Презентація з біології Початкові етапи біологічної еволюції. Презентація з біології "Еволюція приматів

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

1 із 44

Презентація – Біохімічна еволюція

Текст цієї презентації

Теорія абіогенезу (біохімічної еволюції). Модель А.Опаріна -Дж. Холдейна. Досліди С. Міллера. Проблеми та протиріччя теорії

У 1923 році радянським біохіміком Олексієм Опаріним було розроблено теорію біохімічної еволюції.

А. І. Опарін, російський біохімік, академік, ще 1924 р. опублікував свою першу книгу з цієї проблеми походження життя шляхом біохімічної еволюції
2 березня 1894 р. – 21 квітня 1980 р.

мільярди років тому, при формуванні планети першими органічними речовинами були вуглеводні, які утворилися в океані з більш простих сполук.
Основу цієї теорії становила ідея:

Поява життя А. Опарін розглядав як єдиний природний процес, який складався з початкової хімічної еволюції, що протікала в умовах ранньої Землі, що перейшла поступово на якісно новий рівень - біохімічну еволюцію.

Суть гіпотези:
Зародження життя Землі - тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживий
Сталося це шляхом хімічної еволюції, внаслідок якої найпростіші органічні речовини утворилися з неорганічних під впливом сильнодіючих фізико-хімічних факторів.

Опарін виділяє три етапи переходу від неживої матерії до живої:
1) етап синтезу вихідних органічних сполук із неорганічних речовин в умовах первинної атмосфери ранньої Землі; 2) етап формування в первинних водоймах Землі з накопичених органічних сполук біополімерів, ліпідів, вуглеводнів; 3) етап самоорганізації складних органічних сполук, виникнення на їх основі та еволюційне вдосконалення процесів обміну речовиною та відтворення органічних структур, що завершується утворенням найпростішої клітини.

Перший етап (близько 4 млрд. років тому)
У міру остигання планети водяні пари, що знаходилися в атмосфері, конденсувалися і обрушувалися на Землю зливами, утворюючи величезні водні простори.
Оскільки поверхня Землі залишалася гарячою, вода випаровувалась, а потім, охолоджуючись у верхніх шарах атмосфери, знову випадала на поверхню планети.
Таким чином у водах первинного океану були розчинені різні солі та органічні сполуки
Ці процеси тривали багато мільйонів років

Другий етап
Відбувається пом'якшення умов на Землі, під впливом на хімічні суміші первинного океану електричних розрядів, теплової енергії та ультрафіолетових променів стало можливим утворення складних органічних сполук – біополімерів та нуклеотидів, які поступово об'єднуючись та ускладнюючись.
Підсумком еволюції складних органічних речовин стала поява коацерватів, або коацерватних крапель.

Коацервати - це комплекси колоїдних частинок, розчин яких поділяється на два шари:
шар, багатий колоїдними частинками
рідина, майже вільну від них
Коацервати виявилися здатними поглинати із зовнішнього середовища різні органічні речовини, що забезпечило можливість первинного обміну речовин із середовищем.

коацерватні краплі, що збереглися, мали здатність до первинного метаболізму.
Третій етап
Почав діяти природний відбір
в результаті збереглася лише мала частина коацерватів
досягнувши певних розмірів, материнська крапля могла розпадатися на дочірні, які зберігали особливості материнської структури

Пізніше теорія біохімічної еволюції отримала розвиток у працях англійського вченого Джона Холдейна

Дж. Холдейн, англійський генетик і біохімік, з 1929 р. розвивав ідеї, співзвучні уявленням А. І. Опаріна.

Життя стало результатом тривалих еволюційних вуглецевих сполук. Речовини, близькі за своїм хімічним складом до білків та інших органічних сполук, що становлять основу живих організмів, виникли на основі вуглеводнів.
Джон Холдейн сформулював гіпотезу

Надалі поглинаючи з довкілля білкові речовини, структура коацерватів ускладнювалася, і вони стали схожі на примітивні, але вже живі клітини, а хімічні сполуки внутрішнього складу дозволяли їм зростати, видозмінюватися, здійснювати обмін речовин і розмножуватися.
Коацерват (від лат. coacervātus - «зібраний у купу») або «Первинний бульйон» - багатомолекулярний комплекс, краплі або шари з більшою концентрацією розведеної речовини, ніж у решті розчину того ж хімічного складу.

Теорія біохімічної еволюції та походження життя на Землі, висловлена ​​Олексієм Опаріним, визнана багатьма вченими, проте через велику кількість припущень та припущень, вона викликає деякі сумніви.

