Elu päritolu ja areng Maal
ELU
PÄRITOLU JA ARENG MAAL
1.
SissejuhatusEnne evolutsiooni teemade ja
probleemidega kokkupuutumist võiks veidi mõelda kahele küsimusele.
Esiteks "Kuidas on elu Maale tekkinud?" ja teiseks "Kas
organismide
evolutsioon jätkub ka tänapäeval või lõpes see
kunagi kauges minevikus?
Teise küsimuse õige vastus
oleks" jah, evolutsioon jätkub ka tänapäeval". Aga
esimese küsimuse vastus võib erinevatel inimestel olla erinev. Kes
arvab , et elu on Maale loodud või näiteks toodud, siis sellel on
täielik õigus ja vabadus
niimoodi mõelda. Kooliõpikutes
käsitletakse teaduslikult põhjendatud
varianti . Selle alusel on elu
Maale tekkinud. Teiste võimaluste kohta võib lugeda muudest
materjalidest .
Peale elusa looduse on
evolutsioonilised muutused toimunud ka eluta looduses ning
inimühiskonnas. Eristatakse nelja evolutsioonivormi:
Füüsikaline evolutsioon – ebapüsivatest elementaarosakestest aatomite ja molekulideni;
Keemiline evolutsioon – lihtsatest anorgaanilistest ainetest polümeersete orgaaniliste ainete kompleksideni;
Bioloogiline evolutsioon – elu areng Maal elusolestest inimeseni;
Sotsiaalne evolutsioon – inimühiskonna areng.
Vastavalt
belgia astronoomi G. Lemaitre´i poolt 1927. Aastal esitatud “suure
paugu” hüpoteesile sai universium alguse üliväikese ja tiheda
mateeriakogumi plahvatuslikust laialipaiskumisest u. 15 miljardit
aastat tagasi. Algas nn füüsikaline evolutsioon, mille
käigus ebapüsivatest mateeriaosakestest moodustusid aatomid ja
molekulid.
2. Elu päritolu
Biosfäär, Maad ümbritsev
õhuke elukile on avatud ja juhul, kui inimene vahele ei sega,
miljonite aastate jooksul oma seaduspärasuste järel arenev ja
muutuv süsteem.
- 4-4,5 miljardit aastat tagasi olid Maal kujunenud tingimused mateeria arenguks
elu
tekke suunas.
Selleks, et algaks elu vormiteke peavad olema täidetud neli
tingimust:
suure hulga suhteliselt lihtsate ühendite olemasolu,
komponentide võime seoste, interaktsioonide loomiseks,
energiaallikas (Päike), mis kindlustab komponentide vahelise koostöö,
tingimuste teatud stabiilsus, mis kindlustab tekkivate ühendite ja primitiivsete eluvormide ajalis-ruumilise püsimise ja arengu.
Elu
tekkele Maal eelnes keemiline
evolutsioon,
mis lõi eeldused elu tekkeks. Keemiline evolutsioon kulges
tingimustes, mis oluliselt erinesid praegusaegsetest. Maakoor oli rahutu , esines vulkaanipurskeid, maapinnale tungisid magmavoolud.
Puudus mullakiht ja paljaid kivimeid katsid klibu- ja liivakivid. Maa
oli suures osas kaetud madalate soojaveeliste meredega.
Vulkaanilistest gaasidest moodustus esmane atmosfäär , mille koostis
ei ole täpselt teada. Puudus hapnik ja osoonikiht ning ultraviolettkiirgus jõudis takistamatult maapinnani…
Keemilise evolutsiooni
esimesel etapil moodustusid atmosfäärigaaside omavaheliste
reaktsioonide tulemusena monomeersed orgaanilised ühendid, nende
hulgas aminohapped, nukleotiidid ja monosahhariidid. Teisel etapil
toimus selliste ainete liitumine ehk polümeriseerumine. Nii tekkisid
polüamonihapped või polünukleotiidid. Kolmandal etapil
organiseerusid polümeersed molekulid suhteliselt püsivateks
molekulide kogumiteks, mis olid ümbritsevast keskkonnast suuremal
või vähemal määral eraldatud. Enamiku uurijate arvates toimus see vesikeskkonnas .
Keemilise
evolutsiooni tulemusena tekkisid vaid eeldused elutekkeks!
- On kindlaks tehtud, et kolm miljardit aastat tagasi olid paleobiosfääris tekkinud
bakterid (näiteks
Lõuna-Aafrikas leitud Eubacterium
isolatum)
ja stromatoliitlubjakivides avastatud fotosünteesivad vetikad .
- Miljard aastat tagasi olid Maal välja kujunenud liigirikkad bakteritest, alamatest
taimedest ja selgrootutest loomadest koosnevad ürgsed ökosüsteemid.
Aktiivne fotosünteesiprotsess vabastas suurel hulgal hapnikku, mis
atmosfääri ülakihtides muutus osooniks, see kujunes kaitsekilbiks
organismidele kahjuliku lühilainelise ultraviolettkiirguse eest -
nähtus, mis nüüd inimese tegevuse tõttu laguneb laienevalt.
- Umbes 400 miljonit aastat tagasi kujunesid tingimused elu arenguks maismaal. Elu
väljus veest. Algas kiire liigiteke .
Kujunesid suured organismirühmad, hämmastava liigirikkusega
eluslooduse riigid. Täies oma jõus töötav loodusliku valiku
protsess selekteeris pidevalt enamkohanenuid. Evolutsiooniline valikuprotsess on karm, aga põhimõtteliselt õiglane - ellu jääb
ja paljuneb see, kellel kujuneb muutuvatele keskkonnatingimustele
mingisugune elumust tagav positiivne tunnus ja omadus.
Paleontoloog
G.G. Simpsoni andmetel on biosfääris selle olemasolu jooksul
eksiteerinud 500 miljonit liiki: ühed tekivad, teised, sageli suured
liigirühmad surevad välja. Võrreldes seni biosfääris kirjeldatud
ja tuntud liikide hulgaga - 1,2 miljonit liiki (see on kaasaegses looduses arvutuslikult umbes 8 protsenti tegelikult eksiteerivatest,
kuid seni tundmata ja kirjeldamata, diagnoosimata liikidest) peaks
kujunema mingigi ettekujutus sellest tohutult pikast ja keerulisest
protsessist, sünni ja surma dialektilisest järjekestvusest,
evolutsiooni pidevast tööst, mis on kujundanud elukeskkonna ja meie
ühislaudsed Maa praeguses biosfääris. Meie puudulikud teadmised
Maa elustiku koosseisust selguvad inglase D. Hawksworthi andmetest - bioloogid on tundma õppinud Maa elustiku eeldatavast liigirikkusest
ümarussidest 3 % (15 000 liiki, arvatav liigihulk 500 000), 5 %
seentest (vastavalt 69 000 ja 1 500 000), bakteritest ja viirustest
10 % (3000 ja 30 000), putukatest ja teistest lülijalgsetest 13 %
(800 000 ja 6 000 000). Parem on olukord kõrgemalt arenenud
liigirühmadega - imetajate 4000-st liigist tunneme arvatavasti
peaaegu kõiki, lindude 9100 liigist 99 %, kalade 21 000 liigist 90
%, soontaimede 270 000 liigist 81 %, sammaltaimede 25 000 liigist 68
% ja vetiktaimede 60 000 liigist 67 %.
Evolutsioon- üha uute
eluslooduse taksonite teke ühelt poolt ja teiste väljasuremine on
kord kiirenev, kord aeglustuv, kuid pidev protsess. Pole usutav , et
biosfääri elustik ka ilma inimmõjuta ületaks praeguste looduslike
ökoloogiliste makrofaktorite püsides kümne miljoni liigi piiri.
Kui vaid see looduse suhtes agressiivne, mõtlematu inimtegevus ja
tehnokraatiavoha selliselt ei kasvaks ja laiutaks.
Peame ju
mõistma, et populaarse niinimetatud "statistilise ööpäeva"
näitel maakoor tardus kell 00.00, esimesed ainuraksed ilmusid Maa
ookeani kell 12.00 ja esimesed selgroogsed kell 18.30, maismaa asustamine eluga algas kell 19.50 ja esimesed inimlaadsed ilmusid
kell 23.59 (selles arvestuses vastab ühele minutile umbes 2-3
miljonit aastat). Seega on ajalises mõõtmes inimene Maal viimase
minuti produkt . Sellest minutist enamuse ajast on ta olnud looduse
süütu liige, oma arenevate tööoskuste ja mõistusega alandlikult
ja tagasihoidlikult loodusande tarbiv loom. Neid loomi oli ka vähe.
Teadlased on julgenud inimeste hulka hinnata alles alates kiviaja
algusest. Algul kasvas inimpopulatsioon aeglaselt - meie ajaarvamise
alguses 25 miljonit, aastal 1500 50 miljonit. Siis algas rahvastiku
intensiivne kasv – aastal 1800 ligikaudu miljard, 1900. aastal 1,7
miljardit, 1950. aastal 2,5 miljardit, praegu juba üle 6 miljardi ja
prognooside järgi elab 2050. aastal Maal vähemalt 11 miljardit
inimest. See demograafiline plahvatus on toimunud vaatamata uutele
haigustele ja epideemiatele ning sõdadele ja kohutavale
keskkonnasaastele. Samal ajal on 400-st imetajaliigist hävinud üle
100 liigi. Traagiline on tõsiasi, et suur hulk liike pühiti maa
pealt enne, kui nad teadlaste vaatevälja (kogudesse, kultuuridesse
jm.) oleksid jõudnud. Kui palju bioloogilist informatsiooni me nõnda
oleme kaotanud, jääb saladuseks. ÜRO äsjaste andmete järgi on
inimtegevuse läbi hävinud 1/3 Maa spontaansest loodusest,
degradatsiooniprotsessidega on haaratud ligi 70% maast. Paljude
loodusteaduste harude - klimatoloogia, ökoloogia, okeanoloogia,
geograafia jt. spetsialistid väidavad, et tagamaks Maal eluks
vajalikud kliimatingimused, soojusrežiim, maailmamere praegune tase
jt. makroökoloogilised faktorid , peab 50-75% biosfäärist säilima looduslikus või sellelähedases seisundis. Niisiis - inimkond on
juba astunud üle kriitilise piiri.
Inimvaba
loodus on muutunud ja arenenud oma stiihiliste seaduspärasuste
kohaselt kosmiliste, planetaarsete ja regionaalsete tingimuste
kompleksmõjudele alludes. Maal on miljonite ja miljardite aastate
jooksul juhtunud palju katastroofe. Nimetame neiks sündmusi, mis
äkiliselt või lühiperioodi jooksul on oluliselt muutnud elustiku
koosseisu või/ja struktuuri, pinnavorme, kliimatingimusi vm. Maa
ajaloos pole (veel) juhtunud katastroofe mille läbi oleks hävinud
kogu elustik. Maa elustikul on imepärane võime
katastroofidest välja tulla, taastuda ; mitte küll täpselt
samasugusena katastroofieelsega võrreldes, kuid sarnasena, analoogse
ja homoloogsena. Muidugi mõista on Maa arengus toimunud pöördelised
kliimamuutused, mandrite ränne jm. mille tagajärjel on kadunud terved suured fauna - ja floorakompleksid, kuid neid ei tuleks
pidada katastroofideks, vaid Maa arengu makroetappideks.
3.
Evolutsiooni tõendid
Elu
arengust Maal annab kõige vahetumat teavet paleontoloogia –
teadus möödunud aegadel elanud organismidest. Paleontoloogilised
leiud näitavad, et maakoore erineva vanusega kihid sisaldavad
erisuguste organismide kivistisi . Mida vanemad kihid, seda lihtsama ehitusega organismide jäänuseid võib nendes leida.
Erineva vanusega kivististe võrdlemisel ilmneb ühtlasi, et
evolustiooni käigus on tekkinud järjest keerukama ja täiuslikuma
ehitusega organismiliigis, kuigi on säilinud ka palju ürgseid
vorme.
Erisuguste
liikide võrdlus näitab, et neil võivad olla põhijoontelt sarnased
elundid. Kõrgematel loomadel võib esineda ka alamatele
loomadele iseloomulike tunnuste algmeid, mis ei ole täielikult välja
arenenud ega täida enam oma algset ülesannet. Need nn. Rudimendid
esinevad ka inimesel (nt ussripik , osaline karvakte, õndraluu jne).
Võrreldavate organismide sarnasest ehitusest võib järeldada, et
neil on kunagi olnud ühine eellane.
Lootelise
arnegu võrdlemisel ilmneb, et kõrgemate organismide loodetel korduvad mõned alamate organismide loodete arengujärgud.
Kõikide selgroogsete loomade, sealhulgas imetajate lootel, moodustub
esamlt mõnedele alamatele loomadele omane seljakeelik ja alles
hiljem selgroog . Erinevate organismide loodete sarnasus ilmneb eriti
varajastel arengujärkudel. Loodete sarnasus annab tunnistust
vastavate organismide sugulusest ja ühisest päritolust. Ka ahvenal,
sisalikul, tuvil ja inimesel on midagi ühist, mille nad on pärinud
selgroogsete loomade varasematelt eellastelt.
Üha
rohkem uusi andmeid organismide evolutsioonist pakub
molekulaarbioloogia. On ju organismide evolutsioon salvestatud
põlvkonnast põlvkonda edasi antud geenides.
Võrreldavatel
organismidel määratakse mõne geeni nukleotiidijärjestus või
vastava valgu aminohappejärjestus. Praegu elavate liikide kõrval on
õnnestunud DNA primaarstruktuur kindlaks teha ka mõnedel
väljasurnud liikidel, näiteks mammutil. Uurimised näitavad, et nii
nagu erinevatel organismidel võib olla sarnase ehitusega elundeid,
võib neil olla ka sarnase koostisega valke. Mida sarnasem on
võrreldavate organismide üldine ehitus ja eluviis, seda suurem on
enamasti ka nende sarnasus molekulaartasemel. Ja mida suurem
sarnasus, seda lähem sugulus .
Elu
evolutsiooni kulgu ja tegureid aitab selgitada ka kultuurtaimede ning
koduloomade aretuse praktika. Ristamist , kunstlikku valikut ja
teisi võtteid kasutades on suudetud muuta paljude organismide
ehitust ja elutegevust. Ligikaudu kümne tuhande aasta jooksul on
inimene aretanud palju loomatõuge ja taimesorte, mis oluliselt
erinevad oma kunagisest looduslikest esivanematest. Sarnaselt võisid
liigid muutuda ka looduslike tegurite mõjul.
Mitmeauguste
meetodite kasutamine ja tulemuste võrdlemine on võimaldanud
teadlastel kujundada üldpildi elu arengust Maal.
4.
Elu areng Maal
Universum on mitte üksnes imepärasem kui me oletame, vaid imepärasem kui me
oletada suudame.
J.
B.S Haldane, inglise bioloog (1892-1964)
Inimene
ei ole tegelikult alati uskunud, et Maal elavad organismid on
kujunenud evolutsiooni käigus. Kuni 19. sajandi keskpaigani usuti ,
et kõik Maal elavad taime ja looma liigid on Jumala poolt loodud.
Tänapäeval
tunnustatud evolutsiooniteooria väidab, et kõik nüüdisaegsed liigid on välja arenenud kauges
minevikus elanud loomadest ja taimedest nende pideva järkjärgulise
muutumise tulemusena.
Evolutsiooniteooriat on tänapäeval täiendatud ka geneetikast
tulenevate teoreetiliste üldistustega. Tegemist on aga siiski
evolutsiooniteooriaga,
sest päris täpselt ei tea keegi, kas elu ikka tegelikult ka
tekkimise
ja arenemise teel kujunes.
Aristoteles oli üks esimesi, kes pani tähele, et organisme saab teatud sarnaste
tunnuste alusel rühmitada. Ka K. Linné rajas oma taimede ja loomade
süsteemi ühesuguste tunnuste alusel, kusjuures ta ise arvas , et
organismid on Jumala poolt loodud. Esimesi vastuväited loomisele
esitas J. B. Lamarck , aga kahjuks ei suutnud ta oma seisukohti
põhjendada. Esimese põhjendatud evolutsiooniteooria esitasid
1858. a. C. Darwin ja A. R. Wallas.
Nad uurisid loodust ja töötasid teineteisest lahus, aga jõudsid
mõlemad ühesugusele järeldusele. Selle alusel on
evolutsiooniteooria põhjenduseks looduslik valik. Oma seisukohtade kaitseks tõid uurijad näiteid nii loomade ja taimede anatoomiast ,
nende geograafilisest levikust ja fossiilsetest jäänustest.
Kõik
praegu eksisteerivad elusorganismid (ning kõik neid moodustavad rakud ) arvatakse pärinevat ühisest eellasest . Elu
tekke küsimus on tegelikult küsimus sellest, kuidas tekkis esimene rakk .
Meie teadmised elu tekke kohta on puudulikud ja täidetud paljude
spekulatsioonidega. See on mõistetav, sest pole ühtset seisukohta
selleski, millised tingimused Maal enne elu teket valitsesid.
Teadlased on ühel arvamusel küll selles, et elu tekkis abiogeenselt
nn. ürgpuljongis. Esimesed rakud arvatakse olevat tekkinud 3.5 - 4
miljr. aastat tagasi.
Ettekujutus
kaasaegsetest organismidest lubab oletada, et elu tekkele pidid
eelnema (või sellega kaasnema) järgmised sündmused:
- pidid olnud moodustunud polümeerid (RNA) mis olid võimelised isereplitseeruma.
- pidi tekkinud olema mehhanism , mille abil RNA suunas valgusünteesi (geneetiline kood). Kuna geneetiline kood on praktiliselt ühesugune kõigil organismidel, pidi ta kinnistuma evolutsiooni väga varajasel etapil.
- pidid olema tekkinud molekulid, (lipiidid) mis moodustavad membraani ja eraldama muust keskkonnast isereplitseeruva valkude ja RNA segu.
Praegu
eksisteerivatest organismidest on lihtsaimad mükoplasmad,
ilma kestata bakterid, kes tavaliselt harrastavad parasiitset
eluviisi taime või loomarakkudel. Nende diameeter võib olla 0.3 µm.
ja nende genoom kodeerib ca 400 erinevat valku. Esimesed rakud meie
planeedil võisid olla veelgi lihtsamad. Igatahes kõik praegu elavad
rakud kasutavad DNA-d päriliku info salvestamiseks, elu algetappidel
arvati selleks olevat RNA.
Tähtis
verstapost raku (elu) evolutsioonis on ca 1.5 miljr. aastat tagasi,
kui toimus üleminek väikestelt, lihtsa sisestruktuuriga rakkudelt,
nn prokarüootidelt,
keerukamatele rakkudele, millest koosnevad kõik hulkraksed organismid. Neid rakke nimetatakse eukarüootseteks.
Kõik praegu eksisteerivad organismid ongi kas pro- või eukarüoodid.
Definitsiooni järgi eukarüootidel on rakutuum (kreeka k. caryon),
mida prokarüootidel pole. Kuigi prokarüootidel on suhteliselt
lihtne ehitus, on nad biokeemiliselt väga mitmekesised . Neil võib
leida kõiki põhilisi ainevahetuse radasid, kaasa arvatud kolme
põhimõttelist energiatootmise protsessi: glükolüüs, hingamine (oksüdatiivne fosforüülimine) ja fotosüntees. Eukarüootsed rakud
on suuremad ja keerukamad, nad sisaldavad rohkem DNA-d. DNA on
eraldatud membraaniga ümbritsetud tuuma, tsütoplasma sisaldab palju
teisi membraaniga ümbritsetud organelle. Eukarüootide mitokondrid ja kloroplastid on enam-vähem kindlasti varasemate prokarüootide
järeltulijad, kes on asunud sümbiontidena elama suuremasse
anaeroobsesse rakku. Eukarüootsetes rakkudes on ka keerukas eri
tüüpi valgulistest filamentidest koosnev tsütoskelett, mis aitab
organiseerida raku sisestruktuuri ja on osa rakkude liikumist
tagavast masinavärgist.
Miks
eukarüootsed rakud on evolutsioonis olnud edukamad? Vastust tuleb
otsida ilmselt nende kõrgemas organiseerituses, kindlad
ainevahetusprotsessid on eraldatud rakkudes eri kompartmentidesse.
Eriti oluline on ilmselt see, et energiatootmine toimub kindlates
organellides (mitokondrid ja kloroplastid). Seetõttu raku
välismembraan pole enam koormatud energiatootmisega tegelevate
ensüümidega, nagu see on bakteritel. See võimaldab raku
välismembraanil täita uusi funktsioone, tegeleda väliskeskkonnast tulevate signaalide vastuvõtmisega ning rakkude omavahelise äratundmisega. See kõik aga on aluseks hulkraksete organismide
tekkel.
Miljonit aastat tagasi
0
UUSAEGKOND Esimesed inimesed
65
Hiidroomajate väljasuremine
100
KESKAEGKOND
Õistaimede ilmumine
Esimesed linnud
200
Esimesed imetajad
245
VANAAEGKOND
300
Esimesed roomajad
Esimesed paljasseemnetaimed
Esimesed kahepaiksed
400
Esimesed maismaataimed
540
Loomade peamiste ehitustüüpide teke
AGUAEGKOND
700
Hulkraksete loomade teke
1000
Hulkraksete taimede teke
2000
Eukarüootide teke
2500
ÜRGAEGKOND
4000
Eluteke
50 punkti
Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
~ 5 lehte
Lehekülgede arv dokumendis
2009-12-14
Kuupäev, millal dokument üles laeti
157 laadimist
Kokku alla laetud
4 arvamust
Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
liisip18
Õppematerjali autor
annaabi.ee 
Kõik kommentaarid