ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
Среднетехнический факультет
Кафедра математических и естественнонаучных дисциплин
БИОЛОГИЯ
Конспект лекций
для студентов 1 курса
всех форм обучения
Кемерово 2010
Составитель:
Преподаватель,
Рассмотрено и утверждено на заседании
кафедры математики и естественнонаучных дисциплин
среднетехнического факультета
В курсе общей биологии рассмотрены основные аспекты существования и функционирования живых систем, во взаимосвязи с окружающей средой. А также, основы селекции живых организмов и генной инженерии. Большое внимание уделено раскрытию теории эволюции.
© Кем ТИПП, 2010
ПРЕДИСЛОВИЕ
Наше время характеризуется чрезвычайно возросшей взаимозависимостью людей. Жизнь человека, его здоровье, условия его труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых очень многими другими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека та же влияет на судьбу многих других. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой частью мировоззрения каждого человека, независимо от его специальности. Строителю, технологу, мелиоратору знание биологии необходимо так же, как врачу или агроному ибо только в этом случае они будут представлять последствия своей производственной деятельности для природы и человека.
Цель данного курса лекций – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих ее законах, познакомить с многообразием жизни и историей её развития на Земле. В соответствии с этим особое внимание уделяется анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экосистем. В курсе приведены примеры, характеризующие подчиненность человека всем известным биологическим законам.
РАЗДЕЛ 1 ПРОИСХОЖДЕНИЕ И НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Тема 1.1 Многообразие живого мира. Основные
свойства живого
Терминология
1. Неорганические соединения – элементы и образуемые ими простые и сложные вещества, встречающиеся в больших количествах вне живых организмов.
2. Органические соединения – соединения углерода с другими элементами, встречающиеся преимущественно в живых организмах.
3. Биополимеры – высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются простые органические молекулы.
4. Клетка – структурно-функциональная единица, а так же единица развития всех живых организмов.
5. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, связанных выполнением общих функций.
6. Орган – совокупность пространственно изолированных тканей, специализированная на выполнении определенных функций.
7. Биологическая система – биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько уровней организации. Обладает свойствами целого.
Биология – это наука о жизни. Биология изучает строение, проявление жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов планеты. Живое на планете представлено необычайным многообразием форм, множеством видов живых существ. Ученые постоянно находят и описывают новые виды как существующие, так и вымершие в минувшие эпохи.
Одной из основных задач биологии является раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями обитания.
Важное значение в науке имеют вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения.
По предмету изучения биология подразделяется на отдельные науки:
Ботаника;
Зоология;
Анатомия;
Медицина;
Экология и т. д.
Каждая из этих наук имеет собственные подразделения и благодаря накопленным знаниям – все более специализируется.
В соответствии с уровнем организации живой материи выделяются научные дисциплины: молекулярная биология , цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях и т. д.
Биология использует самые различные методы изучения:
1. исторический;
2. описательный;
3. инструментальный.
В различных областях биологии все больше взрастает значение пограничных дисциплин: биофизика , биохимия, бионика.
Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание их позволяет составить точную картину мира и использовать в практических целях.
Достижения биологии последнего времени привели к возникновению новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе. (Генная инженерия). Практическое применение достижений современной биологии, в настоящее время позволяет получить новые биологические вещества – пищу, лекарства, материалы. Исключительная способность природы к самовосстановлению создала иллюзию ее неуязвимости, безграничности ее ресурсов. Но это не так. Поэтому вся деятельность человека должна строиться с учетом принципов организации биосферы .
Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. В сельском хозяйстве достигнуты большие успехи по выведению новых сортов культурных растений, пород домашних животных, штаммов микроорганизмов. В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, с возрастающей численностью городского населения. В такой ситуации важна интенсификация сельхозпроизводства. Важную роль в этом будет играть научно обоснованное использование природных ресурсов.
Первые живые существа появились на нашей планете 3 млрд. лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появились, процветали в течение определенного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли современные живые организмы, образующие четыре царства природы:
Более 1.5 млн. видов животных;
350 тыс. видов растений;
Значительное количество видов грибов;
Множество организмов – прокариотов.
Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть отдельным организмом и частью многоклеточного растения или животного. Она может быть простейшей или сложной. Любая клетка представляет собой целый организм, способный выполнять все функции для обеспечения жизнедеятельности. Клетки, входящие в состав многоклеточного организма специализированны – они выполняют одну функцию и не способны существовать вне организма. У высших организмов взаимосвязь и взаимозависимость клеток приводит к созданию нового качества, не равного простой сумме. Соединения их в процессе эволюции образует целостный организм с определенными, присущими только ему свойствами.
Уровни организации живой материи
Живая природа представляет собой сложноорганизованную систему.
Существует несколько уровней организации живого:
1. Молекулярный (0,1 – 1 мм.) 10м.
С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма. Любая система, как бы сложно она не была устроена, осуществляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул – белков, полисахаров, ДНК.
2. Клеточный (10нм – 1мкм) 1м.
Клетка – наименьшая структурная единица всего живого. Неклеточных форм жизни нет. Вирусы – исключение т. к. живут только в клетке.
3. Тканевый (10мкм – 100мкм) 1м.
Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции.
4. Органный (100мкм – 1мм) 1м.
Орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей.
5. Организменный (1мм – 1дм) 1м.
Организм – это простейшая одноклеточная или многоклеточная система, способная к самостоятельному существованию. Он образован совокупностью тканей и органов.
6. Популяционно – видовой.
Совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания создает популяцию, в которой протекают элементарные эволюционные преобразования.
7. Биогеоценотический.
Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и разной сложности организации со всеми факторами среды.
8. Биосферный.
Это высший уровень организации жизни. В него входят – живое вещество, косное вещество и биокосное вещество.
Биомасса планеты 2,5·1012 т. Из них 99% масса организмов суши представлена зелеными растениями. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов планеты.
Критерии живых систем
Это система оценок отличающих живые системы от объектов неживой природы.
1. Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако их соотношение неодинаково. Элементы неживой природы представлены: О2, Si, Fe, Mg, Al, S, MeO, MeS, MeCO3 и т. д. В живых организмах 98% состава приходится на O2, C, N2, H2. Они входят в состав сложных органических молекул: белков, ДНК, углеводов, жиров.
2. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Важнейшими процессами являются синтез и распад. Живые организмы поглощают из среды различные вещества, они перерабатываются. Часть идет на строительство организма, часть – на пополнение энергозатрат. Это ассимиляция или пластический обмен. Это диссимиляция или энергетический обмен, когда органические соединения распадаются на простые и выделяется энергия. Метаболизм обеспечивает гомеостаз организма – это постоянство его строения и функций.
3. Единый принцип структурной организации. Все организмы на любой ступени сложности и размеров состоят из клеток.
4. Репродукция. На организменном уровне репродукция проявляется в виде размножения особей. Потомство сходно с родителями. В основе самовоспроизведения лежит реакция матричного синтеза при самоудвоении ДНК.
5. Наследственность . Это способность организмов передавать свои признаки, свойства, способности из поколения в поколение. Наследственность обеспечивает материальную преемственность в ряду поколений.
