Подробное решение параграф § 47 по биологии для учащихся 9 класса, авторов Вахрушев А.А., Бурский О.В., Раутиан А.С., Родионова Е.И. 2016
Вопрос 1. Чем отличаются взгляды учёных? Предположите, как их можно примирить.
И первый, и второй взгляд имеет место быть в биологии. Возможно, второй ученый прав в случае с зарождением Жизни на Земле, а второй прав в случае любого появления потомства у живых организмов.
Вопрос: Как это противоречие могло разрешаться в начале истории Земли и сейчас?
Вопрос 2. Чем динамическая устойчивость отличается от статической? (§ 1)
В статически устойчивых системах сохраняется не только структура, но и конкретные объекты, ею объединяемые. Например, камень устойчив статически. В динамически устойчивых системах структура сохраняется, а конкретные объекты заменяются. Примером такой системы является река, в которой исток, русло, устье сохраняются, а вода постоянно меняется. Живые существа, сохраняя свою структуру, так же постоянно заменяют составляющее их вещество, благодаря обмену веществ. Соотношение между двумя способами обеспечения устойчивости выражено в народной поговорке: «Капля камень точит». Камень статически устойчивее капли, но проигрывает потоку капель в динамической устойчивости. Статическая устойчивость выгоднее на относительно малых временах, а динамическая – на больших.
Из каких веществ состоят организмы? (§ 4)
Во всех живых организмах – 99% химического состава приходится на четыре элемента: кислород (– примерно 69%), углерод (–18%), водород (–10%), азот (–2%), затем идут микроэлементы: кальций, фтор, йод, магний и др. Кроме того, живые системы содержат совокупность сложных полимеров, в основном белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т.д.
Что такое обмен веществ? (§ 4)
Обмен веществ – совокупность химических превращений веществ в живых организмах, включающая процессы поступления веществ в организм, их изменения, накопления и удаления продуктов обмена. Все реакции в живом организме осуществляются при участии ферментов. Обмен веществ включает две группы реакций – реакции синтеза и расщепления.
В чём биологический смысл наследственности? (§ 31)
Биологический смысл наследственности заключается в следующем: благодаря наследственности обеспечивается сохранение видов как целостных систем. Наследственность обеспечивает преемственность морфологической, физиологической и биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития, или онтогенеза. Как общебиологическое явление наследственность – важнейшее условие существования дифференцированных форм жизни, невозможных без относительного постоянства признаков организмов, хотя оно нарушается изменчивостью – возникновением различий между организмами.
Вопрос 3. Почему продукты и посуду, оставленную на столе, накрывают полотенцем?
Чтобы на их поверхности не «ходили» насекомые, которые могут отложить яйца, из которых появяются червячки.
Вопрос 4. Споры бактерий чрезвычайно малы и легко разносятся ветром. Объясните, откуда, как и в каких случаях они попадают в бульон.
Бактерии изначально есть в самом бульоне, даже если его пастеризовать и оставить открытым, через воздух туда попадут бактерии. В колбе с S-образной трубкой бульон не портился, потому что попаданию туда бактерий препятствовала капелька, которую быстро обнаружили бактерии из воздуха.
Вопрос 5. На каких свойствах бактерий основана пастеризация?
Жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Эту температурную зависимость обычно выражают тремя основными точками: минимум - температура, ниже которой размножение микробных клеток прекращается; оптимум - наилучшая температура для роста и развития микроорганизмов; максимум - температура, выше которой жизнедеятельность клеток ослабляется или прекращается. Оптимальная температура обычно соответствует температурным условиям естественной среды обитания.
Пастеризация основана на восприятии бактериями температурных воздействий. Погибание от этих температур вегетативных форм. Чем выше температура за пределами максимума, тем быстрее наступает гибель микробных клеток, что обусловлено денатурацией (свертыванием) белков клетки.
Все микроорганизмы по отношению к температуре подразделяются на психрофилы, мезофилы и термофилы. Психрофилы, или холодолюбивые микроорганизмы, растут при относительно низких температурах: минимальная температура - 0° С, оптимальная - 10-20° С, максимальная - 30° С. Эта группа включает микроорганизмы, обитающие в северных морях и океанах, почве, сточных водах. Сюда же относятся светящиеся и железобактерии, а также микробы, вызывающие порчу продуктов на холоду (ниже 0° С).
Мезофилы (от греч. mesos - средний) - наиболее обширная группа, включающая большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы. Оптимальная температура для них 28-37° С, минимальная - 10° С, максимальная - 45° С.
Термофилы (от греч. termos - тепло, жар), или теплолюбивые микроорганизмы, развиваются при температуре выше 55° С, температурный минимум для них 30° С, оптимум - 50-60° С, а максимум - 70-75° С. Они встречаются в горячих минеральных источниках, поверхностном слое почвы, самонагревающихся субстратах (навозе, сене, зерне), кишечнике человека и животных. Среди термофилов много споровых форм.
Вегетативные формы бактерий мезофилов погибают при температуре 60° С в течение 30-60 мин, а при 80-100° С - через 1-2 мин. Споры бактерий гораздо устойчивее к высоким температурам. Например, споры бацилл сибирской язвы выдерживают кипячение в течение 10-20 мин, а споры клостридий ботулизма - 6 ч. Все микроорганизмы, включая споры, погибают при температуре 165-170° С в течение часа (в сухожаровом шкафу) или при действии пара под давлением 1 атм (в автоклаве) в течение 30 мин.
Вопрос 6. Как Ф. Реди и Л. Пастер доказали невозможность самозарождения?
Итальянский естествоиспытатель Франческо Реди (1626—1698) экспериментально доказал невозможность самозарождения мух из гнилого мяса. Он накрывал его чистой тряпкой. Вскоре на тряпке оказывались яйца, из которых впоследствии выводились личинки мух. Но в мясе они не зарождались. Значит, живое возникает только от живого.
Пастер провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня об утверждении виталистов, что мифическая «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со свободным концом. Капля бульона, оставленная в колене трубки, мутнеет очень скоро. А дальше микроорганизмы не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов. Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни.
Вопрос 7. Чем отличались условия в период возникновения жизни от современных?
На первобытной Земле основная масса воды находилась в связанном гидратированными породами состоянии, поэтому первоначально Мировой океан содержал меньше 10% того количества воды, которое содержат современные океаны.
С формированием земной коры связано образование атмосферы первобытной Земли, которая принципиально отличалась от современной атмосферы. Она содержала главным образом водород и его соединения (метан, аммиак, пары воды), в меньшем количестве — сероводород, азот, двуокись углерода и благородные газы. Эта атмосфера была лишена свободного кислорода.
Синтез биологически важных молекул из этих элементов мог происходить только при условии обеспечения реакций свободной энергией, источником которой на первобытной Земле (как и на современной) были солнечное излучение, электрические разряды, тепловая энергия земных недр и радиоактивное излучение.
Поскольку молекулярный кислород в первобытной атмосфере Земли практически отсутствовал, не было и озонового экрана, существующего в современной атмосфере на высоте примерно 25 км от поверхности Земли и сильно поглощающего коротковолновую часть УФ-излучения.
Вопрос 8. Приведите доводы земного происхождения жизни.
1. При мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни (простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот).
2. В химический состав организмов входят не любые, а только лёгкие изотопы кислорода и углерода. Следовательно, породы с высокой концентрацией этих изотопов, то можно сделать вывод, что эти вещества созданы с помощью живых организмов. По таким находкам можно сказать, что жизнь на Земле существует около 4 млрд лет. Для реконструкции процесса возникновения жизни такого рода ископаемых безнадёжно мало. Но это не противоречит возможности её зарождения путём абиогенеза – химической эволюции, которая затем перешла в эволюцию биологическую.
3. Газы, извергаемые вулканами, содержат много сульфида карбонила (химическая формула COS), а этот газ мог оказаться "клеем", с помощью которого склеились первые на Земле кирпичики жизни - органические молекулы.
Вопрос 9. Какие эксперименты моделируют первые этапы химической эволюции?
При мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Это предсказание академика Опарина и его опыты, моделирующие процессы в первичной атмосфере Земли. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот, некоторые простые сахара, азотистые основания, входящие в состав ДНК.
Вопрос 10. Почему зарождение жизни не происходит в современных условиях?
Условия необходимые для возникновения жизни по современным представленям и результатам опытов слишком сильно отличаются от существующих ныне на Земле. Сейчас у нас окислительная кислородная атмосфера, активная хищная жизнь и нет первичных питательных/ строительных веществ - это главные факторы, которые приведут к распаду или уничтожению протоорганизмов до того, как они превратятся во что-то жизнеспособное. Кроме того, условия в современном океане и атмосфере мягкие относительно архейской эпохи - не так жарко, нет мощного ультрафиолета и тех количеств электрических разрядов.
При наличии кислорода в атмосфере органические молекулы значительно менее устойчивы, а главное – потому что всё съедобное тут же потребляют уже существующие организмы.
А возможно и сейчас идёт эволюция каких-нибудь доядерных существ, а мы об этом не знаем.
Вопрос 11. Какие доводы можно привести человеку, считающему, что жизнь на Землю занесли инопланетяне? Разыграйте этот спор в паре.
Аргументы против…
1. Теория панспермии является ответом только на вопрос о происхождении земной жизни, а отнюдь не на вопрос о происхождении жизни вообще, перенося проблему в другое место Вселенной.
2. “Одно из двух, органическая жизнь или когда-либо началась (зародилась), или существует вечно. Если признать первое, то теория панспермии теряет всякий логический смысл, так как если жизнь могла зародиться где-либо во Вселенной, то, исходя из однообразия мира, мы не имеем никаких оснований утверждать, что она не могла зародиться и на Земле." (Гельмгольц)
3. В метеоритах находятся органические вещества, которые не обладают хиральной чистотой. Соответственно, эти вещества нельзя называть биологическими. Ученые склонны утверждать, что на метеоритах нет жизни.
4. Если инопланетяне и могли доставлять образцы живых организмов на Землю, то почему они не привезли сразу сложные формы. Почему организмов так много, от самых примитивных до человека.
Аргументы за…
1. На наскальных рисунках часто изображены существа, похожие на тех инопланетян, которые знакомы всем нам по голливудским фильмам. Также картинки, нарисованные природным пигментом, изображают летящие «тарелки» НЛО. Значит они в прошлом часто посещали Землю.
2. На своих кораблях они беспрепятственно могли бы доставлять образцы живых организмов.
3. Может они привезли изначально несколько простых форм, а остальные эволюционировали от них в земных условиях.
Вопрос 12. Легко ли при космических путешествиях занести земную жизнь на другую планету?
С одной стороны, легко, взять образцы «земных» организмов с собой в космическое путешествие, только и всего, но…. С другой стороны, как эти живые организмы переживут этот перелет, (как будут размножаться, опыляться)? Да и будет ли другая планета с подходящими условиями проживания? И вообще, долитит ли корабль до нужной планеты (не сломается ли).