VІ. ТІРШІЛІК ЭВОЛЮЦИЯСЫ. 4.1. Тіршілік эволюциясы

VІ. ТІРШІЛІК ЭВОЛЮЦИЯСЫ

4. 1. Тіршілік эволюциясы

Тіршілік ө зі қ алай дамыды? Тірі затты қ ұ райтын элементтер бір-бірімен қ алай бірікті? Қ азіргі таң да бұ л сұ рақ тар бойынша дә йекті жорамал қ ұ руғ а мү мкіндік беретін мә лімет кө п жә не жеткілікті. Тіршіліктің пайда болуы жайлы теорияны Пфлюгер, Дж. Холдейн жә не Р. Бейтнер ұ сынды. Бірақ толық тү рде бұ л теория биохимик, академик А. И. Опариннің 1924 жылы жазылғ ан “Тіршіліктің пайда болуы” деген ең бегінде қ арастырылды. Бұ л теория бойынша тіршіліктің пайда болуы – Жердегі ұ зақ эволюцияның - алдымен атмогидросферадағ ы химиялық, одан кейін биологиялық эволюциялардың нә тижесі. Бұ л концепция қ азіргі кезде ғ ылыми ортада ең танымал. Сондай - ақ кө рсетілген тұ жырым ғ алымдардың басым кө пшілігімен мақ ұ лданғ ан.

Жер бетіндегі тіршілік жоғ ары саналы жануарлар, қ арапайым жалғ ыз клеткалы организмдерден бастап, тү рлі вирустар болып табылатын жалғ ыз белокты молекулалардан қ ұ ралғ ан нысандардан қ ұ ралғ ан. Вирустар инертті кристалдық нысанда немесе қ озғ алмалы жағ дайда ө мір сү реді. Белоктық молекуланың ө зі болса, оларғ а қ арағ анда қ арапайым бө ліктерден – бір-бірімен тү рлі химиялық байланыстар арқ ылы байланысып, амин қ ышқ ылдарын қ ұ райтын кө міртегінің, сутегінің, азоттың, оттегінің, қ осылыстарынан тұ рады.

1953 жылы С. Л. Миллер мен Г. К. Юри деген америкалық ғ алымдар Опариннің теориясы негізінде жасанды атмосферамен бірінші болып тә жірибе жасады. Олар Жердің алғ ашқ ы атмогидросферасының қ ұ рамында болғ ан сутегі (H₂), метан (CH₄), аммиак (NH₃) пен су буының (Н₂О) қ оспасынан амин қ ышқ ылын алды. Газдардың бұ л қ ұ рамы вулкан газдарының қ ұ рамдарына толық сә йкес келетіндігі белгілі. Газдардың осы қ оспасына кү шті электр тоғ ы беріліп, содан соң конденсациялады. Алынғ ан сұ йық тың қ ұ рамынан амин қ ышқ ылдары, тү рлі кө мірсутегілер мен тірі материяғ а тә н компоненттер табылды. Басты факторлардың бірі тотығ у - қ алпына келу ү рдістері белсенді жү руіне мү мкіндік беретін бос оттегінің болмауы жә не энергияның жеткілікті мө лшері еді.

Осындай тә жірибелерді Қ СРО мен Жапонияның ғ алымдары да қ айталады. Нә тижесінде Жердің алғ ашқ ы атмосферасында амин қ ышқ ылдарының синтезделуінің мү мкін болғ андығ ы дә лелденді. Бастапқ ы газдардың тү рлі вариациялары мен энергияның кө здері синтезделу реакцияларының нә тижесінде тү зілген ө німдердің арасында кө птеген табиғ и амин қ ышқ ылдары –лейцин, изолейцин, серин, треонин, аспарагин, лизин, фенилаланин, жә не тирозин табылды. Синтезделіп алынғ ан амин қ ышқ ылдарының ішінде қ азіргі кездегі тіршілік иелерінің қ ұ рамына кірмейтін тү рлері де болды.

Жоғ ары молекулалы қ осылыстарды қ ұ райтын мономерлердің синтезделу реакцияларына қ ажетті энергия кө здері болып электр разрядтары табылуы мү мкін. Қ азіргі кезде Жерде ә рбір секунд сайын мың нан аса найзағ ай жарқ ылы байқ алады. Ә лі толық суынып бітпеген Жерді қ оршап тұ рғ ан бу секілді алғ ашқ ы гидроатмосферада мұ ндай найзағ ай жарқ ылдары қ азіргі кездегіден ә лдеқ айда кө п болғ ан болуы да мү мкін. Бұ л кездегі энергия алғ ашқ ы мұ хиттың ү стінде бө лініп, синтезделу ө німдерінің суда еріп кету ық тималдылығ ы жоғ ары.

Бізді қ оршағ ан тіршіліктің барлық тү рлері небә рі азғ ана мономерлер блогынан (тө менгі молекулалы қ осылыстар) тұ рады. Ол 20 амин қ ышқ ылдарынан (белок молекулаларын қ ұ райтын), 5 азотты қ осылыстардан (нуклеин қ ышқ ылдарының қ ұ рамдас бө ліктері), энергияның қ айнар кө зі - глюкозадан, клетка мембраналарын қ ұ райтын қ ұ рылыс материалы жә не энергия сақ таушы- майлардан тұ рады. Кез келген тірі организмнің биохимиялық қ ұ рылысын небә рі 29 мономер сипаттайды.

Кө міртекті қ осылыстар “бастапқ ы сорпа” тү згеннен кейін, биополимерлер – ө здерін - ө здері кө бейту қ асиеттері бар белоктар мен нуклеин қ ышқ ылдарының тү зілу мү мкіндігі пайда болды. Биополимерлер тү зілуге қ ажетті концентрациялы заттар Кү н сә улесімен қ ыздырылғ ан сулардағ ы минералдық бө лшектерде, мысалы, саз немесе темір гидрооксидтеріне шө ккен органикалық заттар есебінен пайда болуы мү мкін. Сонымен қ атар, органикалық заттар мұ хит бетінде жұ қ а пленка тү зіп, олар жел мен толқ ын арқ ылы жағ алауларғ а жинақ талуы ық тимал.

Заттардың концентрациялануы коацерваттық, яғ ни қ оршағ ан ортамен диффузиялық тү рдегі зат алмасу арқ ылы байланысатын қ ұ рылымдарды, тамшыларды тү зуі мү мкін. Коацерваттық тамшыларды лабораториялық жағ дайда да алуғ а болады. Мысалғ а Опарин ә ртү рлі полимерлерден осындай тамшыларды алғ ан. Коацерваттық тамшылар ұ қ сас қ осылыстарғ а ө зінен ө зі бө лінеді. Бұ л қ осылыстар белгілі бір массағ а жеткенге дейін ғ ана ө мір сү ре алады. Массаның кө бейуі жә не қ арапайым реакцияларды катализациялауғ а деген мү мкіндігі, полимерлерге тә н болып келетін суспензиялар мен микросфераны бө ліп тұ ратын шекараның нығ аюына ә сер етеді.

Органикалық заттарды қ ұ райтын негізгі химиялық элементтер жоғ арыда айтылып кеткендей, кө міртегі, оттегі, сутегі жә не азот болып табылады. Яғ ни олар гидроатмосфераның бастапқ ы қ ұ рамындағ ы химиялық элементтер. Осы тө рт элемент органикалық заттардың 99% қ ұ райды. Осылармен қ оса органикалық заттардың қ ұ рамына кү кірт, фосфор жә не аздағ ан мө лшерлерде жиырмағ а жуық элементтер кіреді. Болжанып отырғ андай, осы ондағ ан элемент белок - полимерлердің қ ұ рамына кіріп, бастапқ ы мұ хиттың жағ алауларында органикалық заттардың жиналуы кезінде биологиялық реакциялардың катализаторы болғ ан. Бұ л қ ұ рамдас элементтер қ осылыстардың кө птеген тү рін қ ұ райды.

Сандық мө лшермен алғ анда биотаның қ ұ рамына кіретін химиялық элементтердің жалпы қ ұ рамы тең із суының қ ұ рамына жақ ын. Биотаның қ ұ рамында тек тірі жә ндікке ғ ана тә н бір де бір элемент жоқ, сондай – ақ бейорганикалық материяда кездеспейтінде бір де бір элемент жоқ. Биотаның қ ұ рамындағ ы заттардың химиялық қ ұ рылысы гидросфера, атмосфера жә не литосфераның жоғ арғ ы қ абатының химиялық қ ұ рамынан сұ рыптау мен негізгі компоненттерді ұ йымдастыру бойынша ө згешеленеді. Қ азіргі кездегі белок молекулаларын қ ұ райтын 20 амин қ ышқ ылдары миллиондағ ан жылдар бойы эволюция процесінің барысында сұ рыпталып, қ алдырылғ ан. Басқ а амин қ ышқ ылдарының жиынтық тарының кодтары жойылып, оларғ а сә йкес эволюциялық линиялар бірте-бірте жойылып кеткен.

“Тіршіліктің басы қ ашан басталады”, деген сұ рақ қ а жауап беру ү шін, “тіршілік дегеніміз не” деген сұ рақ қ а жауап беруіміз керек. Тіршілік дегеніміз - “кез келген организмнің ө зінің орнына ұ рпақ қ алдыру, ө згеру жә не осы ө згерістерді қ айта ө ндіру қ асиеті” дегеніміз дұ рыс болар. Бұ л қ асиеттер энергия мен информация беруді жү зеге асырады. Органикалық заттардың молекулалары органикалық емес заттарғ а қ арағ анда ірілеу жә не кү рделірек, сондық тан олар тү рлі ө згерістерге тез ұ шырай алады. здіксіз ө згерістер мен осы ө згерістердің сақ талып, жаң арып отыруы Жердегі тіршіліктің ерекше қ асиеті болып табылады. Органикалық емес заттар болса ө здерін - ө здері қ айта жасай алмайды.

Геологиялық жыныстардан табылғ ан қ азба қ алдық тар осыдан 3. 3 млрд жыл бұ рын тең іздерде қ арапайым ө сімдіктер – кө к-жасыл балдырлардың болғ андығ ын кө рсетіп отыр. Жердің базальтты литосферасының жасы 4. 5 млрд жыл деп саналады. Сол кездерде де жоғ арыда айтылғ андай қ ұ рамында оттегі жоқ алғ ашқ ы атмогидросфера қ алыптаса бастағ ан.

Басқ а сө збен айтқ анда, бір клеткалы ядросыз организмдер пайда болғ анғ а дейін 1 млрд жылдай ү зіліс болғ ан. Пайда болғ ан алғ ашқ ы мұ хит органикалық қ осылыстардың химиялық реакциялары жү ретін жә не тіршіліктің химиялық эволюциясы ү шін қ ажетті тамаша орта болды. Оның ү стіне, бос оттегі мен озон қ абаты болмағ андық тан Кү ннің ультракү лгін сә улелері қ ұ рлық пен мұ хит беттеріне жақ сы тү сті. Бұ л сә улелер мен найзағ ай жарқ ылдарынан алғ ашқ ы атмогидросферада аминқ ышқ ылдарының тү зілуіне қ ажетті энергия бө лінді, ал ү здіксіз тү зілген аминқ ышқ ылдары алғ ашқ ы мұ хитты “сорпағ а”айналдырды. Тү зілген амин қ ышқ ылдарының молекулалары бір-бірімен соғ ылысып, қ осылып белок молекулаларын, ал олар одан да кү рделі кө мірсутектерді тү зді. Дә л осылай химиялық эволюция биохимиялық эволюцияғ а ұ ласты деп жорамалдануда.

Ғ алымдардың басым кө пшілігі белок молекулаларының тү зілуінің себебі алғ ашқ ы мұ хиттағ ы амин қ ышқ ылдарының “кездейсоқ ” соқ тығ ысулары деп есептейді. Бұ л жерде “кездейсоқ ” деген сө зді “ық тималдылығ ы ө те тө мен” немесе “тіпті мү мкін емес” деген мағ ынада қ арастырмау қ ажет. Алғ ашқ ы атмосферада амин қ ышқ ылдарының тү зілуіне жеткілікті концентрациясының қ алыптасуы жайлы сө з қ озғ ағ анда, бұ л процесті статистикалық заң дылық ретінде қ арастыруымыз қ ажет. Кез келген кездейсоқ жағ дай, ық тималдылығ ы қ андай да тө мен болғ анның ө зінде, оның болу мү мкіндігі ә рекеттер кө бейген сайын артады. Егер белгілі бір қ ұ былыстың орын алуының ық тималдылығ ы бір тә жірибеде 1000-ның 1 болса, 1000000 тә жірибеде ық тималдылық 9999 ғ а тең. Сондық тан алғ ашқ ы мұ хиттың амин қ ышқ ылдарының қ оспасынан тұ ратын “сорпа” болғ андығ ын қ арастырсақ, онда олардан белок молекулаларының тү зілуі кездейсоқ тық емес, тіпті заң дылық деп қ арастыру қ ажет. Ал егер бұ ғ ан 1 млрд жылдан асатын уақ ыт мерзімін қ оссақ, Жердің пайда болғ анынан бастап организмдердің палеонтологиялық қ алдық тары табылғ анғ а дейін амин қ ышқ ылдарынан белок молекуларларының тү зілу мү мкіндігін болжау аса қ иын

Белок молекулалары оттегісіз ортада бір-бірімен қ осылып, кү рделеніп, прокариоттар деп аталатын алғ ашқ ы тірі бір клеткалы ядросыз организмдерді тү зді. Алайда, ең маң ыздысы ферментация процесі пайда болуы болды. Қ азіргі кезде біз бақ ылап отырғ ан ферментация ү рдісі, оттегісіз ортада ө мір сү ретін қ арапайым ағ заларда жү реді. Ферментация кезінде кө мірсутегілер бө лініп, қ айта қ ұ ралады. Бұ л кезде жылу тү рінде аздағ ан энергия бө лінеді, осы реакция кезінде пайда болатын ө німдердің бірі – кө мірқ ышқ ыл газы болып саналады.

Осы кө мірқ ышқ ыл газы ферментация не басқ а химиялық реакциялар нә тижесінде тү зілген жоқ па?

Алғ ашқ ы мұ хиттағ ы заттарғ а қ осылғ ан кө мірқ ышқ ыл газы организмдердің тіршілік ету ортасына жаң а қ асиеттер беруі мү мкін.

Фотосинтез процесіне де мү мкіндік беруі мү мкін. Барлық жасыл ө сімдіктерге тә н бұ л ү рдіс су, кө мірқ ышқ ыл газы мен ө сімдіктер сің ірген кү н сә улесінің энергиясынан тү рлі органикалық қ осылыстар тү зеді. Алайда алғ ашқ ы фотосинтездеуші организмдер қ азіргі кезде жер бетінде тіршілік ететін, шын мә нінде балдырлар емес, бактериялар болып саналатын кө к-жасыл балдырлар сияқ ты болса керек. Дә л қ азір Жерде олардың ролі айтарлық тай емес, ал ол кезде Жерде тек сол балдырлар мен оларғ а жақ ын организмдер кө птеп тіршілік еткен. Біртіндеп олар фотосинтез процесінің нә тижесінде қ оршағ ан ортағ а бос оттегіні бө ліп, ө здерінің тіршілік ортасын ө здерінен басқ а тірі организмдердің пайда болып, тіршілік етуіне жағ дай жасағ ан. Осы жаң а жағ дайларда, бос оттегі пайда болғ ан соң тыныс алу процесі мү мкін болды.

Қ азіргі кездегі тіршілік ететін тірі организмдердің негізгі топтарының пайда болуына себеп болғ ан процестердің теориялық реттілігі

Ферментация (Хемосинтез)	Фотосинтез	Тыныс алу
Органикалық қ осы- лыстар + энергия® орг. қ осылыстар+СО₂®	®СО₂+ Н₂О + энергия = орган. қ осылыстар + О₂®	® О₂ + орган. қ осылыстар = энергия + + Н₂О + СО₂
Оттексіз ортадағ ы организмдер	Ө сімдіктер	Жануарлар

Осылайша, биотаның тү зілуі химиялық процестердің кейіннен биохимиялық процестерге айналғ анынан басталады. Бұ л процестердің реттілігін схема тү рінде тө мендегіше беруге болады: амин қ ышқ ылдары ® белок молекулалары ® кү рделі кө мірсулар ® ферментация ® фотосинтез ® тыныс алу. Тыныс алу – фотосинтезге кері ү рдіс – оның нә тижесінде ө сімдіктерге қ ажетті кө мірқ ышқ ыл газы бө лініп қ ана қ оймайды, сонымен қ атар ө те кө п мө лшерде энергия бө лінеді.

12 3 4 5 Следующая ⇒