6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное изменение объектов природы. В результате возникает новое, качественное состояние объекта, изменяется его состав и структура.
А) индивидуальное – онтогенез.
Б) историческое – филогенез.
7. Раздражимость. Это свойство живых организмов избирательно реагировать на внешние воздействия. Многоклеточные организмы реагируют на раздражение по средствам рефлекса. Организмы не имеющие нервной системы реагируют тропизмами – направлением роста, движения (гелиотропизм – движение к солнцу).
8. Дискретность. Это свойство живой материи. Она идет от простого к сложному. Дискретность строения организма – основа его структурного порядка.
9. Авторегуляция . Это способность живых организмов в условиях меняющейся среды поддерживать постоянство химсостава и интенсивность физиологических процессов. Эта деятельность регулируется функцией особых систем.
10. Энергозависимость. Живые тела – это энергетически открытые системы. Обменные процессы осуществляются в них через оболочки (мембраны, кожа). Они поддерживают постоянство состава и единство системы. Живые организмы существуют при постоянном поступлении материи и энергии извне.
Жизнь – это активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры.
Контрольные вопросы
1. Сущность термина «Биология».
2. Подразделение биологии по предмету изучения.
3. Подразделение биологии по уровню организации.
4. Значение биологии для человека.
5. Многообразие живого мира.
6. Биологические системы.
7. Уровни организации живого.
8. Критерии живых систем.
Тема 1.2 Возникновение жизни на Земле
Терминология
1. Туманность – скопление газово-пылевой материи во вселенной, имеющее большие размеры.
2. Галактика – звезда и окружающие ее планеты.
3. Звездная система – система звезд с окружающими их планетами, развивающаяся из одной туманности.
4. Планета – небесное тело, совершающее движение по близкой к круговой орбите вокруг звезды, светящееся отраженным светом.
5. Абиогенный синтез – образование органических молекул из неорганических вне живых организмов.
6. Энергия – общая количественная мера количества движения материи.
7. Раствор – однородные смеси двух или нескольких веществ, распределенных в растворителе.
8. Коацервация – разделение раствора ВМС на фазы с большей и меньшей концентрацией молекул.
9. Коацерват – пузырьки жидкости, окружённые белковыми пленками.
10. Адсорбция – поглощение вещества из жидкой среды поверхностью твердого тела.
Вопрос о происхождении жизни на Земле, а так же, вероятно и на других планетах иных звездных систем волновал человека с той поры, как он начал осознавать себя человеком, стал познавать себя и окружающий мир. Первые попытки теоретического решения вопроса восходят к глубокой древности и носят отпечатки тех эпох и воззрений. В этом вопросе с глубокой древности существуют две точки зрения: одна утверждает возможность происхождения живого от неживого – это теория абиогенеза, другая – теория биогенеза – отрицает самопроизвольное зарождение жизни. Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на научную почву и тем самым обосновать правильность теории абиогенеза.
Представления древних и средневековых философов
Общий уровень знаний в древнем мире был невысок, взгляды отличались фантастичностью. Незнание способов размножения организмов служило причиной того, что считалось возможным возникновение живых существ из мертвых останков, либо неорганических веществ. Эти взгляды поддерживались церковью. Открытие микроскопа расширило представления о строении организмов, теория происхождения живого от неживого была отвергнута. Опытами итальянца Реди (середина XVII в.) было доказано что все живое происходит от живого. Однако теория самозарождения живого из неживого еще долго существовало в ушах ученых. Опыты француза Л. Пастера окончательно развеяли эту теорию. На основе работ Пастера были разработаны методы стерилизации и консервирования. Это произошло в 1870г.
В дальнейшем этот вопрос был перенесен на клетку, а микроорганизмы больше не рассматривались. Одновременно с работами Пастера возникла теория вечности жизни. Согласно теории Рихтера в 1865г жизнь на Землю была занесена с других планет. Эта теория не раскрывает сути происхождения жизни, она лишь пытается объяснить ее появление.
Особое место в решении вопроса принадлежит материалистическим теориям. Ключевым вопросом здесь являются различия между живым и неживым. За основу происхождения живого ученые принимают образование белковых соединений. Согласно теории англичанина Эллена в 1899г. первое появление азотистых соединений на Земле приурочено к периоду, когда пары воды сконденсировались в воду и покрыли поверхность планеты. Вода была насыщена солями, имеющими большое значение для образования и деятельности белка. В этом горячем растворе, в присутствии ультрафиолета, электрических разрядов, большого количества углекислоты началось зарождение живого, которое впоследствии прошло длительный путь эволюции.
Исследуя вопрос о происхождении живого одновременно следует понять процессы, протекающие при образовании планеты. Ответ на эти вопросы дают астрономия и химия. Основным методом исследования космоса является спектроскопия. Анализ света, излучаемого звездами дает богатые сведения об их химическом составе. С конца 19 в. было зарегистрировано 2млн. спектров 15 тыс. звезд и Солнца. Вывод – всюду существуют одни и те же химические элементы и выполняются одни и те же физические законы. Формирование планеты.
Самым распространенным элементом является водород (Н-Н, Н-Не). Во вселенной образованной из водорода, как первичное вещество формируются звезды. Основной ядерной реакцией является слияние ядер водорода и образование атома гелия и выделение энергии. Эта энергия движет вселенной. По закону сохранения масс энергия выделившаяся при образовании превращается в энергию излучения. Дальнейшее взаимодействие элементов приводит к образованию других химических элементов. Эти реакции выражаются в образовании более сложных молекул и их агрегатов – пылевых частиц. Они образуют в пространстве скопления газопылевой материи. Например, гигантская туманность в созвездии Ориона. Ее диаметр 15 световых лет, количества пыли достаточно для образования 100 тыс. звезд размером с Солнце. Туманность Млечный путь имеет диаметр 100 тыс. световых лет. Туманность Ориона – ближайшая к нам, на расстоянии 1500 световых лет. Из газопылевого облака 4,5 млрд. лет назад образовалась Земля и другие планеты солнечной системы. Несмотря на общность происхождения планет, только на Земле появилась жизнь и достигла исключительного многообразия. Для возникновения жизни на Земле необходимы были космические и планетные условия. Во-первых, это оптимальные размеры планеты. Во-вторых – движение по круговой орбите обеспечивает постоянное тепло. В-третьих – постоянное излучение светила. Всем этим условиям удовлетворяла Земля, на которой около 4,5 млрд. лет назад создались условия для более высоко уровня развития материи и ее эволюции в направлении возникновения жизни.
Современные представления о возникновении жизни. Все современные представления о происхождении жизни на Земле основываются на признании абиогенного, т. е. небиологического возникновения органических веществ из неорганических молекул. Это мнение русского ученого (1924).
Химическая эволюция
На первых этапах Земля имела очень высокую температуру. По мере ее остывания тяжелые элементы перемещались к ее центру, а легкие оставались на поверхности. Металлы окислялись и свободного кислорода в атмосфере не было. Она состояла из H2, CH4, NH3, HCN и носила восстановительный характер. Это служило предпосылкой возникновения органических веществ небиологическим путем. До начала 20 века считалось, что они могут возникать только в организме. В связи с этим их назвали органическими, а вещества – минералы, неорганическими. В 1953г. было доказано, что пропуская ток через смесь газов H2, CH4, NH3, HCN при отсутствии кислорода получена смесь аминокислот. В дальнейшем абиогенным путем были получены многие органические соединения. Все они впоследствии обнаружены в космосе.
