Биосфера мен биота эволюцияларының механизмдері

БИОСФЕРА МЕН БИОТА ЭВОЛЮЦИЯЛАРЫНЫҢ МЕХАНИЗМДЕРІ,

ФАКТОРЛАРЫ МЕН ТРИГГЕРЛЕРІ  

 

1 Биологиялық эволюцияның  механизмдері

Биологиялық эволюцияның қазіргі заманғы теориясы төмендегілерді бөліп көрсетеді:  

- эволюция басталатын элементарлық құрылымды – яғни жеке особь немесе түр емес, популяция;  

- эволюцияның механизмі, яғни популяцияның генотипінің тұрақты өзгерісі - мутагенезді;

- факторларды – олар негізгі және қосымша болып бөлінетін эволюцияның қозғаушы күштерін;

- триггерлерді - қозғаушы күштердің іске қосу механизмдерін, яғни осы қозғаушы күштерді қозғалысқа келтіретін себептерді.  

Мутациялар – эволюцияның материалдық қайнар көздері. Келесі ұрпақтарда тұқым қуалайтын өзгерістер туғызатын мутациялар организмдердің қасиеттерін, белгілерін, ерекшеліктерін не реакция нормаларын анықтайды. Көбеюдің әдеттегі қалыпты үрдісінде мутациялар аяқ асты пайда болады. Ұрпақ сандарындағы мутациялар саны тұрақты болады. Кездейсоқ пайда болған өзгерістер организм үшін пайдалы болса, тіршілік үшін күресте организмнің тіршілігін сақтап қалуына себін тигізеді. Бірнеше ұрпақтар бойына сақталып, қайталанып отыратын бұндай кездейсоқ өзгерістер тірі организмдер мен олардың популяцияларының құрылымында түбегейлі өзгерістер туғызып, нәтижесінде жаңа түрлер пайда болады.

Табиғи және жасанды сұрыптаудан басқа тұқым қуалаушылық өзгергіштікті реттейтін ешқандай фактор жоқ. Тек қоршаған ортаның белгілі жағдайларындағы өзгерістер пайдалы болғанда, табиғи ортада сұрыпталады, немесе эволюция барысында олардың саналы түрде жасанды сұрыптауы арқылы іске асады. Эволюция және түрдің пайда болуы популяциялардың немесе кіші бір ғана қолайлы емес екені анықталған. Үлкен популяцияда тұқым қуалаушылық өзгерістердің пайда болуы зиян, ал кіші популяциядағы кездейсоқ әсерлердің ықпал етуі жиі кездеседі. Сондықтан особьтардың сандық құрамын тұрақты түрде өзгертіп отыратын орта мөлшердегі популяциялардың эволюцияға шын жаңа түрлер пайда болуына қалайды.

Жаңа түр пайда болуы үшін бұрынғы организмдердің белгілі бір тобы ерекшеленуі қажет. Организмдердің белгілі бір тобының ерекшеленуі мен изоляциясы арқылы, олардың басқа түрлермен шағылыспа, яғни генетикалық информацияларымен алмаспауы үшін қажет екені дәлелденген.

Табиғатта әртүрлі организмдер тобының изоляциясы, сол сияқты оның селекция практикасында қолданылуы да әртүрлі жолмен жүзеге асырылады, олардың мақсаты біреу ғана –түрлердің генетикалық информациялармен алмаспауын қадағалау. Бұл үшін географиялық шекара (организмдер өте алмайтын сулы орта мұхит не теңіздер, батпақтар не биік таулар, т.с.с.), экологиялық жағдайлар, көбею үрдісіндегі физиологиялық сәйкесссіздік (жұптасудың әрбір түрге тән кезеңдері), организмдердің әртүрлі топтары мен түрлерінің мінез-құлық ерекшеліктері, т.б.

Эволюцияның осы негізгі факторларына тағы популяциядағы ұрпақтар алмасу жиіліктері, мутациялық процестердің сипаты мен қарқынын, т.б қосуға болады. Айта кететін бір жай, жоғарыда аталған барлық негізгі және қосымша факторлар жеке дара емес, бір- бірімен өзара тығыз байланыста әсер етеді. 

 

2 Катастрофизмнің қалыптасуы

Алғаш рет катастрофалық құбылыстарға француз ғалымы, палеонтология мен салыстырмалы анатомияның негізін салушы Ж. Кювье (1769-1832) назар аударды.Ол Жер бисферасы даму барысында бірнеше орасан зор катастрофаларды басынан өткізді, бұл катастрофалар планетада тіршілік еткен бірнеше организмдер түрлерінің жойылып кетуіне себеп болды деп көрсетті.

Кювьенің катастрофизм туралы ілімі биостратиграфияның - Жер тарихындағы органикалық дүниенің бір түрлерінің екінші бір түрлермен қоршаған орта дамуымен тікелей байланыста заңды түрде алмасып отыратыны туралы ғылымның қалыптасуына үлкен әсер етті. М.Рауп пен Дж Сепкоски (1982) түрлердің жаппай жойылып кетуі туралы қолда бар мәліметтерді статистикалық өңдеуден өткізді. Осы мәліметтер бойынша фанерозой кезеңінде (570 млн жыл) біздің планетамызда бұндай оқиғалар бірнеше рет қайталанып, Жердің дамуының 600 млн дай жыл барысында әр 30±4 млн жыл сайын дүркін-дүркін байқалып отырғанын көрсетті. Бұл аралықта осындай критикалық 20 кезең болғанын анықтады. Көптеген ғалымдар түрлердің жаппай жойылып кетуінің себептері төмендегідей деп көрсетеді:

а) Жерге өте үлкен аспан денелерінің құлауы (кратер түзілуінен), нәтижесінде климат пен экологиялық жағдайлардың кенеттен күрт өзгеруі; 

б) атмосфераға вулкандық шаңның түсуі (вулканогенез); 

в) гидросфераға уран және де басқа химиялық радиоактивті элементтердің түсуі (рифтогенез); 

г) Жердің магнит өрісінің қорғаныш қасиеттерінің әлсіреуі (геомагниттік өрістің инверсиясы); 

д) жаңа жұлдыздардың жарқылдары; 

е) Күн системасының компоненттеріне Немезиданың немесе Күн системасының 10-шы планетасының әсері, т.б.; 

ж) Бүкіл әлемдік мұхит деңгейінің өзгеруі.

Бұнымен қатар, соңғы кезде осы жоғарыда аталған құбылыстардың барлығы бір-бірімен тығыз байланыста екендігі туралы көптеген мәліметтер жинақталуда. Мысалы, астероидтар Жер бетіне құлағанда атмосфераға шаң көтеріліп қана қоймай, бұнымен бірге Жердің тектогенезі, яғни рифтогенез, вулкандар атқылау, жер сілкіну, геомагниттік өрістің инверсиясы, т.б. құбылыстар байқалады.  

 

3.Кратер түзілу себептері  және онымен бірге жүретін құбылыстар 

Күн системасы 9 планетадан, шамамен 2,8 астрономиялық бірлікте орналасқан ішкі астероидты белдіктен және 2 сыртқы белдіктен (Оорттың ішкі бұлты = 10 мың Күн массасы, Оорт бұлтының массасы Күн массасынан 100 есе үлкен). Оорт бұлтының бұл көрсетілген заты ондағы комета ядролары мен астероидтарға байланысты.  

Кризистік кезеңдерде осы бұлттардан комета ядролары мен астероидтар бөлініп шығып, олардың кейбіреулері Жерге немесе басқа планеталарға құлап түскен. Соңғы 600 млн жылда Жерге 1500 дей астероидтар құлаған. Сондықтан Жердің үлкен аспан денелерімен соқтығуы миллион жылда 3 рет қана кездесуі мүмкін. Дегенмен, статистиктердің болжамдары бойынша, Жерге астероидтың соғылуын кез келген уақытта күтуге болады екен.

Мысалы, 1936 жылы Жердің дәл қасынан “Адонис“, 1937 жылы -“Гермес“, 1989 жылы 22 мартта N астероиды, 1989 жылы “Таутатис“, 1992 жылы - “Апокалипсис шыңы“ астероидтары соқтықпай өтіп кетті. Атақты Аризон кратері салмағы 100 мың тонналық қана - ғарыштық өлшем бойынша “кішкентай“ қауырсындай астероидтың құлауынан пайда болған. Кратердің жалпы диаметрі 1200 метр. Ал астероид құлаған кездегі соғылу толқыны мың хиросималық бомбаны жарған кезде ғана пайда болатындай алпауыт күш кратердің жан – жағын теп тегіс жасаған. 

Жерде кратерлер түзілу процесі белгілі бір кезеңдерде байқалады, әсіресе бұл жағдай фанерозой кезеңіне тән. Бірақ кезеңмен бөліну соңғы 250 млн жыл үшін ғана анықталған. Кратер түзу үрідсі 245, 217, 193, 176, 144, 91, 65, 38 және 11 млн жылды құрайтын кезеңдерде жүріп отырған. Дәл осы кезеңдерде биосфераның эволюциясында шешуші оқиғалар болды. 

Көптеген астрономдар бұндай периодтылықты Күннің гипотезалық серігі – массасы Күн массасының 0,08 ден 0,3 дей болатын, қатты созылған эллипс тәрізді орбитамен айналатын – Немезиданың болуымен байланыстырады. Ғалымдардың пікірлерінше Немезида құралы комета мен астероидтардың ядролары толған Оорт бұлттарына әсер етіп, оларды орбиталарынан ығыстырады, нәтижесінде, олардың Жерге құлауына тікелей себепкер болады. Немезиданың Күнге жақындауы 15 миллион жылдан кейін болады деп күтілуде. 

Америкалық астрофизиктер Д. Уитмаир мен Дж Матистің пікірінше, катастрофаның себебі, гипотетикалық Немезида емес. Басты себебі ретінде олар Күннен 50-100 астрономиялық бірлік қашықтықта орналасқан 10-шы планетаны көрсетеді. Бұл планета эллипс бойымен айналады, айналып шығу кезеңі 1000 жыл. Ол Оорт бұлтының денелеріне әсер етіп, кейбір кометалар мен астероидтарды орбиталарынан шығарып жібереді де, олар жерге құлап түседі. 10 шы планетаның бар екендігін дәлелдейтін көптеген фактілер бар. Бұл туралы Дж Андерсон бастаған америкалық ғалымдар планетааралық станциялардан келіп жеткен сигналдарды қабылдап алу арқылы бақылау жүргізу нәтижесінде көп мәліметтер алды. Дегенмен, 10-шы планетаның дәл орнын анықтау әлі күнге дейін мүмкін болмай отыр. 

Кейбір астрофизиктер астероидтар мен кометалық белдіктердің өзгерісін Күн жүйесінің Галактика ядросын айнала периодты қозғалуымен байланыстырады. Бұл кезде Күн жүйесінің шамамен әрбір 30 млн жылда газ, шаң, астероид, кометаларға толы галактика жазықтығын кесіп өтеді. Осы кезде бұл денелер өз траекторияларынан ауытқып, Жерге құлап түседі. 

 

4 Рифтогенез, радиоактивтілік  және тіршілік

Жер физикасына белгілі болғандай, планета қойнауының радиоактивтілігі уақыт өткен сайын азаяды да, ал тіршіліктің ертедегі түрлеріне олар кезіндегідей әсер етеді. Жердің даму тарихының ертедегі кезеңдерінде пайда болған қарапайым структуралы балдырлар Жердің даму тарихының соңғы кезеңдерінде пайда болған жоғары сатыдағы тіршілік иелеріне қарағанда радиация әсеріне анағұрлым төзімді. 

Адам организміне әсер ететін радиоактивті элементтердің әсерін сипаттау үшін доза мөлшері D және дозаның қуаты Р=D/t қолданылады. Дозалар рентген, грей және джоульдің кг-дағы биологиялық эквиваленттерімен өлшенеді. Бұл өлшемдердің бір-біріне қатынасы : 1 грей = 1 джоуль/кг = 100 рентгеннің биологиялық эквиваленті. Дозалардың қуаты 1 сағаттағы рентген мөлшерімен өлшенеді (миллирентген/сағат, микрорентген/сағат). Адам ағзасына әсер ететін дозалардың жалпы қуаты 1,5-4,0 милдигрей/ жыл (0,017-0,044 миллирентген/ сағат). Біздің ағзамызға мұндай қуатты дозаларға бейімделгендіктен, олардың ешқандай зияны жоқ. 

Қазіргі кезде кейбір мамандық салаларында ядролық сәуле шығарумен тығыз байланыста жұмыс жүргізеді. Олар үшін жылына 50 миллигрей қауіпсіз деп саналады. Бұл табиғи фоннан 12-35 есе көп. Биофизиктердің пікірінше, жылына 50 миллигрейден бірнеше есе көп доза адам организміне ұзақ уақыт (10 мың жылдай) әсер еткен жағдайда Homo sapіens түрі өзгеріп кетуі мүмкін. 

Уран тірі организм бойына түскенде алдымен улы, кейіннен радиациялық әсер етеді. Тірі организмдерге уранмен бірге түскен басқа элементтер де зиянды әсер етеді. Мысалы, В.В.Ковальский: топырақта төмендегі көрсетілген элементтердің жоғарғы концентрациясы : Co – 3·10-3; Cu – 6·10-3; Zn –7·10-4; B –3·10-3; Sr –6·10-2 және Se –1·10-4 – тірі организмдерге зиянды әсер ететінін дәлелдеген. Олардың артық мөлшері де жеткіліксіздігі сияқты организмдерде морфологиялық, анатомиялық және физиологиялық өзгерістер туғызып, оларда эндемикалық аурулардың пайда болуына себеп болады. Осы элементтердің, әсіресе, U, B, Cu, т.б. жоғары концентрациялары бар ортада тіршілік ететін микроорганизмдерде мутагенез жүріп, пайда болған мутанттар осындай орталарда жылдам дами бастаған. Мысалы, Ыстықкөлдегі уранның концентрациясы Әлемдік мұхиттағы уранның концентрациясынан біршама жоғары. Оңдағы хар балдырларының құрамындағы уранның мөлшері көлдегі сулардан 3 есе артық . Сонда осы балдырлар мутациясына байланысты олардың көптүрлілігі өте жоғары. Ленинградтық геолог профессор С.Г.Неручев рифтогенез кезінде жер қойнауынан уран, V, Mo, Cu, Nі, Ag және де басқа элементтерге бай магмалық ащы сулар таралатынын көрсетеді. Мұхиттарда судың төменнен жоғарыға қарай көтерілуі жиі (апвелинг) болып тұрады.  

Апвелинг кезінде фосфаттардың гидросфераның жоғары қабаттарына өтуі мұхиттар мен теңіздерде тіршілік ететін организмдердің қоректік тізбектерінің бастамасы болып табылатын фитопланктонның қарқынды дамуына себеп болады. Гидробиологтардың көрсетулері бойынша, апвелинг нәтижесінде жағалық акваториялардың биоөнімділігі 50 мың есе ұлғаяды екен.  

Рифтогенез кезінде фосфаттар мен түрлі химиялық элементтердің гидросфераға түсуі күрт артады. Бұл теңіз өсімдіктерінің, балықтар мен басқа да жануарлардың көбеюіне себеп болады. Қорекпен бірге балықтар мен басқа жануарлардың организміне радиоактивті заттар да жинақталады, олардың әсерінен организмдер құрылымында мутация жүріп, кейбір түрлер жаппай қырылып қалса, екіншілерінде жаңа белгілер мен қасиеттер пайда болып, олар ары қарай түр ретінде дами береді.  

Рифтогенез кезінде мутагенез қарқынды жүріп, тіршіліктің жаңа формалары пайда болады. Жаңадан пайда болған түрлер біздің планетамызда тұрақталмай тез жойылып кетті дегенмен ұзақ уақытқа сақталып қалғандары да болды. С.Г.Неручев, 538 млн жыл бұрын уранның гидросфераға түсуі нәтижесінде трилобиттердің дене сегменттері әлдеқайда азайып, ал кейбіреулерінде екеу ғана – бас, құйрық сегменттері қалған деп көрсетеді. 500 млн жыл бұрынғы рифтогенез фазасында алғашқы омыртқалылар, панцирлі балықтар пайда болды. 320 млн жыл бұрынғы кезеңде алғашқы төртаяқтылар –ихтоостегидтер пайда болды, 290 млн жыл бұрынғы кезеңде алғашқы кесірткелер, 167 млн жыл бұрынғы кезеңде жануарларда ұшу аппараты пайда болды. Түрлердің кейбіреуінде алдыңғы аяқтарының саусақтары ұзарып, араларында жарғышақтар пайда болды. Осылайша ұшқыш кесірткелер – птерозаврлар, археоптерикстер пайда болды. 

Әрине, биосфера эвоюциясының барысына рифтогенез ғана емес, басқа да факторлар – геомагниттік өрістің инверсиясы, климаттық өзгерістер,т.б. әсер етті. 

 

5 Жердің магнитосферасы  және оның биосфера дамуындағы  ролі

Біздің планетамыздың магниттік қасиеті бар. Егер Жердің магниттік сферасы болмаса, Күн мен жұлдыз желдерінің ағыны еш кедергісіз Жердің бетіне жетіп,ондағы барлық тірі организмдерге зиянын тигізген болар еді. Магнитосфера бұған кедергі жасап, сол арқылы биосфераны зарядталған бөлшектерден қорғап тұратын бронды қалқан рөлін атқарады.

Магнитологтардың пікірінше, геомагниттік өрісті бақылау үшін Жердің орталығына аса ірі, диаметрі 200 км, ұзындығы 4000 км магнит цилиндрді орналастыру қажет.

Жердің магниттік осі Жердің айналу осін 11,5 градус бұрышпен орналасқан, сондықтан магниттік полюстер географиялық полюстермен сәйкес келмейді, уақыт өткен сайын магниттік полюстер өздерінің орнын өзгертеді. Мысалы, солтүстік магниттік полюс бір тәулікте жердің бетінде 20,5 метрге (7,5 км/жыл) ал оңтүстік полюс –30 метрге (11 км/жыл) ығысады.