Биосфера эволюциясы

Ғалымдардың тұжырымы бойынша біз Галактикамыздың жасы 10-12 млрд жыл, ал күндікі – 5 млрд, Жердікі – 4,5 млрд жыл саналады. Жердегі заттардың аккрециясы біріншілік атмосфераның жеңіл молекулаларының әсіресе, гелий мен сутегінің уақытша қыздырылуына әкеледі. Жылудың қатты шағылысуының нәтижесінде температураның төмендеуі қатты қыртыстың түзілуіне әкеледі. Бұл процеске белсенді вулканизм кедергі келтірді, бұл кезде көп мөлшердегі газдардан екіншілік атомсфера түзіледі. Оның құрамында Н₂-ден басқа СН₄, NН₃, және Н₂О болады.

Н₂СО₃ сияқты көмірқышқылы аз болды, ал оны жер қыртысындағы Fе² қосылыстары қалпына келтірді. Шамамен 1 млрд жылда атмосфера қалпына келді және мұнда абиогенді процесстердің түзілуіне және көптеген қосылыстардың жиналуына мүмкіндік туды. Ғарыштық кеңістікке Н₂-ң жоғалуы, құрамында көп мөлшерде N₂ –сі СО₂-і және су буы бар үшіншілік атмосфераның түзілуі жүрді. Жер атмосферасында оттегі Күннің ультрафиолетті сәулесінің әсер етуімен су мен су буының жауылуы жолымен жинақтайды. Осыдан 3,5 млрд. Жыл бұрын күн сәулесінің көмегімен фотосинтезді жүргізуге қабілетті хлорофильді ағзалар пайда болды. Бұл ағзалар күн энергиясын биохимиялық энергияға айналдыруға қабілетті болып келді. Фотосинтез нәтижесінде атмосфера құралы оттегімен толығып, төртіншілік атмосфераның түзілуіне жағдай туды.

Қайта қалпына келетін екіншілік атмосфрераға үлкен энергия ағымдары әсер етті: қысқатолқынды ультракүлгін сәуле, Күннің иондаушы сәулесі, электрлік разрядтар, вулканнан туған жылудың жергілікті қайнар көздер. Осы талаптар орындалса ғана белсенді химиялық синтез жүреді, бұл синтез барысында аралық өнімдер, яғни этилен, этан, формальдегид, мочевина сияқты заттардан алдымен мономерлер, кейін полимерлер түзіледі. Тұну, бөлшектену, жабысу, сору сонымен қатар минералдар (лай, ыстық лава) беткейінде синтетикалық процестер жүріп отырды. Осы синтезге қатысатын өнімдер арасында 14 аминоқышқылы, пурин, пирамидин, қант, АМФ,АДФ,АТФ, май қышқылы, порфирин сияқты биологиялық маңызды қосылыстар табылған.

Протепоидтар мен нуклейн қышқылдары арасында байланыстар ерте басталғаны анықталды. Эйгеннің болжауы бойынша нуклейн қышқылы молекуласының тез, әрі дұрыс көбеюіне, бір жағынан өзіне сәйкес келетін протенойд әсер етті, ал екінші жағынан нуклеин қышқылының өзі-өзіне сәйкес келетін белокты иодтай бастады.

Биотикалық эволюция

Абиотикалық эволюцияның соңына қарай протобионттар деп аталатын ағзалар пайда болды. Протобионттар – қоршаған ортадан оқшауланған ерекше ұйымдасқан ағзалар. Олар белоктың репликация және трансляциялық синтезіне қабілетті молекулалар жүйесінен құралады (генетикалық гипотеза). Органикалық құрылыс блоктар «біріншілік спорадан» бастапқы да өзінің құрылуына қажет болмаған ферменттерді қабылдайды. Шамамен 4 млрд. Жыл бұрын протобионттардың әртүрлі типтері анықталған. Протобионттар үшін селективті ерекшелік болып плазмалық мембрананың болуы жатады, себебі плазмалық мембрана протобионттардың дифтузия жорлымен жойылып кетуінен қорғайды. Мембраналар екі әлсіз байланысатын полимерлердің жақындасуы немесе балшық бетінде полимерлердің адсоббуциясы кезіндегі суда түзілетін коацерваттардың құрылған жерінен енуі мүмкін. Олардың селективті артықшылығы бөлек-бөлек геномдардың бір геномға бірігуіне, бөліну механизмінің пайда болуына әкеледі. Мұндай ферменттер жиынтығымен қамтамасыз етілген түзілістерді протобионт («эобионт» сөзінің синонимі) деп атайды. Протобионттардың қалдығы - шар тәрізді түзіліс. Оңтүстік Америкадағы Онфервахтарда (жасы шамамен 3,4 млрд.жыл) кездессе, жасыл балдырлар сияқты прокариоттардың көмегімен түзілген ізбесті қалдықтар Родезияда табылған (жасы шамамен 2,7-3,1 млрд жыл) энергия алудың бірден-бір әдісі біріншілік гетеротрофия болып саналады. Жоғары сатылы протобионттарға ашу процестері тән. Үшіншілік атмосферадағы СО2 мөлшерінің жоғарылауы СО2 ассимиляциясы нәтижесінде көміртегіге деген қажеттілікті азайтты. Біріншілік сорпада болмайтын аминоқышқылдар синтезінің биотикалық жолдары өндіріледі. Энергия алу әдістері ретінде анаэробты тыныс алу процестері ашу процестеріне қарағанда сәл алға қадам басты. Оттегінің қайнар көздері болып сульфаттар, нитриттар, нитраттар саналады. Тыныс алу тізбегі бойынша электрондардың берілу механизмдері құрылды. Ол үшін қажетті порфириндер (цитохромдар) синтетикалық жолмен синтезделінеді. Тағы бір энергия алудың су бір маңызды жолы жарықты қолдану болды. (фотоэргия). Бұл жолдағы алғашқы адым қарапайым фотохимиялық реакция саналады. Ал екінші, неғұрлым эффективті адымы ол – циклдік фотофосформендендіру, үшінші адымы болып СО₂-ң қайта қалпына келуіне және органикалық заттарды түзуге әкелетін циклдік емес фотофосфорендендіру саналады. Фотосинтезде қатысатын организмдер автотрофты деп аталынады. Фотосинтезге қажетті хлорофилл абиотикалық жолмен түзілуі, кейін мембрананың мепидтік құрамына қосылуы керек. Фотосинтез органикалық заттар мен бос оттегінің белсенді түзілуіне жағдай жасады. Органикалық заттардың синтезделу негізіне автотрофтылар мен оларға тәуелді гетеротрофты организмдер арасындағы айналып жатады. Оттегі аэробты хеносинтездің дамуында және тыныс алуда өте маңызды болып табылады. Сөйтіп ашу процесі тыныс алумен ауысқан екіншілік гетеротрофия қалыптасты. 2,8-1,8 млрд. Жылдар уақытында атмосферадағы оттегі 1-тен төмен болды.

Прокариоттардың эволюциясы. Протобионттар деңгейінде ең ерекше дамыған прокариоттар (бактерия мен көк-жасыл балдырлар) мен эукариоттар (жасыл өсімдіктер, қалған басқа балдырлар) эволюциясына негіздер анықталды. Бұл көптеген жалпы ұқсастықтарды көрсетеді: генетикалық ақпаратты, генетикалық кодты, зат алмасу негіздерін тасымалдаушылардың бірлігі. Прокариот деңгей осыдан 3 млрд. жыл бұрын көтерілді. Бұл жердің негізгі ерекшеліктеріне жатады:

- генетикалық код пен көбею механизмдердің туындауы;

- гендердің репликация және транскрипция процестерінің бөлінуі.

- Сақиналық геномның түзілуі;

- АТФ синтезі үшін ферменттік жүйенің құрылуы.

- Заттардың белсенді тасымалы және аминоқышқыл, нуклеотид, көмірсу, липид т.б. заттардың синтезінің өзіндік механизмдерінің өндірілуі.

Прокариоттарға грам оң, грам теріс бактериялар, көк-жасыл балдырлар жатады.

Эукариоттар эволюциясы. Эукариоттар жоғары сатылы протобионттардан ерекшеленеді. Ежелгі қалдықтары 1,4-2 млрд. жыл бұрын анықталған. Цитоплазмадан оқшауланған клеткалық ядродағы хромосомамен клеткаға диплондия мен рекомбинация арқылы жыныстық көбеюге өту – эволюциялық мүмкіншіліктерді кеңейтіп, дифференцияға маңызды болып келді.

Бір клеткалы эукариоттар (протистер) арасында авто және гетеротрофты топтар бар. Олардың эволюциясында басты рольді флагелеттар атқарды. Жершарында шығу тегі ортақ болып келетін бірнеше ірі заттар тобын ажыратуға болады. Олардың құрылымдық көрсеткіштерінде ұқсастықтар болады. Оларға көпвариантты редупликация, зат алмасу, өсу мен дамуға онтогенез) қабілеттілік.

Эукариоттардың патшалық үсті миллион жылдан астам бұрын жануар, өсімдік, саңырауқұлақ патшалығына бөлініп кетті. Жер бетіндегі тіршілік атауының ең ежелгі тобын архебактериялар деп атау қабылданған.

Прокариоттар мен эукариоттар архебактериялық жаңа патшалығының туындауына байланысты патшалық үсті деңгейінде бөлінді.

А.Патшалықүсті (Прокариоттар немесе ядроға дейінгі организмдердің)

І. Патшалық (Бактериялардың)

ІІ. Патшалық (Архебюактериялардың)

Б. Патшалықүсті (Эукариоттар немесе ядролы ағзалар)

І. Патшалық (Жануарлардың)

1. Патшалықасты (Қарапайымдылардың)

2. Патшалықасты (Көпклеткаллылардың)

ІІ. Патшалық (Саңырауқұлақтардың)

1. Төменгі сатылы саңырауқұлақтардың
2. Жоғары сатылы саңырауқұлақтардың

ІІІ. Өсімдіктер патшалығы

1. Өсімдіктер патшалықасты
2. нағыз балдырлардың патшалықасты
3. жоғары сатылы өсімдіктердің патшалықасты

Соған байланысты Жер бетіндегі тіршілік эволюциясының алғашқы этапы ең біріншіден, біріншілік гетеротрофтылардың (алғашқы протобионттарды қоректік зат ретінде пайдаланған) хеносинтезге (анэробты хеноавтотрофтылар) өтуімен, кейін өсімдіктерден автотрофты қоректенудің туындауынан (фотосинтез), сонымен соңғысы, жануарлардағы екіншілік гетеротрофты қоректенумен байланысты болады.

Фотосинтездің пайда болуы Жер бетіндегі тіршілік эволюциясының ең маңызды этапы болды. Осы фотосинтездің нәтижесінде Жер бетінде күн сәулесі энергиясының мол жинақталуы жүреді, ал ол барлық заттардың биологиялық айналымының жүруін одан әрі күшейтті. Тірі табиғат патшалығының негізгі пайда болу жолдарының маңыздысына синбиогенездің гипотезасын жатқызуға болады.

Өсімдіктер эволюциясы. Қазіргі таңда өсімдіктердің шамамен 500мыңнан астам түрі, оның ішінде жоғары сатылы түрлері шамамен 00 мың. Шамамен 2 млрд. жыл тастап бірклеткалы және жіпшені формалардың (жасыл және алтын тәрізді балдырлар) колониялары кездесіп келеді. Ассимиляциялы пигменттердің, қосымша заттардың және хлоропласттардың жұқа құрылымдарының құрамдарымен сәйкес келуі жоғары сатылы жасыл өсімдіктердің шығу тегі жасыл балдырлар болғандығын дәлелдейді. Колоние тәрізді формалардың балдырларға ауысуы осыдан 550-450 млн. Жыл бұрын, яғни өсімдіктерді шөлейттік жерлерге өсіру кезінде болды. Мысалы, тіректік элементтер ретінде лигнин, кеуіп ктеуден сақтау ретінде – кутин, суға арналған транспорттық жүйелер және тұрақты споралар қажет болды. Алғашқы жер беті өсімдіктері псилофиттер саналады, олар 420-350 млн. Жыл бұрын тіршілік етеді. Папоротниктер мен тұқымдық өсімдіктер арасын байланыстырушы звено болып тұқымдық попоротниктер саналады. Нәзік гематофит спорофитті аналық өсімдікке араласады. Микроспоралар дамығаннан кейін тозаңдану пайда болады. Қазіргі таңда өсімдік әлемі үнемі бір-бірімен алмасып, әртүрлі өзгерістерге ие болып отырады. Өсімдік патшалығы эволюциялық негізгі белгілері:

1. Гаплоидтыдан диплоидтыға өту. Көптеген балдырларда клеткалар (зиготадан басқа) гаплоидты. Сонымен қатар жоғары ұйымдастырылған балдырлар арасында диплоидты даралар кездеседі. Шіркейлерге салыстырмалы түрде диплоидты даму әлсіз болғанда ғана гаплоидты ұрпақ тән. Попоротниктерге диплоидты ұрпақ тән, бірақ оларда гаплоидты ұрпақ (ганетофит) өзіндік жеке түзіліс ретінде көрінген.
2. Тапшылы-сұйық судың қатысуымен жыныстық көбею процесінің босатылуы, еркектік гаметалардың қозғалғыштығының айырылуы, галетофиттің редукциясы мен спорофит дамуының күшеюі, сыртқы ұрықтандырудан ішкі ұрықтандыруға өту, қос қрықтандырудың пайда болуы.
3. Жер беті талаптарына өтумен дененің дифференциясы: түбір, жапырақ, сабаққа бөліну, сілтеуші жүйе желісінің дамуы, жабын, механикалық және басқа ұлпалық туындауы.
4. Тозаңданудың мамандануы (жәндіктердің көмегімен) және жануарлар арқылы ұрық пен тұқымның таралуы. Қолайсыз жағдайлардан ұрықтың қорғануының күшеюі: қорекпен қамтамасыз етілу, жабындының түзілуі т.б.

Саңырауқұлақтар эволюциясы

Саңырауқұлақтар (фунга-р) – гетеротрофтылар, хлоропласт-ы болмайды, сапрофитті, паразитті немесе синбиозды тіршілік етеді, гетеротрофты эуксериоттардан шыққан. Саңырауқұлақтар көпклеткалы өсімдіктер мен жануарлар арасында үшінші ірі топтарға жатады.

Көпклеткалы жануарлардың эволюциясы Жануар патшалығы әркелкі, Түр саны бойынша өсімдіктер патшалығындағыдан асып түседі. Қазіргі таңда жануарлардың 1,5 миллионнан астам түрлері белгілі. Жануарлар – екіншілік гетеротрофтылар және облигатты аэробтар. Олардың қоректенуі үшін міндетті түрде автотрофты ағзалар қажет және олар үнемі оттегімен (Пастер бойынша 0,2% О₂) жеткілікті дәрежеде қамтамасыз етеіліп отыруы қажет. Жануар қалдықтарын теңіз тереңдеулері немесе шөгінділері – протерозоялардан табуға болады, олардың жасы шамамен 800 млн. Жылда н асад. Алғашқы көпклеткалы жануарлар бірден бірнеше түрлерімен айқындалған: ішекқуыстылар, буынаяқтылар, буынтықтәрізділер т.б. Әртүрлі теорияларға сүйене отырып, көпклеткалы жануарлардың шығу тегін анебалар, талшықтылар және кебісшелілер деп жоблауға болады.

А. Гастрея теориясы: талшықтылар колониясы – бластея (жартылай шар) – екіқабатты гастрея

Б. Билатгастрея теориясы: талшықтылардың бірқабатты колониясы – екіқабатты жорғалайтын плакула – екіжақты симметриялы билатгастрея.

В. Адельді теория: инфузориядан целлюряризация жолымен көпклеткалы ағза пайда болды, олардың ауызы болып, дефинитивті ауыз саңылауы саналды; кейін бұл ағза примитивті ішексіз турбеллерияға ұқсай бастады да, осы жол оны ішексіз турбеллерияға айналдырды.

Г. Галлертоидты теория: кірпікшесі бірклеткасы – қозғалысты қамтамасыз ететін сыртқы жабын қабаттың пайда болуы – асты қабылдау мен қорытуға арналған.

Жануарлар эволюциясында бірнеше негізгі даму бағыттарын атауға болады:

1. Көпклеткалардың пайда болуы және барлық мүшелер жүйесінің дифференцировкасы.

2. Қаңқаның пайда болуы (буынаяқтыларда- сыртқы, омыртқаларда –ішкі)

3. Орталық жүйке жүйесінің дамуы. Екі принципті әртүрлі және өте эффективті эволюциялық «шешімдер»: шартты рефлекстерге негізделген омыртқалылардағы бас миы мен қозғалыстың дамуы: инстинкт түрлері бойынша кез-келген реакция түрлерінің тұқымқуалайтын бекінуімен байланысты жүйке жүйесінің дамуы.

Жалпы әртүрлі зерттеулер нәтижесі Жер бетіндегі барлық тірі ағзалардың пайда болу және даму жолдарын біліп, меңгеруімізге мүмкіншілік берді. Тірі табиғат – бактериялар, архебактериялар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар, жануарлар патшалығы біріншілік мұхит тіршілігімен байланысты ортақ шығу тегіне ие. Бір топ эволюциясы басқа топ эволюциясымен тығыз байланыста болады.

Жануарлар –екіншілік гетеротрофтар және облигатты азробтар.

Сабақтың мазмұны:

• Студенттердің өздік жұмысы:

- Бастапқы білім деңгейін бақылау (Қосымша 1)

- Қорытынды білім деңгейін бақылау үшін тест жұмысын шешу

- Тақырып бойынша бақылау жұмысы

• Осы сабақ тақырыбы бойынша оқытушымен жұмыс:

- СӨЖ нәтижелерін талқылау

- Биосфера аумақты экожүйе

- Биосфераның негізгі қызметі

- Биосфера эволюциясы

- Студенттерді ауызша сұрау

• Қорытынды білім деңгейін бақылау (Қосымша 2)

Қосымша 1.

Негізгі білім деңгейін бақылау.

1.Фотосинтез процесінде күннің сәулелік энергиясын қолдану және химиялық байланысты органикалық заттардың патенциялық ыдырау жылдамдығы аталады:

А) экожүйенің біріншілік өнімділігі

Б) валовая біріншілік өнімділігі

В) екіншілік өнімділігі

Г) таза біріншілік өнімі

Д) көптік таза өнімі

2. Жердің сыртқы қабатына жатады:

А) биосфера

Б) гидросфера

В) литосфера

Г) атмосфера

Д) барлығы дұрыс

3. Жер қыртысындағы жердің тас қабаты аталады:

- биосфера

+литосфера

-гидросфера

-атомсфера

-ноосфера

4. Тірі заттың функциясын атаңыз:

-газды

-концентрациялық

-тотығу-тотықсыздандыру

-биохимиялық

+барлығы дұрыс

5.Төмендегі көрсетілгендердің қайсысы көмірсулармен байланысты биологиялық резервуар болып табылады:

-өзендер

+ормандар

-сахаралар

-көлдер

-топырақ

6. 1935 ж. «экожүйе» терминін төменде аталған ғалымдардың қайсысы енгізді:

А) Т.Миллер

Б) Д.Андерсен

В) Э.Геккель

К) К.Рулье

Д) А.Тенсли

7. Жер бетіндегі негізгі оттегінң көзі болып табылады:

- жануарлар

- топырақ организмі

+жасыл желектер

- тұқымдар

- теңіз құстары

8. Уақытында бір биогеоциноздардың басқаларымен ауысу үрдісі қалай аталады:

А) сукцессия

Б) климакс

В) флюктуация

Г) энтропия

Д) динамика

9. Автотрофты организмдерде қарапайым неорганикалық затпен байланысып, органикалық заттың синтезделуі аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

10.Гетеротрофты организмде басқа бірі организмдерден немесе органикалық заттардың бір бөлігінің қоректену жолымен дайын органикалық заттарды қолданылатындар аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

11. Гетеротрофтылар биомасса қалдықтарын бұзатындар аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

12. Бірінші трофикалық деңгей құрайды.

А) біріншілік консументтер

Б) автотрофтылар

13. Екінші трофикалық деңгей құрайды:

А) біріншілік консументтер

Б) автотрофтылар

14. Үшінші трофикалық деңгей құрайды:

А) улы өсімдікті жануарлар

Б) пиотоулы жануарлар

В) автотрофтылар

15.Жабық айналым бойынша экожүйенің энергия циркурлей ме?

А) иә

Б) жоқ

Бастапқы білім деңгейін бақылау сұрақтары.

1. Экологияда экожүйенің концепция ролі.
2. Экожүйенің трофикалық құрылымы.
3. Экожүйенің қасиеті мен қызметі.
4. Экологияда органикалық заттардың түзілуі мен ыдырауы.
5. Экожүйенің энергеникасы мен өнімділігі
6. Экожүйенің динамикасы

Қосымша 2.

Қорытынды білім деңгейін бақылау.

1. Жердің бірден – бір қабаты, құрамы мен энергетикасында тірі организмдердің жұмысы анықталуы аталады...

2. Биосфера эволюциясының этаптары:

3. Су буы мен шаңның әртүрлі газ қоспаларынан тұратын жер шарының газ тәрізді қабаты аталады:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

4. Атмосфера бөлінеді:

А) тропосфераға

Б) стратосфераға

В) экзосфераға

Г) термосфераға

Д) барлығы дұрыс

5. Атмосфера бөлінеді:

А) стратосфераға

Б) мезосфераға

В) термосфераға

Г) стратосфераға

Д) барлығы дұрыс

6. Атмосфераның басты құрамды бөлігі:

А) азот

Б) оттегі

В) аргон

Г) аргон

Д) барлығы дұрыс

7. Жер суларының барлық жиынтығы аталады:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

8. Жердің жоғарғы қабығы:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

9. Жер шарындағы бүкіл организмдер жиынтығын В.И.Вернадский атады:

А) қосымша зат

Б) тірі зат

В) биогенді зат

Г) биоқосымша зат

10. Геобиосфера тұрады:

А) терробиосферадан

Б) литобиосферадан

В) аквабиосферадан

Г) А,Б дұрыс

Д) А, Б,В дұрыс

11. Тірі заттың деңгейін көрсет:

А) ағзалық

Б) түр- популяциялық

В) биоценоз

Г) биосфералық

Д) барлығы дұрыс

12. Тірі оргнаизмдер тамақтану әдісі бойынша бөлінеді:

А) автотрофты

Б) гетеротрофты

В) биоавтотрофты

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

13. Автотрофтылар бөлінеді:

А) фотоавтотрофтылар

Б) хемоавтотрофтылар

В) биотрофтар

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

14. Гетеротрофтылар бөлінеді:

А) сапротрофылар

Б) биотрофты

В) фотоавтотрофты

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

Сабақ бойынша ұсынылатын әдебиеттер:

Негізгі:

1. Закон РК «Об охране окружающей природной среды (1997)
2. СанАиН 0.03.015-97 «Санитарные правила охраны атмосферного воздуха (1997)
3. СанПиН «Правила охраны поверхностных вод (1991)
4. Методические рекомендации по оценке гигиенической эффективности мероприятий по охране атмосферного воздуха и водных объектов с учетом комбинированного действия загрязняющих компонентов – М., 1987
5. «Инструкция по нормированию выбросоы (сборов) загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты» - Харьков, 1990

Қосымша:

1. Сидоренко Г.И., Можаев Е.А. «Санитарное состояние окружающей среды и здоровье населения»
2. Гигиенические аспекты охраны окружающей среды (сборник методических материалов) – М., 1987
3. Методические указания по гигиенической оценке малых рек и санитарному контролю за мероприятиями по охране в местах водопользования. – М., 1985

Информационный листок. Интегральные показатели загрязнения окружающей среды для оценки ее качества и состояния здоровья. – Алматы, 1994

Поиск по сайту: