Программа дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) педагогов, преподающих предметы естественнонаучного цикла, по освоению методов (технологий) преподавания курса «Естествознания» на старшей ступени средней (полной) школы Раздел 5. Макромир 5.1. Физико-химические условия жизни на Земле.

Все живые организмы также как и тела неживой природы состоят из химических элементов. Сходство химического состава свидетельствует о единстве их происхождения. В живых телах встречается более 60 элементов периодической системы Д.И.Менделеева Информационный слайд (Тип А) Относительное содержание четырнадцати химических элементов во Вселенной, земной коре и организме человека Элемент Относительное содержание, ат.% Название СимволАтомный номер Вселенная ЗемляЗемная кора Земная атмосфера Организм человека Водород Углерод Азот Кислород Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Калий Кальций Железо H C N O Na Mg Al Si P S Cl K Ca Fe 90,79 9,08 0,041 0,057 0,0001 0,0023 0, ,026 0, ,0091 0, , , , ,03-0,3 0,01 0,6 0,7 15,5 1,0 19,5 -- 0,01-0,1 -- 0,9 2,5 62,55 2,64 1,84 6,47 21, , ,94 1,92 75,5 23,1 63,0 10,5 2,42 25,5 0,73 0,01 0,0009 0,134 0,132 0,032 0,036 0,226 0,00059

Информационный слайд (Тип А) Распространение элементов в земной коре (А) А Распространение элементов в живых организмах (Б) Б

Информационный слайд (Тип А) Химические элементы, используемые в живых системах и их основные функции Группа Элемент*Симво л Атомный номер Основные биологические функции Основные элементы (2-60 ат. %) Водород Углерод Азот Кислород НСNОНСNО Универсальные компоненты органических соединений клетки Микроэлементы (0,02-0,1 ат. %) НатрийNa11Важный противоион, ответственный за потенциалы действия, в основном присутствует в жидкостях тела, вне клетки Магний Фосфор Mg P Кофактор многих ферментов Универсальный участник реакций переноса энергии, обязательный компонент нуклеиновых кислот СераS16Входит в состав белков и других важных соединений Хлор Калий Cl K Один из важных анионов Обнаруживается во всех клетках; важный противоион, участвующий в нервном проведении, мышечном сокращении и т.д. КальцийCa20Кофактор ферментов; важный компонент мембран и регулятор мембранной и мышечной активности Ультрамикроэлемен ты (менее 0,0001 ат. %) БорВ5Необходим растения, возможно в качестве кофактора ферментов КремнийSi14Обнаружен в больших количествах у многих низших форм живых организмов ВанадийV23Обнаружен в составе некоторых ферментов у низших форм Марганец Железо Mn Fe Кофактор многих ферментов Кофактор многих окислительных ферментов; используется при переносе кислорода Кобальт Медь Со Cu Компонент витамина В 12 Кофактор многих окислительных ферментов; используется при переносе кислорода у многих морских организмов Цинк Селен Молибден Zn Se Mo Кофактор многих ферментов Входит в состав селен протеинов Кофактор многих ферментов

Информационный слайд (Тип А) В состав живых организмов входят органические соединения. Основную массу органических соединений клетки составляют четыре класса соединений: липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Липиды – это высокомолекулярные органические вещества, представляющие собой сложные эфиры многоатомных спиртов и карбоновых кислот. Углеводы – это сахаристые или сахароподобные вещества с общей формулой C n (H 2 O) m. В клетках животных углеводов содержится от 1 до 3%, (в клетках печени животных до 5%). В клетках растений находится до 90% углеводов

Информационный слайд (Тип А) Белки являются одними из наиболее важных органических компонентов клетки. Второе их название – протеины, что в переводе с греческого означает «главный, первый». Все белки состоят из углерода, водорода, кислорода, и азота. Многие из них содержат также серу. Примерный химический состав белка: Углерод (С) % Кислород (О 2 ) % Водород (Н) - 6,5-7,3% Азот (N) – 15-19% Сера (S) – 0,2-2,4%

Информационный слайд (Тип А) Первичная структура Вторичная структура Миоглобин (третичная структура)Гемоглобин (четвертичная структура)

Информационный слайд (Тип А) Нуклеиновые кислоты, как и белки, являются полимерами, но их мономеры – нуклеотиды – имеют более сложное строение.

В нуклеиновых кислотах встречаются пять видов азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У) Информационный слайд (Тип А) Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.

5.2 Гипотезы и теории возникновения жизни на Земле

Информационный слайд (Тип А) 1.Креационизм. Согласно креационизму (от лат. creator –творец), жизнь на Земле возникла в результате сверхъестественного события в прошлом. В его основе лежит религиозное учение о сотворение мира Богом из ничего Микеланджело Буонарроти. Сотворение мира. Бог создает планеты. Фрагмент росписи Сикстинской капеллы в Ватикане.

Информационный слайд (Тип А) 2. Самопроизвольное зарождение Древнегреческий ученый Аристотель связывал возникновение живого с нематериальной силой – «энтелехией», присутствующей в солнечном свете, в тине, в почве и др. В более позднее время, в ХVII в. теорию самопроизвольного зарождения жизни развивал голландский ученый Ян Батист Ван Гельмонт. Первым, кому удалось опровергнуть теорию самопроизвольного зарождения жизни, был итальянский врач Франческо Реди. Он получил экспериментальные данные, подтверждающие, что живое может возникнуть только от живого (биогенез)

Информационный слайд (Тип А) 3. Стационарное состояние. Согласно этой гипотезе жизнь на Земле существовала всегда. 4. Панспермия. Эта гипотеза основывается на том, что жизнь на Земле имеет внеземное (космогенное) происхождение. 5. Биопоэз. В настоящее время в естествознании биопоэз (от греч. bios – жизнь и poiēsis – становление) – общепринятая теория происхождения жизни. На основании ряда гипотез и открытий ее сформулировал в 1947 г. английский ученый Джон Бернал (1901–1971). Согласно биопоэзу, возникновение жизни на любой планете неизбежно, если создаются и существуют достаточно продолжительное время благоприятные условия – определенные неорганические химические соединения и источники энергии.

5.3. Методы изучения истории Земли. Геохронология и геохронологическая шкала

Информационный слайд (Тип А) Картину развития жизни на Земле от момента появления первых организмов до наших дней воссоздает палеонтология (от греч. palaiós – древний, óntos – существо, и logós – учение) – наука об ископаемых органических остатках. Будучи биологической наукой, палеонтология тесно связана с исторической геологией – наукой об истории нашей планеты. Любые ископаемые органические остатки называют окаменелостями. Они представляют собой сохранившиеся остатки растений и животных, а также следы жизнедеятельности организмов Окаменелости: ископаемое тело (насекомое в янтаре); отпечаток листа папоротника; ядро раковины моллюска аммонита

Информационный слайд (Тип А) Геохронология – учение о временной последовательности формирования горных пород, слагающих земную кору. Сравнение окаменелостей различных слоев земной коры позволяет выделить в истории нашей планеты ряд этапов, представляющих собой различные по временной протяженности интервалы, т.е. составить ее геохронологическую шкалу

5.4. Уровни организации жизни на Земле.

Информационный слайд (Тип А) По наличию специфических структур и процессов, выделяют следующие уровни организации живого:

5.5. Экологические системы.

Информационный слайд (Тип А) Экологическая система биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Строение экосистемы (биогеоценоза) по Н.Ф. Реймерсу

5.6. Биосфера Земли. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Информационный слайд (Тип А) Биосфера оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Информационный слайд (Тип А) Границы биосферы: Верхняя граница в атмосфере: 1520 км. Определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов. Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 1011 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения. Нижняя граница в литосфере: 3,57,5 км. Определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Информационный слайд (Тип А) В структуре биосферы В.И. Вернадский выделял семь видов вещества: 1.живое; 2. биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); 3. косное (абиотическое, образованное вне жизни); 4. биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва); 5. вещество в стадии радиоактивного распада; 6. рассеянные атомы; 7. вещество космического происхождения.