Более 4 млрд. лет назад «колбой Миллера» был весь земной шар. Извергались вулканы, стекала лава, клубился пар, сверкали молнии. По мере остывания планеты водяные пары конденсировались и ливнями в течение миллионов лет обрушивались на планету. Сформировался первичный океан, горячий и насыщенный солями, кроме того туда попадали образующиеся сахара, аминокислоты, органические кислоты. По мере смягчения климата стало возможным образование более сложных соединений, в результате чего появились первичные биополимеры – полинуклеотиды и полипиптиды.
Первичный океан содержал в растворимом виде различные органические и неорганические молекулы. Концентрация их постоянно увеличивалась и постепенно воды стали «бульоном » из питательных органических соединений. Каждая молекула имеет определенную структурную организацию: некоторые диссоциированы, некоторые имеют гидратные оболочки. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложное строение. Молекулы, окруженные водной оболочкой объединяются образуя высокомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном океане коацерватные капли поглощали другие вещества либо разрушались, либо укрупнялись. В результате капли усложнялись и приспосабливались к внешним условиям. Среди коацерватов начался отбор наиболее устойчивых форм. Появились различия между химсоставом внутренней и внешней среды. В результате химической эволюции сохранились те формы, которые при распаде на дочерние не утратили особенностей структуры. Это способность к самовоспроизведению. В процессе эволюции связь нуклеиновых кислот и белковых молекул привела к возникновению генетического кода. Это последовательность нуклеотидов служила информацией для последовательности аминокислот в молекуле белка. (Воспроизведение себе подобных). Постепенно слои липидов вокруг коацерватов преобразовались в наружную мембрану. Это предопределило пути дальнейшей эволюции. Образование первичных клеточных организмов положило начало биологической эволюции.
Возникновение прокариот
Отбор коацерватов продолжался около 750 млн. лет. В результате появились безъядерные – прокариоты. По способу решения они были гетеротрофы – использовали органику первичного океана. При отсутствии кислорода атмосферы у них протекал анаэробный обмен веществ. Он малоэффективен. Постепенно запасы питания в океане истощались. Началась конкуренция за питание.
В более выгодном положении оказались организмы способные использовать солнечную энергию для синтеза органики. Так возник фотосинтез. Это привело к появлению нового источника питания. Затем фотосинтезирующие организмы научились использовать воду, как источник водорода. Усвоение углекислого газа у них сопровождалось выделением кислорода и включением углерода в органические соединения. (Сегодня прокариоты поверхности океана производят до 78% возобновляемого кислорода.)
Переход от первичной атмосферы к кислородной среде – очень важное событие. В верхних слоях образуется озоновый экран, появляется более выгодный, кислородный тип обмена веществ. На Земле стали возникать новые формы жизни с более широким использованием окружающей среды.
Возникновение эукариот
Эукариоты возникли в результате симбиоза различных прокариот. Так возникли предки примитивных ныне живущих жгутиковых простейших. Симбиоз жгутиковых с фотосинтезирующими дали водоросли или растения.
Возможности одноклеточных в освоении среды обитания были ограничены. 2,6 млрд. лет назад появились многоклеточные. Основу современных представлений о возникновении объясняет теория фагоцителлы. Многоклеточные произошли от колониальных жгутиковых. Они существуют и сейчас. Эти колонии превратились в простейший, но целостный организм.
Таким образом возникновение жизни на Земле связано с длительным процессом химической эволюции. Формирование мембраны – оболочки способствовало началу биологической эволюции. Как простейшие, так и сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку.
Контрольные вопросы
1. История представлений о возникновении жизни.
2. Работы Л. Пастера.
3. Теория вечности жизни.
4. Образование неорганических веществ и формирование планеты.
5. Теория.
6. Биологическая эволюция.
7. Возникновение первых многоклеточных.
Раздел 2 Цитология – УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ
Тема 2.1 Химическая организация клетки. Макро - и микроэлементы
Терминология
1. Биоэлементы – химические элементы, являющиеся основой органических молекул.
2. Макроэлементы – химические элементы, входящие в состав органических молекул в количестве, превышающем 1%.
3. Микроэлементы – химические элементы входящие в состав органических молекул в количестве, не превышающем 0,001%.
4. Гомеостаз – состояние динамического равновесия природной системы, поддерживаемое деятельностью регуляторских систем.
5. Буферные растворы – раствор органических или неорганических веществ, значение РН которых не изменяется при внесении небольших количеств щелочи или кислоты.
Простейшие микроорганизмы представляют собой отдельные клетки. Тело всех многоклеточных состоит из большего или меньшего числа клеток, которые являются блоками, образующими живой организм. Независимо от того, клетка – целостная система или часть ее, она имеет набор признаков, общих для всех клеток.
Химическая организация клеток
В состав клеток входит около 70 элементов периодической системы, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение элементов, их вклад в образование элементов, составляющих организм и неживое, резко отличаются.
В зависимости от соотношения элементов в составе организма различают:
1. макроэлементы (98% массы клетки) Н2, О2, С, N.
2. микроэлементы (1,5%) S, Р, К, Na, Ca, Mg, Mn, Fe, Cl. Каждый из них выполняет очень важные функции в клетке.
3. прочие (0,5%) В, Zn, Сu, I2, F2CO, Se.
Все эти элементы участвуют в построении организма либо в виде ионов, либо в составе тех или иных соединений – молекул органических и неорганических соединений.
Неорганические вещества в клетке
К ним относятся вода и минеральные соли.
Вода – самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах. Ее количество колеблется от 10% в эмали зубов до 90% в клетках зародышей. Оно зависит от возраста, времени суток, времени года.
Молекулы воды представлены диполями: в зависимости от температуры молекулы могут быть свободными или объединятся в группы с наличием водородных связей. Дипольный характер обуславливает высокую химическую активность воды. Вода играет роль среды в клетке, она приносит и уносит питательные вещества. Вода вступает в многочисленные реакции гидролиза. Обладая хорошей теплопроводностью вода регулирует температуру в клетке.
Минеральные соли - это большая часть неорганических соединений. Они находятся в виде ионов, либо недиссоциированных молекул. Большое значение имеют К+, Na+, Са+2. Они обеспечивают постоянное содержание воды, среду раствора. Буферность среды обеспечивает постоянство всех внутренних процессов в клетке.
Органические вещества в клетке
Они составляют 20-30% массы клетки. К ним относятся биополимеры – белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, АТФ и т. д.
В различные типы клеток входят неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы, животных – белки и жиры. Тем не менее каждая группа органических веществ в любом типе клеток выполняет функции: обеспечение энергией, является строительным материалом , несет информацию и т. д.
Белки. Среди органических веществ клетки, белки занимают первое место по количеству и по значению. У животных на них приходится 50% сухой массы клетки.
