Клеткалар мен ұлпалардың эволюциясы

Ұлпаларда клеткалардың пайда болуы, мамандануы және бірігуі тарихи категория болып табылады, өйткені олар филогенез барысында пайда болды. Бірақ бұл категорияларды түсіндіру өте қиын, өйткені прокариоттық және эукариоттық организмдердің клеткаларының арасында маңызды айырмашылықтар болады. Соған қарамастан бірнеше болжамдар белгілі. Бактериялар мен цианобактериялардың қазба қалдықтарын зерттеу негізінде клеткалық форманың арғы тегі осыдан 3,5 х 109жыл бұрын пайда болған қарапайым прокариоттық клетка болуы мүмкін деп болжайды. Бұл типтің клеткалары өздерінің тіршілігін және көбеюін қамтамасыз ету үшін алғашқыда табиғаты биологиялық емес органикалық молекулаларды пайдаланды. Қарапайым клеткалардың қалыптасуына жасалған алғашқы қадам клетканың затын қоршайтын мембрананың пайда болуы еді.

Содан кейін қарапайым прокариоттық клеткаларда синтез бен энергетикалық қамтамасыз ету механизмдері дами бастады. Алғашқы прокариоттық клеткалар біршама қарапайым катализдік жүйелерге ие болған, нәтижесінде оларды энергйямен қамтамасыз ету ашуға негізделуі мүмкін деп болжайды. Әріқарай прокариоттық клеткалардың жекеленген түрлері ашудан тыныс алуға көшті, ол біршама тиімді энергия алуға мүмкіндік берді. Сонымен, прокариоттық клеткалардың эвоюциялық өзгерістері оларда әртүрлі метаболизмдік жолдардың дамуы бағытында жүрді. Олардың геномы ДНҚ-ның «жалаңаш» молекулаларының қалыптасу бағытында дамыды.

Экариоттық клеткалардың эвоюциялық өзгерістері пішіні, мөлшерлері, құрылымы мен қызметтерінің бір мезгілде биохимиялық жүйелердің компартментализациясының өсуі және барлық клеткалар үшін жалпы аэробты метаболизмнің сақталуы бағытында жүрді. Экариоттық клеткалар бұдан 1 млрд жылдай бұрын пайда болған деп санайды және олардың шығу тегін түсіндіру үшін үш болжамды ұсынады.

Осы болжамдардың біреуіне сәйкес (клеткалық симбиоз болжамы), ол біршама кең тараған, эукариоттық клетка әртүрлі типтегі бірнеше клеткалардан тұратын, ортақ клеткалық мембранамен біріккен симбиоздық құрылым болып табылады. Мысалы, қазіргі жасыл өсімдіктердің клеткаларының пластидтері қазіргі цианобактериялардың ата-тегі болып табылатын және аэробты фотосинтезге қабілетті бактериялардан шыққан деп жорамалдайды, ал эукариоттық клеткалардың митохондриялары аэробты бактериялардан бастау алады, олар фотосинтезге қабілетті қарапайым анаэробты клеткалармен симбиозға түскен, оттек атмосферасында тіршілік етуге және оттекті тыныс алу жолымен пайдалануға қабілетті клеткалардың түзілуіне алып келді. Ядроға келсек, ол бастапқы клеткаға енгеннен кейін өзінің цитоплазмасын жоғалтқан, әйтәуір бір көне клеткаішілік симбионттың қалдығы болуы мүмкін деп болжайды. Бұл болжамның пайдасына қазіргі кейбір организмдердің симбиоздық өзара қарым-қатынасы жайындағы деректер дәлел бола алады. Мысалы, бірклеткалы жасыл балдыр хлорелла (Chlorella) жасыл парамецияның (Paramecium bussaria) цитоплазмасында тіршілік етеді. Фотосинтезге қабілетті болғандықтан ол парамецияны қоректік заттармен жабдықтайды. Пластидтер мен митохондриялар ДНҚ, мРНҚ, рРНҚ, тРНҚ және сэйкес ферменттер түрінде белоктар синтезі жайында өздеріне тән генетикалық ақпараттар жүйесіне ие болады. Хлоропластар, митохондриялар мен прокариот-клеткаларына репродукция (олардың барлығы бірдей қарапайым екіге бөліну жолымен көбейеді) тәсілерінің ұқсастығы тән. Ақырында, митохондриялдық гендердің мутациясы ядролық гендердің мутациясына тәуелді емес.

Екінші болжамға сәйкес эукариоттық клетка клеткалық мембранаға бекінген, бірнеше геномдары бар прокариоттық клеткадан пайда болған деп санайды. Клеткалық мембрананың инвагинациясы нэтижесінде бастапқыда фотосинтезге қабілетті мезосомалар түзілген. Бірақ әрі қарай бұл органеллалардың мамандануы жүрді, нәтижесінде олардың біреуі тыныс алу және фотосинтездеу қызметтерінен айырылып, ядроға айналды, басқалары, керісінше, осы қызметтерді әрі қарай дамытып жануарларда митохондрияларға және өсімдіктерде пластидтерге айналды. Бұл болжамның пайдасынаядроның мембраналарының, митохондриялар мен пластидтердің қос құрылысы жайындағы деректер дәлел бола алады.

Үшінші болжамға сәйкес барлық тірі формалар анаэробты ферментативтік гетеротрофтардың арғы тегінен шықты деген ойға негізделген, эукариоттар қабырғасыз (анаэробты) прокариоттардың сублиниясы болып табылады, олар эндоцитозға қабілеттілігін дамытты. Басқа прокариоттарды «жұту» арқылы бұлар оларға қосымша метаболизмдік қабілет берді және кейбіреулері, ең соңында, органелларға, ал қарапайым клетка (уркариот) экариоттық клеткаға айналды. Сонымен, прокариоттар эукариот-клеткаларға қарағанда көне, қарапайым.

Төртінші болжамға сәйкес эукариоттық клеткалар көптеген гендері бар прокариоттық клеткадан пайда болған, олар бөліктерге бөлініп әртүрлі қызмет атқаратын құрылымдардың бастамасын берген деп жорамалдайды. Әрі қарай ұқсас қызмет атқаратын құрылымдарды клондау жүрді, одан соң олар қос мембранамен жабылды, осылайша ядро, митохондриялар түзілуге, ал соңынан мембраналықтор құрылуға алып келді. Бұл болжамның пайдасына ядро мен митохондриялы ДНҚ-ның генетикалық кодының ұқсастығы, сонымен қатар тыныс алу қызметін ядролар мен митохондриялардың реттеуінің ұқсастығы жайындағы деректер дәлел болады.

Жоғарыда айтылғандай, қазір эукариоттық клеткалардың пайда болуының симбиоздық болжамы кең тараған. Бірақ бұл болжамды ескере отырып, митохондриялар мен хлоропластардың қазіргі аэробты бактериялар және цианобактериялармен (сэйкесінше) ұқсас болуына қарамастан, олардан біршама ерекшеліктері болатынын да естен шығармауымыз керек. Мысалы, митохондриялар мен хлоропластарда ДНҚ біршама аз. Демек, бұл жерде митохондриялар мен хлоропластар эволюция барысында өздерінің мөлшері бойынша біршама өзгерістерге ұшыраған.

Эукариоттық клеткалардың геномы әрі қарай ДНҚ молекулаларының белоктармен бірігуі және хроматин мен әртүрлі формадағы және әртүрлі санды хромосомалардың қалыптасуы бағытында дамыды. Хроматиннің мамандануы эухроматин мен гетерохроматиннің қалыптасуында да, аутосомалар мен жыныс хромосомаларының қалыптасуында да көрінеді. Хромосомалардың санына келсек, олардың эволюциялық беталысын түсіндіру әзірше қиын, өйткені көптеген қарапайым организмдердің клеткаларында, жоғарғы эволюциялық сатыда тұрған организмдермен салыстырғанда, көп хромосомалар болады. Бірақ сөз жоқ эволюция барысында кариотиптердің сандық және құрылымдық өзгерістері түр түзілуде маңызды рөл атқарды. Осымен бір мезгілде клеткалық компоненттер құрылымы мен қызметтерінің, реттеуші механизмдердің дамуының күрделенуі қоса жүрді.

Митоздың эволюциялық маңызы күмәнсіз. Митоздың нәтижесінде хромосомалардың бөлінуіні мен орналасуы дэлділігі көпклеткалықты қамтамасыз ететін жағдай болып табылады. Бірақ митоздың өзінің пайда болуының толықтай түсінігі жоқ. Тек ол қарапайым митоздан дамыған деп болжайды, репликацияланған хромосомалардың ажырауы ұршықтың созылуы және жыртылуынан кейін ядролық мембрананың еш зақымданбай-ақ жүзеге асатын механизм болып табылады (жоғарыда айтылған)

Ұлпалардың эволюциясын түсіндіру күрделілігі сол, олар эволюциялық баспалдақтың әртүрлі сатыларында тұрған тірі организмдерге тиесілі ұлпалардың құрылысының бірдей болуымен байланыстығында. Мысалы, буынаяқтылардың, кейбір моллюскалар мен омыртқалылардың бұлшық ет талшықтары бірдей құрылысты. Сонымен қатар бұл организмдер филогенетикалық жағынан өте «алыста» орналасқан. Осындай жағдай әртүрлі таксономиялық топтағы өсімдіктердің ұлпаларын салыстырғанда да орын алады.

Эволюция бойынша ұлпа түзілудің басталуы өте қарапайым организмдерден көріне бастайды. Мысалы, вольвокста кейде 50000-нан аса клеткалардан тұратын, клеткалардың бір бөлігі маманданған, шоғырлардың қалыптасуы белгілі. Мысалы, колониалды форманың шеттерінде орналасқан клеткалар жаңа шоғырдың (колонияның) түзілуіне жауапты. Цианобактерияларда бөлінген клеткалардың ажырамаған кезінде клеткалық жіпшелер пайда болады, олардағы клеткалардың бір бөлігі азотты фиксациялауға маманданған, осылайша олар азотқа және басқа клеткаларға қажеттілігін қамтамасыз етеді.

Эволюциялық баспалдақпен жоғары көтерілгенде, губкаларда беске жуық маманданған клеткалардың типін көруге болады, олардың мамандануы суды сүзу және сүзілген қорек бөлшектерін сіңіру үрдісінде әртүрлі қызметті орындауымен байланысты. Ішекқуыстылардың денесі екі қабаттан — эктодермадан және энтодермадан тұрады, олар сыртқы және ішкі эпителий қабаттары болып табылады. Сыртқы эпителий клеткалары улы сұйықтығы бар атқыш клеткалар болса, ал ішкі эпителий клеткалары асқорыту ферменттерін бөледі және асқорытуды қамтамасыз етеді. Сол себепті алғашқы болып эпителий клеткаларының қабаттары қалыптасқан және олардың көпклеткалылар эволюциясындағы рөлін бірклеткалы организмдердің клеткалық қабырғалары мен мембраналарымен сәйкес деп болжайды.

Ұлпалардың эволюциясын түсінуге қосылған үлкен үлес A. A. Заварзинге (1886-1945) тиесілі, эволюцияның бірдей факторлары тек организмдердің алуан түрлілігін ғана емес, сонымен қатар олардың ұлпалары құрылысының біркелкілігін де қалыптастырды деп санаған. Филогенетикалық жағынан өте алыста қалған жануарлар ұлпаларының құрылысындағы ұқсастықтарды А.А.Заварзин ұлпалар эволюциясының параллель қатарларының заңы деп атаған. А.А.Заварзин және оның шәкірттерінің жұмыстары эволюциялық гистологияның негізін қалады.

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: