Тіршіліктің пайда болуы жөнінде биохимиялық теория

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті.

 

 

 

 

 

 

 

 

Тақырыбы:    Тіршіліктің пайда болуы жөнінде

                               биохимиялық теория.

 

                                                               Орындағандар:     Шапенова Ұ

                                                                                                    Нүрпейісова М

                                                                  Тексерген:          Калимағанбетов А

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2011 жыл

    Жер бетінде тіршіліктің пайда болуы жөніндегі мәселе- биологиядағы ең бір күрделі мәселе.Ерте заманнан бастап күні бүгінге дейін тіршіліктің пайда болуы туралы шексіз көп жорамалдар,пікірлер айтылып келеді.

     Тіршіліктің жер бетінде пайда болуы жайындағы осы кездегі теориялардың ішінен,қазіргі биохимиялық зерттеулердің негізінде Энгельстің көзқарасын қолдап,дамытып отырған тыянақтырағы акдемик А.И.Опариннің теориясы.

     Бұл теория  бойынша жер бетінде тіршілік  шығуына жеткізген процесті негізгі  үш кезеңге жіктеуге келеді:бірінші  кезең- органикалық заттардың  пайда болуы,екінші кезең-белоктардың  пайда болу дәуірі,үшінші кезең-  белокты денелердің пайда болу  дәуірі.

    Бірінші кезең органикалық заттардың пайда болуы.Барлық организмдер негізінен органикалық заттардан құралған, онсыз тіршіліктің болуы мүмкін емес.Қазіргі кезде жер бетінде органикалық заттар фотосинтез және хемосинтез процестерінің нәтижесінде пайда болады.Алайда органикалық заттардың биогендік жолмен түзілуі,Жерді организмдер мекендеген кездегі біздің дәуірімізге тән сипат.Тіршілік пайда болмай тұрғанда қарапайым органикалық заттар  таза химиялық жолмен пайда болғанына көз жеткізу қиын емес.Бұған Күн атмосферасының және басқа жұлдыздар мен планеталардың атмосфераларының химиялық құрамын зерттеу нәтижелері дәлел болады.

    Күннің атмосферасында  көмірсутектері (метан т.б) түрінде  қарапайым органикалық заттар  бар екендігін анализ көрсетті.Күннің  бетінде температура 6000 градустан  жоғары болғандықтан онда организм  өмір сүре алмайтындығы өзінен-өзі түсінікті.Сондықтан онда көмірсутектер организмдердің қатысынсыз,яғни абиогендік жолмен түзіледі.Көп мөлшердегі көмірсутектері,соның ішінде метан,Юпитер бетінде орналасқан.Оның температурасы-135⁰.Бұл температурада тіршілік үшін қолайсыз.Бұған қарамастан,мұнда органикалық заттар бар.Метеоридтерді зерттеу өте көрнекті жұмыс.Олардың көбінен көмірсутектері табылды, кейде оның өте күрделі түрлері және олардың күкіртті және сутекті туындылары да бар екендігі анықталды.

    Тіршілік пайда болғанға дейін, басқа аспан денелеріндегідей, қарапайым көмірсутектері жерде таза химиялық жолмен түзіліп отырды.Жер планетасының құрамында карбид түрінде ,яғни көмірсутегі мен металдардың анаорганикалық қосылыстары көп.Сірә Жердің орталық ядросы тұтас карбидтен құрылған,оның көбі темірдің,никельдің және кобальттің карбидтері болуға тиіс.Бұл металдардың карбидтері терең жатқан породалар,түрінде бола тұрсада, өте ерте кезде олар Жердің үстіңгі бетіне шығып қалуы да мүмкін еді.Жер шарының бірқатар жерлерінде когенит минералдары түрінде карбидтердің жер бетіне шығып жатқаны белгілі.

     Д.И.Менделеев  балқыған карбидтермен су әрекеттескенде  көмірсутегінің түзілетінін көрсеткен  болатын.Мұнда су молекуласындағы  сутегі көміртегіне қосылып көмірсутегін  құрайды.Мысалы, алюминий карбиді  сумен әрекеттескенде алюминий  тотығының гидратын және метан  түзеді; кальций карбиді сумен  реакцияға түскенде кальций тотығының  гидраты және ацетилен түзіледі.Соңғы жылдары бірқатар когенит кендерінде көмірсутектерінің түзілгендігі анықталды,мұның үлкен мәні бар.Өте ертедегі тіршілік жоқ дәуірлерде көмірсутектерінің осылайша түзілгеніне күмандануға болмайды.

     Біздің астрономдарымыз-  академик В.А.Амбарцумян,В.Г.Фесенков  және О.Ю.Шмидтің зерттеулері  жұлдыздар мен планеталар системаларының, соның бірі біздің жұлдыз системамыздың  түзілу процесін түсінуге мүмкіндік  туғызып отыр.Біздің жұлдыз системамыз  көптеген жұлдыздардың жиынтығы,соның  бірі  Күн.Осы сияқты жұлдыздардың көлемді систематикасы Галактика делінеді.Біздің Күн айналамыздағы планеталар мен бірге Галактика құрамына енеді.Осы Галактика құрамында 150 миллиардтай жұлдыздар бар.

    Астрономиялық  зерттеулер,жұлдыздарда және планеталар  системалары да газ-тозаң түріндегі заттардан пайда болғанын көрсетіп отыр.Біздің Галактикамыздағы заттардың бәрі жұлдыздар мен планеталарда шоғырланған емес,сол заттардың жартысына жуығы газ және тозаң майда бөлшектері түрінде шашылып тарап жүр.Кейбір жағдайларда, осы газ-тозаң материя  біршама тығыз бұлт түрінде

шоғырланып,жай көзгеде  көрінеді.

    О.Ю.Шмидтің гипотезасы  бойынша Күн систематикасындағы  планеталар космостық тозаң бұлтынан пайда болды.Бұл бұлттарды Күн өзінің түзілу дәуірінде немесе одан кейінірек Күн Галактикалық тозаң бұлтымен кездескен кезінде ұстап қалған.Сол ұстап қалған бұлттың көлемі қазіргі күн системасының көлемінен әлде қайда артық болды деп болжанады.Сол тозаңдық бұлт одан әрі қоюланып бөлшектеніп Күнді айналып жүрді.Одан Жер және күн системасынан басқа планеталар пайда болды.

     Шмидтің гипотезасы  бойынша Жер қатты бқлшектерден  түзілді,алғашқы даму сатысында  ол салқын болды,Кант-Лаплас гипотезасында айтылғандай отты балқыған емес,Жер қойнауы,негізінен,радиоктивті ыдырау салдарынан кейін қызды.Оның балқуына байланысты, салмақ күшінің әсерімен ондағызаттар біртіндепорын алмастыра бастады:ауырлары жердің ортасына шөгеді,жеңілдері қалқып үстіне көтеріледі.Жер қабығының түзілуі өте ұзаққа созылған процесс,бұл процесс жер шарының әр жерінде әртүрлі жүрді.Жердің қабығы жер қойнауының балқу процесіне жеңіл тау жыныстарының жоғары ығысып шығу нәтижесінде пайда болды.Осы жағдайда балқыған карбидтер жер бетіне шығып сумен өзара әрекеттесуі де мүмкін болатын.

      Галактикадағы  газ-тозаң заттарды химиялық зерттеу,онда металдар және олардың тотықтары мен қатар сутегі,аммиак су және  қарапайым көмірсутегі-метан болатындығын анықталады.Сірә,Жерді түзген газ-тозаң материяның құрамында осы заттардың бәрі болған болуы керек.

      Екінші кезең-белоктардың түзілуі Америка ғалымы М.Кальвин, Жердің жасы 4,7 миллиард жыл шамасында,оның бастапқы жаралған кезінде өзін қоршап тұрған атмосферада бос оттегі болған жоқ,демек,атмосфера тотықсыздандырғыш қалыпта болды деген ғылымда көбіне ынтымақтастық бір пікірді көрсетеді.

       Осы  кезде күн сәулесінің қысқа  ультракүлгін толқынды сәулесі  жер бетіне жете алғандай бар еді.Қазіргі кезде тек тірі материяның ғана құрамында кездесетін көміртегінің қосылыстары,сол кезде ультракүлгін

сәулелердің  энергиясын пайдаланатын фотохимиялық реакция  арқылы

органикалық емес жолмен түзілген болуға тиіс.

    Академик А.И.Опариннің  теориясы бойынша алғашқы белоктың  түзілуі мына түрде түсіндіріледі.Қазіргі  кезде,әр түрлі планеталардың  атмосферасында және метеориттердің  құрамында СН₄,NH₃,H₂O және басөа қарапайым заттар бар екендігі анықталды.Ерте кездегі Жер атмосферасындағы сондай заттардан күрделі қосылыстар пайда болды.Алғашқы мұхиттың пайда болуынан бастап белок құрылымдарының қалыптаса басталуына қолайлы жағдай туды.Ең алдымен су орталығында көмітсутегінің туындылары химиялық күрделі өзгерістерге  түсіп және өзгеріп бір-біріне айналу мүмкіншілігі болды.Ерітінділерде көмірсутегінің туындылары жалпы мына бағытта өзгеріске түсті.Бұл органикалық заттардың кішкене молекулалары өзара қосылып ірі және күрделі құрылысты молекулаларға айнала бастайды.

     Алғашқы органикалық  заттардың молекулалары осы қалыпта  күрделенуінің нәтижесінде ерітінділерде  күрделі органикалық заттар-көмірсутегі  пайда болады.Бұған мысал ретінде  әйгілі химик А.М.Бутлеровтың  бір кездерде жасаған реакциясын  алуымызға болады.Ол аздаған кальций  салынған формальдегидтің судағы ерітіндісін тұндырып қояды.Формальдегид молекуласы көміртегінің бір атомынан,оттегінің бір атомынан және сутегінің екі атомынан тұрады.Біраз тұрғаннан кейін ол ерітіндіде тәтті дәм пайда болады.Бутлеров, мұнда формальдегидтің алты бөлшегі өзара қосылып қант молекуласын түзгенін анықтады.Қант молекуласында көміртегінің алты атомы,оттегінің алты атомы және сутегінің он екі атомы болады.

    Белок молекуласы  жеке бөлшектерден –амин қышқылдарынан  тұратыны белгілі.Бұлар өзара  полипептидтік байланыстар арқылы  қосылады.Белок заттарының қалай пайда болғандығын түсіну үшін ең алдымен,Жер жаралғаннан кейін қандай жағдайларда амин қышқылдарының синтезделгенін және бұлар қалайша өзара байласынып полипептидтік тізбек жасап белок молекуласының негізін құрғандығын анықтауымыз керек.

     Таяу жылдарда (1951-1957жж) американдық химик С.Миллер экспериментальды түрде аммиактан,метаннан,су буынан және

сутегінен амин қышқылдарын  қолдап синтездеп алуға болатыедығын дәлелдеді.Бұл тәжірибе жасалу жағдайы  біздің планетамыз жаралғаннан кейін  жер бетінде болған жағдайға ұқсас.Миллер аталған заттарды электр разрядтарымен  әсер ететін аппаратқа орналастырды.Осы  аппаратың бір бөлімінде су қайнатылып, екінші бөлімінде бу конденсацияландырылады; сөйтіп бу айналыста болады.Тәжірибенің  соңында әрекеттескен қоспадан белокта болатын глицин,аланин,аспарагин,глутамин қышқылдары тәрізді амин қышқылдары алынды.Миллер осы тәжірибенің нәтижесіне сүйеніп,Жердің алғашқы атмосферасында электр разряды мен ультракүлгін сәуленің әсерімен осындай амин қышқылдары синтезделген болуы мүмкін деген қорытынды жасайды.Мұнан кейінгі жылдары бірқатар ғалымдардың жасаған тәжірибелері Миллердің қорытындысын бекітті.Ультракүлгін сәулелерді,электр разрядтарын және әртүрлі сәулелерді қолданып,амин қышқылдарын ғана емес,басқада биохимиялық бағалы заттарды,соның бірі нуклеотидтердің азоттық негіздерін қолдан синтездеуге болатындығы дәлелденді.

     Қазіргі биохимиядағы  зор табыс- ол бірінші рет  белок молекуласының толық синтезделуі;хордалы  жануарлардың организмінде углеводтың  алмасуын басқырып отыратын гормон-инсулин  синтезделіп алынды.

     Үшінші кезең-белокты денелердің түзілуі.Опариннің теориясы бойынша белокты денелердің түзілу жолындағы келесі қадам-коацерват тамшысының түзілуі,яғни екі түрлі белокты ерітінділерді араластырғанда тұнба беретін микроскоптық тамшының түзілуі.Әдетте,белоктар суда жақсы еріп,мөлдір ерітінді түзеді.Ерітіндінің мөлдірлігі белок молекулаларының бүкіл еріткіштің ішіне біркелкі тарап кетуіне байланысты.Ал,егер екі түрлі белокты ,мысалы желатин мен альбуминді араластырсақ,ерітінді лайланып кетеді.Осындай лайланған ерітіндіні микроскоппен қарайтын болсақ онда өз алдына бөлініп суда қалқып жүрген тамшыларды көреміз.Коацерват тамшысының түзілуі әр түрлі белоктарды араластырғанда олардың бөлшектері бірігіп  молекулалар үйірін

құрауына байланысты.Сондай үйірде бірнеше миллиондаған молекулалардың басы қосылып,ол үлкен көлем алып коацерват тамшысы түрінде микроскоп  арқылы көрінеді.

    Коацерват тамшылары  сұйық бола тұрса да,олардың  өздерңне тән құрылысы бар,соның  арқасында өзін қоршап тұрған  ертіндіден заттарды оңай ұстап  қалады.Мұны көрсету қиын емес: коацерват тамшыларын қоршап  тұрған суға аздап метилен  көгін ерітіп байқауға болады.Мұнда  микроскоп арқылы тамшылардың бояуды бірте-бірте сіңіріп ерітіндінің өзі мөлдірленетінін көреміз.Егер бояудың орнына қант немесе амин қышқылдарын ерітіндіге қоссақ,оларды коацерват тамшылары сіңіріп қана қоймайды,бұлар тамшының өз заттарымен әрекеттесе бастайды.Сөйтіп тамшыда синтездеу процесі жүреді.Бірақ,сонымен қатар бірсыпыра ыдырау процестері де жүріп жатады.Бұл екі процессте коацерват тамшыларында өте баяу жүреді.

    Коацерват тамшыларының  әрқайсысының өзіндік ерекшеліктеріне  байланысты не синтез процесі  тезірек, немесе керісінше ыдырау  процесі тез жүруі мүмкін.Егер  ыдырау синтезден интенсивті  болса,онда мұндай тамшы динамикалық  тұрақты түзіліс болмайды,бірнеше  уақыттан кейін ол жойылып  кетеді.Ал құралу процесі жылдамырақ жүрген жағдайда,тамшылар өсе бастайды,көлемі ұлғайып,салмағы артады.Тамшы белгілі бір көлемге жеткенше өсе береді,одан кейін ол екіге бөлініп кетеді.

     Коацерват  тамшылары белокты заттарды жай  араластырғанда болатындығы,алғашқы  мұхит суында еріп жүрген қарапайым  белок заттарынан,ерте ме,кеш  пе, коацерват тамшылары пайда  болғандығын көрсетеді.Ол тамшылардың  динамикалық тұрақтылығы түрліше  болды. Сөйтіп академик Опариннің  айтуынша,одан былай өмір сүру  правасын динамикалық тұрақты  формалары ғана алды.

    Осыдан анорганикалық  табиғатта болмаған биологиялық  сипатта жаңа заңдылық –коацерват тамшыларының табиғи сұрыптауы пайда болды.

    Табиғи сұрыптаудың әсерімен белоктық заттардың құрылысының сапасы белгілі бағытта,ыдырау және синтез процестерінің үйлесу бағытында үнемі өзгеріп отырды,коацерват тамшысының жұтқан

заттары соның өзіне тән  затқа айналу бағытында өзгеріп  отырды.Осының нәтижесінде органикалық  заттардың алмасуына тән синтез және ыдырау процестерінде үйлесімділік пйда болды.Ең ақырында диалектиқалық  қарғу арқылы зат алмасу қабілеті бар белокты денелер түзілді,яғни алғашқы тірі организм пайда болды.

      П.Эрлих  пен Р.Холмның айтуынша орнанизмніңата-тегінің  болжамды құрылысының күрделірек  дәрежесі төмен болуына байланысты толық өзіне ұқсас ұрпақ бергендей биологиялық системасы болған жоқ.Сірә,осы сатысында организмнің функциялық ерекшеліктерін ұрпағына дәл берілуін қамтамыз еткендей генетикалық ешқандай механизмі болмаса керек.Организмнің екі бөлікке бөлініп көбейетіні де, ондай тең бөлінбейтіні де болды.