В организме человека встречается множество типов молекул белков, отличающихся друг от друга и от белков других организмов.
 |
Пептидная связь:
Соединяясь, молекулы образуют: дипептид, трипептид либо полипептид. Это соединение 20 и более аминокислот. Порядок преобразования аминокислот в молекуле самый разнообразный. Это позволяет существование вариантов, которые отличаются требованием и свойствами молекул белка.
Последовательность аминокислот в молекуле называется структурой.
Первичная – линейная.
Вторичная – спиральная.
Третичная – глобулы.
Четвертичная – объединение глобул (гемоглобин).
Утрата молекулой структурной организации называется денатурацией. Она вызывается изменением температуры, РН, облучением. При незначительном воздействии молекула может восстанавливать свои свойства. Это используется в медицине (антибиотики).
Функции белков в клетке разнообразны. Важнейшая – строительная. Белки участвуют в образовании всех клеточных мембран в органоидах. Исключительно важна каталитическая функция – все ферменты – это белки. Двигательную функцию обеспечивают сократимые белки. Транспортная – состоит в присоединении химических элементов и переносе их к тканям. Защитная функция обеспечивается особыми белками – антителами , образующимися в лейкоцитах. Белки служат источником энергии – при полном расщеплении 1г белка выделяется 11,6 кДж.
Углеводы. Это соединения углерода водорода и кислорода. Представлены сахарами. В клетке содержится до 5%. Наиболее богаты – растительные клетки – до 90% массы (картофель, рис). Они делятся на простые и сложные. Простые – моносахара (глюкоза) С6Н12О6, виноградный сахар, фруктоза. Дисахара – (сахароза) С]2Н22О11 свекловичный и тростниковый сахар. Полисахара (целлюлоза, крахмал) (C6H10O5)n.
Углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции. При окислении 1г углевода выделяется 17,6 кДж. Крахмал и гликоген служат энергетическим запасом клетки.
Липиды. Это жиры и жироподобные вещества в клетке. Представляют собой сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных кислот. Могут быть твердыми и жидкими – масла. У растений содержатся в семенах, от 5-15% сухого вещества.
Основная функция – энергетическая – при расщеплении 1г жира выделяется 38,9 кДж. Жиры это запасы питательных веществ. Жиры выполняют строительную функцию, являются хорошим теплоизолятором.
Нуклеиновые кислоты. Это сложные органические соединения. Состоят из С, Н2,О2,N2, P. Содержатся в ядрах и цитоплазме.
 |
а) ДНК – биологический полинуклеотид, состоящий из двух цепей нуклеотидов. Нуклеотиды – состоят из 4-х азотистых оснований: 2-х пуринов – Аденина и Валина, 2-х пиримединов Цитозина и Гуанина, а также сахара – дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты.
В каждой цепи нуклеотиды соединены ковалентными связями. Цепи нуклеотидов образуют спирали. Спираль ДНК, упакованная белками образует структуру – хромосому.
б) РНК – это полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, близкие ДНК, азотистые основания – А, Г, Ц. Вместо тимина есть Урация. Углеводом РНК является рибоза, есть остаток фосфорной кислоты.
Двухцепочные РНК – носители генетической информации. Одноцепочные – переносят информацию о последовательности аминокислот в белке. Существует несколько одноцепочных РНК:
Рибосомная – 3-5 тыс. нуклеотидов;
Информационная – нуклеотидов;
Транспортная – 76-85 нуклеотидов.
Синтез белка осуществляется на рибосомах при участии всех видов РНК.
Контрольные вопросы
1. Клетка – организм или часть его?
2. Элементарный состав клеток.
3. Вода и минеральные вещества.
4. Органические вещества клетки.
6. Углеводы, жиры.
Тема 2.2 Строение и функции клетки
Терминология
1. Биологическая мембрана – бимолекулярный слой фосфолипидов с погруженными в него с разных сторон разнообразными молекулами белков.
2. Органоиды – постоянно присутствующие в цитоплазме строго специализированные структуры.
3. Цитоскелет – система микротрубочек и белковых волокон, обеспечивающая поддержание формы клеток и просторы структур по цитоплазме.
4. Митохондрии – энергетические станции клетки, на мембранах которых упорядоченно расположены ферменты энергетического обмена.
5. Пластиды – органоиды, в которых осуществляется фотосинтез.
6. Включения – непостоянно присутствующие в цитоплазме структуры, являющиеся продуктами жизнедеятельности клеток и выполняющие роль запаса питательных веществ.
Биохимические превращения неразрывно связаны с различными структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции. Такие структуры получили название органоидов, так, как подобно органам целого организма, выполняют специфическую функцию. По уровню организации (степени сложности) все клетки делятся на безъядерные – прокариоты и ядерные – эукариоты. К безъядерным относят бактерии и синезеленые водоросли. К эукариотам – клетки грибов, животных и растений.
Таким образом, в современной науке выделяются два уровня клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Прокариоты сохраняют черты глубочайшей древности: они очень просто устроены. На этом основании их выделяют в самостоятельное царство – дробянки.
Клетки эукариот содержат ограниченное оболочкой ядро, а так же сложноустроенные «энергетические станции» – митохондрии. Иными словами, все клетки ядерных организмов высоко организованы, приспособлены к потреблению кислорода и поэтому могут производить большое количество энергии.
Строение прокариот
Типичными прокариотами являются бактерии. Они живут повсюду: в воде, почве, продуктах питания. Перечень условий обитания показывает, какой высокой степенью приспособленности обладают прокариоты, несмотря на простоту их строения. Бактерии представляют собой примитивные формы жизни и можно предположить, что они возникли на самых ранних этапах развития жизни на Земле. Первоначально бактерии жили в морях. От них и произошли современные микроорганизмы. Человек познакомился с миром микробов после изготовления линзы с сильным увеличением.
краткое содержание других презентаций«Концепции происхождения жизни» - Проблема. Первичный генетический материал. Основная трудность гипотезы. Проблематика в современной науке. Биохимическая эволюция. Степень упорядоченности. Теория панспермии. Архиепископ Ашер. Мир РНК. Взаимодействие. Существует много теорий возникновения жизни. Французский ученый. Итальянский биолог. Основные постулаты теории биохимической эволюции. Идея самопроизвольного зарождения. Основоположник теории панспермии.
«Проблема происхождения и сущности жизни» - Естественноисторический подход. Опарин. Концепция стационарного состояния. Молекулы ДНК. В организме человека, весящего 70 кг, содержится 45,5 кг кислорода. Свойство хиральности. Креационизм. Вирусы. Messenger RNA. Анаксагор. Концепция панспермии. Идея самозарождения. Основные положения. Симпозиумы по проблеме происхождения жизни. Биополимеры. Основная заслуга Опарина. Концепция биохимической эволюции.
«Как возникла жизнь на Земле» - Концепция биогенеза. Изменение атмосферы Земли. Л.Пастер. Ван Гельмонт. Теория стационарного состояния. Самопроизвольное зарождение жизни. Возникновение жизни на Земле. Теория А.И. Опарина. Ф.Реди. Витализм. Л.Спалланцани. Панспермия. Жизнь на Земле. Естественное происхождение жизни. Опыт С. Миллера. Теории происхождения жизни. Микроорганизмы. Атмосфера Земли. Креационизм. Теория биохимической эволюции.
«Концепции происхождения жизни на Земле» - Радиационная панспермия. Клетка. Теория эволюции. Схема возникновения. Советский биохимик. Обратная направленная панспермия. Зародыши жизни. Опыты по воспроизведению аминокислот. Химик Стенли Миллер. Клетка растений. Теория панспермии. Креационизм. Что такое жизнь. Вернадский. Парацельс. Химические элементы. Живое содержание клетки. Полипептиды. Теория самозарождения. Формальдегид. Современный взгляд на возникновение жизни.
«Теории появления жизни» - Органические соединения. Коацерват. Этапы формирования жизни по Опарину. Организмы отличаются от неживых. Гипотеза биопоэза. Биогенный способ. Ван Гельмонт. Теория биохимической эволюции Опарина. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни на Земле. Гипотеза стационарного состояния. Французский микробиолог Луи Пастер. Гипотеза биохимической эволюции. Гипотеза панспермии. Что такое жизнь. Свойства белка.
«Древнейшие организмы на Земле» - Древнейшие организмы. Тип Брахиоподы. Перечень временных подразделений. В каком периоде мы с вами живем. Черты сходства. Черты сходства и различия. Оборудование. Современные представители. Ян Баптист Ван Гельмонт. Теория эволюционная. Представители класса двустворчатых моллюсков. Рождение жизни. Гребенчатый замок. Класс Трилобиты. Класс Двустворчатые Моллюски. Геохронологическая таблица. Теория божественного происхождения.
«Происхождение и начальные этапы происхождения жизни»
I. 1.Что утверждает теория абиогенеза: а) самопроизвольное зарождение жизни; б) происхождение жизни; в) возможность происхождения живого из неживого; г) развитие неживой материи.
2. В чём заключается суть теории Рихтера: а) возникновение жизни из газово-пылевого облака; б) жизнь на Земле возникла из неорганических веществ;
в) жизнь была занесена с других планет;
г) жизнь возникла из неживых веществ
3. Какой характер носили представления древних людей о возникновении жизни: а) хаотический; б) стихийно-материалистический; в) методический;
г) научный
4. Что означает термин «спектроскопия»: а) точка на прямой; б) важнейшая точка соприкосновения астрономии и химии; в) спектральный анализ;
г) изучение спектра
5. Протозвёзды – это: а) облака; б) тучи; в) звёзды; г) планеты
6. Какой химический элемент входит в состав звёздного и солнечного вещества: а) барий; б) хлор; в) водород; г) кислород
7. В чём великая заслуга теории А. Опарина в: а) создании коацерватной теории; б) концентрации химических веществ; в) в разности между скоростью и временем; г) получении органических веществ
8. Кем были получены аминокислоты: а) Геккелем и Мюллером;
б) Аристотелем и Эмпедоклом; в) Юри и Миллером;
г) Пастером и Пфлюгером
9. Коацерваты – это: а) молекулы, окружённые плотной оболочкой;
б) молекулы, окружённые водной оболочкой, которые объединяются в многомолекулярные комплексы; в) макромолекулы, которые распадаются на мономеры; г) молекулы, которые сгорают в атмосферном кислороде
10. Органические вещества, которые не растворяются в воде называются:
а) гидрофобные; б) гидратационные; в) гидрированные; г) гидрофильные
11. Суть процесса фотосинтеза заключается в: а) обмене веществ;
б) в транспорте веществ; в) синтезе органических веществ; г) в наличии вакуолей
12.Важное вещество, необходимое для процесса фотосинтеза:
а) наличие лейкопластов; б) наличие хлоропластов; в) наличие кариотипа;
г) наличие плазматической мембраны
13. Что относится к автотрофным организмам: а) бактерии; б) растения;
в) грибы; г) животные
14. Бактерии, живущие в бескислородной среде, называются: а) анаэробные;
б) протобионты; в) аэробные; г) автотрофные
15. Фагоцитоз – это процесс: а) поглощения жидких продуктов;
б) выделение углекислого газа; в) поглощение твёрдых частиц;
г) обмена веществ
II. Выберите из предложенных суждений правильные.
Теория абиогенеза предполагает возможность происхождения живого только из живого.
Л. Пастер своими опытами доказал возможность самозарождения жизни.
Наиболее существенная черта гипотезы А. И. Опарина – постепенное усложнение химической структуры и морфологического обмена предшественников жизни на пути к живым организмам.
Самый низкий и наиболее древний уровень организации жизни – клеточный уровень жизни.
Коацерваты не способны адсорбировать вещества из окружающего их раствора.
Организм – сложная система, способная к саморегуляции.
Коацерваты – это первые древние живые существа.
Жизнь возникла биогенным путём.
Для живого характерна способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному.
Л. Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни.
III. Установите соответствие.
А – абиогенез. Б – гипотеза Опарина. В – коацерваты. Г – открытая система. Д – гетеротрофы. Е – автотрофы. Ж – биогеохимия. З – жизнь. И – смерть. К – планета.
Небесное тело.
Возникновение живых тел из веществ неорганической природы.
Способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой.
Образование органических веществ из неорганических происходил в водах первичного океана более 3,5 млрд.лет назад, при этом в условиях бескислородной среды атмосфера насыщалась альдегидами, спиртом, аминокислотами.
Пузырьки жидкости, окружённые белковыми плёнками.
Живое тело.
Организмы, синтезирующие необходимые для жизни органические вещества из неорганических.
Наука, изучающая химический состав живого вещества и геохимические процессы, постоянно происходящие в биосфере при участии живых организмов.
Организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества.
Гибель особи в популяции.
Ответы: 1в,2в,3б,4б,5а,6в,7а,8в,9б,10а,11в,12б,13б,14в,15в
Ответы: 3,6,10
Ответы: 1-к,2-а,3-з,4-б,5-в,6-г,7-е,8-ж,9-д,10-и.
Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле . Ι вариант.
