Тіршілік эволюциясы

1. Кіріспе

Тіршілік өзі қалай  дамыды? Тірі затты құрайтын элементтер бір-бірімен қалай бірікті? Қазіргі  таңда бұл сұрақтар бойынша дәйекті  жорамал құруға мүмкіндік беретін  мәлімет көп және жеткілікті. Тіршіліктің  пайда болуы жайлы теорияны Пфлюгер, Дж. Холдейн және Р. Бейтнер ұсынды. Бірақ толық түрде бұл теория биохимик, академик А.И.Опариннің 1924 жылы жазылған “Тіршіліктің пайда болуы” деген еңбегінде қарастырылды. Бұл теория бойынша тіршіліктің пайда болуы – Жердегі ұзақ эволюцияның - алдымен атмогидросферадағы химиялық, одан кейін биологиялық эволюциялардың нәтижесі. Бұл концепция қазіргі кезде ғылыми ортада ең танымал. Сондай - ақ көрсетілген тұжырым ғалымдардың басым көпшілігімен мақұлданған.

Жер бетіндегі тіршілік жоғары саналы жануарлар, қарапайым  жалғыз клеткалы организмдерден бастап, түрлі вирустар болып табылатын жалғыз белокты молекулалардан құралған нысандардан құралған. Вирустар инертті кристалдық нысанда немесе қозғалмалы жағдайда өмір сүреді. Белоктық молекуланың өзі болса, оларға қарағанда қарапайым  бөліктерден – бір-бірімен түрлі химиялық байланыстар арқылы байланысып, амин қышқылдарын құрайтын көміртегінің, сутегінің, азоттың, оттегінің, қосылыстарынан тұрады.

“Тіршіліктің басы қашан  басталады”, деген сұраққа жауап  беру үшін, “тіршілік дегеніміз не” деген сұраққа жауап беруіміз керек. Тіршілік дегеніміз - “кез келген организмнің өзінің орнына ұрпақ қалдыру, өзгеру және  осы өзгерістерді қайта өндіру қасиеті” дегеніміз дұрыс болар. Бұл қасиеттер энергия мен информация беруді жүзеге асырады. Органикалық заттардың молекулалары органикалық емес заттарға қарағанда ірілеу және күрделірек, сондықтан олар түрлі өзгерістерге тез ұшырай алады. здіксіз өзгерістер мен осы өзгерістердің сақталып, жаңарып отыруы Жердегі тіршіліктің ерекше қасиеті болып табылады. Органикалық емес заттар болса өздерін - өздері қайта жасай алмайды.

Геологиялық жыныстардан  табылған қазба қалдықтар осыдан 3.3 млрд жыл бұрын теңіздерде қарапайым  өсімдіктер – көк-жасыл балдырлардың болғандығын көрсетіп отыр. Жердің базальтты литосферасының жасы 4.5 млрд жыл деп саналады. Сол кездерде де  жоғарыда айтылғандай құрамында оттегі жоқ алғашқы атмогидросфера қалыптаса бастаған.

Басқа сөзбен айтқанда, бір  клеткалы ядросыз организмдер пайда  болғанға дейін 1 млрд жылдай үзіліс болған. Пайда болған алғашқы мұхит органикалық қосылыстардың химиялық реакциялары жүретін және тіршіліктің химиялық эволюциясы үшін қажетті тамаша орта болды. Оның үстіне, бос оттегі мен озон қабаты болмағандықтан Күннің ультракүлгін сәулелері құрлық пен мұхит беттеріне жақсы түсті. Бұл сәулелер мен найзағай жарқылдарынан алғашқы атмогидросферада аминқышқылдарының түзілуіне қажетті энергия бөлінді, ал үздіксіз түзілген аминқышқылдары алғашқы мұхитты “сорпаға”айналдырды. Түзілген амин қышқылдарының молекулалары бір-бірімен соғылысып, қосылып белок молекулаларын, ал олар одан да күрделі көмірсутектерді түзді. Дәл осылай химиялық эволюция биохимиялық эволюцияға ұласты деп жорамалдануда.

Ғалымдардың басым көпшілігі  белок молекулаларының түзілуінің себебі алғашқы мұхиттағы амин қышқылдарының “кездейсоқ” соқтығысулары деп есептейді. Бұл жерде “кездейсоқ” деген сөзді “ықтималдылығы өте төмен” немесе “тіпті мүмкін емес” деген мағынада қарастырмау қажет. Алғашқы атмосферада амин қышқылдарының түзілуіне жеткілікті концентрациясының қалыптасуы жайлы сөз қозғағанда, бұл процесті статистикалық заңдылық ретінде қарастыруымыз қажет. Кез келген кездейсоқ жағдай, ықтималдылығы қандай да төмен болғанның өзінде, оның болу мүмкіндігі әрекеттер көбейген сайын артады. Белок молекулалары  оттегісіз ортада бір-бірімен қосылып, күрделеніп, прокариоттар деп аталатын алғашқы тірі бір клеткалы ядросыз организмдерді түзді. Алайда, ең маңыздысы ферментация процесі пайда болуы болды. Қазіргі кезде біз бақылап отырған ферментация үрдісі, оттегісіз ортада өмір сүретін қарапайым ағзаларда жүреді.Ферментация кезінде көмірсутегілер бөлініп, қайта құралады. Бұл кезде жылу түрінде аздаған энергия бөлінеді, осы реакция кезінде пайда болатын өнімдердің бірі – көмірқышқыл газы болып саналады.

Алғашқы мұхиттағы заттарға қосылған көмірқышқыл газы организмдердің тіршілік ету ортасына жаңа қасиеттер беруі мүмкін.

Фотосинтез процесіне  де мүмкіндік беруі мүмкін. Барлық жасыл өсімдіктерге тән бұл үрдіс  су, көмірқышқыл газы мен өсімдіктер сіңірген күн сәулесінің энергиясынан түрлі органикалық қосылыстар түзеді. Алайда алғашқы фотосинтездеуші организмдер қазіргі кезде жер бетінде тіршілік ететін, шын мәнінде балдырлар емес, бактериялар болып саналатын көк-жасыл балдырлар сияқты болса керек. Біртіндеп олар фотосинтез процесінің нәтижесінде қоршаған ортаға бос оттегіні бөліп, өздерінің тіршілік ортасын өздерінен басқа тірі организмдердің пайда болып, тіршілік етуіне жағдай жасаған. Осы жаңа жағдайларда, бос оттегі пайда болған соң тыныс алу процесі мүмкін болды.

Қазіргі кездегі тіршілік ететін тірі организмдердің негізгі топтарының пайда болуына себеп болған процестердің теориялық реттілігі

      Осылайша, биотаның түзілуі химиялық процестердің  кейіннен биохимиялық процестерге  айналғанынан басталады. Бұл процестердің  реттілігін схема түрінде төмендегіше беруге болады: амин қышқылдары ® белок молекулалары ® күрделі көмірсулар ® ферментация ® фотосинтез ® тыныс алу. Тыныс алу – фотосинтезге кері үрдіс – оның нәтижесінде өсімдіктерге қажетті көмірқышқыл газы бөлініп қана қоймайды, сонымен қатар өте көп мөлшерде энергия бөлінеді.

2.1. Тіршілік нысандарының эволюциясы

Химиялық эволюция ерте кезеңдерінде-ақ түрлі өзгерістерге ұшырап алдымен биохимиялық, кейін  биологиялық эволюцияға айналды. Жер бетіндегі қазіргі тіршілік оттекті атмосферадан түзіле алмаған болар еді. Пайда болған тіршілік үздіксіз эволюция процесін басынан өткізген және өткізуде. Биологиялық эволюция ең алғашқы организмдер алғаш рет өздерін өздері жасай алған кезден басталды. Жерде тіршіліктің басталуы белок молекулаларын жасай алатын нуклеин қышқылдарының түзілуінен басталды.

Биохимиялық эволюция теориясын  төмендегі схема бойынша беруге болады. Коацерваттар мен органикалық  заттардың түйіртпектерінің шекарасында  күрделі көмірсутектер молекулалары орын алды, нәтижесінде коацерваттардың тұрақтылығын қамтамасыз ететін қарапайым клеткалық мембрана пайда болды. Коацерватқа өздігінен көбейе алатын молекуланың енуі нәтижесінде өсу процесіне қабілетті қарапайым клетка түзілген болуы керек.

Ядросыз клетканың (прокариоттардың) эволюциясы 1 млрд тан астам жылға созылды. Алғашқы бір клеткалы ядросыз, бірақ ДНК жіпшелері бар организмдер қазіргі бактериялар мен көк-жасыл балдырларды еске түсіреді. Бұл ең ертедегі организмдердің жасы 3.3 млрд жылдан асады.

Келесі кезеңде (шамамен  бұдан 2 млрд. жыл бұрын) клеткада ядро пайда болады. Бұл бір клеткалы ядросы бар организмдер эукариоттар деп аталады. Қазіргі кезде олардың 25-30 мыңдай түрлері бар.

Шамамен 1 млрд пен 2 млрд жыл арасында биологиялық эволюция жыныстық көбею процесінің пайда  болуына байланысты тез қарқынмен дамыды. Осыған байланысты организмдердің оларды қоршаған ортаға бейімделу мүмкіндіктері ұлғайды.

1 млрд жыл бұрын  алғашқы көп клеткалы организмдер  пайда болып, барлық тірі организмдер  екі патшалыққа бөлінді- өсімдіктер  және жануарлар.

Олар: 1) клетка құрылысы мен өсуге қабілеті;  2) қоректену  типі; 3) қозғалуға қабілеттілігі  бойынша үш топқа бөлінді.

Патшалыққа бір ғана белгісі бойынша емес, бірнеше  ерекшеліктері бойынша бөлінді. Мысалы, кораллдар, моллюскалар мен  өзен губкасы қозғалмай тіршілік ететіндер, дегенмен де олар жануарларға жатқызылды. Насеком қоректі өсімдіктер қоректену типі бойынша жануарларға жатады. Сонымен бірге ауыспалы типтер де бар, мысалы, жасыл эвглена өсімдік сияқты қоректенеді, ал қозғалуы жануарлар сияқты.

1 млрд жыл бұрын  көп клеткалы өсімдіктердің пайда  болуы фотосинтез процесінің  күрт қарқындауына әкеліп, мұхиттағы  балдырлар өздерін қоршаған ортаға  млн-даған тонна оттегі бөліп,  Жердің атмосферасының озон қабатын  түзіп, құрлық пен  сулы ортаны  тіршіліктің бұдан гөрі жетілген формаларының эволюциясына дайындай бастады.

Бұл кезең шамамен 400 млн  жылға созылды да, бұдан 580 млн  жыл бұрын мұхиттағы биотаның аса қарқындап дамуына әкеп соқты.

Органикалық дүние эволюциясының  осы кезеңінде атмосферада фотосинтездің негізгі компоненттері – көмірқышқыл газының мөлшері жоғары, ал оттегі аз ғана болды. Палеозой эрасының біраз бөлігінде атмосферадағы  СО₂ концентрациясы 0.1-0.4% қана болды. Көмірқышқыл газының бұндай концентрациясында автотрофты өсімдіктердің өнімділігі ең жоғары шекте болып және осының нәтижесінде түзілген биомассаның өте көп мөлшері толып жатқан өзгерістерге ұшырай отырып, органикалық жанғыш пайдалы қазбалардың орасан мол қорын жасаған болар еді. Палеозойдың басына қарай оттегінің массасы  жоғарылай бастады. Мезозойдың соңында СО₂ концентрациясы азая бастады. Бұл үрдіс олигоценде күшейіп, әсіресе плиоценнің соңында оның мөлшері ең төменгі шегіне жетті. Бұнымен бірге автотрофты өсімдіктердің массасы және Жер бетіндегі барлық тірі организмдердің массасы азайды.

Жануарлар дүниесінің дамуы  барысында жануарлар организмдерінің  органдары олардың атқаратын  функцияларына байланысты дифференциацияла-нып, скелет, қозғалу, ас қорыту, тыныс алу, қан тамырлары, нерв системалары мен сезім органдары қалыптасты. Тыныс алу энергиясы организмдердің қозғалуы мен өсуі үшін қажетті энергияға айналды. Ал энергияның артық қоры жануарлардың қорек табу жолындағы қозғалыстарына жұмсалды. Қозғалу үшін олар денесін белгілі қалыпта ұстап, әртүрлі жағдайларда тез және дәл шешім қабылдауды қажет етті. Яғни, биологиялық эволюция процесі мидың пайда болуына әкеп соқты.

Бұдан 65 млн жыл бұрын  Жерге диаметрі 9 км алып аспан денесінің  құлауы нәтижесінде экологиялық  жағдай күрт өзгерді. Экологиялық катастрофаның  нәтижесінде жануарлардың арасындағы сан жағынан басым болып саналатын динозаврлар жойылып кетті де, кейіннен Жерде көбірек үстемдік құрған сүт қоректілер қарқынды дамыды.

ХVІІІ-Х1Х ғасырларда ғалымдар өсімдіктер мен жануарлар дүниесінің систематикасын жасау үшін көп жұмыстар жүргізді. Биологияда систематика деп аталатын бағыт пайда болды. Өсімдіктер мен жануарлар олардың структуралық ерекшеліктеріне қарай классификацияланды. Негізгі структуралық бірлік ретінде түр алынды, ал одан жоғары деңгейлер туыс, отряд, классты құрады.

Қазіргі кезде Жер бетінде өсімдіктердің 500 000 мыңдай, жануарлардың 1,5 млн түрлері бар, олардың ішінде омыртқалылар – 70 мыңдай, олардың 16 мыңы құстар, сүт қоректілердің – 12 540 түрі бар

Тіршілік формаларының дамуындағы оқиғалар мен негізгі  даталардың геологиялық шкаласы