生命的起源与进化

第一节 生命的起源
一、目标
（一）知识目标
1．了解生命起源化学进化过程的四个阶段。
2．了解米勒的实验与结果。
3．了解我国在探索生命起源问题上的重大成就。
（二）能力目标
1．在引导学生阅读教材、整理知识体系的过程中，培养学生的自学能力和分析、归纳问题的能力。
2．让学生在解决问题中掌握获取知识的基本途径和方法。
（三）德育目标
1．通过本节课的学习，使学生了解到地球上的原始生命是由非生命物质逐渐演变来的，生命是物质的，从而对学生进行科学的世界观和宇宙观的教育。
2．通过介绍我国在探索生命起源方面取得的重大成就，对学 生进行爱国主 义教育。
（四）学科方法目标
1．通过米勒的实验，了解模拟实验的原理和方法。
2．生命起源是科学假说，它既要符合科学规律及自身的内在逻辑，还要经实验验证。通过本节课的学习，认识科学研究的一般方法，并形成客观的抽象思维方法。
二、重点、难点、疑点及解决办法
1．教学重点、难点及解决办法
（1）生命起源化学进化过程的四个阶段。
（2）关于生命起源问题目前仅限于假说和推测，内容比较抽象。
[解决办法]
（1）引导学生阅读、理解、归 纳教材；
（2）不断设疑，引导学生积极思维，激活学生的想象力；
（3）利用挂图、投影等直观教具形象讲解；
（4）通过练习反馈。
2．教学疑点及解决办法
（1）原始生命的原始新陈代谢类型是什么？
（2） 在现今的地球条件下，非生命物质能不能再演化为原始生命？
[解决办法]（1）通过对自养型、异养型以及需氧型、厌氧型的区别对比，引导学生推测原始生命的代谢类型
（2）引导学生归纳形成原始生命的三个基本条件，分析、对比现今的地球条件而得出结论。
三、课时安排　1课时。
四、教学方法:　发挥教师的主导作用，突出学生的主体参与，结合阅读指导法、谈话法、讲述法、讨论法等，进行启发式教学。
五、教具准备:1．挂图：原始地球想象图。
2．投影器材。[来源:学科网]
3．自制投影图片：①生命起源和发展的图示；②米勒的实验装置；
③团聚体和微球体假说示意图；④思考题、练习题等
六、学生活动设计　
1．引导学生自学，紧扣学习目标勾出课文中重点词句。2．请学生上讲台指图讲述。
3．回答问题，做有关练习。
4．给学生思考、讨论、提问的时间。
七、教学步骤
导入新课
关于生命的起源同学们可能听说过许多不同的传说，大家对这个问题很感兴趣，这也是多年来科学家一直在探索的问题。今天就让我们一起来探究有关生命起源的问题。
假说：1、神创论
2、宇宙胚种说
3、物质化学进化论
自学提纲：1、科学进行推测时不能（　）
　　A．有确凿的证据　　　　B．凭空想像　　C．有严密的逻辑推理　　　　　D．有丰富的想象和联想　　
　　〔分析〕科学有别于其它认知方式和其它知识体系，就是因为它采用的是实证标准、逻辑论证。所以，科学的推测必须和观察或实验所获得的证据一致，还应该合乎逻辑。科学并不排除想象和联想，但是这些想象和联想应该是基于现有数据的基础上的，并最终还需要过程和实验的证实。〔答案〕B
科学 研究思路：事实-------推测---------事实验证
一、神创论 无据可查
二、宇宙胚种论：
自学提纲2：证据： 表明:：
3、地球外的生命又是如何产生的
三、物质进化论：
（一）原始地球的气候与环境
自学提纲：4、地球什么时候形成 。看P54原始地球表面想象图，描述原始地球环境
5、原始大气是怎样形成的？ 原始大气的主要成分包括 、 、 、 、 、 ，与现在的大气层相比没有 。
提出问题:原始地球能不能产生原始生命呢？
（二）米勒模拟实验
自学提纲：6、实验原理：
实验方法：在米勒模拟实验中，向密闭的实验装置中通入 等气体模拟 。实验中的火花放电模拟了原始地球的 现象。
7、对Ｃ装置中的产物进行分析，发现有 生成，此装置模拟了原始地球条件下的 。
8、原始大气中无机物合成有机物的能量来自于 。
9、这个实验表明：
（三）科学推理：化学进化过程
自学提纲10：
进程1： ，在 、 、 自然条件的长期作用下，形成了简单的有机物 。
进程2：简单有机物――――>有机高分子物质（如蛋白质）
1965年我国科学工作者首次人工合成了一种比较简单的，具有生命活性的蛋白质分子 ， 1981年，又利用简单的有机物，人工合成了组成生命的另一种重要物质 酵母丙氨酸转运核糖核酸，这是一种RNA。
