І тарау. Тіршіліктің пайда болуы туралы қазіргі көзқарастар

Тіршіліктің пайда болуын білу үшін алдымен тірі организмдерге тән белгілер мен қасиеттерді білу қажет. Организмдердің химиялық құрамын, құрылысын және ондағы жүріп жататын сан алуан процестерді білу тіршіліктің пайда болуын түсінуге мүмкіндік береді.

Ғарышты зерттеген ғалымдардың соңғы деректері бойынша аспан денелері бұдан 4,5—5 млрд жыл бұрын пайда болған. Жер шары алғаш пайда болғанда оның құрамында оксидтер, карбонаттар, металл карбидтері және жанартаулардың (вулкандардың) атқылауынан түзілген газдар басым орын алған. Жер бетінде температураның көтерілуіне радиоактивті қосылыстардың ыдырауы және Күннің ультракүлгін сәулелерінің көптеп түсуі де әсер еткен. Бұл кезде Жер шарындағы су бу күйінде ғана таралған. Ауаның жоғары қабаттарындағы өте салқын кеңістіктерде, су булары жинақтала келе бұлтқа айналған. Одан жауған нөсер жаңбыр жер бетіндегі ыстық тастарға түсіп, қайта буға айналып, қайтадан атмосфераға қосылып отырған.

Жердің ең алғашқы атмосферасының құрамында бос күйінде оттек болмады. Жер бетіндегі сутектің басқа элементтермен қосылуынан көптеген улы газдар түзілді. Күннен келетін ультракүлгін сәулелер органикалық қосылыстардың түзілуіне қажетті бірден-бір энергия көзі болды. Жер атмосферасында көптеп таралған бейорганикалық қосылыстарға метан, аммиак, т.б. газдар жатады.

CO + 3H2 → CH4 +H2O

N2 + ЗН2 → 2NH3

Ең алғашқы Жер ғаламшарының пайда болған кезіндегі қоршаған орта жағдайларын білудің, ғылым үшін маңызы зор. Бұл салада орыс ғалымы Александр Иванович Опариннің (1884-1980 жж.) еңбектері елеулі орын алады.

Александр Иванович Опарин(оң жақта)

Ол 1924 жылы Жер тарихының ең алғашқы кезеңіндегі химиялық эволюцияның жүру мүмкіндігі туралы өз тұжырымдамасын ұсынды. А.И.Опарин тұжырымы химиялық қосылыстардың біртіндеп ұзақ уақыт аралығында күрделенуіне негізделді.

Стэнли Ллойд Миллер

Америкалық ғалымдар С.Миллер және Г.Юри де 1953 жылы А.И.Опариннің тұжырымына негізделген тәжірибелер жасады. Олар арнайы құралғыда метан, аммиак және су қоспаларына электр разряды арқылы әсер етіп, әр түрлі органикалық қосылыстар (несепнәр, сүт қышқылын, әр түрлі амин қышқылдарын) алды. Кейіннен мұндай тәжірибелерді көптеген ғалымдар қайталады. Бәрінің де алған нәтижелері бір-біріне ұқсас болды және мұның бәрі де А.И. Опариннің тұжырымының дұрыс екендігін дәлелдей түсті.

Биополимерлердің түзілуі және эволюциясы. Жердің алғашқы тарихындағы әр түрлі су айдындарында түзілген органикалық қосылыстардың құрамы және олардың жиынтығы да түрлі дәрежеде болды. Мұндай қосылыстардың абиогендік жолмен түзілуі тәжірибе арқылы дәлелденді. Америкалық ғалым С.Фокс 1957 жылы амин қышқылдары судың қатысуынсыз-ақ өзара қосылып пептидті байланыстар түзуі мүмкін деген пікір ұсынды. Тіршілік эволюциясындағы ДНҚ мен РНҚ-ның рөлі. Нуклеин қышқылдарының нәруыздардан басты айырмашылығы — олар екі еселену қабілеті арқылы бастапқы молекулаларының дәлме-дәл көшірмесін жасай алады. 1982 жылы америкалық ғалым Томас Чек РНҚ молекулаларының өршіткілік (катализаторлық) белсенділігін ашты. Нәтижесінде, ол РНҚ молекулалары - жер бетіндегі ең алғашқы полимерлер деген қорытынды жасады. ДНҚ молекулалары әлсіз сілтілі сулы ерітіндідегі ыдырау процестерінде РНҚ молекулаларымен салыстырғанда едәуір тұрақты күйде болады. Биологиялық мембраналардың түзілуі және эволюциясы. Нәруыздар мен нуклеин қышқылдарының кеңістікте бір-біріне сәйкес орналасуы алғашқы тірі организмдердің пайда болуына жол ашуы мүмкін. Мұның өзі биологиялық мембраналар болған жағдайда ғана жүзеге асады. Биологиялық мембраналар арқылы қоршаған орта және жаңадан жинақталған нәруыздар мен нуклеин қышқылдары арасында өзара байланыс түзіледі. Биологиялық мембраналар арқылы ғана заттар мен энергия алмасу процесі жүреді. Алғашқы тірі организмдер алдымен оттексіз ортада тіршілік етуге бейімделген.

Жоғарыдағы айтылғандардың бәрі де А.И.Опариннің пікіріне сәйкес келеді. А.И.Опариннің тұжырымы ғылымда коацерваттеориясы деп аталады. Бұл теорияны 1929 жылы ағылшын ғалымы Дж. Холдейн де қолдады. Сырты жұқа су қабықшасынан тұратын көп молекулалы жиынтықтарды - коацерваттар немесе коацерват тамшысы деп атайды. Коацерват құрамындағы кейбір нәруыздар ферменттердің қызметін атқарып, нуклеин қышқылдары өзі тектес көшірме жасау қабілетіне ие болды. Бірте-бірте нуклеин қышқылдарында екі еселену қасиеті қалыптасты. Коацерват тамшыларының сыртқы ортамен өзара байланысынан жер бетінде алғаш рет ең қарапайым зат пен энергия алмасуы (метаболизм) жүзеге асты. Қорыта айтқанда, А.И.Опариннің тіршіліктің пайда болуы туралы теориясының негізгі қағидалары мынадай:

1) қоршаған орта факторларының тікелей әсер етуінен бейорганикалық қосылыстардан органикалық заттар түзілді;

2) түзілген органикалық заттар өзара қарым-қатынас жасай отырып, құрылысы күрделі органикалық қосылыстардың (ферменттердің) және өзін-өзі қайта қалпына келтіре алатын бос гендердің түзілуіне әсер етті;

3) түзілген бос гендер басқа да жоғары молекулалы органикалық заттармен қосылды;

4) ондай жоғары молекулалы заттардың сыртында біртіндеп, нәруызды- липидті мембрана (жарғақша) пайда болды;

5) жоғарыда айтылған процестердің нәтижесінде жасушалар пайда болды.

Тіршіліктің пайда болуында бейорганикалық қосылыстардан органикалық заттардың түзілуі - күрделі эволюциялық өзгеріс болды. Алдымен хемосинтездеуші, содан кейін біртіндеп фотосинтездеуші организмдер пайда болды. Жер атмосферасындағы бос оттектің жинақтала түсуінде фотосинтездеуші организмдердің рөлі зор. Жер бетіндегі химиялық эволюция мен алғашқы организмдердің (протобионттардың) эволюциясы 1—1,5 млрд жылдарға созылды.