Семинар -15 сағат Оқытушының жетекшілігімен магистранттың өзіндік жұмысы (ожмөЖ) 45 сағат МӨЖ 45 сағат

Мысалы, насекомдармен тозаңданатын өсімдіктер гүлдерінің көлемі мен формасы өте тұрақты. Бұл жағдай гүлдер, тозаңдандырғыш насекомдардың құрылысы мен көлеміне сәйкес келуі тиіс екендігімен түсіндіріледі. Түкті ара гүлдің тар күлтесіне кіре алмайды, өте ұзын күлтесі бар өсімдіктердің қысқа аталығына көбелек тұмсығымен жете алмайды. Екі жағдайда да тозаңдандырушылардың құрылысына сәйкес келмейтін гүлдер тұқымдарды түзбейді. Демек, нормадан аутқуға себепші болған гендер түр генофондысынан шығарылады. Табиғи сұрыпталудың тұрактандырушы формасы қалыптасқан генотипті мутациялық процестің булдіргіш әсерінен сақтайды. Сыртқы ортаның салыстырмалы түрде тұрақты жағдайларында белгілері орташа көрінетін особь-тар ең жақсы бейімделгіштікті танытады, ал орташа нормадан күрт ауытқулар шығарылып тасталынады. Тұрақтандырушы сұрыпталудың арқасында біздің уақытқа дейін "тірі көне дәуір жануарлары" жетті: ата-тектері палеозой эрасында кең тараған латимерия саусақ қанатты балығы; сырттай ірі кесірткеге ұқсайтын бірақ мезозой эрасының бауырымен жорғалаушылар құрылысының белгілерін жоғалтпаған көне рептилиялардың өкілі — гаттерия; тас көмір кезеңінен бері аз өзгерген көне дәуір тарақаны; мезозой эрасының юра кезеңінде өліп біткен көне формалар туралы түсінік беретін ашық түқымды өсімдік гинкго Солтүстік америкалық опоссум ондаған миллион жыл бұрын тіршілік еткен жануарларға тән кейіпті сақтап отыр.

Құсойнағы дегеніміз — денесін белгілі бір қалыпта ұстау, ерекше қимылдар жасау, қауырсындарын жазу мен оларға ауа толтыру, ерекше дыбыстарды шығарумен сипатталатын құстардың ерекше мінез-қылығы болып табылады. Мысалы, құс ойнағы кезінде ондаған құр қораздар түннің өзінде орман алаңында жиналады. Құсойнақтың нағыз қызған кезі таң ату уақытымен сәйкес келеді. Аталықтары арасында аяусыз төбелестер жүреді, ал аналықтар бұл кезде орманның шетінде немесе бұталардың арасында отырады. Жыныстық сұрыпталу нәтижесінде ең белсенді, мықты және күшті аталықтар ұрпақтар қалдырады, қалғандары көбеюден тысқары қалады және олардың генотиптері түр генофондынан жоғалады.

Кейде ашық түсті неке кейпіне жануарлар тек көбею кезеңінде ғана енеді. Сүйір тұмсық бақалар суда әдемі ашық көк түске ие болады. Аталықтардың ашық түсі мен олардың өзін көрсететін мінез-қылығы оларды жыртқыштарға байқатып, олардың өлу мүмкіндігін арттырады. Дегенмен, бұл жалпы түр үшін тиімді, өйткені, аналық ұрпақ шығару уақытында көбірек қауіпсіздікте болады. Құстарда аналықтарының сыртқы көзге түспейтін түрі мен ұрпағына қамқорлық арасындағы байланыс сүңгуір-балықшы мысалында жақсы көрінеді, бұл құс Ресейдің солтүстік ендіктерінде мекендейді. Осы құстарда жұмыртқаларды тек аталығы ғана басып шығарады. Аналығы әлдеқайда ашық түске ие.

Жыныстық диморфизм мен жыныстық сұрыпталу жануарлар дүниесінде де айтарлықтай кең, тіпті приматтарда да тараған. Сұрыпталудың бұл формасын түрішілік табиги сұрыпталудың жеке жағдайы ретінде қарастырған дұрыс.

Биологиялық прогреске жету жолдары

1.Биологиялық прогреске жету жолдары.

2. Арогенез, аллогенез, катагенез.

3.Дивергенция, конвергенция,параллелизм
1.Ч. Дарвин табиғи сұрыпталу міндетті түрде ұйымдасудың жоғарылауына алып келмейді деп есептеді. Популяцияның тірі қалуы үшін колайлы адаптациялар мамандандырылуға бағытталуы мүмкін (жаңа тіршілік ету орталарын немесе қоректің жаңа көздерін игеруге, қажетті бейімделу құралдарына ие болу), мұның нәтижесінде организмдер тобы бәсекеден шығады. Ортаның шектелген жағдайларына арнайы бейімделу құралдарына иелену ұйымдасу деңгейін өзгертпейді, бірақ түрдің өркендеуіне көмектеседі. Кейде, аз қозғалатын тіршілік жағдайында, пассивті қоректенуге немесе паразитизмге көшу пайдалы болып шығады. Мұндай адаптациялар әдетте организмнің қарапайымдануына, тіршілікке қажетті белсенді мүшелердің жоғалуына алып келеді.

Организмдер құрылысының алуан түрлі өзгерулеріне сәйкес эволюция процесінде әрқайсысы биологиялык прогреске апаратын үш басты бағыттарды бөледі: 1) арогенез (морфофизиологиялық прогресс); 2) аллогенез; 3) катагенез немесе жалпы дегенерация.

Арогенез (грек тілінен аіго — көтеремін және gепеsis — даму) немесе морфофизиологиялық прогресс — құрылыстың ірі өзгерулерін — ароморфозды алып келетін эволюциялық бағыт. Ароморфоз (грек тілінен аіго — көтеретін mоrpһа — үлгі, форма) ұйымдасудың күрделенуін, оның жоғарғы дәрежеге көтерілуін білдіреді. Ароморфоздардың пайда болуы нәтижесінде жануарлар құрылысындағы езгерістер ортаның қандай да бір арнайы жағдайларына бейімделу кұралдары болып табылмайды, олар жалпы сипатқа ие және сыртқы орта жағдайларын (қоректің жаңа көздерін, жаңа тіршілік орталары) кеңірек пайдалануға мүмкіндік береді.

Ароморфоздар пассивті қоректену тәсілінен активті тәсіліне өтуді (омыртқалылардағы жақ сүйектерінің пайда болуы) қамтамасыз етеді, жануарлардың қозғалғыштығын арттырады (бұлшық еттердің бекітілу орны ретінде қаңқаның пайда болуы, құрттардағы бірыңғай салалы бұлшық ет қабаттарының буынаяқтылардағы көлденең жолақты бұлшық еттеріне ауысуы), тыныс алу функциясын жетілдіреді (желбезектер мен өкпенің пайда болуы), ұлпалардың оттегімен қамтамасыз етілуін жақсартады (балықтардағы жүректің пайда болуы және құстар мен сүтқоректілерде қанның артериялық және веноздық түрлеріне бөлінуі).

Осындай барлық өзгерістер ортаның нақты жағдайларына жеке бейімделу кұралдары болмаса да, жануарлардын тіршілік әрекетінің интенсивтілігін арттырады, олардың тіршілік ету жағдайларына тәуелділігін азайтады. Ароморфоздардың жалпы белгісі олардың одан арғы эволюция процесінде сақталынып, жаңа ірі систематикалық топтардың — кластардың, типтердің кейбір отрядтардың (сүтқоректілерде) пайда болуына алып келеді.

Тіршілік етудің өте шектелген жағдайларына бейімделудің шеткі дәрежесі мамандану деп аталады. Қоректің тек бір түрімен ғана қоректену, бірыңғай және тұрақты ортада мекен ету (мысалы, үңгірлерде) организмдердің осы жағдайлардан тыс тіршілік ете алмауына алып келеді. Оларға тропикалық гүлдердің тәтті шірнесімен ғана қоректенетін колибриді, қоректің шектеулі түрімен қоректенуге маманданған құмырсқа жегіштерді және ағаштардың жіңішке бұтақтарында мекендеуге бейімделген хамелеондарды жатқызуға болады. Мамандану топтың эволюциялық мүмкіндіктерін азайтады және орта жағдайларының күрт өзгеруі кезінде бұл топтың өліп бітуіне алып келеді.

Катагенез

Биологиялық өркендеуге ұйымдасудың қарапайымдануы арқылы да жетуге болады. Катагенез (грек тілінен ката — төмен қарай қозғалыс және gепеsis — даму) — ұйымдасудың қарапайымдануымен жүретін эволюциялық бағыт. Ұйымдасудың қарапайымдануы — морфофизиологиялық регресс — тіршілікке қажет белсенді мүшелердің жоғалуына алып келеді, ол дегенерация деп аталады. Жалпы дегенерацияны биологиялық прогрестің жолы ретінде көптеген формалардан бақылауға болады, ол негізінен тіршіліктің паразиттік немесе аз қозғалатын түріне көшуімен байланысты жүреді. Паразитизмге көшкен түрлер еркін тіршілік ететін түрлерден күрт ерекшеленеді. Паразит өсімдіктерде тамырлар мен жапырақтар өз функцияларын атқармайтындықтан кішірейеді, біртіндеп семіп қалады. Фотосинтездеуші қабілеті де жоғалады, мұндай өсімдік түгелімен ие есебінен тіршілік етеді.

Жануарларда мысалы, таспа құрттарда сезім мүшелері мен ас қорыту жүйесі қарапайымдана келіп, жойылады. Жүйке жүйесінің құрылысы қарапайымданады. Олардың орнына таспа құрттарда әр түрлі жеке бейімделу құралдары — ие ішегінде бекінуге қажетті сорғыштар мен қармақшалар дамиды. Паразиттерде жыныстық жүйе күшті прогрессивті түрде дамыған. Паразиттердің өсімталдығы аса жоғары. Адам ішегінде паразитті тіршілік ететін сиыр цепені өзінің тіршілік ету уақытында (18—20 жыл) 11 млрд жұмыртқа түзеді. Олардың ие денесімен қозғалуы және жоғарғы өсімталдық қабілеті бұл түрдің кең таралуы мен биологиялық өркендеуін қамтамасыз етеді.

Тіршіліктің аз қозғалатын түріне және пассивті қоректену тәсіліне көшу (мысалы, асцидия) ұйымдасудың қарапайымдануы, басқа түрлермен бәсекеден шығумен қатар жүреді, бұл түрдің сақталуына себепші болады.

Тірі организмдердің морфофункционалдық ерекшеліктері екі фактормен анықталады: физиологиялық қажеттіліктер және тіршілік ету ортасының нақты жағдайлары. Организмдердің құрылысы мен сыртқы ортаға бейімделу құралдарының жекелеген ерекшеліктерінің алуан түрлілігіне қарамастан эволюциялық процестің бірнеше жалпы зандылықтарын бөліп қарастыруға болады.

3. Эволюциялық процестің негізгі заңдылықтары

Систематика, палеонтология, салыстырмалы анатомия және басқа да биологиялық пәндердің мәліметтері эволюциялық процестің барысын түрден жоғары деңгейде үлкен дәлдікпен анықтауға мүмкіндік береді. Тірі организмдер топтарының эволюциялық формаларын дивергенция, конвергенцияға және параллелизм деп бөлуге болады.

Организмдердің дивергенция процесінде иеленетін морфологиялық ерекшеліктері туыс формалардың генофонды түріндегі белгілі бір біртүтастық негізі болып табылады. Барлық сүтқоректілер аяқ-қолдарының арасында айырмашылықтары болғанымен, олардың құрылысы ортақ, аяқ-қолы бес саусақты болады.

Сондықтан да, бір-біріне құрылысы жағынан ұқсас келетін және атқаратын функциясына қарамастан шығу тегі бір мүшелерді гомологиялық деп атайды. Өсімдіктердегі гомологиялық мүшелерге асбұршақтың мұртшалары, қарақаттың тікендері, кактустың тікенектері жатады, мұның барлығы түрі өзгерген жапырақтар болып табылады. Інжугүлдің тамыр сабағы, картоптың түйнектері, шалқан мен пияздың түбіртегі де (жер асты өркендері) гомологиялық мүшелер болып табылады.

Конвергенция. Тіршілік етудің бірдей жағдайларында әр түрлі систематикалық топтарға жататын жануарлардың ұқсас құрылысқа ие болуы мүмкін. Құрылыстың мұндай ұқсастығы клеткалардың ұлпалардың мүшелердің ұқсас қызмет атқаруы кезінде пайда болады және тек ортаның белгілі бір факторлары мен тікелей байланысты мүшелермен ғана шектеледі. Ағаштар бұтақтарында өрмелейтін, сол жерде тіршілік ететін агамалар мен хамелеондар әр түрлі отряд тармақтарына жатқандығымен сырттай өте ұқсас келеді.

Омыртқалы жануарлардағы конвергенциялық ұқсас белгілерді теңіз бауырымен жорғалаушылары мен сүтқоректілердің аяқ-қолдарынан байқауға болады.Қалталы мен қағанақты сүтқоректілердің бірдей тіршілік етуі, олардың құрылысында көптеген ұқсастықтардың пайда болуына алып келді.

Еуропалық көртышқан, қалталы ұшар және ұшар-тиін бір-біріне ұқсас келеді. Қалталы қасқыр нағыз жыртқышқа ұқсайды. Дегенмен, тарихи қалыптасқан ұйымдасу жалпы ешқашан конвергенцияға ұшырамайды. Белгілердің жақындасуы негізінен ортаның ұқсас жағдайларымен тікелей байланысты мүшелерге ғана қатысты болады.

Конвергенцияны бір-бірінен систематикалық жағынан алыс тұрған жануарлар топтарында да бақылауға болады. Әуеде мекендейтін организмдерде қанаттарымен ұшуға қажетті барлық бейімделу құралдары болады (13.8-сурет). Бірақ құс пен жарғанаттың қанаттары — түрі өзгерген аяқ-қолдар, ал көбелектердің қанаттары дене өсінділері.

Ұқсас функцияларды атқаратын, бірақ құрылысымен шығу тегі әр түрлі мүшелер аналогиялық деп аталады. Шаян мен балықтың желбезектері, көртышқан мен бұзаубастың қазғыш аяқ-қолдары бір-біріне аналогиялық болып табылады.

Ортаның бірдей жағдайларында мүшелер құрылысының конвергенциялық ұқсастығының пайда болуына мысал ретінде, жануарлардың туыс емес топтарының — буынаяқтылар мен омыртқалылардың құрлық бетінде тіршілік етуіне бейімделуін келтіруге болады. Құрлықты игеру кезінде буынаяқтылар мен омыртқалыларда денеде суды сақтауға бейімделген құрал — суды өткізбейтін сыртқы қабаты бар тығыз жабын дамиды.

Су жануарларының көпшілігіне азотты зат алмасу, судың көп мөлшерінің бөлінуі арқылы жүретін аммиак түріндегі өнімдердің бөлінуі тән. Құрлық жануарларында азот несеп қыш-қылы ретінде бөлінеді, бұл судың шығынын барынша көп азайтуға мүмкіндік береді. Сонымен, эволюция процесінде туыс емес организмдердің физиологиялық жетілуі гомологиялық емес құрылымдар негізінде ұқсас жолдармен жүзеге асырылады.

Параллелизм. Параллелизм генетикалық жағынан жақын организмдер топтарына тән конвергенциялық даму формасы болып табылады. Мысалы, сүтқоректілер арасында кит тәрізділер мен ескек аяқтылар бір-біріне байланыссыз суда тіршілік етуге көшіп, мұндай ортада қозғалуға бейімделген ұқсас құралдарға — ескектерге ие болды. Әр түрлі континенттерде жащлн климаттық жағдайларда тіршілік ететін тропикалық белдеудегі туыс емес сүтқоректілердің жалпы бір-біріне ұқсайтыны белгілі.

№23,24 Дәріс

1.Көне және орта ғасыр философтарының көзқарастары.

2.Тіршіліктің мәңгілік теориясы

3. Тіршіліктің пайда болуы туралы қазіргі заманғы көзқарастар

1.Көне әлемде білімнің жалпы деңгейі төмен болғандықтан, ол кездегі түсініктер негізінен қиялмен ерекшеленді. Бұл көзқарас әсіресе көбею құбылысына қатысты болды. Мәселен, грек ойшылы Эмпедокл (У-ғасыр, біздің эрамызға дейін) ағаштардың жұмыртқа басу қабілеті бар деген тұжырым жасаған. Сондықтан да Аристотель (ІУ-ғасыр, біздің эрамызға дейін) сияқты ірі ғұла-маның біз келіспейтін тұжырымдар айтқанына таңдануға болмайды. Көптеген жануарлар мен өсімдіктердің көбею жолдарын білмеуі, тірі организмдер өлі қалдықтардан немесе бейорганика-лық заттардан пайда болуы мүмкін деген тұжырым жасауына себепші болған сияқты. Мәселен, Аристотель шикі еттен жаратылатын биттер, қандалалар — жануарлар денесінің сұйықтығынан, ал жауынқұрты тоған суының лайынан пайда болған деген тұжырым жасаған.

Орта ғасырдағы тіршіліктің пайда болуы туралы көзқарастар ды білім жеткіліксіздігінің нәтижесі деп есептеуге болады, бұл көзқарастар білімнің жинақталуына қарай дұрыс көзқарастармен ауыса

бастады. Дегенмен, орта ғасырдағы дін өкілдерінің арасында Аристотельдің мәртебесі жоғары болуына байланысты ұзақ уақыт бойы тіршіліктің өздігінен пайда болу идеясы басым болды. Бұл орта ғасыр альхимиктерін жасанды түрде тірі зат алу жолдарын іздестіруге ынталандырады. Мысалға, альхимиктердің келесі кисынсыз рецептерін келтіруге болады, бидайға кір көйлектен алынатын"ферментті" қосу арқылы тышқандарды жасау; адам денесінің шіріген сұйықтықтарынан зәр мен қанынан адамды дайындау және т.б

Микроскоптың пайда болуына байланысты организмнің құрылысы туралы түсінік кеңейді. Мысалы, насекомдар микроскоп ашылғанға дейін карапайымдыларға жатқызылып келді. На-секомдар құрылысы айтарлықтай күрделі екендігінің дәлелденуі, олар өлі табиғат объектілерінен пайда болды деген көзқарасқа сенімсіздік туғызады.

Бұл бағытта бірінші тәжірибе жасаған итальян ғалымы Ф. Реди (ХУ!!-ғасырдың ортасы) болды. Ол еттің бетін ауаның өтуіне кедергі жасамайтын жұқа матамен жауып, онда ет шыбыны личинкаларының пайда болмайтынын көрсетті. Әдетте, шіріген етке мұндай шыбындар өздерінің ұрықтанған жұмыртқаларын салады. Демек, бұл насекомдар үшін де барлық "тірі нәрсе тіріден" деген принциптің орындалатыны белгілі болды. Осы бағыттағы ағылшын ғалымы В. Гарвейдің (ХУІ-ғасыр) көзқарасы өте маңызды. Ол өзінің көбею туралы бір ірі жұмысында «барлық тірі организмдер жұмыртқадан» шығады деген принципті жария етті. Дегенмен, Гарвей өз заманының адамы болғандықтан насекомдар, құрттар сияқты жануарлар үшін өздігінен пайда болу мүмкіндігі бар деген жорамал жасайды.

Сонымен қатар микроскоптың көмегімен насекомдарға, құрттарға және басқа да бұрын белгілі болған жануарларға қарағанда одан да қарапайым ұйымдасқан сансыз көп ұсақ тірі орга-низмдер ашылды. Оларға органикалық заттар ерітіндісінде көп мөлшерде кездесетін микроорганизмдерді жатқызуға болады. Бұл жағдайлардың барлығы тіршілік өздігінен пайда болды деген көзқарастың негізсіз екендігін көрсете бастады.

Осы бағыттағы алғашқы эксперименттік зертеулердің бірін ирландиялық дін қызметкері Д. Нидгем (1748) жасаған. Ол қоректік ерітіндіге толтырылған колбаларды тығындап, әлсіз жанып тұрған көмірмен қыздырды. Автордың ойынша пайда болған жоғарғы температура колбаларға сырттан келетін ұрықтардың барлығын жоюға тиісті. Дегенмен, бірнеше күн өткеннен кейін колбаларда көптеген микроорганизмдер пайда болды, бұл жағдай автор үшін олардың елі материядан пайда болғандығының дәлелі еді.

Бұл ғалымның көзқарасы мен зерттеулері сол кездегі ғалымдар арасында қолдау тауып, ұзақ уақыт тіршіліктің өздігінен пайда болу теориясының тірегі болды. Көптеген ғалымдар Нидгемнің тәжірибелерін жаңартып қайталады, бірақ олардың нәтижелері үнемі бірдей бола берген жоқ.

2. Тіршіліктің мәңгілік теориясы

Тіршіліктің мәңгілік теориясы Л. Пастердің жұмысымен қатар пайда болып, және сырттай қарағанда оның логикалық қорытындысы сияқты көрінеді.

Осындай алғашқы теориялардың бірі 1865 жылы неміс ғалымы Г. Рихтердің жарияланған панспермия теориясы болды. Рихтер теориясы бойынша жер бетінде тіршілік бейорганикалық заттардан пайда болған жоқ, ол басқа планеталардан әкелінді. Осы жорамалға байланысты, тіршілік өзге планеталардан, оларды бөліп түрған орасан зор кеңістіктен қалай әкелінген деген заңды сұрақ туындайды. Тіршіліктің дәл осылай пайда болғандығын көрсету үшін физика саласындағы білім пайдаланылды, сондықтан бұл теорияның жақтаушылары негізінен осы ғылымның өкілдері көрнекті ғалымдар Г. Гельмгольц, Г. Томсон, С. Аррениус, П. Лазарев және т.б.

Осы бағыттағы сұрақтар екі бөліктен тұрады: Біріншісі — тіршіліктің бастамасы бір планетадан екінші планетаға қандай күштің көмегімен әкелінген; Екіншісі — тіршіліктің бастамасы сол ұзақ космостық (ғарыштык) кеңістіктегі сапарда тіршілігін қалай сақтаған.

Томсон мен Гельмгольцтың көзқарастары бойынша бактериялар мен көптеген микроорганизмдердің споралары жерге метеориттермен әкелінуі мүмкін. Ал, қазіргі кездегі панспермия теориясын жақтаушылар органикалық заттар, яғни тіршіліктің пайда болуына бастама берген тірі зат жерге метеориттермен әкелінген деген жорамал жасайды.

Лабораториялық зерттеулер нәтижесінде тірі организмдердің сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларына төзімділігі де дәлелденді. Мысалы, өсімдік тұқымы мен спорасы сұйык азотта өзінің тіршілік қабілетін жоймай сақтаған.

Бірақ та панспермия теориясы тіршіліктің пайда болуы туралы мәселені шеше алмайды, тек тіршіліктің жер бетінде қалай және қашан пайда болғандығы туралы жорамал жасайды. Бұл ретте панспермия теориясы тіршіліктің пайда болуы туралы проблеманы шешпейді, керісінше оның шешімін табуды қиындатады. Осы теорияның одан әрі дамыған түрі ретінде тіршіліктің мәңгілік теорияларын жатқызуға болады. Олардың бір түрін 1880 жылы неміс ғалымы В. Прейер ұсынды. Бұл теория биосфера туралы ілімнің авторы академик В. И. Вернадский тарапынан қолдау тапты.

В. Прейердің пікірінше, тіршіліктің пайда болуы туралы проблема мүлдем жоқ. Ол тіршілік мәңгі болатын нәрсе ретінде қарастырады. В. Прейер сонымен қатар тірі организмдердің оларға дейінгі өлі табиғат объектілерінен пайда болғандығы туралы сұрақ қояды. Осы пікіріне сүйеніп, ғалым көне заманда қалыптасқан Жер шарының қызған массаларын ерекше зат алмасуы бар алып тірі организмдер ретінде қарастырған. Жердің суы бұл массаларды біртіндеп бөлшектерге ыдыратып, ал бұл бөлдіектер қайтадан қосыла алмағандықтан, тіршілік айналымынан шығарылып

отырған. Дәл осы заттар бейорганикалық табиғатты түзеді деп көрсетеді.

3.Тіршіліктің пайда болуы туралы қазіргі заманғы көзқарастар

Тірі организмнің пайда болуы туралы сұраққа тіршіліктің негізгі белгілері мен қасиеттері белгісіз болған жағдайда жауап беру мүмкін емес. Организмнің құрамы мен құрылысы және онда жүретін процестер туралы белгілі бір түсінік болғанда ғана тіршілік пайда болған жағдайларды және оның пайда болуына алып келген жолдарды елестетуге болады. Бұл сөзсіз, осы заманғы биологияның ең қиын сұрағы, өйткені тіршілікті зерттеу қиын, ол Жер тарихының көне кезеңдерінде пайда бола бастаған.

Материалдық дүниенің жалпы даму процесіндегі биологиялық эволюцияның орнын елестетіп көрейік. Ол үшін заттар түр өзгерістерінің жолдарын ең басынан — космостық кеңістіктегі бейорганикалық заттардың пайда болуынан және планеталық жүйелердің қалыптасуынан бастап қарау қажет.

Космостық кеңістіктегі химиялық элементтердің эволюциясы

Жұлдызаралық кеңістік деп нені айтамыз? Мұнда қандай процестер жүреді? Осы және басқа да көптеген сұрақтардың жауабы екі ғылымның — химия мен астрономияның тоғысында жатыр.

ХІХ-ғасырдың соңынан бастап шамамен 15 мың жұлдыздардың және Күннің 2 млн астам спектрлері тіркелді. Оларды зерттеу нәтижесінде Әлем дүниесінде бірдей химиялық элементтер болады және бірдей физикалық заңдар орындалады деген қорытынды жасалынды (2.1-кесте).

2.1-кесте Әлем дүниесіндегі ең көп тараған кейбір элементтердің мөлшері

Сутегі — өте жиі кездесетін және ең қарапайым элемент. Оның атомы бір протоннан және бір электроннан тұрады. Егер Әлем дүниесінде алғашқы зат сутегіден тұрған болса, қазіргі кездегі басқа элементтердің кездесуін ғана емес, таралуын да түсіндіруге болады. Осындай таза сутегіден тұратын алғашқы Әлем дүниесінде жүлдыздар пайда болған. Олар заттың гравитациялық жолмен байланысқан ірі топтасулары, олардың дамуы кезіндегі температураның көтерілетіні соншалықты, ядролық реакциялар жүре бастайды. Ядролық реакцияның негізі сутегі атомдары ядроларының бірігуі болып табылады. Осы реакция нәтижесінде сутегі энергия бөле отырып, гелийге айналады (2.1-сурет). Екі протон мен екі нейтроннан тұратын гелий атомы ядросының массасы нақты өлшенген және 4,0026 массаның атомдық бірлігін (м.а.б.) құрайды. Сутегі атомдарының қосылу реакциясының басталуына жеткілікті қысым мен температура кезінде сутегінің төрт атомдары бірігіп, гелийдің бір атомына айналады. Бірақ сутегінің бір атомының массасы 1,0079 м.а.б-не тең, яғни оның төрт атомы 4,0316 м.а.б-не тең. Сутегінің төрт атомының массасы мен гелийдың бір атомының массасының арасындағы айырмашылық 0,029 м.а.б. — бұл кішкене ғана сан, бірақ ол бүкіл Әлем дүниесін қозғалысқа келтіретін сан. Масса мен энергияның сақталу заңына сәйкес, массаның осы айырмашылығы сәулелену энергиясына айналады.

Эйнштейн теңдеуіне сәйкес, энергия массаның жарық жылдамдығы квадратының көбейтіндісіне тең. Сутегінің гелийге айналу процесі массаның аз мөлшерде жоғалуымен — гелийдің әр атомы-нан 0,7% және өте көп мөлшерде энергияның бөлінуімен жүреді.

Элементтердің одан әрі әрекеттесуі басқа элементтердің пайда болуына алып келеді. Ал түзілген элеменххердің арасындағы реакция одан күрделі молекулалар мен олардың комплекстерінің — тозаң бөлшектерінің түзілуіне алып келеді. Газдар мен тозаң бөлшектері космосттық кеңістікке газдық-тозаңдық материяның топтасуына алып келеді.

Мұндай топтасуға мысал ретінде Орион жұлдыздар шоғырындағы алып тұмандықты келтіруге болады. Бұл тұмандықты Орионның "семсер" аумағында дүрбімен көруге болады. Ол тұмандықтың диаметрі шамамен 15 жарық жылдарын құрайды және әр қайсысы көлемі жағынан Күнге сай келехін 100000 жүлдыздарды түзуге жеткілікті газ бен тозаңнан тұрады. Біздің галактикамыздағы көптеген тұмандықтардың бірі — Құс жолы, оның диаметрі шамамен 100000 жарық жылдарын қүрайды. Орион тұмандығы бізден 1500 жарық жылдары қашықтығында орналасқан және бізге ең жақын орналасқан тұмандық болып табылады

Биохимиялық эволюция және тіршіліктің пайда болуы. 1924 жылы орыс ғалымы А. И. Опарин жер бетіңде тіршіліктің пайда болуы жайлы өз пікірін жарыққа шығарды. Іле-шала 1929 жылы ағылшын ғалымы Дж. Холдейн өз бетінше дәл сондай тұжырымға келіп, Опариннің пікірін одан әрі дамыта түсті. Осы бағытта жүргізілген көптеген зерттеулер екі ғалымның ұсынған пікірлерін дұрыстап, соңғы кездегі теориялардың ең тиянақтысы деп тапты. Бұл теория бойьшша жер бетінде тіршіліктің пайда болуы былай сипатталады.

Жер өз қалыптасуының алғашқы кезеңдерінде айтарлықтай салқын болған. Кейін келе өз ішіндегі радиоактивті заттардың ыдырауы нәтижесіңде біртіндеп қыза бастады. Жер қойнауының температурасы 1000°С-дан артқан кезде ондағы қатты жыныстар балқып, бір-бірімен реакцияға түсе бастады. Реакция нәтижесінде көп мөлшерде бөлініп шыққан газдардың қысымы артып, жерді жарып шығып, оның айналасында атмосфера түзілді. Атмосфера қүрамында Н2О, СО2, СО, Н2S, NH3, СН₄, т. б. заттар болды, бірақ молекулалық оттегі жоқтың қасы еді. Радиактивті заттардың ыдырау қарқындылығының төмендеуіне байланысты Жер де біртіндеп салқындай бастады. Температура 100°С-дан төмендеген кезде су буы қоюлана келіп, ыстық нөсер жаңбыр болып, күні-түні, айлар, жылдар бойы жауды. Міне, осылай алғашқы мүхиттар түзілді. Атмосферадағы газ күйіндегі органикалық заттар жаңбыр суында еріп, ерітінді күйге көшті. Алғашқы атмосферада оттегі мен озон болмағандықтан, энергияға бай сәулелер жер бетіне мол түсіп тұрды. Жиі-жиі найзағай ойнап, күн күркірейтін болды, сол себепті жерге жай түсіп жатты. Ыстық жаңбыр суында еріген заттар өзара химиялық реакцияларға түсіп, соның ңәтижесінде алғашқы мүхитта көмірсулар, аминқышқылдары, азотты қосылыстар молая бастады. Олардан біртіндеп абиогендік жолмен қарапайым ақуыздар, нуклеин қышқылдары, липидтер, т. б.түзіле бастады. Бұл тіршіліктің пайда болу жолындағы бірінші қадам еді.

Америка ғалымы С. П. Миллер 1953 жылы метан, амиак, сутегі және су қоспалары арқылы электр разрядын өткізу жолымен бірнеше аминқышқылдарын алды 99, Орыс ғалымдары Т. Е. Пав-ловский мен А. Г. Пасынский формальдегид пен аммоний түздарының судағы ерітіндісіне кысқа толқынды ультракүлгін сәулелерімен әсер ету арқылы әр түрлі амин қышқылдарын алды. Жапондық ғалым К. Харада және американ химигі С. Фокс зертханалық жағдайда метан, аммиак, сутегі, су буы, т. б. заттар қоспасына жоғары температурамен әсер ете отырып амин қышқылдарын алды. Бұл тәжірибелер Опарин жасаған болжамның "дұрыстығын дәлелдей түсті. Түзілген органикалық қосылыстар көптеп жинақтала келе мономолекулалық жиынтықтарға коацер-ваттарға айналды. Бұл сияқты коацерваттарды әр түрлі ақуыздың судағы ерітіндісін, мысалы, желімтек пен гуммиара-биктің ерітіндісін араластыру арқылы зертханалық жолмен алуға болады. А. И. Опариннің тәжірибелерінде коацерваттар айналадағы ортадан өзіне әрқилы заттарды сіңіре отырып көлемін үлғайтып, тығыздала түсетіні байқалған.

Коацерваттарды әлі де болса тірі ағза деуге болмайтын еді, өйткені оларда тек өсу, сыртқы ортамен зат алмасу сияқты қасиеттер ғана болды. Коацерваттар құрамына кіретін әр түрлі ақуыздың ішінде ферменттердің рөлі зор болды. Бір коацерваттар құрамындағы ферменттер химиялық реакцияларды тездетіп, күрделендіріп, оның өсуіне жақсы әсер етсе, екінші бірі коацерваттарға әсер ете алмады. Мұның өзі коацерваттар құрамьның тұрақтылығын сақтауға мүмкіндік беретін тіршілік үшін күрес пен табиғи сұрыпталуға әкеліп соқты.

Тіршіліктің пайда болу жолындағы келесі кезең өзін-өзі ұдайы өніп-өсіруге қабілетті молекулалардың қалыптасуы болды. Ондай молекулалар ақуыздар мен нуклеин қышқылдары еді. Нуклеин қышқылдары өздеріне ұқсас молекулалар түзе отырып, ақуыз синтезін қатаң реттей алды. Ал ақуыз — ферменттер нуклеин қышқылдарының жаңа көшірмесін жасау әрекетін іске асырды. Міне осылай тіршілікке тән негізгі қасиет өзін-өзі ұдайы өсіп өндіруге қабілеттілік пайда болды.

Біз жоғарыда айтып өткендей тірі ағзалар — ашық жүйе болып табылады. Өйткені барлық ағзалар сырттан келген энергияны пайдаланады және онсыз тіршілік етуі мүмкін емес. Энергияны пайдалану тәсіліне қарай осы күнгі ағзалар екі топқа бөлінеді: күн энергиясын пайдалана алатын (жасыл өсімдіктер) автотрофтылар және органикалық заттар ыдырағанда босап шығатын энергияны пайдаланатын (жануарлар және жасыл емес өсімдіктер) гетеротрофтылар. А. И. Опариннің айтуынша алғашқы ағзалар гетеротрофтылар болуы тиіс. Олар өте ертедегі су қоймаларында орасан көп болған органикалық заттармен қоректенген, бірақ келе-келе ағзалар санының көбеюіне байланысты, дайын қореқ азайып, олардың арасында қорек үшін бәсеке күшейе түскен. Мұндай жағдайда өте икемділері тірі қалып, өсімтал ұрпақ берген. Ағзалардың сыртқы орта әсерінен төзімділігі артып, құрылысы күрделене түскен. Ядро және сыртқы қорғаныс қабаты пайда болғаннан бастап оларды бір жасушалы ағзалар деп санауға мүмкіндік туды.

Тіршіліктің пайда болу жолындагы аса бір ірі қадам — ағзалардың бейорганикалық заттардан органикалық заттар түзуге кешуі. Сөйтіп алдымен хемосинтездеуші, бертін келе фотосинтездеуші ағзалар пайда болды. Олардың тіршілік әрекетінің нәтижесінде атмосфераға оттегі бөлініп шығып, ағзалардың тыныс алуына жұмсалып, табиғаттағы органикалық қалдықтарды тотықтыра бастады. Міне осылай, энергия босатудың жаңа, өте тиімді әдісі — оттекті ажырау жүрді. Жасыл өсімдіктердің қарқынды дамуына байланысты атмосфера оттегіне баий түсті. Ол оттегінің біразы ағза тіршілігі үшін зиянды ультракүлгін және иондаушы сәулені сіңіріп, үстап қалатын озонға айналды. Озон экранының түзілуі тіршіліктің судан құрлыққа шығып, бүкіл жер бетіне таралуьша жол ашты.

Қазіргі жағдайда тіршіліктің өздігінен пайда болуы мүмкін бе деген сұрақ жиі қойылады. Ол мүмкін емес, ейткені А. И. Опариннің теориясынан біздің ұққанымыз қарапайым органикалық қосылыстардан тірі ағзалардың пайда болуы — тіршілік ортасына бейімделудің өте ұзаққа созылған әрекеті болып табылады. Пайда болған ағзалар арасыңда табиғи сұрыпталу, өзін-өзі үдайы өсіп-өнуге қабілеттілік сияқты бірнеше миллиондаған жылдарды қамтитын әрекеттер жүруі тиіс. Сондай-ақ қай жерде болса да түзілген органикалык заттарды гетеротрофты ағзалар бірден қорек ретінде пайдаланар еді. Олай болса, ең алғаш абиогендік жолмен пайда болған тірі ағзалар енді одан әрі өздеріне ұқсас ағзалардан тек биогендік жолмен дамыды деген қорытынды туады.

№25,26 Дәріс

Үй жануарларларының тұқымдарын және өсімдіктердің іріктемелерін алу

1.Селекцияның дамуындағы негізгі кезеңдер

2. Қарапайым,халықтық, өнеркәсіптік селекция түрлері.

Адамның өндірістік қызмет процесінде өсімдіктер мен жануарлар өнімдерін жетілдіру ісі үзбей жүргізіліп келеді, бұл жұмыстың нәтижесінде жаңа, сапалы сорттар шығарылуда. Мәдени өсімдіктердің жаңа сорттары мен жануарлардың жаңа тұқымдарын шығару әдісінің даму тарихын төрт кезеңге бөліп қарастыруға болады:

1) қарапайым,

2) халықтық,

3) өнеркәсіптік,

4) гылыми.

2.Бұл жайында атақты селекционер ғалым Н. И. Вавилов: "Селекцияны ғылым ретінде, және өнер ретінде ауыл шаруашылығының бір саласы ретінде қарауға болады", - деген еді.

Қарапайым селекция. Адамдар өздеріне кездескен жеуге жарамды өсімдіктерді тағам ретінде пайдаланып, оларды сақтауға мән бермеген. Кейінірек өсімдіктерді егіп, өсіруді үйренгеннен кейін, оларды сұрыптап, тұқымын көбейте бастаудың қажеттілігі туды. Жануарларды қорек ретінде пайдаланып, кейбір түрлерін қолға үйрете бастады.

Халықтық селекция. Егіншіліктің дамуы мен жалпы адам мәдениетінің өсуіне байланысты қолдан сұрыптау әдістері бірте-бірте жетілдіріле түсті. Маңызды нәтижелер берген қолдан сұрыптау әдісі кеңінен танымал бола бастады.

Өнеркәсіптік селекция. ХҮШ-ғасырдың аяғы мен XIX-ғасырдың басында капитализмнің даму кезеңінің басталуына байланысты селекциялық жұмыс үлкен өріс алды. Еуропада, Америкада өнеркәсіптік-түқымдық фирмалар және ірі селекциялық-тұқымдық кәсіпорындар құрылды. Міне, осы кезден бастап селекция өнеркәсіптің дамуына септігін тигізе бастады.

Ғылыми селекцияның пайда болуы.

Ч. Дарвин ілімі ғылыми селекцияның дамуында шешуші роль атқарды. Дарвин өзінің "Үй жануарлары мен мәдени өсімдіктердің өзгеріске түсуі" атты еңбегінде селекция ісі өнер екенін көрсетті. Н. И. Вавилов селекцияға мынадай анықтама берді: "Селекция дегеніміз — өсімдіктер мен жануарларды қалыптастыруға адамның араласуы".

Ал, И. В. Мичуриннің еңбектері өсімдіктер селекциясының теориясы мен практикасы үшін аса маңызды болды. Ол 1854—1878 жылдары ұзақ уақыт бойы жеміс ағаштарының селекциясымен айналысып, бірқатар жаңа әдістерді қолдану нәтижесінде көптеген сорттар шығарды және өсімдіктер селекциясына әріден будандастыру проблемасын ұсынды.

Н. И. Вавилов мәдени өсімдіктердің шығу тегінін әлемдік орталықтары және өсімдіктер селекциясындағы бастапқьі материал туралы ілімді жасап, өсімдіктер селекциясындағы экологиялық принциптерді, мәдени өсімдіктердің аурулары мен зиянкестеріне қарсы түру ілімінің генетикалық-селекциялық негізін қалады. Н. И. Вавилов өсімдіктер селекциясының теориялык негізін қалаумен қатар Кеңестік селекциялық тәжірибе мекемелерін ұйымдастыру жөнінде орасан зор жұмыстар жүргізді.

1. Бастапқы сорттық түрдің және туыстың потенциалы туралы ілім (селекцияның ботаника-географиялық негіздері).

2. Тұқым қуалайтын өзгергіштік туралы ілім (өзгергіштіктің зандылықтары, мутациялар туралы ілім).

3. Ортаның сорт белгілеріне әсері туралы ілім (сорт және орта, ортаның жекелеген факторларының әсері, селекцияда қолданылатын өсімдіктің даму сатысы туралы ілім)

4. Жақын формалар, сондай-ақ жеке түрлер шеңберіндегі гибридизация теориясы.

5. Селекциялық процестің теориясы (өздігінен тозаңдану,айқас тозаңдану вегетативті және апогамды көбейетін өсімдіктер).

6. Селекцияның негізгі бағыттары туралы ілім, мысалы, ауруға деген иммунитетке жүргізілетін селекция, физиологиялык қасиеттерге (суыққа төзімділік, құрғақшылыкқа төзімділік, фотопериодизм), техникалық сапаға және химиялық құрамға жүргізілетін се-лекция.

7. Жеке селекция — өсімдіктердің жекелеген түрлері туралы ілім.

Өсімдіктер селекциясындағы осы қағидаларды жануарлар селекциясында да қолдануға болады, бұл жалпы ең маңызды деген заңдылықтарды ашуда өте маңызды.

Н. И. Вавиловтың селекция туралы ілімі сонымен қатар даму биологиясы, цитология, экология, биохимия, физиологиямен және ең бастысы өзгергіштік пен тұқымқуалаушылық туралы ілімнің эксперименттік жолын жасайтын ғылыммен — генетикамен — тығыз байланысты.

Кейінірек селекциялық ғылыми орталықтар жаңа ғылыми жабдықтармен жабдықтау мен түрлі мамандықтағы (селекционер, генетиктер, фитопатологтар, биохимиктер, технологтар, физиологтар және т.б.) мамандардың ғылыми күшін біріктіріп, селекция және тұқым шаруалылығының маңызды проблемаларын комплексті түрде шешуге бағытталған мекемелер ұйымдастырылды.

Бүкілодақтық ауыл шаруапылығы ғылыми академиясының президиумында селекция орталықтарына ғылыми-әдістемелік басшылық жасау жөніндегі кеңес құрылды. Осы кеңестің басшылығымен барлық селекциялық орталықтарындағы селекция жұмыстарын дамытудың болашақтағы бағдарламасы жасалынды, онда сорттардың үлгілері, жұмыстардың әдісі, сорт сынау мерзімдері, жетілдіру жұмыстары, тарату, материалмен қамтамасыз ету шаралары белгіленген болатын. Осыған ұқсас бағыттарда Кенес Одағы экономикалық жағынан байланысты елдермен ұзақ мерзімді ғылыми-техникалық қызмет бағдарламасын жасаған.

Шет елдердегі осы заманғы селекцияның басты сипаты ғылыми-зерттеу мекемелерінде бірыңғай селекция бағдарламасы бойынша бірлесе жұмыс жүргізу үшін мамандандыру және ұжымдарды топтастыру болып табылады. Мысалы, Мексикада жүгері мен бидайды, Филиппинде күрішті, Нидерландыда картопты өсіруге бағытталған. Тағы сол сияқты Америкада, Бразилияда, Канадада, Италияда ірі халықаралық селекциялық орталықтар жұмыс істейді. Онда дәстүрлі әдістермен қатар, жаңа әдістер — биотехнологиялық әдістер де жақсы жолға қойылған. Бұл жұмыстар көп қаражат пен үлкен күшті қажет етеді, дегенмен нәтижесі де жоғары.
№27,28 Дәріс

3.Сұрыптау мен гибридизация (будандастыру) селекцияның негізгі әдістері болып табылады. Практикада бұл екі әдісті бірге пайдаланады. Өсімдіктер мен жануарлар селекциясында бұл әдістің екеуі де пайдаланылғанымен, олардың селекциясында өзіндік ерекшеліктер бар. Енді соларға тоқталайык.

Өсімдіктер селекциясында сұрыптаудың екі әдісі қолданылады: жалпылама және жекелеген сұрыптау.

Жалпылама сұрыптау үнемі жүргізіліп отырғанда ғана жақсы нәтиже береді, сондықтан да бұл әдіс жалпылма үзбей сұрыптау деп аталады.

Жалпылама сұрыптаудың артықшылығы — оның оңайлығы, тездігі және кез-келген жағдайда жүргізуге болатындығы.

Жалпылама сұрыптау айқас тозаңданатын өсімдіктерде жақсы нәтиже береді. Айқас тозаңданатын өсімдіктердің гендер саны әр түрлі ұрпақтарға жүргізілген жалпылама сұрыптаудың әсерімен бірнеше ұрпақтар бойына сақталады. Сұрыптаудың бағытына сәйкес келетін ұрпақтар саны көбейіп бекіп отырады. Сондықтан бірнеше рет қайталанған сұрыптау өсімдіктер топтары сапасының жоғары болуын қамтамасыз етеді. Ал, жалпылама сұрыптаудың кемшілігі — бұл әдіспен алынған іріктеменің генотиптері әркелкі болып келесі ұрпактарда ажырау жүріп, сорттың құндылығын төмендетуі мүмкін. Халықтық селекциядағы жергілікті сорттардың барлығы да осы әдіспен алынған. Ал, бұл сорттар ғылыми селекция сорттарының бастамалары. Жалпылама сұрыптау жолымен алынған өсімдіктер барлық мақсатқа толық жауап беретін өсімдіктерге қарағанда өнімі жоғары болғанымен, бағалы қасиеттеріне өз әсерін тигізе алмайды. Бұл селекцио-нердің алғашқы ұрпақ қасиетін толық пайдалана алмауы — жалпылама сұрыптаудың екінші кемшілігі. Жалпылама сұрыптаудың, жалпы айтқанда, бір жақтылығы — тек аналық өсімдіктер бағытымен жүргізілетіндігімен сипатталады. Бұл әдіске тән кемшіліктерді жекелей сұрыптауды пайдалану арқылы жоюға болады. Жекелей сұрыптау — жекелеген өсімдіктерді сұрыптау, әрқайсысынан ұрпақтарды алып, көбейту. Алғашқы таңдалған өсімдіктің ұрпақтары көп рет тексеруден өткізіледі. Әлсіз кездейсоқ сұрыпталған өсімдіктер жарамсыз деп табылып, шетке шығарылады. Мұндай өсімдіктен алынған ұрпақ барлық гендері бойынша бірте-бірте гомозиготалы жағдайға көшеді, яғни генотиптері біркелкі таза салалар пайда болады .Бұл әдісті өздігінен және айқас тозаңданатын дақылдардың тұкымдарын жақсарту жұмыстарында кеңінен қолданылады. Айқас және өздігінен тозанданатын дақылдарда жалпылама және жеке сұрыпталулардың артықшылықтарын үйлестіруге арналған көптеген ізденістердің натижесі комбинативті сұрыптау әдісінің жасалуы болды.

Будандастыру мен сұрыптаудың қайталанып келуі осы әдістің басты ерекшелігі болып саналады. Көп және мезгіл-мезгіл қайталанған сұрыптаулар ұрпақтар қосындыларындағы тұқым қуалайтын гендердін көбеюіне, кейбір қажетті белгілер мен қасиеттердің жақсаруына жағдай жасайды. Бұл жағдай, сұрыптаудың жаңа айналымын жасау үшін тұқым қуалайтын өзгергіштік тарапынан қолдау табады. Осы жетістік Г. Мендельдің және Т. Морганның еңбектерінен кейін ғана мүмкін болды. Комбинативті селекцияны өздігінен тозанданатын бидай мысалынан келесі этаптарға бөліп қарастыруға болады:

Сонымен будандастырудың 7-8-ші ұрпағында 100%-дық гомозиготалық ұрпақ қалыптасады. Көпшілік селекциялык жұмыстардың да мақсаты максималды гомозиготалы ұрпақ алу. Бұл ұзақ уақытты, көп енбекті қажет ететін жұмыс. Сондықтан селекциялық таңдау жұмысы ұзақ уақыт бойы тексерістен өтеді.

Әрбір алынған жаңа селекциялык материалды (сортты) мынадай негізгі көрсеткіштер арқылы бағалайды: өнімділігі, колай-сыз жағдайларға төзімділігі, ауруларға төзімділігі, егу, күту, жинау жұмыстарында техниканы пайдалануға ыңғайлы, сапасы.

Осындай сынақтан өткен әр сортқа жеке нөмірі, аты, ашқан ұжымның авторлық құжаты беріледі. Осылайша селекциялық жұмыс аяқталады. Қазіргі кездегі түгелге дерлік алынған сорттар солай алынған.

№29,30 Дәріс

Метаболизм - тірі организмдер тіршілігінің негізі

1.Анаболизм.

2.Катаболизм

3. Заталмасудың автотрофты түрі

Клеткаларда үздіксіз биологиялық синтез процестері жүреді. Ферменттердің көмегімен қарапайым төменгі молекулалық заттардан жоғары молекулалы қосылыстар түзіледі: амин қышқылдарынан — белоктар; моносахаридтерден — күрделі көмірсулар, азотты негіздер мен қанттардан — нуклеотидтер, ал нуклеотидтерден — нуклеин қышқылдары синтезделеді. Биосинтез реакцияларының жиынтығы — пластикалық алмасу немесе ассимиляция деп аталады, ал синтезге қарама-қарсы процесс диссимиляция — ыдырау реакцияларының жиынтығы болып табылады. Жоғары молекулалы қосылыстардың ыдырауы кезінде, биологиялық синтез реакцияларына қажетті энергия бөлінеді.

Биосинтездік реакциялар өзінің жүру реті және даралығымен ерекшеленеді. Синтезделетін үлкен органикалық молекулалардың құрылысы ДНК-дағы нуклеотидтердің орналасу ретімен, яғни гено-типпен анықталады. Зат алмасу процестері тіршілік ету жағдайының үнемі өзгеруіне қарамастан организмнің ішкі ортасының тұрақтылығын — гомеостазды — қамтамасыз етеді.

Гомеостаз, синтез процестері — пластикалық алмасу мен ыдырау процестерін қамтамасыз етеді, мұндай реакциялардың нәтижесінде АТФ-тің макроэргиялық байланыстарында жиналатын энергия босап шығады. Синтезделген заттар өсу процесінде клеткалар мен олардың органоидтарын құруға және пайдаланылған немесе бұзылған молекулаларды ауыстыруға жұмсалады. Синтездің барлық реакциялары энергияны сіңіру арқылы жүреді.

1. Анаболизм.

Биологиялық синтез реакцияларының жиынтығын пластикалық алмасу немесе анаболизм грек тілінен апаЬоlе — көтерілу) деп аталады. Мұндай алмасу түрінің осылай аталуы оның мәнін көрсетеді: клеткаға сырттан түсетін қарапайым заттардан, клетка заттарына ұқсас заттар түзіледі, яғни ассимиляция процесі жүреді.

Клетка мен біртұтас организмдегі барлық метаболизм процестері тұкымқуалаушылық аппаратының бакылауымен жүргізіледі. Осы процестердің барлығы клеткадағы генетикалық ақпараттың жүзеге асырылуының нәтижесі.

Пластикалық алмасу кезіндегі тұқымқуалаушылық ақпараттың жузеге асу процестерінің ішіндегі маныздыларының бірі — белок биосинтезін қарастырайық.

Жоғарыда айтылғандай белок молекулалары қасиеттерінің алуан түрлілігі бірінші реттік құрылым, яғни амин қышқылдарының орналасу ретімен анықталады.

Белок синтезделуі үшін оның бірінші реттік құрылымындағы барлық амин қышқылдарының орналасу реті туралы ақпарат рибосомаларға жеткізілуі тиіс. Бұл процесс екі кезеңнен тұрады: Транскрипция және трансляция

Транскрипция Ақпараттың транскрипциясы (латын сөзінен transcriptio— көшіру), яғни көшуі — РНК нуклеотидтерінің орналасу реті, матрицалық ДНК тізбегі нуклеотидтерінің орналасу ретіне (комплементарлы заң) сәйкес, бір тізбекті РНК молекуласы, ДНК молекуласының полинуклеидтік бір тізбегінде синтезделуі арқылы жүзеге асады. Синтездің бастапқы нүктесін "танудың", ақпарат оқылатын ДНК тізбегін таңдауды, процестің аяқталуын анықтайтын арнайы механизмдер болады. Ақпараттық РНК осылайша түзіледі.

Трансляция (латын сөзінен translatіо — аудару, беру). Биосинтездің келесі кезеңі а-РНК молеку-ласындағы нуклеотидтердің орналасу реті туралы ақпаратты — полипептид тізбегіндегі амин қышқылдарының орналасу ретіне аудару процесі — трансляция болып табылады.

Қалыптасқан ядросы жоқ организмдер прокариоттарда (бактериялар мен көк жасыл балдырларда) — рибосомалар, жаңадан синтезделіп, ДНК молекуласынан бөлінген ақпараттық РНК-мен бірден байланысады немесе синтез толық аяқталғанға дейін қосылып үлгереді. Ал эукариоттарда а-РНК алдымен ядро қабықшасы аркылы цитоплазмаға жеткізілуі тиіс. а-РНК цитоплазмаға арнайы белоктармен жеткізіледі, бұл белоктар РНК молекуласымен комплекс түзеді. а-РНК-ны рибосо-маларға жеткізу қызметінен басқа, бұл белоктар а-РНК-ны цитоплазмалық ферменттердің бұзу әсерінен де сақтайды. Цитоплазмада а-РНК бір ұшына (ядрода молекула синтезі басталған ұшына) рибосома орналасады, осылайша полипептидтің синтезі басталады.

Рибососма а-РНК молекуласы бойымен жайлап жылжып жүрмейді, керісінше, адымдап, триплеттен триплетке секіріп қозғалады. Рибосоманың а-РНК молекуласы бойымен қозғалуы кезінде полипептидтік тізбекке амин кышқылдары бірінен-кейін бірі а-РНК триплеттеріне сәйкес қатарласып, орналаса бастайды. Амин кышқылының а-РНК триплетінің кодына тура сәйкес келуін транспорттык РНК (т-РНК), қамтамасыз етеді. Әр амин қышқылының өзінің жеке т-РНК-сы болады, бұл т-РНК-ның үш триплеттерінің біреуі — антикодон — а-РНК-ның нақты бір триплетіне комплементарлы болып келеді. Дәл осылай әрбір амин қышқылына оны т-РНК-ға байланыстыратын өзінің ферменті сәйкес келеді.

Полипептидтік тізбек биосинтезінің процесі кезінде белок молекулаларының құрылысы туралы тұқымқуалаушылық ақпараттың берілуінің жалпы принципі .

Синтез аяқталғаннан кейін полипептидтік тізбек матрица — а-РНК молекуласынан — бөлінеді, спиральға оралады, одан кейін белгіленген белокқа сай үшінші реттік құрылымға ие болады.

а-РНК молекуласы рибосома сияқты полипептидтердің синтезіне бірнеше рет қолданыла алады. Есте сақтайтын жәйт, белоктардың биосинтезі көптеген ферменттердің қатысуымен және пептидтік байланыстарды түзетін энергиядан асып түсетін, орасан көп энергия мөлшерінің жұмсалуымен жүретін өте күрделі процесс. Биосинтез жүйесінің керемет күрделілігі мен оның көп энергияны қажет етуі полипептидтер синтезінің өте жоғары дәлдікпен және нақты тәртіппен өтуін қамтамасыз етеді. Клеткадағы белокты емес молекулалардың синтезі үш кезеңнен түрады. Алғашында ерекше белок-ферменттің құрылысы туралы ақпарат жүзеге асырылады, одан кейін бұл ферменттердің кемегімен белгілі бір көмірсудың немесе майдың молекуласы түзіледі. Осыған ұқсас жолмен басқа молекулалар: витаминдер, гормондар және т.б. түзіледі.

2 Катаболизм.

Синтезге қарсы процесс диссимиляция — ыдырау реакциясының жиынтығы болып табылады. Жоғарғы молекулалы қосылыстардың ыдырауы кезінде биосинтез реакциясына қажетті энергия бөлінеді. Сондықтан диссимиляцияны клетканың энергетикалық алмасуы немесе катаболизм (грек тілінен каtаЬоlе — қирау, бүлдіру) деп те атайды.

Қоректік заттардың химиялық энергиясы органикалық қосылыстар молекулаларындағы атомдар арасындағы әр түрлі ковалентті байланыстарда жинақталған. Мысалы, пептидтік тәрізді химиялық байланыстың үзілуі кезінде 1 мольге шаққанда 12 кДж энергия босап шығады. Глюкозаның С, Н және О атомдарының байланыстары арасындағы жинақталған потенциалды энергияның мөлшері 1 мольге (яғни 180 г глюкозаға) шаққанда 2800 кДж-ге тен, Бірқатар ферменттер қатысуымен глюкозаның ыдырауы кезінде энергия келесі теңдеуге сәйкес біртіндеп бөлініп шығады:

С6Н12О6 + О₂ 6Н₂О 6СО₂ + 2800кДж

Қоректік заттардан бөлініп шығатын энергияның бір бөлігі жылу ретінде таралады, ал баска бөлігі энергияға бай АТФ-тің фосфаттық байланыстарында жиналады.

Сондықтан, АТФ клеткалық функциялардың барлық түрлерін энергиямен қамтамасыз етеді. Бұл функцияларға биосинтез, механикалық жұмыс (клетканың бөлінуі, бұлшық ет-тердің жиырылуы), заттардың мембраналардан өтіп белсенді түрде тасымалдануы, жүйке импульсын өткізу процесі кезіндегі мембраналық потенциалды үстап түру, әр түрлі түзінділердің бөлінуі жатады.

АТФ молекуласы адениннің азоттық негізінен, рибоза қантынан және фосфор қышқылының үш калдығынан тұрады (4.4-сурет). Аденин, рибоза және бірінші фосфат аденозинмонофосфатты (АМФ) түзеді. Егер бірінші фосфатқа екіншісі қосылатын болса, аденозин-дифосфат (АДФ) түзіледі. Фосфор қышкылының үш қалдығы бар молекула (аденозинтрифосфат - АТФ) энергияға мейлінше бай. АТФ-тың соңғы фосфатының ажырап, түсіп қалуы кезінде 40 кДж энергия бөлінеді, салыстыру үшін: жай химиялық байланыстардың үзілуі кезінде тек 12 кДж энергия бөлінеді.

АТФ молекулаларындағы энергияға бай байланыстардың көмегімен клетка өте кішкене кеңістікте энергияның көп мөлшерін жинай алады және оны қажет болған жағдайда мөлшерлеп қана пайдалана алады. АТФ синтезі митохондрияларда жүзеге асырылады. Бұл жерден АТФ молекулалары клетканың әр түрлі бөліктеріне беріліп отырады, осылайша клетканың тіршілік әрекеті процестеріне қажетті энергия жеткізіліп отырады.

Энергетикалық алмасу кезеңдері. Әдетте энергетикалық алмасу процесін үш кезеңге бөледі. Бірінші кезең — дайындық кезеңі. Бұл кезеңде ди- және полисахаридтердің, майлардың, белоктардың молекулалары кіші молекулаларға — глюкозаға, глицеринге, май қышқылдарына, амин кышкылдарына ыдырайды; ал нуклеин қышқылдарының ірі молекулалары нуклеотидтерге ыдырайды. Бұл кезеңде энергияның аз мөлшері бөлінеді және осы энергия жылу түрінде таралады.

Екінші кезең — оттексіз немесе толық емес кезең. Ол анаэробты тыныс алу (гликолиз) немесе ашу процесі деп те аталады. "Ашу" термині әдетте микроорганизмдердің немесе өсімдіктердің клеткаларында жүретін процестерге қатысты пайдаланылып айтылады. Бұл кезеңде ферменттердің қатысуымен түзілетін заттар одан әрі ыдырайды. Мысалы, бұлшық еттерде анаэробты тыныс алу нәтижесінде глюкоза молекуласы пирожүзім қышқылының (С₃Н₄О₃) екі молекуласына ыдырайды, олар одан әрі сүт қышқылына (С₃Н₆О₃) дейін тотықсызданады. Глюкозаның ыдырау реакцияларына фосфор кышқылы мен АДФ қатысады. Бұл реакцияның жалпы түрі мынадай:

Ашытқы сацырауқұлақтарында глюкоза молекуласы оттегінің қатысынсыз этил спирті мен кеміртегінің қос тотығына айналады (спирттік ашу):

Басқа микроорганизмдерде гликолиз ацетонның, сірке қышқылының және т.б. түзілуімен аяқталуы мүмкін.

Барлық жағдайларда глюкозаның бір молекуласының ыдырауы АТФ-тың екі молекуласының түзілуімен жүреді. Глюкозаның оттексіз ыдырауы барысында АТФ молекуласында химиялық байланыс түрінде энергияның 40%-ы сақталады, ал қалғаны жылу түрінде тарап кетеді.

Энергетикалық алмасудың үшінші кезеңі — аэробты тыныс алу немесе оттекті ыдырау кезеңі. Энергетикалық алмасудың бұл кезеңіндегі реакцияларда ферменттермен катализденеді. Клеткадағы алдыңғы кезеңде түзілген заттар оттегі қатысында соңғы заттарға — Н₂О, СО₂ — дейін тотығады. Оттекті тыныс алу энергияның көп мөлшерінің бөлінуімен және оның АТФ молекулаларында жиналуымен жүреді. Аэробты тыныс алудың жиынтық теңдеуі мынадай:

Сонымен, сүт қышқылының екі молекуласының тотығуы кезінде АТФ-тың 36 молекуласы түзіледі. Демек, клетканы энергиямен қамтамасыз етудегі негізгі рөлді аэробты тыныс алу атқарады.

Энергияны қабылдау тәсіліне байланысты барлық организмдер екі топқа — автотрофты және гетеротрофты болып бөлінеді.

3.Автотрофтылар — қоректенуі (яғни, энергияны қабылдау) бейорганикалық қосылыстардың есебінен жүзеге асатын организмдер. Оларға кейбір бактериялар мен барлық жасыл өсімдіктер жатады. Автотрофты организмдер органикалық қосылыстардың синтезіне пайдаланылатын энергия көзінің түріне байланысты екі топқа бөлінеді: фототрофтылар және хемотрофтылар.

Фототрофтылар үшін энергия көзі жарық болып табылады, ал хемотрофтылар тотығу-тотыксыздану реакциялары кезінде босап шығатын энергияны пайдаланады. Жасыл өсімдіктер фототрофтылар болып табылады. Олар хлоропластар құрамындағы хлорофилді пайдалану арқылы фотосинтезді — жарық энергиясын химиялық байланыстар энергиясына айналдыру процесін жүзеге асырады.

Фотосинтез. Фотосинтез деп күн сәулесінің энергиясын пайдалану арқылы бейорганикалық молекулалардан органикалық (және бейорганикалық) молекулаларды түзу процесін айтамыз. Бұл процесс екі фазадан түрады: жарық және қараңғы фазалары.

Жарық фазасында жарық кванттары — фотондар — хлорофилл молекулаларымен әрекеттеседі, нәтижесінде бұл молекулалар өте қысқа уақытқа энергияға бай "қозған" жағдайға көшеді. Одан кейін қозған молекулалардың бір бөлігінің артық энергиясы жылуға айналады немесе жарық түрінде сыртқа шығады. Энергияның қалған бөлігі су диссоциациясы нәтижесінде су ерітіндісінде болатын сутегі Н* иондарына беріледі.

н₂о н⁺+он-

Түзілген сутегі (Н°) атомдары органикалык молекулалар — сутегінің тасымалдаушылармен тұрақсыз қосылыс түзеді. Гидроксил (ОН) иондары өздерінің электрондарын басқа молекулаларға береді де, бос радикалдарға (ОН°) айналады. ОН° радикалдары бір-бірімен өзара әрекеттесіп, нәтижесінде су және молекулалық оттегі түзіледі.

4ОН-»О₂+2Н₂О

Сонымен, фотосинтез процесінде түзілетін және атмосфераға бөлінетін молекулалық оттегінің қайнар көзі, фотолиз процесі нәтижесінде ыдырайтын су болып табылады. Фотолиз процесі деп судың жарық әсерінен ыдырауын айтамыз. Су фотолизінен басқа жарық энергиясы жарық фазасында АТФ-ті АДФ-тен синтездеу процесі үшін және оттегінің қатысуынсыз фосфат синтезі үшін пайдаланылады.

Бұл өте тиімді процесс: хлоропластарда түзілетін АТФ мөлшері, сол өсімдіктегі митохондрияда оттегі қатысында түзілетін энергиядан 30 есе көп болады. Міне, осы осылай фотосинтездің қараңғы фазасында процестердің жүруіне қажетті энергия жинақталады.

Қараңғы фазасының жарықты қажет етпейтін химиялық реакцияларының ішінде СО₂-ні байланыстыру ең басты процесс болып табылады. Бұл реакцияларға жарық фазасы кезінде синтезделген АТФ молекулалары, судың фотолиз процесі кезінде түзілген және тасымалдаушы молекулалары мен байланысқан сутегі атомдары қатысады:

6СО₂ + 24Н₀-» С6Н12О6 + 6Н₂О

Осылайша күн сәулесінің энергиясы күрделі органикалық қосылыстардағы химиялық байланыстарының энергиясына айналады.

Жоғарыда айтылғандай атмосфераға бөлінетін молекулалық оттегі жасыл өсімдіктер фотосинтезінің жанама өнімі болып табылады. Атмосферадағы бос оттегі заттардың өзгеруі үшін мықты фактор болып табылады. Оның пайда болуы біздің планетамызда зат алмасудың аэробты түрінің пайда болуының алғы шарты болды.

Хемосинтез. Хлорофилі жоқ кейбір бактериялар да органикалық қосылыстар синтезіне қабілетті, олар бейорганикальқ заттардың химиялық реакцияларының энергиясын пайдаланады. Химиялық реакциялар энергиясының синтезделетін органикалық қосылыстардың энергиясына айналу процесі хемосинтез деп аталады.

Хемосинтез процесін орыстың әйгілі микробиологы С. Н. Виноградский (1887) ашты.

Автотрофты — хемосинтетиктер (хемотрофтылар) тобына нитрлеуші бактериялар жатады. Олардың кейбіреулері аммиактың азотты қышқылға дейін тотығуынан бөлінетін энергияны, ал енді біреулері азотты қышқылдың азот кышқылына дейін тотығуынан түзілетін энергияны пайдаланады. Мысалы, екі валентті темірді үш валентті темірге тотықтырудан бөлініп шығатын энергияны немесе күкірт сутегін күкірт қышқылына дейін тотықтыру кезінде бөлінетін энергияны пайдалынатын хемосинтетиктер белгілі.

Атмосфералық азотты ұстап, оны өңдеп және ерімейтін минералды өсімдіктің сіңіруінің қолайлы түріне айналдыру арқылы хемосинтездеуші бактериялар табиғаттағы зат айналымында маңызды роль атқарады. Мысалы, "темір бактериялары" мен "күкірт бактериялары" деп аталатын заттар автотрофты хемосинтетиктер болып табылады.

Зат алмасудын гетеротрофты типі. Бейорганикалық қосылыстардан органикалық қосылыстарды синтездей алмайтын организмдер, бұл заттардың қоршаған ортадан әкелінуін қажет етеді. Мұндай организмдер гетеротрофтылар деп аталады. Оларға бактериялар мен санырауқұлақтардың көпшілігі және барлық жануарлар жатады. Жануарлар, басқа жануарлар мен өсімдіктерді жеу арқылы қорекпен бірге дайын күйде көмірсуларды, майларды, белоктарды және нуклеин кышқылдарын алады. Тіршілік әрекетінің процесі барысында бұл заттар ыдырайды да, осы кезде босап шыққан глюкозаның, амин қышқылдарының нуклеотидтердің және т.б. молекулалардың бір бөлігі осы организмге тән күрделі органикалық қосылыстар — гликогенді, майларды, белоктарды, нуклеин қышқылдарын түзу үшін синтезделінеді. Молекулалардың қалған бөлігі ыдырайды да осы кезде босап шыққан энергия тіршілік әрекетіне пайдаланылады.

№ 1 Семинар