- Живое отличается от неживого
А – составом неорганических соединений
Б – наличием катализаторов
В – взаимодействием молекул друг с другом
Г – обменными процессами, обеспечивающими постоянство структурно-
Функциональной организации системы
2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:
А – анаэробные гетеротрофы
Б – аэробные гетеротрофы
В - автотрофы
Г – организмы-симбионты
3. Гипотеза – это
А – логическое обобщение опыта
Б – научно поставленный опыт
В – научное предположение
Г – изучение изменений, происходящих в природе
4. Биологической системой называют
А – органы живого организма
Б – несколько рядом расположенных органов
В – объединение однородных клеток
Г – биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько
Уровней организации
5. Химическая эволюция на древней Земле завершилась
А – абиогенным синтезом биологических мономеров
Б – образованием полипептидов
В – синтезом биополимеров
Г – случайно возникшим объединением белков и нуклеиновых кислот
6. Опыты Л. Пастера доказали возможность
А – самозарождения жизни
Б – появления живого из живого
В – занесения «семян жизни»
Г – биохимической эволюции
7. Для биологической эволюции на Земле решающую роль сыграли космические, планетарные и химические условия, обеспечившие наличие воды:
А – в газообразном состоянии
Б – в твёрдом состоянии
В – в жидком состоянии
Г – в виде водной «рубашки», окружающей органические молекулы
8. Половым процессом в истории Земли первыми обладали:
А – протобионты
Б – аэробные бактерии
В – эукариоты
Г – прокариоты
9. Первые эукариоты, давшие начало животным, получали энергию, необходимую для жизнедеятельности
А – образуя пирофосфат
Б – поглотив аэробные бактерии
В – «заключив союз» с первичными фотосинтетиками
Г – используя ультрафиолетовое излучение
10. Коацерват – это
А – пузырьки жидкости, окруженные белковыми плёнками
Б – фазообособленная система, взаимодействующая с внешней средой по типу
Открытой системы
В – высокомолекулярное органическое соединение
Г – молекулы, окруженные водной оболочкой
Происхождение и начальные этапы жизни на Земле. Ι Ι вариант
- Согласно теории самопроизвольного зарождения жизнь:
А – возникала неоднократно из неживого вещества
Б – занесена на нашу планету из вне
В – была создана сверхъестественным существом в определённое время
Г – возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам
2 .Окончательно в 1861 г. доказал опытным путём невозможность появления живого из неживого
(абиогенез) на Земле:
А – Ф. Реди в – А. Левенгук
Б – Л. Пастер г – Л. Спалланцани
3 . Впервые в 1924 г. высказал предположение об абиогенном происхождении органических
Веществ на Земле и сформулировал коацерватную гипотезу:
А – Дж. Холдейн в – С. Миллер
Б – А. Опарин г – Дж. Бернал
4. Согласно современным представлениям, необходимыми для возникновения жизни на Земле являлись:
А – определённые химические соединения и отсутствие газообразного кислорода
Б – наличие источника энергии, определённые химические соединения и безгранично долгое время
В - безгранично долгое время, определённые химические соединения и отсутствие газообразного кислорода
Г - определённые химические соединения, наличие источника энергии, отсутствие газообразного кислорода, безгранично долгое время
5. Впервые в 1953 г. экспериментально осуществили абиогенный синтез органических веществ из неорганических:
А – С. Миллер, Г. Юри в – С. Фокс, С.Миллер
Б – А. Опарин, Дж. Холдейн г - Дж. Холдейн, Г. Юрии
6 . Самопроизвольное зарождение жизни на Земле в наше время представляется маловероятным потому, что:
А – на Земле слишком мало действующих вулканов
Б – не хватает ультрафиолетового излучения, чтобы обеспечить процесс энергией
В – электрическая активность атмосферы является недостаточной для синтеза соединений
Г – химические соединения, из которых могла бы возникнуть жизнь, мгновенно были бы
Окислены или поглощены существующими организмами
7. Согласно коацерватной гипотезе, коацерваты обладали свойствами живого потому, что они:
А – состояли из белковых молекул и избирательно поглощали вещества
Б – обладали способностью к воспроизводству и самообновлению химического состава
В – избирательно поглощали вещества, увеличивали свой объём и распадались при определённых условиях на более мелкие
Г – реагировали на изменение химического состава окружающей среды и сами выделяли соединения, изменяющие её
8. Первые живые организмы (пробионты), появившиеся на Земле, по способу питания были:
А – анаэробными гетеротрофами в – аэробными хемотрофами
Б – анаэробными фототрофами г – аэробными гетеротрофами
9. Согласно теории биохимической эволюции жизнь:
А – существовала всегда
Б - возникала неоднократно из неживого вещества
В - занесена на нашу планету из вне
10. Согласно теории панспермии жизнь
А - возникала неоднократно из неживого вещества
Б - занесена на нашу планету из вне
В - была создана сверхъестественным существом в определённое время
Г - возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам
1.
а) составом неорганических соединений; б) наличием катализаторов;
2.
3. К такому общему свойству живого, как саморегуляция, относится:
а) наследственность; б) изменчивость; в) раздражимость; г) онтогенез.
4. Сущность теории абиогенеза состоит в:
5. Кристалл не является живой системой, т.к.:
в) ему не свойственна раздражимость; г) не все свойства живого ему присущи.
6. Опыты Луи Пастера доказали возможность:
7.
а) радиоактивность; б) наличие жидкой воды; в) наличие газообразного кислорода; г) масса планеты.
8. Углерод является основой жизни на Земле, т.к. он:
а) является самым распространенным на Земле элементом;
б) первым из химических элементов стал взаимодействовать с водой; в) имеет небольшой атомный вес;
9. Исключите лишнее: а) 1668 г.; б) Ф.Реди; в) мясо; г) бактерии.
10.
а) Л.Пастер; б) А.Левенгук; в) Л.Спалланцани; г) Ф.Реди.
Часть В Закончите предложения. 1. Теория, постулирующая сотворение мира Богом (Творцом), - … .
2. Доядерные организмы, не имеющие ограниченного оболочкой ядра и органоидов, способных к самовоспроизведению, - … .
3. Фазовообособленная система, взаимодействующая с внешней средой по типу открытой системы, - … .
4. Советский ученый, предложивший коацерватную теорию происхождения жизни, - … .
5. Процесс, в результате которого организм приобретает новую комбинацию генов, - … .
Часть С Дайте краткие ответы на следующие вопросы.
1. Каковы общие признаки живой и неживой материи?
2. Почему при возникновении первых живых организмов в атмосфере Земли должен был отсутствовать кислород?
3. В чем состоял опыт Стенли Миллера? Что соответствовало «первичному океану» в этом опыте?
4. В чем заключается основная проблема перехода от химической эволюции к биологической?
5. Перечислите основные положения теории А.И. Опарина.
Тема «Происхождение жизни на Земле» Вариант 2 Часть А Выпишите правильные ответы.
1. Живое отличается от неживого:
в) взаимодействием молекул друг с другом; г) обменными процессами.
2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:
а) анаэробные гетеротрофы; б) аэробные гетеротрофы; в) автотрофы; г) организмы-симбионты.
3.
4. Сущность теории биогенеза состоит в:
а) происхождении живого из неживого; б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом; г) занесении жизни из Космоса.
5. Звезда не является живой системой, т.к.:
в) она не обладает раздражимостью; г) не все свойства живого ей присущи.
6.
а) самозарождения жизни; б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из Космоса; г) биохимической эволюции.
7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:
а) радиоактивность; б) наличие воды; в) наличие источника энергии; г) масса планеты.
8. Вода является основой жизни, т.к.:
а) является хорошим растворителем; б) обладает высокой теплоемкостью;
в) увеличивает свой объем при замерзании; г) обладает всеми перечисленными свойствами.
9. Исключите лишнее: а) 1924 г.; б) Л.Пастер; в) мясной бульон; г) бактерии.
10. Расположите в логической последовательности следующие имена:
а) Л.Пастер; б) С.Миллер; в) Дж.Холдейн; г) А.И. Опарин.
Часть В Закончите предложения. 1. Процесс образования живыми организмами органических молекул из неорганических за счет энергии солнечного света - … .2. Доклеточные образования, обладавшие некоторыми свойствами клеток (способность к обмену веществ, самовоспроизведению и т.п.), - … .
3. Разделение раствора белков, содержащего и другие органические вещества, на фазы с большей или меньшей концентрацией молекул - … .
4. Английский физик, предположивший, что адсорбция была одним из этапов концентрирования органических веществ в ходе предбиологической эволюции - … .
5. Свойственная всем живым организмам система записи наследственной информации в молекулах ДНК в виде последовательности нуклеотидов - … .
Часть С
1. В чем состоял опыт Стенли Миллера? Что соответствовало «молниям» в этом опыте?
2. Почему масса планеты, на которой может возникнуть жизнь, не должна быть больше 1/20 массы Солнца?
3. К какой стадии развития жизни на Земле можно отнести слова гоголевского героя: «Числа не помню. Месяца тоже не было. Было черт знает что такое»?
4. Какие условия необходимы для возникновения жизни?
5. Что такое панспермия? Кто из известных вам ученых придерживался этой теории?
Тема «Происхождение жизни на Земле» Вариант 3 Часть А Выпишите правильные ответы.
1. Живое отличается от неживого:
а) составом неорганических соединений; б) способностью к самовоспроизведению;
в) взаимодействием молекул друг с другом; г) обменными процессами.
2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:
а) анаэробные гетеротрофы; б) аэробные гетеротрофы; в) автотрофы; г) организмы-симбионты.
3. К такому общему свойству живого как, самообновление, относится:
а) метаболизм; б) репродукция; в) раздражимость; г) онтогенез.
4. Сущность креационизма состоит в:
а) происхождении живого из неживого; б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом; г) занесении жизни из Космоса.
5. Река не является живой системой т.к.:
а) она не способна к росту; б) она не способна к размножению;
в) она не способна к раздражимости; г) не все свойства живого ей присущи.
6. Опыт Франческо Реди доказал невозможность:
а) самозарождения жизни; б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из космоса; г) биохимической эволюции.
7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:
а) радиоактивность; б) наличие воды; в) безгранично долгое время эволюции; г) определенная масса планеты.
8. В период возникновения жизни в атмосфере Земли должен был отсутствовать кислород, т.к.:
а) он является активным окислителем; б) обладает высокой теплоемкостью;
в) увеличивает свой объем при замерзании; г) все вышеперечисленное в комплексе.
9. Исключите лишнее: а) 1953 г.; б) бактерии; в) С.Миллер; г) абиогенный синтез.
10.
а) Л.Пастер; б) Ф.Реди; в) Л.Спалланцани; г) А.И. Опарин.
Часть В Закончите предложения. 1. Образование органических молекул из неорганических вне живых организмов - … .
2. Пузырьки жидкости, окруженные белковыми пленками, возникающие при взбалтывании водных растворов белков, - … .
3. Способность воспроизводить себе подобные биологические системы, которая проявляется на всех уровнях организации живой материи, - … .
4. Американский ученый, предложивший термическую теорию происхождения протобиополимеров, - … .
5. Белковые молекулы, ускоряющие течение биохимических превращений в водных растворах при атмосферном давлении, -
Часть С Дайте краткий ответ на поставленный вопрос.
1. В чем основное отличие горения дров от «горения» глюкозы в клетках?
2. Каковы три современные точки зрения на проблему происхождения жизни?
3. Почему именно углерод является основой жизни?
4. В чем состоял опыт Стенли Миллера?
5. Каковы основные этапы химической эволюции?
Тема «Происхождение жизни на Земле» Вариант 4 Часть А Выпишите правильные ответы.
1. Живое отличается от неживого:
а) составом неорганических соединений; б) способностью к саморегуляции;
в) взаимодействием молекул друг с другом; г) обменными процессами.
2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:
а) анаэробные гетеротрофы; б) аэробные гетеротрофы; в) автотрофы; г) организмы-симбионты.
3. К такому общему свойству живого, как самовоспроизведение, относится:
а) метаболизм; б) репродукция; в) раздражимость; г) онтогенез.
4. Сущность теории панспермии состоит в:
а) происхождении живого из неживого; б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом; г) занесении на Землю «семян жизни» из Космоса.
5. Ледник не является живой системой т.к.:
а) он не способен к росту; б) он не способен к размножению;
в) он не способен к раздражимости; г) не все свойства живого ему присущи.
6. Опыт Л.Спалланцани доказал невозможность:
а) самозарождения жизни; б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из Космоса; г) биохимической эволюции.
7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:
а) радиоактивность; б) наличие воды; в) наличие определенных веществ; г) определенная масса планеты.
8. Углерод является основой жизни, т.к. он:
а) является самым распространенным на Земле элементом; в) имеет небольшой атомный вес;
б) первым из химических элементов стал взаимодействовать с водой;
г) способен образовывать устойчивые соединения с двойными и тройными связями.
9. Исключите лишнее: а) ДНК; б) генетический код; в) хромосома; г) клеточная мембрана.
10. Расположите в логической последовательности следующие фамилии:
а) А.И. Опарин; б) Л.Пастер; в) С.Миллер; г) Дж.Холдейн.
Часть В Закончите предложения. 1. Организмы, обладающие ограниченным оболочкой ядром, имеющие самовоспроизводящиеся органоиды, внутренние мембраны и цитоскелет, - … .
2. Свойственная всем организмам система записи наследственной информации в молекулах ДНК в виде последовательности нуклеотидов - … .
3. Способность воспроизводить себе подобные биологически системы, проявляющаяся на всех уровнях организации живой материи, - … .
4. Создатели низкотемпературной теории происхождения протобиополимеров - … .
5. Доклеточные образования, обладавшие некоторыми свойствами клеток: способностью к обмену веществ, самовоспроизведению и т.п., - … .
Часть С Дайте краткий ответ на поставленный вопрос.
1. Какую роль сыграло изучение метеоритов в развитии теории возникновения жизни?
2. Что такое рацемизация и хиральность?
3. Почему вода в жидкой фазе была необходимым условием возникновения жизни?
4. В чем заключался опыт Стенли Миллера? Каков был газовый состав «атмосферы»?
5. Каковы основные этапы изучения вопроса о происхождении жизни на Земле?
Ответы Вариант 1 Часть А : 1г, 2а, 3в, 4а, 5г, 6б, 7б, 8г, 9г, 10 г,б,в,а.
Часть В : 1 - креационизм; 2 - прокариоты; 3 - коацерват; 4 - А.И. Опарин; 5 - половой процесс.
Часть С. 1. Живая и неживая материи состоят из одних и тех же химических элементов, физические и химические процессы с их участием проходят по общим законам.
2. Кислород - сильный окислитель, и все вновь возникающие органические молекулы были бы немедленно окислены.
3. «Первичному океану» в этом опыте соответствовала колба с кипящей водой.
4. Основная проблема перехода от химической эволюции к биологической состоит в объяснении возникновения самовоспроизводящихся биологических систем (клеток) вообще и генетического кода в частности.
5. Основные положения теории Опарина:
Жизнь - одна из стадий эволюции Вселенной;
- возникновение жизни - закономерный результат химической эволюции соединений углерода;
- для перехода от химической эволюции к биологической необходимы формирование и естественный отбор целостных, обособленных от среды, но постоянно с ней взаимодействующих многомолекулярных систем.
Вариант 2 Часть А : 1 б,г, 2а, 3б, 4б, 5г, 6а, 7б, 8г, 9а, 10 а,г,в,б.
Часть В : 1 - фотосинтез; 2 - протобионты; 3 - коацервация; 4 - Дж.Бернал; 5 - генетический код.
Часть С . 1. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений. «Молнии» в этом опыте имитировались высоковольтными электрическими разрядами.
2. Если масса планеты больше 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее температуру, и она начинает светиться собственным светом.
3. К начальной стадии биохимической эволюции Земли.
4. Для возникновения жизни необходимы следующие основные условия:
Наличие определенных химических веществ (в том числе воды в жидкой фазе);
- наличие источников энергии;
- восстановительная атмосфера.
Дополнительными условиями могут являться масса планеты и определенный уровень радиоактивности.
5. Панспермия - занесение «семян жизни» на Землю из космоса. Сторонники: Ю.Либих, Г.Гельмгольц, С.Аррениус, В.И. Вернадский.
Вариант 3 Часть А : 1 б,г, 2а, 3а, 4в, 5г, 6а, 7б, 8а, 9б, 10 б,в,а,г.
Часть В : 1 - абиогенный синтез; 2 - микросферы; 3 - самовоспроизведение; 4 - С.Фокс; 5 - ферменты.
Часть С . 1. При горении дров вся выделяющаяся энергия рассеивается в виде света и тепла. При окислении глюкозы в клетках энергия запасается в макроэргических связях АТФ.
2. Существуют три основных подхода к проблеме происхождения жизни:
Проблемы не существует, т.к. жизнь была либо сотворена Богом (креационизм), либо существует во Вселенной с момента ее возникновения и распространяется случайным образом (панспермия);
- проблема неразрешима из-за недостаточности знаний и невозможности воспроизведения условий, в которых возникла жизнь;
- проблема может быть решена (А.И. Опарин, Дж.Бернал, С.Фокс и др.).
3. Углерод четырехвалентен, способен образовывать устойчивые соединения с двойными и тройными связями, что повышает реакционную способность его соединений.
4. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений.
5. Атомы --> простые химические соединения --> простые биоорганические соединения --> макромолекулы --> организованные системы.
Вариант 4 Часть А : 1 б,г, 2а, 3б, 4г, 5г, 6а, 7в, 8г, 9г, 10 б,а,г,в.
Часть В : 1 - эукариоты; 2 - генетический код; 3 - самовоспроизведение; 4 - К.Симонеску, Ф.Денеш; 5 - протобионты.
Часть С . 1. Анализ химического состава метеоритов показал, что некоторые из них содержат аминокислоты (глютаминовую кислоту, пролин, глицин и др.), жирные кислоты (17 видов). Таким образом, органическое вещество не является исключительно принадлежностью Земли, а может встречаться и в космосе.
2. Рацемизация - реакция взаимопревращения D- и L-форм какого-либо стереоизомера; хиральность - существование двух или более зеркально асимметричных стереоизомеров химического соединения.
3. Организмы состоят из воды на 80% и более.
4. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений.
Газовый состав «атмосферы»: метан, аммиак, пары воды, водород.
5. С древнейших времен до опытов Ф.Реди - период всеобщей веры в возможность самозарождения живого; 1668-1862 гг. (до опытов Л.Пастера) - экспериментальное выяснение невозможности самозарождения; 1862-1922 гг. (до выступления А.И. Опарина) - философский анализ проблемы; 1922-1953 гг. - разработка научных гипотез о происхождении жизни и их экспериментальная проверка; с 1953 г. до настоящего времени - экспериментальные и теоретические исследования путей перехода от химической эволюции к биологической.
Примечание
Ответы части А оцениваются в 1 балл, части В - в 2 балла, части С - в 3 балла. Максимальное количество баллов за контрольную работу - 35.
Оценка 5 : 26-35 баллов; оценка 4 : 18-25 баллов; оценка 3 : 12-17 баллов; оценка 2 : меньше 12 баллов.
«ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ»
В средние века люди охотно верили в то, что гуси произошли от пихтовых деревьев, а ягнята рождаются из плодов дынного дерева. Начало этим представлениям, получившим название «Теория самозарождения», положил древнегреческий философ Аристотель. В XVII в. Ф. Реди высказал предположение о том, что живое рождается только от живого и никакого самозарождения нет. Он положил в четыре банки змею, рыбу, угря и кусок говядины и закрыл их марлей, чтобы сохранить доступ воздуха. Четыре другие аналогичные банки он заполнил такими же кусками мяса, но оставил их открытыми. В эксперименте Реди менял только одно условие - открыта или закрыта банка. В закрытую банку мухи попасть не могли. Через некоторое время в мясе, лежавшем в открытых (контрольных) сосудах появились черви. В закрытых банках никаких червей обнаружено не было.
В XIX в. серьезный удар по теории самозарождения нанес Л. Пастер, предположивший, что жизнь в питательные среды заносится вместе с воздухом в виде спор. Ученый сконструировал колбу с горлышком, похожим на лебединую шею, заполнил ее мясным бульоном и прокипятил на спиртовке. После кипячения колба была оставлена на столе, и вся комнатная пыль и микробы, находящиеся в воздухе, легко проникая через отверстие горлышка внутрь, оседали на изгибе, не попадая в бульон. Содержимое колбы долго оставалось неизменным. Однако если сломать горлышко (ученый использовал контрольные колбы), то бульон быстро мутнел. Таким образом, Пастер доказал, что жизнь не зарождается в бульоне, а приносится извне вместе с воздухом, содержащим споры грибов и бактерии. Следовательно, ученые, ставя свои опыты, опровергли один из важнейших аргументов сторонников теории самозарождения, которые считали, что воздух является тем «активным началом», которое обеспечивает возникновение живого из неживого.
С2 . Заполните в таблице «Сравнительная характеристика экспериментов Ф. Реди и Л. Пастера» графы, обозначенные цифрами 1, 2, 3. При выполнении задания перерисовывать таблицу не обязательно. Достаточно записать номер графы и содержание пропущенного элемента.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Ф. РЕДИ И Л. ПАСТЕРА
С3. Используя содержание текста «Сравнительная характеристика экспериментов Ф. Реди и Л. Пастера» и знания курса, объясните, чем являются мясо и мясной бульон в описанных опытах и зачем они были нужны.
|
(допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысл) |
Балл |
|
Графы таблицы должны быть заполнены следующим образом: 1) Объект исследования. 2) Колбы с горлышком в виде лебединой шеи, спиртовка. 3) Открытые банки без марли. |
|
|
Правильно заполнены три графы таблицы. |
|
|
Правильно заполнены любые две графы таблицы. |
|
|
Правильно заполнена одна любая графа таблицы. |
|
|
Все графы заполнены неверно или не заполнены. |
|
|
Максимальный балл |
С3. Правильный ответ должен содержать следующие элементы:
1) Мясо и мясной бульон - питательные среды.
2) Мясо - среда для развития личинок мух.
3) Мясной бульон - среда для развития бактерий и спор грибов.
