11-дәріс БИОЛОГИЯ ҒЫЛЫМЫНЫҢ КОНЦЕПЦИЯЛАРЫ

Тіршіліктің пайда болуы мен мәні, оның тарихи мәселелері.

А.И. Опариннің концепциясы және оның тіршілік  пайда  болуы мәселелерін шешудегі рөлі.

Тіршілік пайда болуы мәнінің қазіргі кездегі мәселелері.

Тіршілік анықтамасы.

Жер бетінде тіршілік пайда болуды.

Жер биосферасы эволюцияның негізгі кезеңцері.

ТІРШІЛІКТІҢ ПАЙДА БОЛУЫ МЕН МӘНІ, ОНЫҢ ТАРИХИ МӘСЕЛЕЛЕРІ

Тірі табиғаттың пайда болуы мен тіршіліктің мәні - адамзаттың өзін қоршаған ортаны түсініп білуінде, өзінің табиғаттағы орнын анықтауында үлкен қызығушылық тудырды.

Жалпы, ғылымда тіршілік пайда болуы туралы 5 концепция бар:

1)    креационизм, немесе тіршілікті құдай жаратуы;

2)    тіршіліктің өз-өзінен пайда болуы туралы концепция;

3)    стационарлық күй концепциясы;

4)    панспермия концепциясы;

5)    жер бетінде тіршіліктің өткен тарихи кезеңдерде физикалық және химиялық процестердің нәтижесінде пайда болуы туралы концепция.

1-ші концепция діни тұрғыда болғандықтан, ғылымға тікелей қатысы жоқ. Ежелгі гректің атақты ғұламалары, философтар Платон мен Аристотель осы көзқарасты устанған адамдар болды. Сонымен қатар, бүл сұраққа басқаша жауап берген философтар мен ғалымдар болды. Олар тірі табиғат және басқа да обьективті дүниені түсініп, та-нып білу үшін ешқандай қупия рух бастамасы қажет емес деп тапты. Дәл осындай көзқарасты натурфилософтар, Милет мектебінің өкілдері де қолдады.

Осы екі түрлі көзқарас жаңаланған түрде қазіргі кезде де ғылыми дүниетанымда орын алған. Осы уақытқа дейін ғалымдар мен теологтардың кейбір топтары тіршіліктің мәнін жоғарғы материалды, тәжірибе арқылы қолжеткізуге болмайтын бастаудан іздейді.

Сонымен бірге, тіршілік ерекшеліктері туралы сұрақтарға механистикалық тәсіл де қанағаттанарлықтай жауап бере алмайды.

Сонымен, XIX ғасырға дейін ғалымдардың көпшілігі тіршіліктің әр турлі материалды дүниеден, атап айтқанда, шіріген топырақтан, қалдықтардан тағы басқа өздігінен пайда болғандығы туралы идеяны үстады. Бул көзқарасты устанған ірі ғалымдар мен ойшылдар: Аристо-тель, дәрігер Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Гете, Декарт, Шеллинг тағы басқа. Олардың ғылыми дүниетанымдағы бе-делі бул көзқарастың ұзақ уақыт қалыптасып тұруына әсерін тигізді. XVII ғасырда Ф.Редидің жасаған тәжірибесі бұл көзқарасты дәлелдей алмады.

XIX ғасырдың 60-шы жылдарында нақты ғылыми турғыдан бул концепцияның дурыс еместігіне көз жеткізілді.

Луи Пастердің жасаған тәжірибелері де организмнің кездойсоқ жағдайларда пайда бола алмайтынын дәлелдеді. Бірақ тіршіліктің қайдан пайда болғаны туралы сұрақтарға нақты жауап бере алмады.

Мөлшермен осы уақытта (1865 ж.) космогония мен физиканы уштастыра отырып неміс ғалымы Г.Рихтер жер бетіне жанды заттар-дың космостан енуі туралы панспермиялық теорияны жасады. Бул идея бойынша тірі организмдердің ең алғашқы урығы жер беріне ме-теориттер мен космостық шаңдар арқылы түсіп, тіршілік эволюциясы-ның бастауын берді. Панспермия концепциясын қолдағандардың ішінде ірі ғалымдар С.Аррениус, Г.Гельмгольц, В.И.Вернадский болды.

Бірақ бул гипотеза да әлі ғылыми турғыдан негізделген жоқ. Өйткені, тірі организмдер өмір суру үшін қажетті жағдайлардың спектрі кең болғанымен, космостағы тірі организмдерді ультракүлгін және космостық өткір сәулелер жойып жіберген болар еді. Оның үстіне бұл гипотеза тіршілік пайда болуының мәселелерін шеше алмайды, тек қана оны жерден тыс космосқа алып шығады. Ал бұл жағдайда ондағы тіршіліктің бастауы неде? Бұған байланысты тіршілік космоста мәңгілік деген тағы бір гипотеза бар.

Панспермия гипотезасымен қатар, қазіргі ғылыми әдебиеттерде жер бетінде тірі молекуланың кездейсоқ жағдайда (бір-ақ рет) пайда болу туралы гипотеза тірі молекуланы тәжірибелік жағдайда қайтадан алу мүмкіндігін жоққа шығарады.

Бул гипотеза туқым қуалаушылық қубылысындағы ДНК-ның рөлі анықталғаннан кейін генетиктер арасында кеңінен таралды. Көп уақты бойы «тірі молекула» жобасы ретінде темекі мозаикасы нуклепротеид вирусының бөлшегі саналып келді, бірақ кейін белгілі болғандай, ал-дымен тіршілік қалыптаспай, вирустардың өмір сүруі мүмкін емес.

Сондықтан, тіршілікті материя қозғалысының ерекше формасы ретінде және оның белгілі бір даму сатысында пайда болдатындығы туралы көзқараспен қарастыру дурысырақ болады. Әрине, тіршілік пайда болуында кездейсоқтың элементі бар, дегенмен, оның езі бір қажеттіліктен, заңдылықтан туындаған қубылыс.

Осыған байланысты, бүгінгі күнде жаратылыстануда ең бір бола-шағы бар ғылыми бағыт болып тіршіліктің біздің планетамызда өлі материядан өзіндік уйымдасу процесі кезінде пайда болуын зерттеу саналады.

А.И.ОПАРИННІҢ КОНЦЕПЦИЯСЫ ЖӘНЕ ОНЫҢ ТІРШІЛІК ПАЙДА БОЛУЫ МӘСЕЛЕЛЕРІН ШЕШУДЕП РӨЛІ

Тіршілік пайда болуы туралы әр түрлі концепциялар мен гипотезалар ішінде А.И. Опариннің концепцияның маңызы зор болды. Ғалымның жүргізген зерттеулерінің биікке көтерілген тусы 1950-1970 жылдар болды, ал оның негізгі еңбегі - «Тіршіліктің пайда болуы» 1924 жылдың өзінде-ақ жарық көрген болатын. Сол кездің өзінде  бұл еңбекте Опарин гипотезасының негізгі идеясы қаланған болатын. Оның идеясының ең негізгісі - Жер бетінде тіршіліктің пайда болуы -тірі материяның өлі материя қойнауында қалыптасуының узақ эволюциялық процесі.

Опарин химиялық эволюцияның жаңа идеясын  ұсынды - күшті әсер етуші физикалық-химиялық факторлардың (температураның, ультракүлгін және рентген сәулелерінің, үлкен қуатты электр разряд-тары мен атмосфералық қысымның) әсер етуінен кейбір бейорганика-лық қоспалар органикалық «тіршілік кірпіштеріне» - амин қышцылдарына, нуклеозидтер мен нуклеотидтерге, қарапайым поли-сахаридтер мен химиялық энергияны сақтауға қабілетті АТФ молеку-лаларына өздігінен айналуы жүзеге асады. Клетка 70% оттегі, 17% көміртегі, 10% сутегі және 3% азоттан тұрады. Тіршіліктің негізін қурайтын бул химиялық элементтер әлемдегі ең тұрақты және көп таралған элементтердің қатарына жатады. Олар бір-бірімен оңай қосылыс түзеді және атомдық салмақтары да аз. Олардың қосылыстары суда жылдам ериді.

Ежелгі кембрийге дейінгі шөгінді жыныстарды химиялық және па-леонтологиялық жолмен зерттеу, әсіресе көптеген жобалық экспери-менттер күрделі органикалық қосылыстардың пайда болу жағдайын түсінуге көмектесті.

Тіршілік белгілі бір физикалық-химиялық жағдайларға байланы-сты (температура, судың болуы тағы басқа). Сонымен бірге тіршілік пайда болуы үшін температураның, ылғалдылықтың, цысымның, ра-диация деңгейінің, әлем дамуы мен уақыттың белгілі бір диапазоны болуы керек.

А.И.Опарин «Тіршілік пайда болуы» еңбегінде ол су буы, аммиак, циан, металл тағы басқа заттардан туратын газ қоспасына электр разряды, жылу энергиясы, ультракүлгін сәулелер әсер еткен кезде Жер гидросферасында коэцерваттық тамшылар деп аталатын коллоидты жүйе пайда болатынын экспериментті түрде дәлелдейді.

Бұл коэцерваттардың маңызды қасиеті - сыртқы ортадан әр түрлі органикалық заттарды сіңіруі болды, ал буның өзі қоршаған ортамен алғашқы зат алмасудың мүмкіндігін қамтамасыз етті. Ал қалыптасып келе жатқан «табиғи сұрыпталу» ең турақты коэцерваттардың сақталып қалуына әсерін тигізді.

Опариннің сипаттап жазған химиялық микроқурылымы алғашқы метаболизмге (зат алмасу) қабілетті болды, дегенмен гендік ақпарат беретін жүйесі болмады.

Табиғи сурыпталу жағдайында сақталып қалған жүйелердің белоктық және нуклеотиптік полимерлерден тұратын ерекше құрылымы болды, ал бұл тірі заттарға тән үшінші қасиетті - тұқым қуалаушылықты қамтамасыз етті.

А.И. Опариннің концепцияларының ғылыми маңызы өте зор, дегенмен кейбір күшті және сонымен бірге әлсіз жақтары да бар.                                                                 

Оның концепциясының мықты жағы - оның химиялық эволюцияға нақты сәйкес келуі.

Бұл концепцияның тағы бір мызғымас дәлелділігі - оның негізгі жағдайларын эксперимент арқылы тексеріп көрудің мүмкін екендігі. Ал, концепцияның әлсіз тұсына келетін болсақ, ол генетикалық коды бар молекулярлық жүйелер болмағанда жасушаға дейінгі қурылымдардың өздігінен пайда болу мүмкіндігін жоққа шығармайды. Сондықтан амин-қышқылдарын зертханалық жағдайда синтездеу кезінде химиялық «блоктардың» «бірінші сорпасына», мысалы онсыз (реакция жүрмегенде), ферменттерді қосымша енгізуге жол берілді.

Кейіннен А.И.Опариннің ғылыми мектебінің өкілдері негізінде оның гипотезасының позицияларында қала отырып, бүкіл проблеманың басты сурауының шешілмегендігін мойындады - химиялық жүйелердің өздігінен дамуының және химиялық эволюциядан биоло-гиялық эволюцияға өтуінің қозғаушы күші нақты не болып табылатын-дығы анықталмады.

ТІРШІЛІК ПАЙДА БОЛУЫ МЕН МӘНІНІҢ ҚАЗІРГІ КЕЗДЕГІ МӘСЕЛЕЛЕРІ

Қазіргі уақытта тіршілік пайда болуы туралы мәселемен айналы-сатын биолог ғалымдар клетка пайда болуына дейінгі немесе прото-биологиялық жүйенің ерекшеліктері мен қызметіне сипаттама беруді өте күрделі деп есептейді. Бұл жерде қиыншылық тудыратын негізгі мәселе: генетикалық кодтың негізі болып саналатын нуклеин қышқылдары жасалу үшін ферменттік белоктар керек екендігі белгілі, ал белок синтезделуі үшін нуклеин қышқылы қажет. Осыдан келіп екі түрлі сұрақ туады:

1)    бірінші қайсысы пайда болды, белок па әлде нуклеин қышқылы ма?

2)    бұл полимерлер кластары бір уақытта пайда болды деп есептелмеген жағдайда, олардың біртұтас жүйеге бірігуі қай уақытта жәнеқалай өтті?

Белоктар мен нуклеин қышқылдарының алғаш рет қайсысы пайда болды деген сураққа байланысты қазіргі кездегі гипотезалар мен кон-цепцияларды екі үлкен топқа — голобиоз бен генебиозға бөлуге бола-ды.

Біз қарастырып отырған Опарин концепциясы голобиоз тобына жатады. Яғни, ферменттік механизмінің қатысуымен қарапайым зат алмасу жүретін клеткалық құрылымның алғашқы екендігін негіздейтін гипотеза. Онда нуклеин цышқылдарының пайда болуы - протобион-ттардың өзара конкуренциясындағы қорытынды болып есептеледі. Бұл көзқарасты субстраттық көзқарас деп те атауға болады.

Ал, генебиозды жақтаушылар генетикалық кодтық қасиеттері бар молекулярлық жүйенің алғашқы екендігін алдыға қояды. Бұл топтағы гипотезалар мен концепцияларды ақпараттық деп атауға болады.

Бұл көзқарастың мысалы ретінде Дж.Холдейннің концепциясын қарастыруға болады.

1980 жылдарға дейін голобиоз және генебиоз концепциялары бір-біріне қарсы тұрып келді.

Жалаң ген немесе белоктық протобионт, ғылыми терминология бойынша - гендік репродукция немесе метоболизм - осылардың қайсысы алғашқы деген сурақ төңірегінде дискуссия жүргізіліп келді.

Голобиоз бағытындағы өте бір тартымды концепция - ағылшын биохимигі П.Деккердің концепциясы. Оның концепциясы бойынша тіршіліктің алғашқы курылымдық тегі - биоид - күшті ферменттік ап-параты бар сынақ микрожүйелер болды. Бірақ, бұл гипотеза да жалпы түрде қабылданады. Кейбір зерттеушілер клеткаға дейінгі затта жүретін зат алмасу процесіне гендік бақылау жасау мәселесінің әлсіз жақтарын мойындай келіп, голобиоз бен генебиоз арасындағы аралық вариан-тты ұсынды. Оларды белок және нуклеин молекулалары бір уақытта пайда болып, бір жүйеге енді, яғни коэволюцияға түсті деген ортақ идея біріктіреді. Бірақ бул аралық вариант та көпке таралмады, өйткені, белок және нуклеин макромолекулалары құрылымдық және функциялық жағынан мүлдем әр түрлі, олардың химиялық эволюция барысында бір уақытта пайда болуы мүмкін емес, соған байланысты олардың протобиологиялық жүйеде бірігуі тіпті де мүмкін емес.

Ғылыми микробиологияның негізін салушы Л.Пастер өз еңбектерінде тірі заттардың өлі денелерден пайда болуын молекуляр-лық деңгейде қарастырды. 1860 жылдары Л.Пастер биологиялық жол-мен пайда болған кристалдардың құрылымын зерттей келіп, микроор-ганизмдердің өздігінен пайда болуы мүмкін еместігін дәлелдеді.

Жалпы, тіршілік пайда болуындағы кейбір жоғарыда келтірілген сұрақтарға жауап тек 1980 жылдардың аяғында табылды. Яғни, ең алғаш рет пайда болған ДНК емес, РНК молекулалары болып шықты.

Буның өзі РНК-ның ерекше қасиеттеріне байланысты. Оның ДНК молекулалары сияқты генетикалық қасиеті бар, бірақ ол барлық орга-низмдерде кездеседі.

1980 жылдардың басында РНК-ның белоктық ферменттерсіз өздігінен өзгеріске түсетіні, яғни автокатализаторлық мүмкіндігі бар екендігі анықталды.

Осының нәтижесінде ерте уақыттағы РНК-ның фенотиптік және ге-нотиптік сипаттары болды деген нақты ұғым қалыптасты, яғни, гендік өзгеріске де, табиғи сұрыпталуға бейім, Дарвин жүйесінің талаптарына сәйкес келетін қасиеттері болды.