Доказательства химической гипотезы кратко

Обновлено: 02.07.2024

Все процессы, происходящие на нашей планете, как природные, так и антропогенные - по сути своей представляют движение химических элементов, превращение, преобразование их соединений.

Концепция А.И. Опарина и его последователей основана на представлениях о восстановительной (метан, аммиак), окислительной (фотохимиче­ское расщепление Н2О и СО2) и нейтральной (СО2 и N2) составляющих первичной древней атмосферы Земли.

Новейшая концепция К. Вёзе (см. табл. 2.1) при моделировании исходной самовоспроизводящейся системы наделяет ее свойствами, отражающими все последние достижения молекулярной биологии и биохимии.

Химические гипотезы возникновения жизни

Интересна космическая (химическая) гипотеза Г.В.Войткевича, согласно которой образование органического вещества происходит в космическом пространстве, которое заносится на землю космической пылью. Частицы космической пыли состоят из ядра силикатного состава, окруженного оболочкой из органических веществ. Сначала вокруг ядра формируется ядерная оболочка. Под действием ультрафиолетового излучения растворенные в воде аммиак и метан превращаются в реакционноспособные радикалы, которые, взаимодействуя друг с другом в различных комбинациях, образуют многочисленные органические соединения. При разрушении этих пылинок химические соединения образуют молекулярные облака, рассеянные в космическом пространстве. Многочисленные органические вещества найдены в метеоритах (углеводороды, углеводы, азотные основания, аминокислоты и даже хлорофилл и т.д.). Не исключено, что в космических просторах могли образоваться нуклеотиды, и даже молекулы ДНК. Однако химическая эволюция на большинстве планет Солнечной системы как бы заморожена, и лишь на Земле оказались условия для её реализации. На первичной Земле был весь набор органических соединений, синтезированных в космосе.

Новейшие данные по химическому составу планет, Солнца, различных звезд, вещества межзвездного пространства даны в таблицах 2.2 и 2.3.

Химический состав межзвездного пространства (Raymand, Talbot, 1980)

В элементном составе космического вещества преобладают биофильные элементы: Н, О, С, N; в заметных количествах содержаться Si, S, Fe, Mg, Al, P, Ca, К. Возможно, именно эти биофильные элементы и соединения способствовали возникновению живого вещества на Земле. Особенно важно открытие постоянного присутствия в межзвездном пространстве различных молекул типа формальдегида, ацетальдегида и др., которые могли послужить основой для синтеза органических полимеров, нуклеиновых кислот, полисахаридов и дать начало жизни (Ковда, 1985).

Обнаруженные межзвездные молекулы (Raymand, Talbot, 1980)

Основоположник современного учения о биосфере, выдающийся русский геохимик В.И. Вернадский, предполагал, что возникновение жизни и биосферы на Земле является неизбежным следствием эволюции космоса, и в особенности присутствия простейших органических веществ во Вселенной (Вернадский, 1967). Неизвестно, являются ли эти молекулы продуктами абиотического синтеза или остатками погибших биосфер других планет, но присутствие органических соединений во Вселенной, по мнению В.И. Вернадского, является устойчивой и обязательной особенностью космоса.

В истории Земли малоизвестный стерильный период (2 - 2,5 млрд. лет) сопровождался неоднократным радиоактивным разогревом и самоплавлением планетной массы и оформлением современных структур Земли: ядра, представленного тяжелыми металлами, каменной силикатной оболочки - мантии, водной и газовой оболочек. Базальты и перекрывающие их граниты разных генераций являются как бы фундаментом земной коры, закрытой толщами последующих осадочных пород. Радиоактивный разогрев мантии, тектонические разрывы, вулканизм неоднократно вели к изменениям базальтовых лав, переплавлению осадочных пород, выходу на поверхность паров и масс воды, газов, растворов. В составе газов долгое время преобладал аммиак, углекислота, сероводород, метан. Обширные планетарные пространства оказались занятыми водами первичного океана. Остывание лав, движение водных и газовых масс, физико-химическое выветривание и растворение магматических пород под воздействием углекислоты, формирование осадочных пород, состоящих из известняков, кварцитов, кремневых отложений, сланцев, было первоначальным абиотическим периодом эволюции. В интересном обзоре развития жизни (Коржэ, 1974) упоминаются находки остатков бактерий, живших 2,7 - 3,1 млрд. лет назад. Но развитие и обильные формы жизни и массы живого вещества сложились значительно позже: 1,0 - 1,5 млрд. лет назад, в основном в Мировом океане.

Появление развитой жизни было началом формирования биосферы.

Все эти процессы, однако, предшествуют биологической эволюции, которая началась с образования клеток и одноклеточных организмов.

что-от вы невнятное спрашиваете. Происхождением жизни занимается пребиотическая химия, там блестящие результаты последние годы, в 2009-м году было доказано, что жизнь может сама возникать в условиях молодой Земли.

а что за "физическая теория" у химического процесса? Конечно, всю химию можно свести к физике (что и делается в квантовой химии).

а почему вы о физике, химии и биологии спрашиваете в гуманитарных науках. Вообще-то это естественные науки. Историки и литераторы ничего не понимают ни в химии, ни в биологии.

Эта группа гипотез основывается на химической спе-дифике жизни и связывает ее происхождение с историей Земли. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы.

• У истоков истории химических гипотез стояли воззре­ния Э. Геккеля. Геккель считал, что сначала под дей­ствием химических и физических причин появились со­единения углерода. Эти вещества представляли собой не растворы, а взвеси маленьких комочков. Первичные комочки были способны к накоплению разных веществ и росту, за которым следовало деление. Затем появи­лась безъядерная клетка — исходная форма для всех живых существ на Земле.

• Определенным этапом в развитии химических гипотез абиогенеза стала концепция А. И. Опарина, выдвинутая им в 1922—1924 гг. XX века. Гипотеза Опарина пред­ставляет собой синтез дарвинизма с биохимией. По Опарину, наследственность стала следствием отбора. В гипотезе Опарина желаемое выдастся за действитель­ное. Сначала нее особенности жизни сводятся к обмену веществ, а затем его моделирование объявляется реше­нном загадки возникновения жизни.

• Гипотеза Дж. Берпапа предполагает, что абиогенно воз­никшие небольшие молекулы нуклеиновых кислот из нескольких нуклеотидов могли сразу же соединяться с теми аминокислотами, которые они кодируют. В этой гипотезе первичная живая система видится как биохи­мическая жизнь без организмов, осуществляющая са­мовоспроизведение и обмен веществ. Организмы же, по Дж. Берналу, появляются вторично, в ходе обособ­ления отдельных участков такой биохимической жизни с помощью мембран.

• В качестве последней химической гипотезы возникнове­ния жизни на нашей планете рассмотрим гипотезу Г. В. Войткевича, выдвинутую в 1988 году. Согласно этой гипотезе, возникновение органических веществ пе­реносится в космическое пространство. В специфичес­ких условиях космоса идет синтез органических веществ (многочисленные орпанические вещества найдены в ме­теоритах — углеводы, углеводороды, азотистые осно­вания, аминокислоты, жирные кислоты и др.). Не ис­ключено, что в космических просторах могли образо­ваться нуклеотиды и даже молекулы ДНК. Однако, по мнению Войткевича, химическая эволюция на большин­стве планет Солнечной системы оказалась замороженной и продолжилась лишь на Земле, найдя там подхо­дящие условия. При охлаждении и конденсации газовой туманности на первичной Земле оказался весь набор органических соединений. В этих условиях живое веще­ство появилось и конденсировалось вокруг возникших абиогенно молекул ДНК. Итак, по гипотезе Войткевича первоначально появилась жизнь биохимическая, а в ходе ее эволюции появились отдельные организмы.

…..Или так оформляем:

Цель: знакомство с различными гипотезами происхождения жизни на Земле.
Ход работы.

1 графа - Теории и гипотезы, 2 -Сущность теории или гипотезы, 3-Доказательства

3. Ответить на вопрос: Какой теории придерживаетесь вы лично? Почему?

Цель: Познакомить учащихся с различными концепциями происхождения жизни.

  • Сформировать у учащихся научный, критический подход к философским проблемам. Учить избавляться от догматизма в суждениях.
  • Активизировать мыслительные процессы учащихся, применяя активные методы обучения: дискуссию, сравнение, самостоятельное изложение научных гипотез.
  • Прививать терпимость к людям инакомыслящим, уважать их мнение.

Проблема жизни - ее возникновения, сущности, существования в материальном и духовном аспектах, ее развитие и предназначение является одной из актуальных проблем науки вообще и биологической науки в частности. Посмотрите видеофрагмент и ответьте на вопрос.

Вопрос: Что же такое жизнь?

Ответ на этот вопрос вызывает затруднение не только у вас. Дать точное определение жизни чрезвычайно трудно, но все-таки такие попытки были предприняты неоднократно.

Многочисленные определения жизни можно свести к двум концепциям:

1.согласно первому, жизнь определяется субстратом, носителем ее свойств.

2.согласно второму, жизнь определяется как совокупность специфических физико-химических процессов.

Познакомимся с наиболее известными определениями жизни этих двух концепций.

(Определение Ф.Энгельса и М. Волькенштейна), (слайд 1,2)

Вывод: таким образом, по Энгельсу, материальным носителем жизни является белок, способ ее существования - самообновление, а механизм самообновления – обмен веществ.

По Волькенштейну, носителем жизни являются белок и нуклеиновые кислоты, сущность жизни как самовоспроизводящейся системы связана, со способностью постоянно обмениваться веществом и энергией с окружающей средой.

И все же не одно определение не является полным, так как не дает ответа на вопрос, чем живое отличается от неживого?

Единственный способ описать жизнь - это перечислить основные свойства живого.

Вопрос: Перечислите свойства живого. (слайд3)

Вопрос: Каждое ли из этих свойств, присуще только живому? Ответ аргументируйте.

Ответ: Нет, можно привести пример из неживой природы. Рост: сосулька, размножение - компьютерный вирус, движение - заводная игрушка.

Вопрос: Выделите из перечисленных свойств существенные для определения жизни.

Ответ: Основные (существенные) свойства это те, без которых не может существовать предмет. Для живых организмов это особый химический состав и обмен веществ, так как они обеспечивают все остальные свойства.

Точно также как нет однозначного ответа на вопрос, что такое жизнь? Нет и однозначного ответа на вопрос, как жизнь возникла на нашей планете?

С глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни. Все их многообразие сводиться к двум взаимоисключающим точкам зрения - биогенезу и абиогенезу. (слайд 4,5)

Гипотезы, касающиеся возникновения жизни, разнообразны. Среди главных следует упомянуть следующие гипотезы: креационизм, самозарождение, панспермия, стационарного состояния, химическая. (Название записывают в первую графу таблицы).

По ходу выступлений вы самостоятельно заполняете вторую графу таблицы.

Название гипотезы Суть гипотезы
1. Креацианизм жизнь создана творцом
2.Самозарождения жизнь возникла из неживого
3. Стационарного состояния жизнь существовала всегда
4. Панспермии жизнь занесена из космоса
5. Биохимическая жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся законам химии.

Итак, полистаем страницы истории, и послушаем, какие доводы в пользу своей точки зрения приводили сторонники каждой из гипотез.

Гипотеза креационизма - взгляд на возникновение жизни с точки зрения верующих людей. (Слайд 6)

Выступление первой группы. Согласно этой гипотезе жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. ЕЕ придерживаются последователи всех религиозных концессий мира - ислама, христианства, буддизма, иудаизма.

С точки зрения этих религий Вселенная состоит из материальной и духовной составляющих. Живую материю, то есть животный, растительный мир и человека породила духовная составляющая, другими словами Бог.

Сторонники этой гипотезы приводят примеры особенностей живой материи, которые не могут быть объяснены современной наукой и с точки зрения религии демонстрируют существование Высшего Разума.

Например: вирусы состоят из белковой оболочки и ДНК. В клетке хозяина для размножения вирусу необходимо удвоить молекулу ДНК, но для этого нужна огромная энергия, кто инициирует этот процесс? В рамках естественных наук вопрос пока без ответа.

Материалист Ч.Дарвин в последние годы жизни писал о живых организмах - “меня прошибает холодный пот: такое не может образоваться само собой. У них должен быть Всевышний Творец”.

Значит ли это, что присущая многим стереотипная точка зрения о том, что наука и религия по сути своей противоречивы верна?

Нам кажется, что нет. Наука и религия это способы познания двух сторон единого мира - материальной и духовной реальности. На практике они должны не противопоставляться, а дополнять и поддерживать друг друга. Вот почему Альберт Эйнштейн говорил: “Наука без религии ущербна, религия без науки слепа”.

Учитель: Есть ли у вас вопросы, дополнения, возражения выступающему?

Гипотеза самозарождения жизни.

Суть этой гипотезы заключается в том, что жизнь возникла из неживого.

“Таковы факты, - писал в своем труде Аристотель, - живое может возникать в результате не только спаривания организмов, но и в результате разложения почвы, самозарождаясь под действием сил природы из разлагающейся земли.” (слайд 7)

Против такого подхода к проблеме зарождения жизни выступил итальянский натуралист Франческо Реди.

“Убежденность была бы тщетной,- писал он, - если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому я взял 2 сосуда, поместил туда угря. Один сосуд был закрыт, а другой оставался открытым, Можно было видеть, что личинки мух появились только в открытом сосуде. Значит, личинки зарождаются не самопроизвольно, а из отложенных мухами яиц.”

Но противники Реди, так называемые виталисты (от лат. Витас - жизнь)- сторонники всепроникающей жизненной силы - утверждали, что в закрытый горшок не мог поступить воздух, а вместе с ним и “жизненная сила”, поэтому личинки мух в закрытом сосуде и не появлялись.

Тогда Реди поставил гениальный по простоте опыт. (слайд 8) Он поместил мертвых змей в 2 сосуда один оставил открытым, другой закрыл кисеей. Через некоторое время личинки мух появились только в открытом сосуде. Опыт убеждал в том, что растения и животные появляются только из семян или яиц, образуемых родительскими особями, но не могут возникнуть из неживой природы. А как быть с микроорганизмами? Споры между сторонниками биогенеза и абиогенеза продолжались.

В 1859 г. Французская академия наук назначила премию тому, кто положит конец спорам о самозарождении жизни.

В 1862 г. Премию получил Луи Пастер. Он провел эксперимент, по простоте соперничавший с опытом Реди. (слайд 9) В колбах он кипятил мясной бульон, в котором могли бы развиваться микроорганизмы. При кипячении они и их споры погибали. К колбе Пастер присоединил изогнутую трубку, споры микробов оседали в ней и не могли проникнуть в питательную среду, а доступ пресловутой “жизненной силы “был обеспечен. Питательная среда оставалась стерильной, но стоило отломить трубку, как среда загнивала.

  • пастеризации
  • консервации
  • учение об асептики и антисептике

Таким образом, подтвердилась гипотеза биогенеза. Но тут же возник новый вопрос, если для возникновения живого необходим другой живой организм, то откуда взялся самый первый живой организм?

Учитель: Есть ли у вас дополнения, возражения к выступающему.

Ученик: Я хотел бы добавить, что сам Пастер писал, что его двадцатилетние безуспешные попытки выявить хоть один случай самозарождения жизни не убедили его в том, что это не возможно в принципе. Его опыт доказал лишь то, что в его колбах, при его условиях и с его исходным материалом жизнь действительно не возникла.

Учитель: Гипотеза стационарного состояния.

Согласно этой гипотезе, Земля никогда не возникала, она существовала вечно, она всегда была способна поддерживать жизнь. Эта гипотеза постулирует, что физические условия на Земле, в атмосфере и океане, как прежние, так и нынешние активно созданы жизнью самой для себя. Это противоположно дарвиновскому представлению, что жизнь приспособилась к условиям на Земле. Жизнь на Земле также вечна, как и геологическая история истории Земли. Виды тоже существовали всегда, у каждого вида существует 2 возможности – изменение численности, либо вымирание. В качестве примера приводиться представитель кистеперых рыб - латимерия. (слайд 10) По данным палеонтологии эти рыбы вымерли 70 млн. лет назад. Однако в 1938гуостроваМадагаскара

была поймана живая латимерия. Значит, древние формы жизни живут рядом с нами. Эти факты плохо согласуются с учением о естественном отборе.

В 1933 г. В Австралии в горных породах, возраст которых датируется в 3,8 млр. лет нашли следы цианобактерий, хотя геологи утверждают, что в то время на Земле происходили события, исключавшие возможность зарождения жизни. Кроме того, такие же цианобактерии были найдены в современных соленых лагунах. Они прошли в неизменном виде всю историю Земли.

Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может показывать на время появления или вымирания вида.

Появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте, говорит лишь об увеличении численности вида или перемещением его в места, благоприятные для сохранения остатков.

Гипотеза панспермии.

Согласно этой гипотезе жизнь возникла в разное время и в разных частях Галактики. Она переноситься с планеты на планету метеоритами. Простейшие организмы или их споры попадая на планету и найдя здесь благоприятные условия, размножаются, давая начало эволюции от простейших форм к сложным. (слайд11)

Для обоснования этой гипотезы используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты, а также изучение материалов метеоритов и комет. В их составе обнаруживаются многие “предшественники” живого - такие вещества, как цианогены, синильная кислота, те органические соединения, которые, возможно, сыграли роль “семян”, падавших на голую Землю.

Одним из свидетельств в пользу гипотезы внеземного происхождения жизни было обнаружение внутри метеорита, названного ALH 84001 палочковидных образований, напоминающих по форме окаменелые бактерии. Сам метеорит был частичкой марсианской коры, которая была выброшена в космос 16 млн. лет назад в результате взрыва на этой планете. А 13 тыс. лет назад он упал на Землю, в Антарктиде, где и был недавно обнаружен. Окончательно ответить на вопрос “Есть ли жизнь на Марсе?” удастся в скором будущем, когда будут опубликованы отчеты американского национального управления по аэронавтике и космическим исследованиям NASA. Эта организация осуществила запуск спутника на Марс с целью взятия образцов марсианского грунта и теперь проводит обработку полученного материала. Если исследования покажут, что микроорганизмы населяли Марс, то о занесении жизни из космоса можно будет говорить с большей долей уверенности.

Ученик: Мне хотелось сказать, что эта гипотеза не дает ответа на вопрос, как возникла жизнь вообще? Ведь даже, если споры жизни и были занесены на Землю из Космоса, они должны были где-то возникнуть. Кроме того, прежде чем споры попали на Землю, они долгое время пробыли в космосе под действием космической радиации, а мы знаем, что для всех живых существ на Земле радиация губительна.

Химическая гипотеза:

  1. Абиогенный синтез простейших органических соединений из неорганических.
  2. Абиогенный синтез полимеров (белков, углеводов, нуклеиновых кислот) из простых органических соединений.
  3. Образование коацерватов, как обособление в растворе высокомолекулярных веществ в виде высококонцентрированного раствора.
  4. Взаимодействие коацерватов с окружающей средой, сходство с живыми существами: рост, питание, дыхание, обмен веществ, размножение.
  5. Возникновение генетического кода, мембраны, начало биологической эволюции.

Доказательством того, что первый и второй этап может осуществляться без участия живых организмов, явились опыты С. Миллера и С. Фокса.

В 1955 г. С. Миллер создал установку, с помощью которой в миниатюре были воспроизведены условия, существовавшие на первобытной Земле. (слайд 13) Атмосферой в этой модели служила смесь газообразного метана, воды, аммиака, водорода и углекислого газа. Именно такой, по-мнению, ученых была первичная атмосфера. В камеру с атмосферой были вмонтированы электроды, для получения электрических разрядов, имитировавших молнию - один из возможных источников энергии для химических реакций нам первобытной Земле. В результате опыта были получены простейшие углеводороды, и даже аминокислоты.

В 1953 г. С Фокс провел эксперимент, в котором, нагревая смесь аминокислот, при нормальных атмосферных условиях он получил полипептидные цепочки. (слайд 14)

Эти опыты подтверждали гипотезу Опарина о том, что простые компоненты первичной атмосферы могли вступать во взаимодействие и усложняться, а затем конденсироваться с образованием полимеров.

Третий этап – образование коацерватов, тоже был подтвержден экспериментально (слайд 15). В коллоидных растворах полипептидов, при определенных условиях образуются сгустки объемом 10 8 кубических сантиметров. Вокруг капель имеется граница раздела - водная оболочка. Коацерваты обладают способностью поглощать различные вещества, увеличиваться в размерах, т.е. проявлять признаки напоминающие питание, рост.

В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению могла возникнуть примитивная клетка, так называемый пробионт ( предшественник первых живых организмов).

Ученик: Мне хотелось бы добавить следующее. Хотя гипотеза Опарина и считается одной из более убедительных, много неясного и в ней.

Так, на мой взгляд, в этой гипотезе желаемое выдается за действительное. Сначала все особенности жизни сводятся к обмену веществ, а затем его моделирование объявляется решением загадки возникновения жизни. Но даже при таком подходе так никому и не удалось воспроизвести последний и самый важный этап - получить систему способную к самовоспроизведению.

Эта теория не объясняет существования на Земле единого генетического кода.

Учитель: Мы заслушали выступление всех групп. В качестве эпилога ребята еще раз напомнят вам суть основных гипотез происхождения жизни, но уже в стихотворной форме. (стихи)

Проверим, что вы записали в таблицу.

Действительно, на сегодняшний день, однозначного ответа о происхождении жизни мы дать не можем. Мы можем придерживаться какой- то концепции или выстроить собственную гипотезу, но это не означает, что точки зрения, не совпадающие с нами ошибочны и не имеют право на существование. Каждый человек имеет право на свою точку зрения, но при этом должен уважать мнение других.

Вопрос: Какая гипотеза ближе Вам и почему?

Ученик: Мне больше импонирует гипотеза креационизма, и не потому, что она точно отвечает на вопрос, как возникла жизнь, а потому что она отражает потребность человека понять внутреннюю сущность этого мира, познать смысл жизни.

Ведь ответы на эти вопросы очень важны для человека, они служат основой для его представлений о моральных ценностях. И не случайно, по-моему, сейчас когда многие моральные устои подорваны, люди обращаются к религии. Ведь все религии учат, что истинный путь развития человека – это путь нравственного самоусовершенствования, путь добра и милосердия по отношению ко всему живому.

А сейчас попробуем порассуждать вместе. (слайд 16, 17, 18, 19)

Домашнее задание. Обзор литературы. (слайд 20, 21). Оценки за урок.

Проблема происхождения жизни волнует человечество с древних времен. В попытках объяснить, каким образом на нашей планете могли возникнуть живые организмы, выдвигалось множество предположений. В пользу некоторых из них свидетельствуют определенные научные факты и результаты экспериментов. Другие гипотезы, напротив, были опровергнуты. Однако и на сегодняшний день вопрос о возникновении жизни на Земле нельзя считать полностью решенным.

Креационизм . В соответствии с этой религиозной и философской концепцией природа была создана Богом (Творцом), в том числе и все живые организмы. Поэтому гипотезы креационизма (от лат. creatio — творить) еще называют гипотезами Божественного сотворения мира. Позиций креационизма придерживаются сторонники практически всех распространенных религиозных учений. Большинство религий описывает создание мира и живых организмов в той форме, которая доступна для понимания широким слоям населения. Однако у креационистов нет единой точки зрения на процесс сотворения мира: в разных религиозных учениях существуют различные его трактовки и нередко они противоречат друг другу. При этом акт Божественного творения рассматривается как произошедший лишь однажды в прошлом. Следовательно, он недоступен для исследования. В связи с этим гипотезы креационизма невозможно ни доказать, ни опровергнуть с научной точки зрения. По-видимому, они будут существовать пока существует само человечество.

Читайте также: