§38. Урок-семинар "Происхождение и развитие жизни на земле"

Вспомните. Задание №1

Как можно определить понятие «жизнь»?

Ответ:

Жизнь — это способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь.

Задание №2

Что представляет собой Земля как космическое тело?

Ответ:

Земля — третья планета от Солнца. Находится в Солнечной системе, галактика Млечный путь. Является самой плотной среди других планет Солнечной системы. Единственная планета Вселенной, на которой проживают живые организмы.

Задание №3

Кого называют «живые ископаемые»?

Ответ:

Живые ископаемые, филогенетические реликты — сборное название ныне существующих видов растений и животных, которые относятся к крупным таксонам, почти полностью вымершим десятки или сотни миллионов лет назад.

Темы для обсуждения. Задание №Тема 1

Гипотезы о происхождении Земли
Большинство учёных, занимающихся проблемами происхождения и развития Вселенной, полагают, что Солнечная система сформировалась из прародительского космического облака, в котором возникли некие центры сгущения вещества. Но у астрономов, геологов и физиков ещё не сложилось единого мнения о причинах образования нашей планеты, и ни одна из предложенных гипотез не может в полной мере объяснить строения Солнечной системы. Обсудите вопрос о том, как произошла наша планета. Можно ли оценить во времени процесс становления Земли как планеты? Какими часами измерить продолжительность жизни Солнечной системы? Сколько лет Земле?

Ответ:

С древнейших времен человечество интересовал вопрос о сотворении нашего мира. Долгое время любопытство людей удовлетворяли сначала языческие мифы, а потом и священные тексты мировых религий. Однако развитие науки, а в особенности астрономии, подтолкнуло людей к поиску научного объяснения возникновения Земли.
Гипотеза Ж. Бюффона
Одним из первых ученых, предложившим свою теорию образования нашей планеты, стал Жорж Бюффон. В 1749 г. он опубликовал труд «Естественная история», в котором и описал свою идею. Согласно ей, в древности в Солнце врезалась гигантская комета, в результате чего от светила отделилась несколько фрагментов, которые со временем образовали планеты солнечной системы.
Бюффон полагал, что изначально Солнце не вращалось вокруг своей оси, но удар кометы, пришедшийся по касательной, раскрутил его, а также придал вращение и тому веществу, из которого возникли планеты. Ученый полагал, что наша звезда является твердым небесным объектом, но это не так. Также Бюффон переоценивал размеры комет. Они слишком малы, чтобы суметь значительно повлиять на звезды.
Теория Канта
Ещё одна попытка объяснить возникновение Земли была предпринята Иммануилом Кантом в 1755 г. Он предположил, что ранее Вселенная была наполнена множеством пылевых частиц, отличавшихся своими размерами и массой. Из−за действия гравитационных сил они стали притягиваться друг к другу, образуя Солнце, а также пылевое облако вокруг него. Постоянные столкновения между частицами привели к вращению звезды и облака, из которого в дальнейшем образовались планеты. При этом планеты изначально были холодными, а не остывали в процессе своего появления.
Современные представления о возникновении Солнечной системы
Предполагается, что раньше на месте нашей планетной системы существовала огромная звезда Коатликуэ, имевшая массу в 30 раз больше современной солнечной массы. Коатликуэ взорвалась и образовала огромное молекулярное облако. Примерно 4,6 млрд лет назад из него стало формироваться Солнце. Начало этого процесса вызвало явление гравитационного коллапса – быстрого сжатия вещества вследствие действия его собственной силы тяжести.
В оставшейся части облака уже возникли другие уплотнения, которые в будущем образовали протопланеты. На момент рождения Солнца их насчитывалось порядка 50−100 этих образований. Они продолжали сталкиваться друг с другом и соединяться, но иногда столкновения приводили к образованию спутников. Считается, что Луна образовалась в результате столкновения протопланеты Тея и Земли примерно 4,533 млрд лет назад. Удар прошел по касательной, а потому наша планета стала вращаться вокруг своей оси.
В начале XXI века среди ученых возобладало мнение, что планеты не сразу заняли положение на своих современных орбитах. 4,5 млрд лет назад они находились значительно ближе к Солнцу, чем сейчас. Теоретически в районе пояса астероидов могла образоваться ещё одна планета, однако этого не произошло из−за формирования Юпитера. Этот гигант обладает огромной массой, поэтому он стал выкидывать из тела из пояса астероидов. Некоторые из астероидов попали во внутреннюю Солнечную систему и бомбардировали уже сформировавшиеся там планеты. За счет этих бомбардировок на Земле появилась вода. В начальный период своего возникновения Земля была сильно разогрета. Однако после прекращения эпохи бомбардировок начался процесс ее остывания.
Учёный Гюйгенс создал в 1637 году первые маятниковые часы, положив начало эпохе точного измерения времени, которыми можно измерить продолжительность жизни Солнечной системы.

Темы для обсуждения. Задание №Тема 2

Каменная летопись Земли
С давних пор люди находили странные образования — окаменелости, напоминавшие то листья растений, то кости животных, то раковины моллюсков. По мере того как росло количество собранных образцов, становилось всё более очевидным, что многие ископаемые животные и растения совершенно не похожи на существующие ныне виды. Сравнивая окаменелости с современными животными и растениями, учёные−палеонтологи делали первые попытки установить условия, в которых жили погибшие организмы. Обсудите вопрос: что могут «рассказать» нам о развитии жизни на Земле горные породы и содержащиеся в них окаменелости?

Ответ:

Земле около 4,5 миллиарда лет. Однако в «каменной летописи» подробно описываются лишь примерно 600 миллионов лет ее поздней геологической истории под названием фонерозой. Эта эра начинается с кембрийского периода протяженностью 65 миллионов лет, в котором стартовала «Эстафета жизни».
В Кембрии появились первые беспозвоночные животные — моллюски, медузы, черви. В ордовике в течение последующих 60 миллионов лет — первые рыбы. Затем в силуре, длившемся около 30 миллионов лет, — наземные растения. Как в калейдоскопе, менялись фрагменты эволюции животного и растительного мира.
В осадочных толщах девона палеонтологи находят окаменелые скелеты первобытных амфибий. Предки современных лягушек стали населять планету примерно 400 миллионов лет назад. За девоном последовал карбон. Это был самый продолжительный в фанерозое период, длившийся 75 миллионов лет. В карбоне зародились рептилии. Впрочем, самые гигантские из низ — многотонные динозавры и их собратья — довольно быстро исчезли с лица Земли.
Следующий период — триас — длился 35 миллионов лет, а за ним юра — 58 миллионов лет. Где−то на границе триаса и юры, то есть 200 миллионов лет назад, на смену гигантским ящерам пришли млекопитающие, а несколько позже — и меловом периоде — появились птицы.
А вот история появления человека по шкале геологического времени самая короткая. Разумный человек сформировался более 2 миллионов лет назад в плейстоцене.
Осадочные горные породы часто содержат остатки животных и растений, попавшие в отложения до их превращения в породу. Ткани и кости организмов постепенно замещаются минералами и, окаменев, хорошо сохраняются. Окаменелости рассказывают нам о жизни в глубокой древности и помогают геологам определять возраст породы.
Некоторые осадочные породы почти полностью состоят из окаменелостей. Например, известняк−ракушечник — из ископаемых морских раковин, мел — из микроскопических панцирей морского планктона, уголь — из спрессованных частей растений.
Если увеличить мел в тысячу раз с помощью электронного микроскопа, мы увидим, что он состоит из кокколитов — пластинок панциря одноклеточных планк тонных водорослей кокколитофоридов, живших в доисторических океанах.

Темы для обсуждения. Задание №Тема 3

Лестница жизни
Исследуя ископаемые остатки животных и растений (окаменелости), а также образцы горных пород, учёные установили, что историю нашей планеты можно разделить на ряд больших этапов. Изучите геохронологическую шкалу (см. рис. 44) и обсудите, какие изменения происходили в органическом мире на разных этапах развития. Какие ещё объекты, помимо названных выше, используют исследователи для установления событий, происходивших в истории развития Земли?

Ответ:

Жизнь на нашей планете появилась около 3,8 млрд лет назад. В это время уже оформляется земная кора. В последствии непрерывного движения тектонических плит, происходило её постоянное изменение.
Первые живые организмы появляются в воде, а на сушу выбираются спустя несколько миллионов лет. Процесс геологического развития Земли происходит и сейчас.
Всю историю Земли учёные делят на временные отрезки – эоны. Существуют 2 крупных эона в истории Земли: Докембрий и Фанерозой. В свою очередь эоны делятся на эры, а эра − на периоды. Каждый из этапов характеризуется важными событиями в формировании условий для жизни на Земле. Смена этапов происходит в результате масштабных природных катаклизмов.
Архей – самый древнейший этап жизни в истории Земли. Сам термин был предложен геологом Дж. Дана в 1872 году. Начинается этот период примерно 4,5 млрд лет назад, когда планета Земля только формировалась. Сохранившиеся горные породы этого времени свидетельствуют о развитии прокариотической (доядерной) формы жизни. Первые фотосинтезирующие организмы сохранились до наших дней в виде окаменелостей и их возраст насчитывает 3,4 млрд лет. В атмосфере присутствовал хлор, водород и аммиак. В Архее формируются залежи серы, никеля, железа. Уровень радиации в это время был достаточно высок, а температура доходила до 80 градусов по Цельсию.
Протерозойская эра начинается примерно 2,5 млрд лет назад и длится до 540 млн лет назад. Это самый длительный геологический период в истории Земли. Происходит формирование почвы и одноклеточных организмов, появляются первые водоросли, черви и моллюски. С начала периода кислород в атмосфере отсутствует, но со временем его начинают выделять бактерии, жившие в «первичном бульоне». У некоторых из них появляется способность к аэробному дыханию. Солнце начинает давать больше света, однако его недостаточно для прогрева Земли. Наоборот, – Земля значительно охлаждается в этот период. Вся планета покрывается ледником, отсюда появляется гипотеза Земля−снежок. Вероятно, похолодание было связано с резким увеличением кислорода в атмосфере.
Палеозой делится на 6 периодов:
• Кембрийский период – этот период занимает 530−490 млн лет назад. В кембрии происходит формирование флоры и фауны Земли. Однако из−за высоких температур живые существа не могли проживать на суше, как правило, жизнь развивалась в воде. В океане жили водоросли, моллюски и членистоногие.
• Ордовикский период (490 – 422 млн лет назад). В океане начинают появляться позвоночные, коралловые и губки. На суши распространяются лишайники, а также первые членистоногие.
• Силурский период начинается с 422 и заканчивается 418 млн лет назад. В нём появляются растения на суше, у членистоногих возникает лёгочная ткань. У позвоночных формируется костный скелет. В силуре появляются климатические зоны, а также возникают горные массивы.
• Девонский период длится с 418 по 353 млн лет назад. Поверхность земли покрывается лесами. Появляются амфибии, живущие на суше, а также первые насекомые.
• Каменноугольный период длился с 353 по 290 млн лет назад. Появляются земноводные, но в конце периода температура сильно снижается, что приводит к вымиранию живых существ.
• Пермский период охватывает промежуток с 290 по 249 млн лет назад. Появляются пресмыкающиеся, температура возрастает, образуются пустыни.
В свою очередь мезозой делится на 3 периода:
• Триасовый период (248 – 200 млн лет назад) – в это время суша начинает делиться на континенты. Возникает класс млекопитающих и семейство растений.
• Юрский период (200 – 140 млн лет назад) – это период отличает возникновение покрытосеменных растений и прародителей птиц – динозавров.
• Меловой период (140 – 65 млн лет назад) – развиваются высший формы млекопитающих и птиц. В конце мелового периода вымирают динозавры.
Кайнозой – это современная эра Земли. Начинается 65 млн лет назад. Этот период истории Земли отличается большим разнообразием видов животных и растений, наземных млекопитающих. Кайнозой также является эрой саванн, цветковых растений и насекомых. Происходит эволюция птиц.

Темы для обсуждения. Задание №Тема 4

Живые ископаемые
Среди ныне живущих видов организмов можно встретить тех, которые принадлежат к группам животных и растений, обитающих на Земле уже многие миллионы лет. Их принято называть «живыми ископаемыми». Все они претерпели очень мало изменений за долгие геологические эпохи, и у всех у них есть своеобразные черты, кажущиеся примитивными в сравнении с большинством современных групп растений и животных. Обсудите возможные причины такого относительного постоянства.

Ответ:

Изучая окаменелости, можно сделать вывод, что ни один вид не сохраняется вечно — средний срок распространения отдельного вида длится от одного до десяти миллионов лет. Из всех видов, когда−либо обитавших на Земле, 99,9 % являются вымершими, поэтому случаи так называемых живых ископаемых крайне редки. Живым ископаемым называется живой организм, который не отличается в основных чертах от организмов, изученных по окаменелым остаткам. Это современные организмы с анатомическими или физиологическими признаками, которые присутствовали у их вымерших предков. Часто они встречаются в очень удаленных, ограниченных и почти не изменившихся средах обитания. Поэтому их эволюция протекала крайне медленно.
К этой категории принадлежат магнолия, гинкго двулопастный, двоякодышащие рыбы, некоторые моллюски, вроде наутилуса и лингулы, и целакант (латимерия). Все живые ископаемые не обязательно считаются переходным звеном от одного типа животных к другому, но некоторые сочетают признаки разных групп и свидетельствуют об их происхождении от общего предка.
В качестве примера приведем следующие виды:
• Перипатус (Peripatus), совмещающий признаки, свойственные членистоногим и кольчатым червям.
• Неопилина (Neopilina), которая может быть переходным звеном между кольчатыми червями и моллюсками.
• Ланцетник (Amphioxus), который представляет собой связующее звено между позвоночными и беспозвоночными.
Изучение живых ископаемых помогает проверить уже имеющиеся данные о связи между различными группами организмов, а также сверить реконструкцию вымерших животных на основе ископаемых остатков.
Конечно же, эти современные животные и растения не совсем идентичны их ископаемым предкам, но они с полным правом могут называться живыми ископаемыми, поскольку многие их признаки сохранились с древнейших времен и похожи на признаки вымерших организмов. Иногда их называют реликтовыми видами (от лат. relictus — остаток).