Постулює, що життя виникло на Землі саме з неживої матерії, в умовах, що мали місце на планеті мільярди років тому. Ці умови включали наявність джерел енергії, певного температурного режиму, води та інших неорганічних речовин – попередників органічних сполук. Атмосфера тоді була безкисневою (джерелом кисню в даний час є рослини, а тоді їх не було).
«Гіпотеза Опаріна-Холдейна»

Етапи розвитку життя на Землі з гіпотези Опаріна-Холдейна
Часовий період Етапи виникнення життя Події, що відбуваються на Землі
Від 6,5 до 3,5 млрд років тому 1 Освіта первинної атмосфери, що містить метан, аміак, вуглекислий газ, водень, окис вуглецю та пари води
2 Охолодження планети (нижче за температуру +100 °С на її поверхні); конденсація парів води; утворення первинного океану; розчинення у його воді газів та мінеральних речовин; потужні грози Синтез простих органічних сполук - амінокислот, цукрів, азотистих основ - внаслідок дії потужних електричних розрядів (блискавок) та ультрафіолетової радіації
3 Утворення найпростіших білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, жирів; коацерватів
Від 3,5 до 3 млрд років тому.
3 млрд років тому 5 Виникнення організмів, що мають клітинну будову (первинних прокаріот-бактерій)

Дуже переконливі докази можливості здійснення 2-го та 3-го етапів розвитку життя отримані в результаті численних експериментів із штучного синтезу біологічних мономерів.

Вперше в 1953 р. С. Міллер (США) створив досить просту установку, на якій йому вдалося із суміші газів та парів води під дією ультрафіолетового опромінення та електричних розрядів синтезувати ряд амінокислот та інших органічних сполук

Публікація в журналі Science описує дані, що вислизнули від вчених 50 років тому.
Молодий співробітник Чикагського університету, Стенлі Міллер, проводить свої знамениті експерименти з синтезу біологічних молекул. 1953 рік. //Архів Хімічного факультету Каліфорнійського університету в Сан-Дієго

Тоді нобелівський лауреат Гарольд Юрі, який отримав престижну премію за відкриття важкої води і згодом захопився проблемами космохімії,
надихнув одного зі своїх підопічних, Стенлі Міллера, теорією доісторичного абіотичного супу, з якого під впливом зовнішніх факторів вийшли перші органічні молекули.
29 квітня 189 - 5 січня 1981 (87 років)

Для того, щоб відтворити реакції в лабораторії в умовах, наближених до тих, що панували на Землі мільярди років тому, Міллер розробив оригінальний хімічний прилад.

Прилад складається з великої реакційної колби, що містить пари метану, аміаку і водню, в яку знизу нагнітається гаряча водяна пара. Зверху розташовані вольфрамові електроди, що генерують іскровий розряд. Моделюючи таким чином умови грози на околицях діючого прибережного вулкана, Міллер сподівався отримати під час синтезу біологічні молекули.
Кипляча вода (1) створює потік пари, який посилюється соплом аспіратора (врізання), іскра, що проскакує між двома електродами (2), запускає набір хімічних перетворень, холодильник (3) охолоджує потік водяної пари, що містить продукти реакції, які осідають у пастці ( 4).// ​​Нед Шоу, Університет Індіани.

У своєму досвіді Міллер використовував газову суміш, що складається з:
аміак
метан
водень
водяна пара
На думку Міллера, саме ця суміш переважала в первинній атмосфері Землі.

Так як ці гази не могли вступити в реакцію в природних умовах, Міллер піддав їх впливу електричної енергії, імітуючи грозові розряди, від яких, як передбачалося, отримано енергію в ранній атмосфері.
При температурі 100°С суміш кип'ятилася протягом тижня, систематично піддаючись впливу електричних розрядів.
Проведений наприкінці тижня аналіз хемосинтезу показав, що з двадцяти амінокислот, що становлять основу будь-якого білка, утворилися лише три

Після смерті Стівена Міллера, розбираючи його щоденники та архіви, близькі та колеги виявили записи, що стосуються робіт 50-х років, а також кілька склянок із підписами.
Підписи вказали на те, що вміст склянок – не що інше, як продукти синтезу в апаратах Міллера, збережені автором у недоторканному вигляді.

Досліди Стенлі Міллера, який спробував у пробірці повторити зародження життя на Землі, були набагато успішнішими, ніж вважав сам Міллер. Сучасні методи дозволили знайти не п'ять, а всі 22 амінокислоти в хімічному посуді, запечатаному вченим багато десятиліть тому

Протягом наступних 20 років було встановлено:
Атмосфера у досвіді Міллера була фіктивною
Рання атмосфера Землі складалася не з метану та аміаку, а з азоту, двоокису вуглецю та водних випарів, а експеримент Міллера був нічим іншим, як відвертою брехнею.
У дослідах, для отримання амінокислот, брали готовий аміак, а сам по собі, абіогенним способом, утворюється він тільки при високому тиску та температурах з еквімалярної суміші водню та азоту, у присутності каталізатора

Міллер використовував в експерименті механізм "холодного капкана", тобто амінокислоти, що утворилися, відразу ж були ізольовані від зовнішнього середовища.
Якби не було цього механізму, атмосферні умови негайно зруйнували б ці молекули.

Міллер, використавши метод «холодного капкана», сам розбив своє ж твердження про можливість вільного утворення амінокислот в атмосфері.
У результаті всі зусилля показали, що навіть в ідеальних умовах лабораторії неможливо синтезувати амінокислоти без механізму "холодного капкана", щоб запобігти розщепленню амінокислот вже під впливом власного середовища, так що не може бути й мови про випадкове виникнення в природі.

Наукові проблеми дослідів Міллера
Отримані амінокислоти виявилися «неживими»: не напрямки обертання – ефект «кіральності». в результаті досвіду було отримано множину D-амінокислот. D-амінокислоти відсутні у структурі живого організму.

"проблеми хіральності" В результаті досвіду були отримані амінокислоти з різним поворотом (орієнтацією) від уявної осі, що робить практично неможливим їх з'єднання в протеїн (б-ок)

кіральність
Термін "хіральність" походить від грецького слова "хірос" - рука.

Виникнення фотосинтезу -аеробний обмін в-в -поява еукаріотів -поява багатоклітинності. Події:

Під еволюцією фотосинтезу розуміють послідовне становлення та зміна процесу перетворення сонячної енергії на хімічну для синтезу цукрів з вуглекислого газу, з виділенням кисню як побічний продукт. Виникнення фотосинтезу

У ході розвитку життя на землі перші фотосинтезуючі організми з'явилися досить рано і як джерела електронів використовували потужні відновники, такі як водень або сірководень, тому весь фотосинтез був аноксигенним (безкисневим).

Будучи оточеними близькими за складом, але ще неживими органічними сполуками, первинні істоти могли здійснювати в безкисневому середовищі гетеротрофний анаеробний тип харчування за допомогою невеликого набору ферментів. Поступове виснаження та деградація органічних речовин, синтезованих абіогенним шляхом, супроводжувалися накопиченням дедалі більше окислених сполук, аж до появи найбіднішої енергією сполуки вуглецю - вуглекислоти. Це спричиняло необхідність дедалі більшого й більшого вдосконалення та ускладнення ферментативного апарату, який буде необхідний асиміляції дедалі більше окислених речовин.

У цих умовах, які все ще характеризувалися відсутністю в середовищі кисню, цілком ймовірно виникнення первинних автотрофних організмів, які здійснювали відновлення вуглекислоти за рахунок хімічної енергії, одержаної з мінеральних речовин. Такий тип харчування отримав назву хеморедукції. Серед сучасних організмів відома група сульфатредукуючих мікроорганізмів, які відновлюють сульфати до сірководню, використовуючи для цього молекулярний водень.

Поява в цей період, який характеризувався сильно відновними умовами середовища, світлопоглинаючих пігментів фотосенсибілізаторів призвело, очевидно, до заміни хімічної енергії в процесах хеморедукції на світлову. Виник найпростіший тип фотоавтотрофного живлення, який отримав назву фоторедукції та бактеріального фотосинтезу. Такий тип живлення здійснюють сучасні фототрофні бактерії - пурпурові серобактерії (Thiorhodaceae) та зелені серобактерії (Chlorobacteriaceae),

Пурпурні та зелені серобактерії відновлюють вуглекислоту за рахунок енергії світла, використовуючи як Н-донор сірководень (H2S):

Вода є більш окисленою сполукою порівняно з сірководнем. Використання її як донора водню пов'язане з необхідністю додаткової витрати енергії і стало можливим завдяки подальшому вдосконаленню фотохімічного апарату, яке полягало в появі рослин (починаючи з синьо-зелених водоростей) хлорофілу (замість бактеріохлорофілу) та додаткової фотохімічної системи, так званої «фотосистеми ».

Поява Землі фотосинтезу було зумовлено всім ходом попередньої біологічної еволюції і стало поворотним пунктом у переході від анаеробного до аеробного типу обміну речовин.

Близько 2 млрд.250 років тому у верхніх шарах атмосфери Землі з'явився озоновий екран, який не пропускає короткохвильове ультрафіолетове випромінювання.

Приблизно 3,5 млрд. років тому на Землі вже існували прокаріоти. Саме такий вік найдавніших порід, у яких знаходять їх викопні рештки. Бактерії безроздільно панували протягом значної частини архею (4,0-2,5 млрд. років тому) і протерозою (2,5-0,6 млрд. років тому) і сформували першу в історії Землі біосферу - прокаріотну. Найважливішим її компонентом були ціанобактерії - одні з найбільш складних прокаріотів, що володіють здатністю до фотосинтезу. ЕВОЛЮЦІЯ ЕУКАРІОТ.

Перші копалини еукаріоти датуються віком приблизно 1,5 млрд років. Предками еукаріотів, мабуть, були гетеротрофні прокаріоти. Першим кроком на шляху становлення еукаріотної організації мала стати втрата жорсткої клітинної стінки. Це дозволило перейти до харчування за допомогою піно-і фагоцитозу, що кардинальним чином змінило здатність організму щодо використання джерел живлення. З'явилася можливість ковтати великі частинки їжі, включаючи інші мікроорганізми. ПОЯВА ЕУКАРІОТ.

Симбіоз із бактерією, що має здатність до аеробного розщеплення простих органічних сполук, давав протоеукаріотній клітині безперечний енергетичний виграш, оскільки аеробний метаболізм в енергетичному плані набагато вигідніший за анаеробний. Поступово симбіонт перетворився на клітинну органеллу – мітохондрію. Хлоропласти формувалися подібним способом, але симбіонтом у цьому випадку мали здатність до фотосинтезу ціанобактерії. Подальша еволюція еукаріотів йшла шляхом формування різних багатоклітинних організмів. Виникали складові з однакових клітин слані, які надалі дали початок водоростям, а на основі колоніальних форм згодом сформувалися тварини. Саме багатоклітинні організми стали відігравати провідну роль у формуванні біосфер протерозою та фанерозою (близько 0,6 млрд років тому - до наших днів). Клітина еукаріотів формувалася в середині протерозою на основі вдосконалення організації прокаріотів. Мітохондрії та хлоропласти були придбані в результаті симбіозу давніх еукаріотів з бактеріями.

Щоб подивитися презентацію з картинками, оформленням та слайдами, скачайте її файл і відкрийте PowerPointна комп'ютері.
Текстовий вміст слайдів презентації:ПОЧАТКОВІ ЕТАПИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ9 клас Біохімічна еволюція (найбільша кількість прихильників серед сучасних вчених). Виникнення Землі. Освіта літосфери - після остигання Землі. Відновлювальна атмосфера. Заміна більш важкими газами - легень (водень, гелій) - водяною парою, вуглекислим газом, аміаком та метаном. Формування гідросфери - температура Землі опустилася нижче 100 ° C, водяна пара почала конденсуватися, утворюючи світовий океан. Енергію для реакцій синтезу доставляли грозові розряди та інтенсивна ультрафіолетова радіація. Нагромадженню речовин сприяла відсутність живих організмів – споживачів органіки – та головного окислювача – кисню. Земля під час зародження життя А.І. Опарін вказав шлях експериментального вирішення проблеми У дослідах Міллера та Опарину з вуглекислоти, аміаку, метану, водню та води в умовах, наближених до атмосфери молодої Землі, вдалося синтезувати амінокислоти, нуклеїнові кислоти та прості цукру. підтверджено експериментально у 1955 році Г. Юрі та С. Міллером. Отже, хімічна еволюція – це закономірний природний процес, що заклав основи життя.

Пробіонт – найпростіша органічна система, здатна використовувати з навколишнього середовища речовини та енергію та здійснювати найважливіші життєві функції – рости, піддаватися природному відбору. Модель пробіонту – коацерватна крапля
style.rotation
style.rotation
Коацерват - потік, що утворився в первинному світовому океані при концентруванні розчину, що складається з органічних речовин.

Початкові етапи біологічної еволюції ФОТОСИНТЕЗАЕРОБНИЙ ОБМІНПОЯВА

Біологічна еволюція - це незворотний процес історичного розвитку живого світу на Землі Висновки:1. Життя виникло Землі абиогенным шляхом. Біологічної еволюції передувала тривала хімічна эволюция.2. Виникнення життя - це етап еволюції матерії у Всесвіті.3. Закономірність основних етапів виникнення життя перевірена експериментально в лабораторії та виражена у схемі: атоми-прості речовини-макромолекули-ультрамолекулярні системи (пробіонти)-одноклітинні організми.4. Первинна атмосфера Землі мала відновлювальний характер. Внаслідок цього перші живі організми були гетеротрофами.5. В даний час живе походить тільки від живого (біогенного). Можливість повторного виникнення життя Землі виключена. Архей (3,5 млрд. років т.зв.) – прокаріоти. Протерозою (2,7 млрд. років т.зв.) – еукаріоти, багатоклітинні – нижчі рослини, безхребетні організми. ) – хордові, вищі рослини. Мезозой (230 млн. років т.зв.) – ссавці (примати), птиці, квіткові.