进程3：有机高分子物质――――>多分子体系
（阅读课本P56最后一段）：说明： 。
进程4：多分子体系――――――>原始生命
这是生命起源过程中最复杂、最有决定意义的阶段，它直接涉及到原始生命的发生，是一个飞跃，一个质变阶段。所以，这一阶段的演变过程是生命起源的关键，但目前仅仅是推测，如果能得到证实并能进行模拟的话，那么就意味着能人工合成生命，这将是生命科学上一个重大的突破。
11、原始生命诞生的重要标志是下列那一项？　　　　　 　　　　　　　　　　　　 [　　　 ]
A．原始海洋的形成。 B．原始蛋白质分子和核酸分子的形成
C．出现原始界膜，进行原始的物质交换 D．具有原始的新陈代谢作用并能进行繁殖 答案：D。
12、进程1在 发生，进程2、3、4在 发生。
（四）、分析讨论
1、为什么说原始海洋是原始生命的摇篮？
原始海洋是地球上最初产生的有机物的汇总 场所，有机高分子的形成，多分子体系的组成，以及原始生命的诞生都是在原始海洋中进行的，而海水能阻止强烈的紫外线对原始生命的破坏杀伤作用。所以说，原始海洋是生命的摇篮。
2、原始生命最可能的原始新陈代谢类型是什么？
、原始生命虽然具有原始的新陈代谢作用，但其结构十分简单，不可能具有进行光合作用的结构和条件，而只能以原始海洋中已经存在的各种有机物作为营养物质，所以其营养方式应该是异养型。原始大气成分中没有氧气，因此其异化方式只可能是厌氧型。所以，原始生命的代谢类型最大可能为异养厌氧型。
3、在现今地球条件下，非生命物质能不能再演化为原始生命？
生命在地球上的出现是原始地球条件和各种物质相互作用的结果，在现今的地球条件下，作为生命起源的基本条件已不存在了。随着地球上最早的能进行光合作用的原始藻类（如蓝藻）和以后绿色植物的出现，现代大气已成为含氧丰富的氧化性大气，而不再是生命起源所必需的还原性大气。现今地球的大气层中有臭氧层阻挡了大部分的紫外线，没有了强烈的太阳辐射，也没有频繁的闪电，地球的温度也降低了，把无机物合成为有机物必需的自然界的高能作用已不复存在。另外，也不再有含丰富有机物、含盐量极少的原始海洋那 样的环境。现在的地球上由于存在大 量的游离氧（可以氧化有机物）和微生物（可以分解有机物）各种有机物不可能像在原始海洋中那样长期保存和积累。因此，在现在的地球环境条件下，是不可能再产生新的原始生命的。正因为地球上不会有新的生命起源，现在地球上生物若灭绝一种，就永远地消失，一去不复返。因此保护环境，保护生物，尤其保护珍稀的野生动植物资源是当务之急。
典型例题　　例　1．原始生命形成的场所是
　　A、原始大气 B、原始海洋 C、陆地上 D、大气层中
　【解析】原始海洋就像一盆稀薄的热汤，里面含有许多有机物，这些有机物不断的相互作用，经过及其漫长的年代，逐渐形成了原始的生命，因而可以形象地把原始海洋比作是生命的摇篮，是原始生命形成的场所。原 始大气只能产生简单的有机小分子物质；当时的“陆地上”和“大气层中”不可能形成原始生命。 【答案】B
　　例　2．地球上最早出现的生物代谢类型可能是（ ）
　　A．自养需氧型 　　　　 B．自养厌氧型 　　C．异养需氧型　　　　 D．异养厌氧型
　　［解析］该题主要考察对原始地球条件的分析推理能力。原始生命的结构简单，不可能存在叶绿体，只能利用原始海洋中丰富的有机物，因此，原始生命是异养的。原始大气中没有游离的氧，所以，原始生命又是厌氧的。 [答案]是B。
小结：教师照板书归纳小结本节课全部内容：在原始地球 条件下，非生命物质经过极其漫长的过程，经过极其复杂的化学进化，一步步演变为原始生命。
小结提问：生命起源化学进化过程所需要的基本条件是什么？
强　　　 调：
（1）原料：原始大气中的各种成分。
（2）能量：大自然不断产生的含有极高能量的宇宙射线、强烈的紫外线和频繁的闪电等。
（3）场所：原始海洋。[来源:学科网ZXXK]
（四）总结、扩展
生命的起源是一个非常复杂的科学之谜，它涉及到天文、地质、理化、生物等各个方面的知识，站在我们今天的地球上来追溯距现在46亿年以前的历史，难度肯定很大。以上介绍的是为大家所公认的生命起源化学进化过程的假说和推测。直到今天，人们对生命起源这一古老而崭新的问题仍然在继续研究和探索之中，特别是近年来 围绕着原始大气成分、生命起源于何处等问题又有了新的看法和争论，实事求是的科学争论对于深化认识是非常有益的。我们相信这个千古之谜总有一天会揭开。
