Təkhüceyrəli orqanizmlərin yaranmasından hüceyrə nüvəsinin “ixtirasına” və bir sıra başqa yeniliklərin yaranmasına qədər bir milyard ildən çox vaxt keçdi. Yalnız bundan sonra heyvanların, bitkilərin və göbələklərin üç krallığının yaranmasına səbəb olan ilk çoxhüceyrəli canlılara yol açıldı. Avropalı alimlər əvvəllər mövcud olan fikirlərə zidd olan bu transformasiyanın yeni izahatını irəli sürüblər.
Prokaryotlar (prenüklear təkhüceyrəli orqanizmlər) təxminən 3,8 milyard il əvvəl anadan olublar. Quruluş baxımından daha inkişaf etmiş orqanizmlər - eukariotlar (hüceyrələrində nüvə var) iki milyard ildən çox əvvəl yaranmışdır. Və onlardan, təxminən bir milyard il əvvəl, çoxhüceyrəli canlıların təkamülü artıq başlamışdır.
İndi iki belə məxluq - London Universitet Kollecindən (UCL) Nik Leyn və Düsseldorf Universitetinin Botanika İnstitutundan William Martin orijinal bir nəzəriyyə hazırladılar. Buna əsasən məlum olur ki, eukariotların meydana gəlməsinin açarı nüvənin ixtirası deyil (alimlər 70 ildir mübahisə edirlər), mitoxondrilərin meydana gəlməsidir.
Ümumiyyətlə qəbul edilir ki, əvvəlcə köhnə enerji mexanizmlərinə arxalanaraq prokaryotlardan daha təkmil nüvə hüceyrələri doğuldu və yalnız sonradan yeni işə qəbul edilənlər mitoxondriya əldə etdilər. Sonunculara eukariotların sonrakı təkamülündə mühüm rol verildi, lakin onun əsasını təşkil edən təməl daşının rolu yox.
Martin izah edir: "Biz ilk variantın işləməyəcəyini göstərdik. Hüceyrənin mürəkkəblik inkişaf etdirməsi üçün mitoxondriya lazımdır". "Bizim fərziyyəmiz eukaryotik hüceyrələrə keçidin yalnız müvafiq mutasiyaların tələb olunduğuna dair ənənəvi fikri təkzib edir" deyə Leyn əks-səda verir.
Mitoxondrilərin enerji baxımından görünüşünü arabadan sonra raketin ixtirası ilə müqayisə etmək olar, çünki nüvə hüceyrələri nüvəsiz hüceyrələrdən orta hesabla min dəfə böyükdür.
Sonuncu, görünür, cihazın ölçüsü və mürəkkəbliyi ilə də böyüyə bilər (burada bir neçə təəccüblü nümunə var). Lakin bu yolda kiçik canlılar bir tutma ilə üzləşirlər: həndəsi şəkildə böyüdükcə səth sahəsinin həcmə nisbəti sürətlə aşağı düşür.
Bu arada sadə hüceyrələr onları örtən membrandan istifadə edərək enerji istehsal edirlər. Beləliklə, böyük bir prokaryotik hüceyrədə yeni genlər üçün çox yer ola bilər, lakin bu "təlimatlara" uyğun olaraq zülalları sintez etmək üçün kifayət qədər enerjiyə malik deyil.
Sadəcə olaraq, xarici membranın kıvrımlarını artırmaq vəziyyətə həqiqətən kömək etmir (baxmayaraq ki, belə hüceyrələr məlumdur). Gücü artırmağın bu üsulu ilə enerji sisteminin işində səhvlərin sayı da artır. İstənməyən molekullar hüceyrədə toplanır və onu məhv edə bilir.
Mitoxondriya təbiətin parlaq ixtirasıdır. Onların sayını artırmaqla hüceyrənin xarici səthini böyütmədən onun enerji imkanlarını artırmaq mümkündür. Üstəlik, hər mitoxondriyada daxili idarəetmə və təmir mexanizmləri də var.
İşin müəllifləri hesablayıblar ki, orta eukaryotik hüceyrə nəzəri olaraq orta bakteriyadan 200 min dəfə çox gen daşıya bilər. Eukaryotları çoxlu sayda rəfləri olan bir kitabxana kimi düşünmək olar - onu ürəyinizcə olan kitablarla doldurun. Yaxşı, daha uzadılmış genom hüceyrənin strukturunun və onun metabolizminin daha da təkmilləşdirilməsi, yeni tənzimləyici zəncirlərin yaranması üçün əsasdır.
Leyn və Martinin hesablamalarına görə, irsi kodunun hər bir geni üçün eukariotlar bakteriyalardan dörd-beş dəfə çox enerji ehtiyatına malikdirlər. Bu baxımdan bakteriyalar çıxa bilməyəcəyi bir enerji uçurumunun dibindədir.
Hüceyrələrin mitoxondriyadan istifadə edərək enerji istehsalına keçidini sənaye inqilabı ilə müqayisə etmək olar. Manufakturanın ölçüsünü xətti olaraq artırmaq əvəzinə, hüceyrələr keyfiyyət dəyişikliyi etdi: onlar bir "zavod" tikdilər və orada bir sıra ixtisaslaşdırılmış "maşınlar" quraşdırdılar.
Buna görə də, milyardlarla illik mövcud olmasına baxmayaraq, prokaryotlar hələ də nisbətən sadə canlılar olaraq qalırlar və eukaryotlar çoxdan hüceyrələr arasında siqnal ötürmək üçün yeni vasitələr icad edərək çoxhüceyrəli həyat formalarına doğru addım atdılar. Biz sizinlə.
Yeri gəlmişkən, Avropa alimlərinin nəzəriyyəsi başqa aləmlərdə mürəkkəb həyat formalarının mövcud olma ehtimalını qiymətləndirməkdə də faydalı ola bilər.
Fakt budur ki, bakteriyaların digər hüceyrələri udma nümunələri olduqca nadirdir. Bu o deməkdir ki, həyat yarandıqdan sonra sadə birhüceyrəli mərhələdə bir çox dövrlər davam edə bilər. Uğurlu bir şans ona hüceyrədaxili enerji fabriklərini icad etməyə kömək edənə qədər. "Əsas prinsiplər universaldır. Hətta yadplanetlilərin də mitoxondriyaya ehtiyacı var", - Leyn yekunlaşdırır.
Ümumi məlumat
Prokaryotlar(lat. Prokaryota, lat. pro- "əvvəl", "əvvəl" və yunan. karyon- "əsas") və ya nüvəsiz- formalaşmış hüceyrə nüvəsi olmayan (bənzəməyən) birhüceyrəli canlı orqanizmlər.
Prokaryotik hüceyrələr nüvə membranının olmaması ilə xarakterizə olunur; DNT histonların iştirakı olmadan qablaşdırılır.
Prokaryotların genetik materialı bir halqada bağlanmış bir DNT molekulu ilə təmsil olunur; yalnız bir replikon var. Hüceyrələrdə membran quruluşuna malik orqanoidlər yoxdur.
Prokariotların xarakterik xüsusiyyətləri
- Formal nüvənin olmaması
- Bayraqların, plazmidlərin və qaz vakuollarının olması
- Fotosintezin baş verdiyi strukturlar - xlorosomlar
- Çoxalma formaları- aseksual üsul, psevdoseksual proses var, bunun nəticəsində hüceyrələrin sayını artırmadan yalnız genetik məlumat mübadiləsi aparılır.
- Ribosom ölçüsü- 70-lər (çökmə əmsalı əsasında digər növ ribosomlar, həmçinin ribosomları təşkil edən subhissəciklər və biopolimerlər də fərqlənir).
Prokariotların təkamülü
Başqa bir nəzəriyyəyə görə, ortaq bir əcdad yox idi və o dövrdə yaşayan ilk protozoa, öz aralarında üfüqi gen transferinin köməyi ilə daim təkamül keçirdi. Ehtimal olunur ki, təkamülün ən erkən mərhələlərində bir növ ümumi gen “icma təsərrüfatı” olmuşdur. Əcdadların prokaryotları dünyasında təkamül əlaqələrinin mənzərəsi bir ağac deyil, ən müxtəlif və gözlənilməz istiqamətlərdə üfüqi köçürmələrin bir-birinə qarışmış şəbəkəsi olan bir növ miselyum idi. Orqanizmlər mürəkkəbləşdikcə və cinsi çoxalma və reproduktiv təcrid mexanizmləri inkişaf etdikcə, üfüqi köçürmə daha az yayıldı. Eyni zamanda bakteriofaq viruslar sayəsində bakteriyalar da sadə immun sistemi inkişaf etdirir.
Eukaryotik hüceyrədən fərqli olaraq, prokaryotik hüceyrə enerji yaradır mitoxondrilərin (onda çatışmayan) köməyi ilə deyil, lakin onları əhatə edən bir membran istifadə edərək. Bunun nəticəsi olaraq prokaryotik hüceyrə protein sintezi üçün kifayət qədər enerji yoxdur. Sadəcə olaraq, xarici membranın kıvrımlarını artırmaq vəziyyətə həqiqətən kömək etmir (baxmayaraq ki, belə hüceyrələr məlumdur). Gücü artırmağın bu üsulu ilə enerji sisteminin işində səhvlərin sayı da artır. İstənməyən molekullar hüceyrədə toplanır və onu məhv edə bilir. Bütün bunlar ona gətirib çıxardı ki, prokaryotik hüceyrələr eukaryotik hüceyrələrdən minlərlə dəfə kiçik və onların genomik materialı daha inkişaf etmiş eukariotlardan bir neçə dəfə kiçik idi.
Prokaryotik təsnifatın bölünməsi:
| Alt İmperiya: | ||
| Həddindən artıq krallıq: | Prokaryotlar | |
| Krallıq: | Bakteriya | Arxeya |
Hüceyrə orqanizmlərinin təkamülü
İlk hüceyrəli orqanizmlərin görünüşü: 4 milyard ildən çox əvvəl
İlk sadə birhüceyrəli orqanizmlər (prokaryotlar) 4 milyard ildən çox əvvəl meydana çıxdı.Bu yaxınlarda Qrenlandiyanın cənub-qərbində tapılan Yerdəki ən qədim Arxey çöküntü süxurlarında ən azı 3,86 milyard il əvvələ aid mürəkkəb hüceyrə strukturlarının izləri aşkar edilmişdir.
Bir nəzəriyyəyə görə, təxminən 4,1 - 3,6 milyard il əvvəl Eoarxey dövründə, o dövrdə mövcud olan təkhüceyrəli canlıların (prokaryotların) müxtəlifliyindən (şək. 1), o zaman yaşamış ilk ortaq əcdadımız bölünmüşdür. sonradan mövcud krallıqlara (heyvanlar, bitkilər, göbələklər, protistlər, xromistlər, bakteriya, arxeya və viruslar) bölünən bir neçə filiala. Zaman keçdikcə həmin dövrün qalan sakinləri onlarla rəqabətə dözə bilməyib Yer üzündən itiblər.
Başqa bir nəzəriyyəyə görə, ortaq bir əcdad yox idi və o dövrdə yaşayan ilk protozoa, öz aralarında üfüqi gen transferinin köməyi ilə daim təkamül keçirdi. Ehtimal olunur ki, təkamülün ən erkən mərhələlərində bir növ ümumi gen “icma təsərrüfatı” olmuşdur. Əcdadların prokaryotları dünyasında təkamül əlaqələrinin mənzərəsi bir ağac deyil, ən müxtəlif və gözlənilməz istiqamətlərdə üfüqi köçürmələrin bir-birinə qarışmış şəbəkəsi olan bir növ miselyum idi. Orqanizmlər daha mürəkkəbləşdikcə və cinsi çoxalma və reproduktiv izolyasiya mexanizmləri inkişaf etdikcə, üfüqi köçürmə daha az yayılmışdır (Şəkil 2). Eyni zamanda bakteriofaq viruslar sayəsində bakteriyalar da sadə immun sistemi inkişaf etdirir.
Eyni zamanda simbiogenez baş verdi - o dövrdə mövcud olan müstəqil təkhüceyrəli orqanizmlər şəklində mitoxondriya və plastidlər daha böyük hüceyrənin bir hissəsinə çevrilərək endosimbionlar. Tədricən müstəqil olaraq mövcud olmaq qabiliyyətini itirdilər və çevrildilər orqanoidlər . R Birgə inkişaf edərək, endosimbiont tədricən bir bacarıq - sintezi inkişaf etdirdi ATP . Daxili hüceyrə ölçüsündə kiçildi və onun kiçik genlərinin bir hissəsini nüvəyə köçürdü. Beləliklə, mitoxondriyalar orijinal DNT-nin yalnız "canlı elektrik stansiyası" kimi işləmək üçün lazım olan hissəsini saxladılar.
Bu, Paleoproterozoy erasında (2 milyard ildən çox əvvəl) nüvəyə malik olan və müasir heyvanların, bitkilərin, protistlərin və xromistlərin əcdadları olan ilk eukaryotların meydana çıxmasına səbəb oldu.
Sonrakı təxminən 1,5 milyard il ərzində, təxminən 630 milyon il əvvəl Edikarian dövründə ilk çoxhüceyrəli canlılar meydana çıxana qədər, tək hüceyrəli orqanizmlər planetimizdə qüsursuz şəkildə hökm sürdü. Əvvəlcə birhüceyrəlilik və çoxhüceyrəlilik arasında sərhəddə dayandığı güman edilən ən sadə xoanoflagellatlar yalnız yeyilmiş bakteriyalardan alınan bakteriya lipidinin köməyi ilə embrion koloniyaları əmələ gətirərək çoxhüceyrəli strukturlara birləşdirildi. Növbəti addım ilk əsl çoxhüceyrəli makroorqanizmlərin eyni dövrdə meydana çıxması idi - bu orqanizmlər Marino buzlaqından dərhal sonra Yer kürəsində meydana çıxdı - planetimizin milyonlarla il ərzində tamamilə buzla örtüldüyü qlobal buzlaşmanın mərhələlərindən biri. Belə qeyri-adi formalar bir daha təbiətdə görünməyəcək. Bunlar əsasən fərdi fraktallardan ibarət yumşaq bədənli orqanizmlərdir. Onların bədən ölçüləri bir santimetrdən bir metrə qədər dəyişirdi. O qədər qeyri-adi görünürdülər ki, elm adamları uzun müddət onların hansı krallığa - bitkilərə və ya heyvanlara aid edilə biləcəyi barədə mübahisə etdilər.
Təxminən 480-460 milyon il əvvəl Silur dövründə quruda ilk bitkilər (digər mənbələrə görə bu, 499-488 milyon il əvvəl Yuxarı Kembridə baş verib) və 50 milyon il sonra Devon dövründə, bitkilər, ilk heyvanlar (ilk quru heyvanlarının Silur (şək. 3) və hətta Vend dövrlərində yaşadığını göstərən bəzi dəlillər olsa da). Bundan sonra nəsli olduğumuz hər növ canlıların sürətli inkişafı başladı.
Təsnifat bölməsi:
Doğulduğunuz anda olduğu kimi həyatı harada görə bilərsiniz? Məşhur kinorejissor Ceyms Kemeron əmindir ki, bunu Mariana xəndəyinin dibinə enməklə etmək olar. Cəsur səyyahın orada kəşf etdiyi ekosistemlər planetimizdə üç milyard il əvvəl mövcud olanları xatırladır.
James Cameron, yeni işinin bir hissəsi olaraq, gözlənilməz bir kəşf etdi: Mariana xəndəyinin dibində 10,9 kilometr dərinlikdə mikrob həsirləri yaşayır - dib çöküntülərindən çıxardıqları maddələrlə qidalanan biofilmlər. Tədqiqatçıların fikrincə, oxşar yaşayış yerləri və onlarda baş verən proseslər qədim zamanlarda kimyəvi reaksiyaya səbəb olub, bunun nəticəsində ilk canlı orqanizmlər Yer kürəsində və bəlkə də Günəş sisteminin başqa yerlərində meydana çıxıb.
"Biz düşünürük ki, bu kimyəvi reaksiya maddələr mübadiləsinin əsasını təşkil edə bilər," Kaliforniyanın Jet Propulsion Laboratoriyasının (JPL) astrobioloqu Kevin Hand deyir: "Bu, həyatın yaranmasına səbəb olan hərəkətverici qüvvə ola bilər. Bəlkə də təkcə burada deyil, həm də dünyada. Avropa (Yupiterin buzlu peyki) kimi."
Cameronun Deepsea Challenger missiyası bu il yanvarın 31-dən aprelin 3-dək Mariana xəndəyinə bir insanlı dalış da daxil olmaqla bir sıra dalışlar etdi. Kameron şəxsən dənizin dərinliklərinə qərq olub. Dibinə enən rejissor təkcə ətrafdakı mənzərəyə heyran qalmadı: Kemeron torpaq nümunələri götürdü və bir sıra fotoşəkillər çəkdi. Yuxarı qalxan Kemeron jurnalistlərə bildirib ki, orada olduqca tutqun olub və dibi Ayın səthinə bənzəyir. Bununla belə, Yerin cansız peykindən fərqli olaraq, həyat hələ də okeanın soyuq dərinliklərində gizlənir.
Tədqiqatçılar tərəfindən tapılan bakterial həsirlər qədim zamanlardan bəri kifayət qədər yayılmış prokaryotik ekosistemi təmsil edir. Bəzi tədqiqatçılar onu çoxhüceyrəli orqanizmin analoqu hesab etsələr də, “xalçaya” daxil olan bakteriyalar ağrılı şəkildə əlaqələndirilmiş şəkildə fəaliyyət göstərir. Bir qayda olaraq, döşək bir neçə “dar” mütəxəssislər qrupunu birləşdirir: bəziləri, məsələn, yalnız hidrogen sulfid parçalayır, digərləri sulfidlərə, digərləri sulfatlara üstünlük verir və s. ətrafda mövcud olan kimyəvi birləşmələr və bu koloniyanın üzvləri bu müxtəlif kemosintez nəticəsində yaranan üzvi maddələri bir-biri ilə bölüşürlər.
Maraqlıdır ki, tez-tez döşəyi təşkil edən bəzi bakteriyaların "tullantıları" başqaları üçün faydalı mənbə olur. Bunu iki bakteriya qrupunun - hidrogen sulfid fotosintetikləri və sulfat reduktorlarının birgə mövcudluğu nümunəsi ilə asanlıqla nümayiş etdirmək olar. Onlardan birincisi, ali bitkilər kimi oksigendən deyil, hidrogen sulfiddən istifadə edərək fotosintez edə bilir. Bununla belə, onların fəaliyyətinin əlavə məhsulu kükürd oksidləridir, suda bir dəfə dərhal sulfat turşusu, sonra isə sulfatlar əmələ gətirir. Bu sulfatlar onları hidrogenlə azaldan sulfat reduktorları üçün arzu olunan qidadır. Lakin bu prosesin əlavə məhsulu birinci qrup bakteriyalar tərəfindən istifadə edilən hidrogen sulfiddir.
Belə ki, əgər bu bakteriyaların iki qrupu eyni döşəkdə yaşayırsa, o zaman onlar tamamilə öz-özünə kifayət edən bir ekosistem təşkil edəcəklər. Onlara hidrogen donorları kimi metan oksidləşdirici bakteriyaları (onlar karbon qazı və molekulyar hidrogen əmələ gətirmək üçün metanı oksidləşdirirlər) və metan oksidləşdiriciləri tərəfindən istehsal olunan karbon qazı və molekulyar hidrogendən istifadə edərək əlavə məhsul kimi eyni şeyi əldə edən metonogen bakteriyaları əlavə etsək. birinci qrupun ehtiyac duyduğu metan, daha sonra “iqtisadi fəaliyyət” daha da tarazlaşacaq. Sonra hidrogen üçün uzağa getməyə ehtiyac yoxdur; koloniyanın digər üzvləri onu təmin edə bilər. Bir sözlə, həsir, demək olar ki, tullantısız bir bitkidir, insanların hələ yarada bilmədiyi, lakin təbiət onu üç milyard ildən çox əvvəl doğurmuşdur!
Mariana xəndəkində, ekspedisiyanın nəticələrinin göstərdiyi kimi, təkcə mikrob "xalçaları" yaşamır - orada əvvəllər elmə məlum olmayan heyvanlar aləminin bir neçə digər nümayəndəsi də müşahidə edildi. Məsələn, 17 santimetrlik nəhəng amfipod xərçəngkimiləri ( Amfipodalar), Rusiyada onlar amfipodlar adlanır, görünüşü ilə karidesə çox bənzəyirlər. Bu xərçəngkimilər üzərində aparılan araşdırmalar göstərdi ki, onların bədənlərində həddindən artıq yüksək təzyiq altında toxumaların daha səmərəli işləməsinə kömək edən birləşmələr var.
Universitetin Scripps Okeanoqrafiya İnstitutunun mikrobioloqu Doug Bartlett deyir: "Bu birləşmələrdən biri, tərkibində Alzheimer xəstəliyinin inkişafı ilə əlaqəli olan amiloid lövhələrini məhv etmək üçün hazırda sınaqdan keçirilən dərmanla eyni olan scylloinositoldur" Kaliforniya, San Dieqo. Mariana xəndəkindən götürülmüş daha 20 min mikrob tədqiqatçılar üçün öz növbəsini gözləyir.
Daha bir “yeni gələn” Papua-Yeni Qvineya sahillərində Yeni Britaniya xəndəyinin 8,2 kilometr dərinliyində tapılıb. Dəniz xiyarının və ya dəniz xiyarının nümayəndəsi olduğu ortaya çıxdı ( Holoturioid) - exinodermlər qrupundan olan gülməli canlılar ( Exinodermata). "Onlar keçmişdə bu dərinliklərdə mövcud olublar, lakin filmə çəkilməyiblər. Biz onlardan birini gördük və onun yeni bir növü təmsil etdiyini düşünürük", - Bartlett deyir. Xəndəyin divarlarını isə spiral nəcisləri ilə çökəkliyin dibini örtən çoxlu sayda palamut qurdları, dərin dəniz onurğasızları bəzəyir. "Əgər siz qurdlar haqqında heç vaxt həvəslə düşünməmisinizsə, bu videoya baxdıqdan sonra onları sevəcəksiniz" dedi Bartlett.
Kemeronun videosu təkcə dərin dəniz həyatı deyil, həm də planetin ən qədim dəniz dibini göstərir. Yüz səksən milyon il əvvəl, dinozavrlar hələ də Yer kürəsində gəzəndə Mariana xəndəyinin dibindəki qayalar isti lava idi. Honoluludakı Havay Universitetindən dəniz geoloqu Patty Frayer hesab edir ki, rejissorun Yeni İngiltərə xəndəyində lentə aldığı kadrlar lava yastığı çəkiliş sahəsinin dərinliyinə görə rekord ola bilər.
Mikrob həsirlərini qidalandıran dəyişdirilmiş süxurlar qədim Sakit Okeanın dibinin üstündə yerləşən gənc tektonik plitələrin bir hissəsidir. Mariana xəndəyi iki tektonik plitənin toqquşduğu və onlardan birinin digərinin üzərində sürüşdüyü subduksiya zonasıdır. Daş yığınlarından sızan su, serpantinləşmə yolu ilə süxurların tərkibini dəyişir. Bu proses zamanı kükürd, metan və hidrogen əmələ gəlir ki, bu da bakteriyaları qida ilə təmin edir.
Son illərdə elm adamları Yerdəki erkən həyatın Mariana xəndəyi kimi subduksiya zonalarında təxminən dörd milyard il əvvəl başladığına inanmağa başladılar. Bu səngərlərdə temperatur aşağı idi və serpentinləşmiş süxurlar həyatın yaranmasına səbəb olan kimyəvi reaksiyaya lazımi təkan verdi.
"Bu səngərlər həyatın başladığı yer ola bilər," Kameron deyir. "Bu həll edilməli olan bir sirrdir. Ümid edirəm ki, biz hələ də suya dalacağıq". Hələlik yeni dalışlar nəzərdə tutulmayıb, lakin direktorun sözlərinə görə, sualtı və enən dərin dəniz nəqliyyat vasitələri işlək vəziyyətdədir və hazırda onun malikanəsinin ərazisində saxlanılır.
Yer üzündə həyat nə vaxt meydana çıxdı? Ən ümumi cavab: canlı orqanizmlərin ən qədim şübhəli qalıqları Qrenlandiyada, yaşı 3,8 milyard il olan Isua yaşıl daş formasiyasının qayalarında tapılıb. Bu o deməkdir ki, bu vaxta qədər həyat artıq mövcud idi. Düzdür, hansının olduğu bilinmir. Və burada birinci problem var. İsuada tapılan qalıqlar canlı hüceyrələrin quruluşunun heç bir izini saxlamayıb - onlar saf karbon dənələri idi və onların bir vaxtlar canlı varlıq olması qənaəti yalnız bu karbonun tərkibinə görə yaranıb.
Burada atomların nə olduğu haqqında bir az danışmaq lazımdır. Hər hansı bir atomun əsas parametri protonların sayıdır və ya atom nömrəsi(Z). Atomun hansı kimyəvi elementə aid olması yalnız ondan asılıdır. Halbuki atomun nüvəsi təkcə protonları deyil, həm də neytronları ehtiva edir. Nüvədəki proton və neytronların ümumi sayı deyilir kütləvi sayı(A). Beləliklə, eyni elementin atomları üçün fərqli ola bilər. Məsələn, nüvəsində 6 proton olan istənilən atom karbon atomu olacaq. Ancaq bir neçə növ karbon atomu var, məsələn, nüvədə altı neytron olanlar (12C) və ya nüvədə yeddi neytron olanlar (13C). Eyni atom nömrəsinə malik, lakin kütlə nömrələri fərqli olan atomlara deyilir izotoplar.
Karbon dioksid (CO2) həm 12C atomunu, həm də 13C atomunu ehtiva edə bilər. Lakin fotosintez üçün karbon dioksidi bağlayan ferment CO2 molekullarını 12C karbonla tutmağa daha çox hazırdır, çünki onlar daha yüngüldür. İzotoplar bu şəkildə ayrılır. Müvafiq olaraq, birbaşa və ya dolayı yolla fotosintez məhsulları ilə qidalanan canlı orqanizmlər, yəni Yerdəki demək olar ki, bütün canlı orqanizmlər, atmosfer CO2 ilə müqayisədə dəyişmiş karbon izotop nisbətinə malikdirlər: onlarda "ağır" karbondan daha çox "yüngül" karbon var. karbon. Bu o deməkdir ki, təmiz karbon taparaq 12C/13C nisbəti ilə bu karbonun biogen olub-olmadığını, yəni bir vaxtlar canlı orqanizmlərin bir hissəsi olub-olmadığını müəyyən etmək mümkündür.
Bəs süxurların əriməsi zamanı karbon izotoplarını ayırmaq üçün başqa, sırf fiziki mexanizm işə düşsəydi? Bu mümkündür və bəzi elm adamları bunun Isua qayalarında baş verdiyinə inanırlar (Fedo və Whitehouse, 2002). Sonra "ən qədim həyatın izləri" yox olur. Bu, bu mövzunun qapalı olduğunu söyləmək deyil, lakin Isua cinslərinin statusu indi şübhə altındadır. Ən acınacaqlısı odur ki, biologiya burada heç nə edə bilməz - son söz geologiyaya və izotop kimyasına aiddir. Isuadan olan karbonun biogen mənşəyi istisna oluna bilməz, bu, sadəcə olaraq mübahisəlidir.
Digər tərəfdən, Isua yaşıl daş əmələ gəlməsi həddi deyil. Bu yaxınlarda çıxan bir məqalə, 4,1 milyard illik karbonun biogen mənşəli olduğunu irəli sürdü (Bell et al., 2015). Bu, tamamilə heyrətamizdir, çünki belə qədim dövrlərdə heç bir tam hüquqlu qayalar məlum deyil - yalnız sonrakı çöküntülərdə basdırılmış sirkon mineralının dənələri. Məhz bu sirkon dənələrində geoloqlar canlı sistemlərə xas olan dəyişmiş izotopik nisbətə malik karbon tapdılar. Müəlliflərin fikrincə, bu halda izotopları ayırmağın başqa yolları çətin ki, bunlar həyatın izləri ola bilər - ağlasığmaz dərəcədə qədim həyat! Bu həyatın forması istənilən halda sirr olaraq qalır, çünki öyrənilən nümunələrdə yalnız kimyəvi siqnal var.
Bu arada, ilk canlı orqanizmlər müasirlərdən çox fərqli ola bilərdi - və müasirlik dedikdə, bu halda təxminən son üç milyard ili nəzərdə tuturuq. Məsələn, molekulyar dəlillər göstərir ki, bütün hüceyrə orqanizmlərinin ortaq əcdadı müasir hüceyrələrə nisbətən daha sadə transkripsiya və tərcümə sistemlərinə malikdir və DNT replikasiya sistemi ümumiyyətlə yoxdur (Woese, 2002). Bakterial DNT polimerazalarının arxa və eukaryotik DNT polimerazları ilə demək olar ki, heç bir ortaqlığı yoxdur; çox güman ki, bu o deməkdir ki, DNT replikasiyasının bütün mexanizmi ən azı iki dəfə - bakterial qolda və eukariotların yarandığı arxeal filialda yaranmışdır. Məlum olub ki, onların ortaq əcdadında RNT genomu olub.
Bundan əlavə, bu ortaq əcdad hələ Darvin həddinə çatmamış ola bilər - adi şaquli gen transferinin intensivliyi (əcdadlardan nəsillərə) üfüqi gen transferinin intensivliyini (qonşu genetik sistemlər arasında, nə olursa olsun) əhəmiyyətli dərəcədə aşmağa başladığı an. qohumluq). “Darvinist həddi” anlayışı arxeyanı kəşf edən və hüceyrə orqanizmlərini üç sahəyə bölən eyni böyük bioloq Karl Riçard Vouz tərəfindən təqdim edilmişdir. Darvinin astanasının digər tərəfində həyatın necə göründüyünü təsəvvür etmək indi bizim üçün çətindir, lakin aydındır ki, orqanizmlər son dərəcə dəyişkən idi - bu şərtlər altında heç bir sabit növ mövcud ola bilməzdi.
Canlı hüceyrələrin daha çox və ya daha az etibarlı şəkildə müəyyən edilə bilən ən qədim qalıqlarının yaşı 3,4 milyard ildir (Wacey, 2011). Bunlar artıq tipik prokaryotlardır, çox güman ki, bu günə qədər sağ qalmış sulfat azaldan bakteriyalar qrupuna daxildir. Bu anda həyatın mənşəyi haqqında qeyri-müəyyən nağıl sona çatır və öz hekayəsi başlayır.
Yer üzündə eukariotların yüksəlişi təxminən 1 milyard il əvvəl başladı, baxmayaraq ki, onlardan birincisi daha əvvəl (bəlkə də 2,5 milyard il əvvəl) meydana çıxdı. Eukariotların mənşəyi oksigen ehtiva etməyə başlayan bir atmosferdə prokaryotik orqanizmlərin məcburi təkamülü ilə əlaqələndirilə bilər.
Simbiogenez - eukariotların mənşəyinin əsas hipotezi
Eukaryotik hüceyrələrin mənşəyi haqqında bir neçə fərziyyə var. Ən populyar - simbiotik hipotez (simbiogenez). Buna əsasən, eukariotlar müxtəlif prokariotların bir hüceyrədə birləşməsi nəticəsində yaranmış, onlar əvvəlcə simbioza girmiş, sonra isə getdikcə ixtisaslaşaraq vahid orqanizm-hüceyrənin orqanoidlərinə çevrilmişlər. Ən azı mitoxondriya və xloroplastlar (ümumiyyətlə plastidlər) simbiotik mənşəlidir. Onlar bakterial simbiontlardan yaranmışdır.
Ev sahibi hüceyrə amöbə bənzər nisbətən böyük anaerob heterotrof prokaryot ola bilər. Digərlərindən fərqli olaraq, o, digər prokaryotları tutmağa imkan verən faqositoz və pinositoz yolu ilə qidalanma qabiliyyətini əldə edə bilirdi. Onların hamısı həzm olunmadı, lakin sahibini həyati fəaliyyətinin məhsulları ilə təmin etdi). Onlar da öz növbəsində ondan qida alırdılar.
Mitoxondriya aerob bakteriyalardan yaranıb və ev sahibi hüceyrəyə aerob tənəffüsə keçməyə imkan verib ki, bu da nəinki daha səmərəli, həm də kifayət qədər böyük miqdarda oksigen olan atmosferdə yaşamağı asanlaşdırır. Belə bir mühitdə aerob orqanizmlər anaeroblara nisbətən üstünlük əldə edirlər.
Sonralar bəzi hüceyrələrdə canlı mavi-yaşıl yosunlara (siyanobakteriyalara) bənzər qədim prokaryotlar yerləşdi. Onlar xloroplastlara çevrilərək bitkilərin təkamül budağının yaranmasına səbəb oldular.
Mitoxondriya və plastidlərə əlavə olaraq, eukaryotların flagellaları simbiotik mənşəli ola bilər. Onlar flagellumlu müasir spiroketlər kimi simbiont bakteriyalara çevrildilər. Eukariotlarda hüceyrə bölünməsi mexanizmi üçün belə vacib strukturlar olan sentriolların sonradan flagellaların bazal cisimlərindən meydana gəldiyinə inanılır.
Endoplazmatik retikulum, Qolji kompleksi, veziküllər və vakuollar nüvə zərfinin xarici membranından yaranmış ola bilər. Başqa bir nöqteyi-nəzərdən sadalanan orqanoidlərdən bəziləri mitoxondriya və ya plastidləri sadələşdirərək yarana bilərdi.
Nüvənin mənşəyi məsələsi, əsasən, qeyri-müəyyən olaraq qalır. O da prokaryotik simbiondan yarana bilərmi? Müasir eukariotların nüvəsindəki DNT-nin miqdarı mitoxondriya və xloroplastlardakından dəfələrlə çoxdur. Bəlkə də sonuncunun genetik məlumatının bir hissəsi zamanla nüvəyə keçdi. Həmçinin, təkamül prosesi zamanı nüvə genomunun ölçüsündə daha da artım baş verdi.
Bundan əlavə, eukariotların mənşəyinin simbiotik fərziyyəsində ev sahibi hüceyrə ilə hər şey o qədər də sadə deyil. Onlar yalnız bir növ prokaryot olmaya bilər. Alimlər genomların müqayisəsi metodlarından istifadə edərək, arxeyanın xüsusiyyətlərini və bir-biri ilə əlaqəsi olmayan bir sıra bakteriya qruplarını birləşdirərkən, ana hüceyrənin arxeyaya yaxın olduğu qənaətinə gəlirlər. Buradan belə nəticəyə gəlmək olar ki, eukariotların yaranması prokariotların mürəkkəb icmasında baş vermişdir. Bu vəziyyətdə, proses çox güman ki, oksigen mühitində yaşamaq ehtiyacından yaranan digər prokaryotlarla simbioza girən metanogen arxelərlə başladı. Faqositozun görünüşü xarici genlərin axınına kömək etdi və genetik materialı qorumaq üçün nüvə meydana gəldi.
Molekulyar analiz müxtəlif eukaryotik zülalların müxtəlif prokaryot qruplarından gəldiyini göstərdi.
Simbiogenez üçün sübutlar
Eukariotların simbiotik mənşəyi, mitoxondrilərin və xloroplastların öz DNT-lərinin dairəvi və zülallarla əlaqəsi olmayan (prokaryotlarda da belədir) olması ilə təsdiqlənir. Bununla belə, mitoxondrial və plastid genlərində intronlar var, prokaryotlarda isə yoxdur.
Plastidlər və mitoxondriyalar hüceyrə tərəfindən sıfırdan çoxalmır. Onlar bölünmə və sonrakı böyümə yolu ilə əvvəlcədən mövcud olan oxşar orqanoidlərdən əmələ gəlir.
Hal-hazırda, mitoxondriyaları olmayan, əksinə simbiont bakteriyalara sahib olan amöbalar var. Ev sahibi hüceyrədə xloroplast rolunu oynayan birhüceyrəli yosunlarla birlikdə yaşayan protozoalar da var.
Eukariotların mənşəyinin invaginasiya fərziyyəsi
Simbiogenezlə yanaşı, eukariotların mənşəyi haqqında başqa fikirlər də mövcuddur. Misal üçün, invaginasiya hipotezi. Ona görə, eukaryotik hüceyrənin əcdadı anaerob yox, aerob prokaryot olub. Digər prokaryotlar belə bir hüceyrəyə yapışa bilər. Sonra onların genomları birləşdirildi.
Nüvə, mitoxondriya və plastidlər hüceyrə membranının bölmələrinin invaginasiyası və ayrılması nəticəsində yaranmışdır. Bu strukturlara yad DNT daxil olub.
Genomun mürəkkəbliyi sonrakı təkamül prosesində baş verdi.
Eukariotların mənşəyinin invaginasiya fərziyyəsi orqanoidlərdə ikiqat membranın olmasını yaxşı izah edir. Bununla belə, xloroplastlarda və mitoxondriyada zülal biosintezi sisteminin niyə prokaryotik sistemə bənzədiyini, nüvə-sitoplazmik kompleksdə isə əsas fərqləri izah etmir.
Eukariotların təkamülünün səbəbləri
Yerdəki həyatın bütün müxtəlifliyi (protozoadan angiospermlərə və məməlilərə qədər) prokaryotik deyil, eukaryotik hüceyrələrin yaranmasına səbəb oldu. Sual yaranır, niyə? Aydındır ki, eukariotlarda yaranan bir sıra xüsusiyyətlər onların təkamül imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə artırdı.
Birincisi, eukariotlarda prokaryotlardan dəfələrlə böyük olan nüvə genomu var. Eyni zamanda, eukaryotik hüceyrələr diploiddir, bundan əlavə, hər haploid dəstdə müəyyən genlər dəfələrlə təkrarlanır. Bütün bunlar bir tərəfdən mutasiya dəyişkənliyinə geniş miqyas verir, digər tərəfdən isə zərərli mutasiya nəticəsində canlılığın kəskin azalması təhlükəsini azaldır. Beləliklə, eukariotlar prokariotlardan fərqli olaraq irsi dəyişkənlik ehtiyatına malikdirlər.
Eukaryotik hüceyrələr həyat fəaliyyətini tənzimləmək üçün daha mürəkkəb bir mexanizmə malikdirlər, əhəmiyyətli dərəcədə fərqli tənzimləyici genlərə malikdirlər. Bundan əlavə, DNT molekulları zülallarla komplekslər əmələ gətirdi, bu da irsi materialın qablaşdırılmasına və açılmasına imkan verdi. Hamısı birlikdə, bu, müxtəlif vaxtlarda, müxtəlif birləşmələrdə və kəmiyyətlərdə məlumatları hissə-hissə oxumağa imkan verdi. (Əgər prokaryotik hüceyrələrdə demək olar ki, bütün genom məlumatı transkripsiya edilirsə, eukaryotik hüceyrələrdə adətən yarısından azdır.) Bunun sayəsində eukariotlar daha yaxşı ixtisaslaşıb uyğunlaşa bilirdilər.
Eukariotlarda mitoz, sonra isə meioz inkişaf etmişdir. Mitoz genetik cəhətdən oxşar hüceyrələrin çoxalmasına imkan verir və meioz təkamülü sürətləndirən kombinativ variasiyanı çox artırır.
Əcdadları tərəfindən əldə edilən aerob tənəffüs eukariotların çiçəklənməsində böyük rol oynadı (baxmayaraq ki, bir çox prokaryotlarda da var).
Təkamülünün başlanğıcında eukariotlar faqositoz imkanını təmin edən elastik bir membran və hərəkət etməyə imkan verən flagella əldə etdilər. Bu, daha səmərəli qidalanmağa imkan verdi.
Həyatın yaranması zəkalı insanlığı həmişə narahat edən əsas sualdır. Ona verilən cavablar insanın dünya nizamı haqqında təsəvvürü qədər tez-tez dəyişirdi. Eyni zamanda, həyatın ilahi mahiyyəti ilə bağlı hər iki versiya və həyatın öz-özünə doğulması ilə bağlı fərziyyələr bir yerdə mövcud ola bilər: daxmanın küncünə bir cır-cındır atmaq - və bir müddət sonra bu cındırdan siçanlar doğulacaq. İnsaf naminə qeyd etmək yerinə düşər ki, bu gün bu məsələdə son nöqtə yoxdur. Üstəlik, müasir elm həyatın nə olduğu sualına belə cavab verə bilmir. Ancaq təbiət alimlərinin yekdil rəyi budur ki, çox güman ki, Yer planetindəki ilk üzvi canlılar ilk bakteriyalardır.
Hər mikroskopla görülə bilməyən ən sadə təkhüceyrəli orqanizmdən üzvi həyatın meydana gəldiyini qəbul etmək asan bir qərar deyil. Hətta müasir cəmiyyət də Allahın təqdirinin varlığı ideyasından imtina etməyə və baş verənlərə görə tam məsuliyyəti öz üzərinə götürməyə tam hazır deyil və əvvəlki əsrlərdə belə fikirlər bidət və fitnə adlanırdı.
Sosial həyatın etik və mədəni aspektləri elmi-texniki tərəqqinin sürətinə və istiqamətinə həmişə təsir göstərmişdir (və bu təsir heç də həmişə mənfi olmayıb). Lakin, etik problemlərlə yanaşı, ilk canlı orqanizmlərin görünüşü məsələlərində bütün i-ləri qeyd etməyə imkan verməyən obyektiv çətinliklər də var.
Aşağıdakı hallar avtotrof və heterotrof bakteriyaların Yer planetində üzvi həyatın yaranmasında pioner olmaq hüququnu nəhayət təmin etməyə imkan vermir:
- Təbiətin prinsipcə tanınmaz olduğunu və rəsmi elmi paradiqmanı dəyişdirə biləcək yeni məlumatların əldə edilməsinin həmişə mümkün olduğunu bildirən elmi yanaşmanın prinsiplərindən biridir.
- Qeyri-üzvi birləşmələrdən mürəkkəb özünü təkrarlayan üzvi molekulun yarana biləcəyi prosesin tam təsvirinin olmaması.
- Yer planetində mövcudluğunun ən əvvəlində əmələ gələn çöküntülərə çıxışın olmaması.
İlk avtotrof bakteriyaların planetin mövcudluğunun ilk yüz milyon ilində Yer üzündə meydana çıxdığına dair fikirlər var.
Hələlik bu fərziyyə nə təsdiq, nə də təkzib edilə bilər. Bu qeyri-müəyyənliyin bir neçə səbəbi var:
- Bu gün tapılan ən qədim çöküntü yataqları 3,9 milyard il əvvəl əmələ gəlib və artıq bakteriyaların izlərini ehtiva edir.
- Sonrakı süxurları öyrənmək imkanının olmaması onların tərkibində bakteriya izlərinin də ola biləcəyini göstərir.
Görünür, bakteriyaların nə vaxt meydana çıxdığı və neçə il əvvəl üzvi molekulların ətraf mühitdən əldə edilən enerjidən istifadə edərək özlərini köçürməyə başladığı sualı planetin yaşına mümkün qədər yaxın olan geoloji obyektlər müəyyən edilənə qədər təxirə salınır.
Necə ortaya çıxdılar
İlk prokaryotların nə vaxt meydana gəldiyini mücərrəd etsək və onların necə meydana çıxdıqları barədə sual versək, üzvi yer üzündəki həyatın nəyə əsaslandığı haqqında çox maraqlı şeylər öyrənə bilərsiniz.
Cavab ilkin okeanın müasir standartlara görə cansız və zəhərli sularında yaranan ilk proseslərdədir.
İnsanları müalicə etmək, qidalandırmaq və tullantılarını çıxarmaq məqsədi ilə tədqiq edilən müasir bakteriyaların yer üzündə yaşayan ilk bakteriyalarla heç bir əlaqəsi yoxdur.
Məsələn, bu gün dünya əhalisinin yarıdan çoxunu yoluxdurmuş, mədə və onikibarmaq bağırsağın peptik xorasının səbəbi olan Helicobacter pylori bakteriyası fəal şəkildə öyrənilir.
Bu xəstəliyi müalicə etmək üçün vasitələr axtararkən, bioloqlar ilk insanların heyvanlardan bu bakteriyaya yoluxduğu fərziyyəsi üzərində işlədilər. Ancaq son məlumatlar göstərdi ki, Helicobacter pylori-nin həyatı üçün ilk su anbarı məhz insan olub. Heyvanların daha çox yoluxması sonuncu ilə insanlar arasında təmas nəticəsində baş verdi.
Bu məlumat xoraların müalicəsi üçün böyük dəyərə malikdir, çünki xora bakteriyalarının təkamül yollarını başa düşməklə, kompleks müalicə və profilaktik tədbirlər hazırlamaq çox asandır.
Mikrobioloqlar və əczaçılar canlı bakterial mədəniyyətləri öyrənməklə yanaşı, insan xəstəliklərinin diaqnostikası və müalicəsi problemlərini də həll edə biləcək süni mikroorqanizmlər yaratmağa çalışırlar.
Bu gün adi E.coli əsasında yaradılmış süni bakteriyaların xərçəng və şəkərli diabetin diaqnostikası üçün imkanları araşdırılır. Bu xəstəliklərin erkən mərhələdə aşkarlanması müalicədə yüksək nəticələr əldə etməyə kömək edir.
Ancaq başa düşmək lazımdır ki, süni bakteriya sintetik materiallardan yaradılmış mikroorqanizm deyil. Sintetik bakteriya, genetik kodunda müəyyən dəyişikliklərin edildiyi adi bir bakteriyadır.
Jpeg" alt="Çirkli kran suyu" width="300" height="199" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/06/Grjaznaja-voda-iz-krana-300x199..jpeg 640w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"> Так, например, та же синтетическая кишечная палочка, благодаря изменению ДНК искусственным путем, при повышении сахара в крови диабетика начинает вырабатывать флуоресцирующий белок, который, попадая в мочу больного, сразу проявляет себя на специальных биохимических тестах.!}
İnsanların müalicəsi və diaqnozu üçün zəruri olan sintetik bakteriyaların yaradılması sahəsində inkişafın vəd edilməsinə baxmayaraq, bu elmi inkişaflar çox təhlükəlidir.
Bir çox dövlət qurumları innovasiyalar hazırlayanları süni bakteriyalar yaratmağa çağırır ki, onların inkişaflarını patentləşdirməkdən imtina etsinlər, çünki müasir elm sintetik bakteriyaların planetin təbii bakterial mühitinin bir hissəsinə çevrilsə nə baş verəcəyi sualına hələ cavab verə bilmir.
Və süni bakteriyaların təbii mühitə nüfuz etmə anını izləmək demək olar ki, mümkün deyil.