ТІРШІЛІКТІН, ЖЕРДЕ ПАЙДА БОЛУЫ ЖӘНЕ ОНЫҢ БАСТАПҚЫ ДАМУЫ

«Тіршілік ұғымының анықтамасы. Айналамыздағы дүниедегі денелерді қиналмай-ақ біреуін - тірі, екіншісін өлі денеге жатқызамыз. Тірі дегенің өлі денеден айырмашылығы не? Бұл мәселе ертеден-ақ ғалымдар мен ойшыл адамдар назарын аударып келді. Олар «тіршілік», «тірі дене» деген ұғымдарға қысқаша анықтама беруге, яғни осы ұғымның ең маңызды да ерекше қасиеттерін табуға тырысты.

Тіршілік ұғымына берілген түрлі-түрлі оншақты анықтамалар бар. Солардың барлығына дерлігі қанағаттандырғысыз болып шықты. Ф. Энгельс «Анти-Дюринг» деген кітабында тіршілікке біршама сәтті анықтама берді: «Тіршілік дегеніміз белокты денелердің өмір сүру әдісі, ал бұл өмір сүру әдісінің мәнісі сол денелердің химиялық құрам бөліктерінің үнемі өзінен-өзі жаңарып тұратынында». Ф. Энгельстің анықтамасы екі бөлімнен тұрады. Ол бірінші бөлімде тірі денелердің өзіне ғана тән негізгі ерекшелігіне - оларда белоктың болуын көрсетеді. Белоктар қарапайым жәндіктерден бастап, ең жоғары және күрделі құрылысты жануарларға дейінгі бүкіл тірі жүйенің бәрінің де тұрақты құрам бөлігі болатынын білеміз. «Тіршілік бар жерлердің бәрінде де - деп жазады Ф. Энгельс, - біз оның қандай да бір белокты денемен байланысты екеніне тап боламыз, біз ыдырау процесіне ұшырамаған қандай да бір белокты дене бар жерлердің бәрінен де тіршілік құбылыстарын кездестіреміз».

Белоктар - құрылымы оңай өзгеретін заттар. Тірі күйде болу үшін кез келген формадағы белоктар емес, биологиялық активтілігі бар, өзінің бірегей құрылымын сақтай алатын белок қана қатысуы қажет. Организм өлген кезде немесе белок макромолекуласы клеткалары зақымданса, белоктар тарқатылып, денатуралды күйге ауысады. Табиғат конфигурациясынан айрылған белоктар дереу жойылып кетеді де жаңадан синтезделген белоктармен алмастырылады. Сөйтіп клетканың белок құрамы тіршілік процесінде үнемі жаңарып отырады.

Ф. Энгельс анықтамасының екінші бөлімінде белоктардың тіршілік ету әдісі туралы айтады. Ол әдіс - зат алмасуы, сол аркылы белоктардың табиғи конфигурациясы қолдау тауып, үздіксіз жаңартылып отырады.

Ф. Энгельстің мазмұңды да терең мағыналы анықтамасы күні бүгінге дейін жұртшылыққа кеңінен танылып отыр. Алайда «Анти-Дюрингтің» жарық көргеніне жүз жылдан астам уақыт өтті. Бұл уақыт ішінде жаратылыстанудың әртүрлі салаларында жаңалықтар ашылды. Соған байланысты көптеген ғалымдар тірі денені жаңа сипаттама қосып кеңейте түсу керек деп санайды. Тірі дене ашық жүйе болып есептеледі, өйткені ол өзіне қорек түрінде сыртқы ортадан энергия алып, жарамсыз өнімдерді айналадағы ортаға шығарып тұрған кезде ғана тіршілік етеді. Тірі денелер автореттелуге бейім, яғни өз құрамы мен қасиеттерін біршама тұрақты ұстап қала алатынын және олардың белоктан басқа тағы бір маңызды да, тұрақты құрам бөлігі нуклеин қышқылдары болатынын атап көрсетеді.

Совет ғалымы М. В. Волькенштейн берген тірі дененің осы заманғы анықтамаларының бірін келтірейік: «Жерде тіршілік ететін тірі денелер биополимерлерден - белоктар мен нуклеин қышқылдарынан құралған, өзін-өзі реттейтін және өзін-өзі ұдайы өсіретін ашық жүйелер болып есептеледі». Осы анықтамадағы: «Жерде тіршілік ететін тірі денелер...» - деген сөзге назар аударыңдар. Жердегіден едәуір айырмашылығы бар тірі денелердің басқа планеталарданда табылып қалуы мүмкін.

Тіршіліктің пайда болуы туралы ұғымдардың дамуы. Ерте кезден-ақ адамдарды мынадай сұрақ ойландырды: организмдер қайдан шықты? Көне уақытта және орта ғасырда биологияның даму деңгейі өте төмен болды. Осы кезеңдерде тірі организмдер өлі материалдан пайда болады деген көзқарастар таралып кетті. Тоғандағы бақа - тұнбадан, шыбын - кірден пайда болады дегенге әбден сенді. Орта ғасырдағы көрнекті ғалым Ван Гельмонт (1575-1640) өз кітабында тышқандар кір киімнен пайда болуы мүмкін деп дәлелдеді. Сол дәуірдегі екінші бір ғалым - дәрігер Парацельс (1485-1540) адамды («гомункулюс») қолдан дайындаудың әдісін жазып, жарыққа шығарды.

Тіршіліктің пайда болу мүмкіндігін дәлелдейтін биологияның дамуына байланысты ғалымдардың зерттеу әдістерін жетілдіру тұрақтандырылмады.

1661 жылы италия дәрігері Франческо Реди өз тәжірибесінің нәтижесін жариялады. Ол сегіз шыны ыдысқа жас ет салды. Төрт ыдыстың бетін ашық қалдырып, қалған төртеуінің бетін дәкемен мықтап жауып қойды. Бірнеше күннен кейін, беті ашық тұрған ыдыстағы етте құрт (шыбын личинкалары) пайда болған, бетін дәкемен жауып қойған ыдыстардағы ет құрттамаған. Демек, ол құрттар (қалыптасқан түсініктей) еттің өзінен емес, шыбын салған жұмыртқадан пайда болған. Бұл тіршіліктің өздігінен пайда болуы туралы ұғымға соққы болып тиді. Алайда, тіршіліктің өздігінен пайда болуы туралы көзқарас әсіресе микробиологияда көпке дейін сакталып келеді.

Коацерват тамшылары.

Тіршіліктің өздігінен пайда болу проблемасы Париж Академиясын соншалықты қызықтырып, ол 1860-жылы осы мәселені шешуге арнайы сыйлық жариялады. Ол сыйлық француздың көрнекті химик-ғалымы және бактериолог Луи Пастерге (1822-1895) берілді. Пастер 8-пішінді мойны ұзын колбаға сорпа құйып қойды. Колбаға ауа еркін өтіп тұрғанмен де микробтар өте алмай, колбаның мойнындағы 8 тәрізді иілген жеріне қонып қалды. Бұдан соң Пастер ішіндегі микробтарды өлтіру үшін сорпаны қайнатты. Арада бірнеше айлар өтсе де колбаның ішіндегі сорпа бұзылмай таза кұйінде сақталды. Алайда колбаны 8 тәрізді иілген мойынды шайып өтетіндей етіп төңкеріп, колбаға сорпаны қайта құйғанда, көп ұзамай сорпа иістеніп бұзыла бастады. Мұның себебі: колбаның 8 тәрізді иілген жеріндегі микробтар сорпаға түсті. Сөйтіп микроорганизмдердің өздігінен пайда болуы мүмкін еместігі толық дәлелденеді.

Пастердің бұл жұмысы көпшілікке кеңінен аян болып, жұртшылықты мойындатты. Бұған көбінесе оның практикалық маңызы себепкер болды. Осының негізінде хирургия саласында, сондай-ақ консервы жасау өнеркәсібінде стерилдеу әдісі қолданыла бастады.

Кез келген организм, ең карапайымынан бастап, ең жоғары дәрежелісіне дейін тірі организмнен пайда болады. Бұл заң: «Тірінің бәрі тіріден пайда болады» деген қысқа нақыл сөзбен тұжырымдалды. Екінші сөзбен айтқанда, кандай жағдайда болмасын, еш уақытта, тірінің өліден пайда болуы мүмкін емес. Бұдан мынадай сұрақ туады: ең алғаш Жер бетінде тіршілік қалай пайда болды?

Тіршіліктің шығу тегінің осы заманғы теориялары. Қосмологияның (аспан әлеміндегі денелердің пайда болуы туралы ғылым) деректері бойынша, барлық планеталар, сонымен бірге Жер де ерте кезде қатты қызған дене болған. Тегінде ол кезде Жер бетінде тіршілік болмаса керек, өйткені тіршілік болу үшін қажетті жағдайлардың бірі айналадағы орта температурасы 4-50 ...4-70°С-ден аспауы керек. Сонда мүлде таза Жер бетінде тіршілік қалай пайда болып, өсіп-өне алатын организмдер қайдан шықты?

Жерде тіршіліктің қалай пайда болғанын түсіндіру үшін тіршілік мәңгілігі туралы гипотеза ұсынылды. Оның мәніне қарағанда тіршілік ұрықтары (өсімдіктер мен микроорганизмдердің споралары) космос кеңістігінде бытырап жүріп, бір планетадан екінші планетаға жарықтың қысымымен ауысқан тәрізді. Бұл көзқарасты көптеген аса көрнекті ғалымдар сондай-ақ академик В. И. Вернадский де жақтады.

Егер Жер бетіне тірі организмдер тозаңмен және метеориттермен келіп түсті деп дәлелдеген болса, сонда басқа планеталарда тіршілік калай пайда болған? Космологияның деректері бойынша планеталардың пайда болуы және даму тарихы бір-біріне ұқсас. Планеталардың бәрі де қатты қызған дене сатысынан өтеді, демек мұндай жағдайда тіршіліктің болуы мүмкін емес. Сондықтан дәлірек айтылған екінші пікір бойынша Жер бетінде алғашқы тіршілік оның ұзаққа созылған эволюциясының бір кезеңінде бейорганикалық заттардан шыққан. Бұл жорамалды 1924 жылы совет ғалымы академик А. И. Опарин айтқан. Бұл пікір жалпы жұрттың назарын аударып, оны жақтаушылар да көбейді. А. И. Опарин және оның пікірін жақтаушы ғалымдар біздің айналамыздағы әлем, философтар айтқандай, қозғалыста тұрады. Демек, клетканың пайда болу тарихы да ұзаққа созылса керек. Одан бұрын анағұрлым қарапайым заттар түзілген. Ең алдымен клетка құрамына қатысатын заттар - белоктар, нуклеин қышқылдары, АТФ және т. б. пайда болған. Бұлар - күрделі заттар, сондықтан олар да ұзак эволюцияның нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Екінші сөзбен айтқанда биологиялық эволюцияға дейін химиялық эволюция болып өткен. Бірак ол қалай және қандай фактордың ықпалынан болды?

Жер бастапқы кезде салқын болып, кейін өз ішіндегі радиоактивті элементтердің ыдырауы арқасында ол қыза бастады (жер қойнауының темгіературасы 1000°С-ге жетіп, одан жоғары болды). Дамудың бұл сатысында Жердегі заттар өзара химиялық реакцияға түсті. Реакциядан шыққан өнімдердің ішінде газ өте көп болды. Орасан зор қысымның әсерінен газ Жерді жарып шығып, соның арқасында Жердің алғашқы атмосферасы түзілді. Тегінде оның құрамында су буы, көміртегі (IV) оксиді СО₂, көмір (II) оксиді СО, күкіртсутек Н₂S, аммиак NH₃ метан СН₄ және т. б. көп болады. Молекулалық оттегі жоққа дерлік еді; ал актив элемент болғандыктан, әртүрлі заттарды толықтырып, Жер бетіне жете алмады. Жердің алғашқы атмосферасында көміртегі қосылысының органикалық заттардың негізгі элементінің болуы өзіне назар аудартады.

Жер бетінің температурасы 100°С-ден төмендеген кезде жаңбыр жауа бастады, содан барып теңіздер мен мұхиттар пайда болды. Ыстық жаңбыр суында аммиак, көмірқышқыл газы, метан, сондай-ақ Жердің үстіңгі қабатынан сумен шайылып келген тұздар, т. б. заттар еріді. Алғашқы атмосферада ультракүлгін сәуле сіңіретін және иондай сәулелендіретін оттегі мен озонның болмауынан энергияға бай сәулелендірудің түрлері Жер бетіне қатты әсер етті. Нажағайлы жаңбыр жиілеп, күшейе түсті, Алғашқы мұхитта еріген заттардың арасында сәулелендіру мен электр разрядтарын таратушы ультракүлгін сәуленің нәтижесінде реакцияға түскен химиялық қозғалыстардың түзілуіне мүмкіндік туды.

Жердегі тіршіліктің пайда болу жолында органикалық молекулалардың бейорганикалық молекулалардан биологпялық емес (абиогенді) жолмен синтезделуі алғашқы қадам болды. Америка ғалымы С. Миллер және совет ғалымдары А. Г. Пасынский және Т. Е. Павловская электр разрядтары мен ультракүлгін сәулелердің әсерімен алғашқы мұхит суында болуы мүмкін бейорганикалық заттардан күрделі органикалық заттардың түзілетінін эксперимент арқылы дәлелдеп берді. Америка химиктері С. Фокс пен К. Дозе Жердің алғашқы дәуіріндегі жағдайларда, тіпті белок сияқты заттардың да абиогендік синтезден өтуі мүмкін екенін атап көрсетті. Алғашқы мұхит суында органикалық заттар жинала берді. Олар онда бастапқы кезде сұйылтылған, өте әлсіз ерітінді түрінде болды.

Жердегі тіршіліктің пайда болуы жолында органикалық заттардың концентрациялануы екінші қадам болды. Академик А. И Опариннің жорамалдауы бойынша бұл процесс барлық үлкен молекулалы заттарға тән өздігінен концентрацияланып, коацерват деп аталатын зат түзе алатын бейімділігіне қарай өтеді. Коацервация құбылысының мәні үлкен молекулалы заттардың кейбір жағдайларда (мысалы электролиттердің қатысында) ерітіндіден бөлініп, тұнба емес, әлдеқайда концентрацияланған ерітінді формасында байқалуында, ол ерітінді коацерват деп аталады. Коацерватты сілкіп араластырғанда ұсақ тамшыларға бөлініп кетеді.

А. И. Опариннің зерттеу жұмыстары коацерват тамшыларының айналасындағы ерітіндіден әртүрлі заттарды өзіне сіңіріп алуға бейім екенін дәлелдеп берді. Бұл қоректену процесін еске түсіреді. Заттарды сіңіріп алу нәтижесінде коацерват тамшыларының көлемі үлкейеді. Бұл сырттай қарағанда, өсу процесіне ұқсайды. Тәжірибенің мына сияқты түрін тауып жасауға болады, мәселен, онда коацерваттың сіңіріп алған заттары өзара реакцияға түседі де ал реакциядан пайда болған өнімдер коацерваттан сыртқы ортаға бөлініп шығады. Бұл клеткадағы зат алмасудан пайда болатын өнімдердің бөлініп шығу процесіне ұқсайды. А. И. Опариннің пікірі бойынша коацерват тамшыларының арасында тіпті тіршілік үшін күресті еске түсіретін бірдеңе болып өтеді де соның нәтижесінде неғұрлым тұрақты, айналадағы ортаға жақсы бейімделген тамшылар бұзылмай сақталып қалады.

Алайда коацерваттарда тірі организмнің ең басты белгісі құрамына енетін молекулаларды өздігінен ұдайы дамыту қабілеті әзірге байқалмайды.

Өздігінен ұдайы дамуға қабілетті молекулалардың пайда болуы тіршілік үшін маңызды саты болып табылды. Бәлкім, бұл жай ғана полинуклеотидтер болуы да мүмкін. Молекуласына құрамы мен кұрылымы бойынша дәл сондай молекулаларды жинактау химиялық синтездің жаңа принципінің - тірі жүйеге соншалықты тән матрицалық синтездің пайда болуын білдіреді.

Полинуклеотид молекулаларының өздігінен ұдайы даму процесінде кейбір жағдайларда «қателік» те болды, ягни полинуклебтидтің жаңа молекуласы бастапқы молекуланың көшірмесі болмай шықты. Бұдан кейінгі молекулалар осы өзгерген молекуланың көшірмесін қайталай берді; сөйтіп мутация пайда болды. Сәулелер, әсіресе иондандырушы сәулелер әсер еткенде олардың жиілігі кенет арта түсті.

Алғашқы организмдер қоректену әдісі жағынан алғанда нағыз гетеротрофтар болды, өйткені олар дайын органикалық заттарды пайдаланды. Организмдер көбейе келе алғашқы мұхитта органикалық заттардың қоры таусыла бастады, ал жаңадан синтезделіп шыққан заттар оларды қамтамасыз ете алмады. Қорек үшін күрес басталды, мұнда құлшына әрекеттенгендер тірі қалды. Тұқым қуалау өзгерістері, нәтижесінде дәл сол жағдайлар үшін пайдалы кездейсоқ пайда болған белгілер сұрыпталу арқылы нығая берді. Алғашқы организмдердің қазіргі клеткаға айналуы осындай тарихи дамуы процесінде пайда болып, вирустарда нуклеин қышқылдарының айналасында қорғаныш қабықша түзілген немесе цитоплазма қабаты пайда болған, клеткаларда сыртқы мембрана және т. б. түзілген болса керек.

Тіршілік эволюциясы жолындағы ең бір ірі қадам - автотрофты қоректенудің шығуы. Органикалық қосылыстар қорының күн санап азаю жағдайына байланысты кейбір организмдер айналадағы ортаның бейорганикалық жай заттарынан өздігінен органикалық қосылыстар синтездей алатын болды. Мұндай синтезге қажетті энергияны кейбір организмдер қарапайым химиялық реакциялар - тотығу және тотықсыздану реакциялары арқылы босатып шығаратын болған. Хемосинтез осылай пайда болды.

Фотосинтездің пайда болуы ароморфоз типіндегі аса ірі прогрессивті өзгеріс болды, ол тіршіліктің бұдан былайғы эволюциясына орасан зор әсер етті. Тіршілік пайда болған кезеңде атмосферада да, сондай-ақ мұхитта да бос оттегі қалған жоқ, бұл актив элемент басқа элементтермен байланыста болып, әртүрлі бейорганикалық заттардың құрамына енді. Сондықтан организмдер бастапқыда энергияны органикалық заттардың оттексіз реакциясы жолымен алды. Энергия алудың мұндай жолы тиімсіздеу және оған қорек көп жұмсалады. Фотосинтездің дамуына және атмосфера мен суда бос күйіндегі оттегінің пайда болуына байланысты, энергия босатудың жаңа жолы - ажыраудың оттекті жолы келіп шықты, ол оттексіз процестен шамамен 20 есе тиімдірек.

Тіршілік пайда болған кезеңде Жер тіршілік атаулыны жойып жіберетін Күн сәулесінің күшті әсеріне ұшырады. Сондықтан алғашында тіршіліктің тек мұхитта ғана болуына мүмкіндік туды. Өсімдіктер дамыған сайын атмосферада оттегі жинақтала берді де оның біразы ультракүлгін және иондаушы сәулені қарқынды сіңіре алатын озонға айналады. Соның нәтижесінде тіршіліктің құрлықта пайда болуына мүмкіндік туды. Сөйтіп, тіршілік судан «шығып», бүкіл Жер бетіне таралды.

«Тіршіліктің Жерде биологиялық емес жолмен осы кезде де пайда болуы мүмкін бе?» деген сұрақты жиі естиміз. Ол мүмкін - емес, өйткені, егер бір жерде органикалық заттар түзіле қалса, оны сол сәтте-ақ гетеротрофты организмдер өз бойына сіңіріп ала кояр еді. Біздің заманымызда тірі денелер биологиялық жолмен, яғни өзіне ұқсас организмдерден туу арқылы ғана пайда болады.

1. Полянский Ю.И. Жалпы биология. -Алматы, 1991. -299 б.