尽管如此，前人的研究至少可以说明生命物质是由非生命物质发展而来的，生物与非生物之间具有统一的一面，从而为辩证唯物主义观点提供了有力证据。另一方面，到现在为止的一些科研成果对进一步揭开生命的奥秘具有重要意义，随着科学技术的发展，今后必然有更多的生命物质被人工合成出来，并造福于人类。
展望：原始生命比现在地球上生存的任何一种生物的结构都要简单，那么原始生命又是如何演变为现今自然界中这些形形色色、丰富多彩、高等复杂的生物的呢？这个问题下节课再来研究植物和动物的进化历程。
习题精选一、选择题
　　1. 关于生命的起源，叙述正确的是：
　　A、原始生命肯定是在地球上起源的B、原始的大气成分和现在的大气成分是相同的
　　C、最早的生物可能是由原始大气的成分先形成有机物，再在原始海洋中逐渐形成的
　　D、米勒模拟原始地球环境进行实验，产生了原始的生命
　　2.原始大气中不含（　）
　　A．氢气　　B．氧气　　C．硫化氢　　D．二氧化碳
　　3. 原始生命的摇篮是（ ）
　　A．原始陆地 B．原始海洋 C．原始大气 D．土壤
　　4．生命起源的过程是（ ）
　　A.无机物――有机物――原始生命 B.有机物――无机物――原始生命
　　C.无机物――原始生命――有机物 D.原始生命――无机物――有机物
　　5. 米勒的实验证明了（　）[来源:学§科§网]
　　A.原始地球上可以形成原始生命
　　B.原始地球上可以形成简单有机物
　　C.原始生命起源于原始海洋
　　D.原始生命起源于外星球
二、非选择题
　　6.判断：大约在46亿年前，生命和地球一起形成。（ ）
　　7.判断：一些学者模拟原始地球的大气成分，在实验室里制成了一些有机物，这就可以推测原始生命一定是在地球上产生的。( )
8.根据天文学家研究发现：在陨石中、星际空间中都含有构成生物体所需要的多种有机物，最近又发现火星上可能有水。根据上述研究结果，你能做出什么推测？
9.分析下列的实验，你会得出什么样的推测，和科学家做出的推测一样吗？
序号实验步骤实验结果你的推测
1）将一棵重2.3kg的柳苗栽种到一个盛有土壤的木桶中，木桶内土壤的重量是90kg，为防止灰尘落入，还专门制作了桶盖。只用纯净的雨水浇灌柳苗。5年过去了，再次称量柳苗和土壤的重量，发现柳苗重量增加74.5kg,土壤重量仅减少了0.057kg！
2）（1）将小白鼠或蜡烛单独放在密闭的钟罩里；[来源:Z&xx&k.Com]
（2）将小鼠与植物、蜡烛与植物同时放入密闭的钟罩内。（1）蜡烛很快熄灭，小鼠窒息而死；
（2）蜡烛持续燃烧，小鼠正常生活。
3）在各种时间和条件下重复实验2。绿色植物能够释放气体的能力在光照充足时最强烈，在夕阳西下时降低，日落后完全停止。
4）（1）收集水生绿色植物释放的气体，将带火星的木条伸进气体中；
（2） 在水中通入二氧化碳，再次收集释放的气体。 （1）木条恢复燃烧；
（2）植物产生的气体量明显增加。
5）　　定量测试植物的增重量大于二氧化碳吸收量减脱氧的释放量
6）（1）把绿叶放在暗处数小时，消耗叶片中部分营养物质，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。一段时间后，用碘蒸汽处理叶片。
（2）用显微镜观察叶片中的叶绿体。（1）遮光的部分叶片无颜色变化，而照光的一部分叶片显示深蓝色。
（2）照光时叶绿体中的淀粉粒会增大
参考答案
一、选择题　　1、C 　　2、B　　3、B　　4、A　　5、B　
二、　　6、×　　7、×
　　8、这些研究结果说明，宇宙空间也可以形成有机物，并具备生命起源必须的水分条件。所以可以推测：1、宇宙其它星球上也可能存在生命；2、地球的生命也可能是从宇宙中产生，再迁移到地球的……
　　9、科学家的推测
　　1）海尔蒙特 1648年，柳树苗的增重来自水。
　　2）普利斯特利（荷兰）1771年，植物能“净化”空气。
　　3）英格豪斯（英国） 1779年，植物绿色部分只有在光下才能起到“净化”空气的作用。
　　4）谢尼伯（瑞士） 1782年，绿色植物释放释放的是氧气，同时吸收二氧化碳。
　　5）索热尔 （瑞士） 1804年，水是植物增重的必须原料。
　　6）萨克斯（德国） 1864年，植物在光下可以合成淀粉。

　（五）布置作业
（六）板书设计 第三章生物的进化
第一节地球上生命的起源
