Реферат: Ознакомление школьников с альтернативными подходами к проблеме возникновения жизни на земле
Жизнь на Земле была всегда. Время существования планеты – это время существования на ней жизни. Жизнь геологически (планетарно) вечна. Возраст планеты неопределим.
Жизнь никогда не была чем-то случайным, ютящимся в каких-то отдельных оазисах. Она была распространена всюду, и всегда живое вещество существовало в образе биосферы.
Древнейшие формы – дробняки – способны выполнять все функции в биосфере. Значит, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Вероятно, такова она и была в прошлом.
Живое вещество не могло произойти от косного. Между этими двумя состояниями материи нет никаких промежуточных ступеней. Напротив, живое вещество за счёт способности поглощать энергию Солнца многократно ускоряло эволюцию косного вещества планеты. (О роли живого вещества наглядно говорит сравнение двух ровесниц – Земли и Луны).
Выводы парадоксальные. Они противоречат традиционному миропониманию и находятся в стороне от господствующей научной парадигмы о последовательном образовании Земли как космического тела, затем появлении на ней жизни с последующим образованием биосферы (1. С.298-310).
Теоретические положения В.И. Вернадского основываются на шести эмпирических обобщениях, с которых начинается его “Биосфера”:
Никогда не наблюдалось в условиях Земли зарождения живого от неживого.
В геологической истории нет эпох, в которые отсутствовала бы жизнь.
Современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмам.
В современную эпоху живое вещество так же влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи.
Существует константное количество атомов, захваченных в данный момент живым веществом.
Энергия живого вещества есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца.
Из учения о биосфере школьникам известно, что за счёт способности живого вещества поглощать энергию Солнца возникли геохимические циклы или круговорот веществ в природе, в который вовлекались массы первичной материи. В результате возникли толщи осадочных пород, которые преобразовались затем геологическими и геохимическими процессами. В этой связи внимание учащихся следует привлечь ко второму эмпирическому обобщению: в земной коре нельзя отыскать слоёв, свободных от влияния живого вещества. Именно отсюда вытекает парадокс о невозможности измерения возраста Земли как космического тела, ибо мы будем находить в конце наших усилий только структуры, переработанные живым веществом. Анализ древнейших отложений земной коры – архейских пород – показал, что это изменённые осадочные породы, отлагавшиеся в среде, где уже существовала жизнь.
Геологи и радиометристы определяют не возраст планеты, а возраст пород, выпавших из жизненного круговорота, которые ушли вглубь, в осадок и более не входили в жизненные процессы. Поэтому сколько бы ни старались нащупать предельные возрасты, мы будем лишь определять тот срок, который существовала данная структура молекул, входившая ранее в живые тела.
Теоретический тезис В.И.Вернадского о всегдашней “оживлённости” поверхности планеты напоминает Лаелевский принцип актуализма, успешно перенесённый из геологии в область явлений жизни: сегодняшнее состояние биосферы свидетельствует о её прошлом. Земля была “оживлена” всегда, и всегда жизнь существовала в форме биосферы. Древнейшие живые организмы – дробняки, несмотря на примитивное строение, способны выполнять все функции живого вещества. Они настолько вездесущи, что “встроены” почти в каждую химическую реакцию, происходящую на поверхности (в коре выветривания), в недрах, в горячих источниках, в воде, в вулканических выбросах. А поскольку скорость деления прокариот огромна, то и плоды их биохимической работы ошеломляющи (например, запасы руд Курской магнитной аномалии или Чиатурского марганцевого бассейна). Значит, в принципе возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. И вполне возможно, что такова она была в прошлом.
Прокариоты символизируют собой некий особый путь эволюции, где организм нельзя рассматривать отдельно от среды, так как они изменяют её своей жизнедеятельностью.
Идея о “всегдашней оживлённости планеты” связана с идеей о “всюдности жизни”. Жизнь не могла возникнуть только в каких-то отдельных оазисах (вулканических областях, морских лагунах, в океанических глубинах). Это противоречит расчётам, сделанным В.И. Вернадским, о скорости захвата организмами пространства: для бактерий она сравнима со скоростью звука в воздушной среде. Известно, что они способны нарастить массу, равную по весу земному шару, за несколько суток.
Вся загадочность тезиса о “всегдашней оживлённости планеты” связана со словом “всегда”, то есть с понятием времени. В.И. Вернадский подчёркивал, что все характеристики жизни и времени совпадают: жизнь и время необратимы, они всегда направлены одинаковым образом из прошлого в будущее, то есть асимметричны. Время биологически содержательно, оно строится причинно обусловленными событиями: сменой поколений. Мерными единицами биологического времени В.И. Вернадский считал делящиеся бактерии. Он утверждал, что мы не имеем права говорить о времени до создания биосферы. “Всегда” без жизни нет, а есть другие формы времени, которые нам, существам, принадлежащим к биологическому миру, не столь близки и понятны.
В заключение обзора гипотез биогенеза следует подчеркнуть, что благодаря исследованиям В.И. Вернадского космос и наша планета представляются единой системой, в которой живое вещество, жизнь связывают процессы, протекающие на Земле, с процессами космического происхождения. Однако механизм проникновения живой материи из космоса на Землю недостаточно ясен. Согласно современным представлениям, многообразные бактерии были трансформированы на Землю около 3,5 млрд лет назад кометами. Ледяные ядра комет могли быть той средой, в которой микроорганизмы способны были длительное время сохраняться в состоянии анабиоза. (6. С. 165). Но пока споры бактерий не обнаружены ни в космическом пространстве, ни в метеоритах, ни в лунном грунте. Это побудило Ф.Крика и Л.Оргела предположить, что Земля была “засеяна” космическими пришельцами. Предположения такого рода, по мнению Г.А. Заварзина, хотя и обходят вопрос о происхождении жизни, встречают меньше противоречий, чем другие (6. С. 164).
Из сказанного очевидно, что ознакомление школьников с альтернативными подходами к проблеме сущности и возникновения жизни невозможно осуществить, пока не будут изучены молекулярно-генетические основы жизни, уровни её организации (включая биосферный), закономерности эволюции. Наиболее подходящее место для этого – тема “Развитие органического мира” (XI класс). К этому времени учащиеся овладеют содержанием курсов физики, химии, астрономии, создающими фундамент для понимания проблемы происхождения жизни. С другой стороны, ознакомление с вопросами возникновения жизни позволяет логично перейти к рассмотрению этапов её исторического развития, антропогенезу.
Опыт преподавания раздела общей биологии показывает, что информация о различных гипотезах происхождения жизни вызывает большой интерес у старшеклассников. На изучение этих вопросов должно быть отведено больше времени, чем то, что предусмотрено школьной программой. При этом не следует требовать от учащихся запоминания и изложения всех рассмотренных гипотез. Важно добиться понимания причин их разнообразия, умения применять теоретические знания в процессе обсуждения и оценивания гипотез.
Интегрированный и дикуссионный характер темы “Происхождение жизни на Земле” требует специфических методов и форм организации учебно-воспитательного процесса. Здесь особенно эффективны интегрированные уроки, диспуты, “круглые столы”, организуемые учителями физики, химии, астрономии, биологии.
Первые уроки могут быть даны в форме лекции, которую поочерёдно проводят учителя смежных предметов. Основное время заключительного урока должно быть посвящено дискуссии. С этой целью учащиеся делятся на две группы. Каждая группа раскрывает сущность одного из двух альтернативных подходов, приводит аргументы в его пользу. Интересно, что, отстаивая противоположные подходы, школьники часто опираются на одни и те же факты, истолковывая их в свою пользу. (То же можно наблюдать и в научных дискуссиях). Например, существование оптических изомеров аминокислот и нуклеотидов “защитники” биогенеза связывают с космосом, а сторонники абиогенеза рассматривают нарушение зеркальной симметрии в качестве этапа химической эволюции. Наличие в космическом пространстве органических соединений может говорить как в пользу химической эволюции, так и о том, что жизнь имеет космическое происхождение.
В процессе дискуссии учащиеся разных групп задают друг другу вопросы, следят за рассуждениями партнёров, находят в их высказываниях противоречивые утверждения, пробелы в аргументации, кратко и убедительно учатся отстаивать защищаемую гипотезу.
Список литературы
Аксёнов Г.П. Владимир Вернадский. М.: Современник, 1993. 687 с.
Бернал Дж. Возникновение жизни. М.: Мир, 1969. 393 с.
Бгатов В.И. История кислорода земной атмосферы. М.: Недра, 1985. 174 с.
Войткевич Г.В. Древность жизни и условия её зарождения // Биология в школе. 1987. №6. С.4-10.
Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967. 374 с.