно новый, особый этап движения и развития материи.

Учитель биологии. Общая картина возникновения жизни из неживой материи при соответствующих условиях на Земле в те далекие времена, представленная Энгельсом, подтверждается современной наукой, и ее можно изобразить в виде схемы.

Учитель биологии. Итак, ребята, мы подошли к рассмотрению третьего вопроса «Современные представления о происхождении планеты Земля и жизни на ней».

VIII. (Химия) Выступление учителя химии с сообщением

современных представлениях жизни на Земле. Демонстрация) части фильма с последующим обсуждением.

Существует множество гипотез о возникновении Земли и рождении на ней жизни. Из всех наибольшее признание получи гипотезы О. Ю. Шмидта в середине XX века и гипотеза Александр Ивановича Опарина о возникновении жизни.

Эпиграфом для этой части урока можно взять слова Дарвина

...В природе мировой,

В борьбе стихий,

В развитии постепенном

Все существа,

все формы создались,

И Жизнею

могучею зажглись!

Учитель химии. При просмотре I части фильма «Воз­никновение жизни на Земле» прошу обратить внимание на вопросы, которые лежат у вас на столе.

Демонстрация I части фильма «Возникновение жизни на Земле».

Учитель химии. Обобщая содержание фильма, мы под­ходим к выводу, что химическую эволюцию, или абиогенный синтез органических молекул из неорганических веществ можно разделить на три этапа:

1-й этап - начальный этап неорганической эволюции- воз­никновение атомов химических элементов.

2-й этап – образование простейших неорганических соедине­ний.

3-й этап – образование простейших органических соедине­ний - биополимеров.

1-й этап. Происхождение химических элементов.

Центральные части Солнца и других звезд почти не имеют в составе настоящих химических элементов и образованы из плазмы.

Плазмой в физике называется ионизированный газ, состоящий из хаотически движущихся положительно заряженных частиц (атомные ядра) и отрицательно заряженных частиц (электроны).

В центральной части Солнца, где температура очень высокая (3-20 млн град.), все вещества находятся в состоянии плазмы. А на поверхности Солнца, где температура снижается до 5500°С, боль­шинство веществ находится в виде химических элементов. При спектральном анализе было установлено, что на поверхности Солн­ца обнаружено 60 химических элементов, среди которых преоблада­ет Н и Не. Это объясняется тем, что другие элементы с более высо­ким Аr и сложной структурой атомного ядра не могут долго существовать при высокой температуре. Количество атомов водоро­да в Солнечной атмосфере в 4-5 раз больше атомов Не и в 1000 раз больше других элементов. В глубинах Солнца и звезд происходит образование сложных ядер из простейших вследствие захвата протонов и нейтронов. Образование яда гелия идет в три этапа.

2-й этап неорганической эволюции. Образование простейших неорганических веществ.

Водород, азот, кислород, фосфор (так называемые биогенные элементы- почему?) широко распространились в космосе и имели большую возможность реагировать между собой с образованием простейших неорганических соединений. Этому способствовало на­личие энергии в космосе в виде электромагнитного излучения и теп­ла, испускаемого звездами.

Преобладание водорода, кислорода, азота и фосфора в живых системах не случайно: водород – хороший восстановитель, легко образует с кислородом и азотом водородные связи, имеющие боль­шое значение в образовании биологических структур и для процес­сов жизнедеятельности. Кислород обладает большой окислительной активностью, а для фосфора характерно образование макроэргических связей (АТФ), в которых запасается энергия при химических реакциях.

3-й этап химической эволюции. Образование простейших органических соединений.

Связан со специфической валентностью углерода - главного носителя органической жизни, его специфично­стью к соединению почти со всеми элементами, к образованию цепей, циклов, с его каталитической активностью и другими свойствами.

Простейшие органические молекулы широко распространены в межзвездной среде.

IX. (Химия) Выступления учащихся с сообщениями о про­исхождении Земли и атмосферы (при изложении вопроса можно сократить материал).

Сообщение учащегося.

Большинство ученых считают, что Земля и другие планеты Солнечной системы возникли при конденсации космического веще­ства из первичного протопланетного, т. е. газопылевого, облака. С тех пор, вследствие выпадения космической пыли и метеоритов, масса Земли увеличилась. Этот процесс незаметно идет и сейчас. Постепенно уплотнение первичного холодного пылевого облака привело к вторичному разогреванию.

Вторичное охлаждение поверхностных слоев протопланеты обусловило образование твердой оболочки земной коры. Начало об­разования коры относится к периоду, отстоящему от современности на 4-4,5 млрд лет. Уже в этот период существовала первичная атмо­сфера Земли.

Однако в этот период масса Земли была незначительна, и лег­кие газы ушли в мировое пространство, а О₂ - незамедли­тельно расходовался на процессы окисления элементов, образовав­ших нашу планету. Таким образом, первичная атмосфера прото­планеты была утеряна.

Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои Земли, на­чали выделяться, и благодаря им образовалась вторичная, собствен­но земная атмосфера.

В состав вторичной атмосферы нашей планеты входили: НН₃, СО₂, Н₂, водяные пары. Однако не было кислорода в атмосфере Земли и азота - важнейших составных частей современной атмосферы, которая состоит из N2, О₂, СО₂, Н₂О, Аг, Н₂.

Естественно предположить, что жизнь возникла в водной среде (так как сходен солевой состав клетки и воды древнего океана), более благоприятны были районы прибрежных морей и океане здесь на стыке моря, суши и воздуха создавались условия для образования сложных органических веществ и возникновения жизни.

Когда началось частичное охлаждение планеты, последи часто вспучивалась от взрывов, сотрясавших ее недра. В рази местах образовались кратеры, из них изливалась раскаленная лава, извергались газы, что привело к образованию гор и глубоководных впадин. Когда температура на поверхности Земли стала 100 °С, - начались проливные дожди. Они шли день и ночь в течение тысячелетий, вода наполняла впадины на земной поверхности образуя моря и океаны. В горячей воде, как известно, растворяв NНз, СО₂, CH₄, НСN из атмосферы, а также соли и другие веществ вымываемые из поверхностных слоев Земли.

В то далекое время Солнце светило ярче, излучение представляло собой мощный источник энергии. Ультрафиолетовые лучи прямо попадали на Землю, так как не было еще озонового экрана. Грозы в то время были часты и необычны по своей силе, и в поверхность Земли то и дело ударяли молнии. В таких условиях между веществами, растворенными в первобытном океане, неизбежно должны были происходить химические реакции, в результате которых могли образоваться органические вещества (соединения): спирты мочевина, альдегиды, уксусная и муравьиная кислоты, сахар глюкоза, аминокислоты - глицин, аланин.

X. (Химия) Выступление учителя химии. Эксперименталь­ные доказательства гипотезы А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле.

Предсказание А. И. Опарина получило широкое признание и было подтверждено экспериментально. Особую известность полу­чили опыты Г. Юри и С. Миллера (1955 г.), проведенные в Чикаг­ском университете. Миллер сконструировал аппарат (см. рис.), где имитировал процессы, происхо­дящие на Земле в начале зарож­дения жизни. В этот аппарат вво­дили (через кран А) вещества, которые могли находиться в воде первобытного океана: Н₂О, СО₂ МНз, СН_4, Н₂. Колбу Б подогрева­ли, и вода в ней кипела, водяной пар заполнял аппарат, температу­ра в нем поддерживалась t 80 °С под давлением нескольких паскалей. В расширенной части аппа­рата в стенки впаяли два элек­трода и пропускали ток под напряжением 60000 В, дающем искровые разряды. В холодиль­нике водяной пар конденсировался в Н₂0, которая стекала опять в колбочку. Аппарат хорошо герметизирован и работал непрерывно в течение многих часов. Уже в первые дни было отмечено изменение цвета жидкости в колбочке: из бесцветной она стала желтой, а к концу недели - темно-коричневой. При анализе раствора в нем было обнаружено присутствие большого числа органических соединений: спиртов, альдегидов, кислот (муравьиной и уксусной), Сахаров, ами­нокислот (глицин, аланин), также получили мочевину, жирные ки­слоты. Как известно, аминокислоты — это те же «кирпичики», из ко­торых построены молекулы белков.

XI. (Биология) Выводы.

Учитель биологии. Итак, ребята, современные знания о происхождении жизни на Земле подводят нас к следующим вы­водам:

1. Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. Биологиче­ской эволюции предшествовала длительная химическая эволюция.

2. Возникновение жизни - это этап эволюции материи во Все­ленной.

3. Закономерность основных этапов возникновения жизни мо­жет быть проверена экспериментально в лаборатории и выражена в следующей схеме: атомы -» простые молекулы -» макромолеку­лы -» ультрамолекулярные системы (пробионты) -» одноклеточные организмы.

4. Первичная атмосфера Земли имела восстановительный ха­рактер. В силу этого первые живые организмы были гетеротрофами.

5. Дарвиновские принципы естественного отбора и выживания наиболее приспособленных можно перенести на предбиологические системы.

6. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенно). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

(Выводы учащиеся записывают в тетради.)

Задание на дом: записи в тетради, заполнить таблицу:

Какие этапы выделяют?	Какие условия среды оказали влияние?	Какие изменения возникли в структурах

Выводы и рекомендации.

Интегрированные уроки способствуют формированию у учащихся единой научной картины мира, помогают преодолеть фрагментарность знаний осуществлять синтез философского и естественно-научного материала, навести прочные «мости» между общими и конкретными знаниями о мире.

Предлагаемый урок будет интересен и полезен учителям общеобразовательных школ.

21