事实-----推测-------事实验证 三、物质化学进化论
（一）原始地球的气候与环境
一、神创论 （二）米勒模拟实验

二、宇宙胚种论 （三）科学推理：化学进化过程
1、形成了简单的有机物 。
2、简单有机物――――>有机高分子物质（如蛋白质）
3、有机高分子物质――――>多分子体系
4、多分子体系――――――>原始生命

八、参考资料1、创世说：基督教：上帝用七天创造了天地万物。第一日，上帝说：“要有光！”于是有了昼，有了夜。第二日，上帝说：“诸水之向要有空气隔开。”上帝便造了空气，称它为天。
第三日，上帝说：“普天之下的水要聚在一处，使旱地露出来。”于是，有了陆地与海洋。并造了各种植物 第四日，日月星辰 第五日，游鱼，飞鸟 第六日，走兽，并上帝就照着自己的形象创造了人掌管所有生物 第七日，天地万物都造齐了，上帝完成了创世之功。在这一天里，他歇息了人。[来源:学科网ZXXK]
中国古代神话：盘古开辟了天地，用身躯造出日月星辰、山川草木。那残留在天地间的浊气慢慢化作虫鱼鸟兽，替这死寂的世界增添了生气。女娲造人。
2．米勒模拟实验　 1953年，美国芝加哥大学的学者米勒及其助手在实验室内首次模拟原始地球在雷呜闪电下将原始大气合成小分子有机物的过程。米勒等人设计的火花放电装置如课本的图中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，然后模拟原始大气成分通入甲烷、氨、氢等混合气体。将入口玻璃管熔化封闭，然后把烧瓶内的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，进入容积为5升的烧瓶中，并在其中连续进行 火花放电7天，模拟原始地球条件下的闪电现象，再经冷凝器冷却后，产生的物质沉积在U型管中，结果得到20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中，有4种氨基酸――甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。
继米勒的工作后，不少学者利用多种能源（如火花放电、紫外线、冲击波、丙种射线、电子束或加热）模拟原始地球大气成分，均先后合成了各种氨基酸，以及组成生物高分子的其他重要原料，如：嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出：在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，完全可以完成从无机物向简单有机物的转化。
需要说明的是：新近的发现已令有的人对此结论产生了一些怀疑。有的科学家认为，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都会迅速被紫外线辐射所分解，释放出的H2多数也会逃逸到太空中，根据目前的理论，早期大气的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等气体，可能还有一些游离氢。
3．类蛋白的合成　美国学者福克斯认为，原始海洋中的氨基酸可能被冲洗到火山附近等温度高于水沸点的热地区，它们在那里蒸发、干燥和聚合，产生的类蛋白又被冲回海洋，进一步发生其他反应。他在实验室内将多种纯氨基酸混合，干燥加热至160―200℃，几小时后就得到具有某些天然蛋白质性质的类蛋白。以后又有人模拟原始地球条件，用核苷酸等小分子有机物合成类似天然核酸的物质。
4．团聚体和微球体假说　团聚体假说 这一假说是由原苏联学者奥巴林提出的。奥巴林等人把均匀、透明的白明胶（一种动物蛋白质）的水溶液与阿拉伯胶（一种多糖）的水溶液混合在一起。用显微镜观察，可以看到：原来均匀、透明的胶体溶液变得浑浊了，继而出现了具有明显界膜的小滴，奥巴林把这种小滴称为团聚体。 由于发现这种团聚体可以表现出合成、分解、生长等生命现象，奥巴林等人认为团聚体可能是原始生命形成过程的一个重要阶段。
微球体假说　 这一假说是由美国学者富克斯提出的。福克斯等人把酸性的类蛋白物质用1％的NaCl 溶液稀释经加热、溶解、冷却以后，放在显微镜下观察，发现了溶液中有无数的球状小体。福克斯称它为类蛋白微球体。

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