ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО

Н.Бор рассматривал проблему связи биологии и физики на основе принципа дополнительности, считая, что собственно биологические законы дополнительны законам, которым подчиняются тела неорганического мира. Нельзя одновременно определять физико-химические свойства организма и явления жизни – анализ свойств одного исключает подробный анализ другого.

В 1945 г. Э.Шредингер написал книгу «Что такое жизнь? С точки зрения физика», где рассмотрел три основные проблемы биофизики:

1. Термодинамические основы жизни. Организм – открытая высокоорганизованная упорядоченная система, находящаяся в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду, способная поддерживать упорядоченность за счет саморегуляции и самовоспроизведения.

2. Молекулярные основы жизни. Ген должен быть молекулой с апериодической структурой. Поставлен вопрос о структуре вещества наследственности и о причинах его устойчивого воспроизводства в ряду поколений.

3. Квантово-механические закономерности. Соответствие биологических процессов законам квантовой механики, что отчетливо проявляется в радиобиологических явлениях.

Сторонники витализма объясняют специфику живого существованием особых биологических закономерностей, наличием в биологических системах особой нематериальной и непознаваемой «жизненной силы», «души», которая не подчиняется физическим и химическим законам, придает живым организмам их целостность и целесообразность, особого рода упорядоченность и способность стремиться к определенным целям. Зарождение витализма происходило во времена античности в трудах Платона, Аристотеля, Плотина. Виталисты пытаются доказать нематериальный характер жизни и невозможность понять ее сущность. Однако под влиянием успехов физики и химии, биофизики и биохимии в объяснении многих биологических процессов к середине ХХ века витализм был вытеснен из сферы биологического познания.

В настоящее время большинство ученых убеждено, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. Современная биология в вопросе о сущности жизни часто идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Только совокупность данных свойств дает представление о специфике живого.

К числу свойств живого относят следующие:

- Метаболизм. Наиболее важным свойством всех живых организмов является обмен веществ, или метаболизм, представляющий собой совокупность биохимических реакций, обеспечивающих жизнь. Живые организмы получают вещество, энергию и информацию из окружающей среды, используя их на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Процессы обмена веществ делят на анаболизм, или ассимиляцию, и катаболизм, или диссимиляцию. При анаболизме идет синтез сложных веществ из простых, сопровождающийся накоплением энергии. Катаболизм – это расщепление сложных веществ, сопровождающееся освобождением энергии. Эти две стороны обмена связаны неразрывно и протекают одновременно и непрерывно.

Каждый живой организм и каждая клетка представляют собой открытую термодинамическую систему, которая непрерывно превращает содержащуюся в органических веществах потенциальную (химическую) энергию в энергию всех рабочих процессов организма. В конечном счете, вся энергия уходит из организма в окружающую среду и рассеивается в ней. Баланс энтропии в открытой системе определяется процессами как внутри нее, так и процессами обмена с окружающей средой. Обмен веществ в живых организмах с точки зрения термодинамики необходим для того, чтобы воспрепятствовать увеличению энтропии, обусловленному внутренними необратимыми процессами в организме. Советский физик Я.И.Френкель писал:

«Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она ни рассматривалась (механической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь».

Существуют два вида питания организмов: автотрофное и гетеротрофное. Автотрофное питание означает синтез всех необходимых органических веществ из неорганических. Этим видом питания обладают растения и прокариоты. Зеленые растения синтезируют органические вещества с использованием энергии Солнца путем реакции фотосинтеза. В результате фотосинтеза создается основная масса органического вещества и поддерживается газовый состав атмосферы. Гетеротрофное питание означает получение органических веществ в готовом виде, оно характерно для животных, грибов и многих бактерий.

Обмен веществ может происходить без участия кислорода – анаэробный обмен. У большинства организмов питательные вещества расщепляются и высвобождают энергию в процессе клеточного кислородного дыхания – аэробный обмен. При нем высвобождается гораздо больше энергии.

- Сложная структура. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. У растения или животного появляются новые ветви или органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.

- Раздражимость. Живые организмы активно реагируют на физические или химические факторы и их изменения в окружающей среде. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

- Размножение и рост. Все живое размножается и растет. Способность к самовоспроизведению – самая поразительная способность живых организмов. Потомство и похоже, и чем-то отличается от своих родителей. В этом проявляется действие механизма наследственности.

- Адаптация. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Адаптация помогает выжить организмам в постоянно меняющихся условиях внешней среды. Организм отвечает на изменения либо относительно быстро благодаря раздражимости, либо более длительно – путем возникновения мутаций и появления новых признаков, которые будут сохранены естественным отбором.

- Передача информации. Живые организмы способны передавать потомству заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

- Гомеостаз.Гомеостазом называется относительное динамическое постоянство состава и свойств организма, устойчивость его основных физиологических функций. Живые организмы, обитающие в непрерывно изменяющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью механизмов саморегуляции. Важную роль в реализации гомеостаза играют петли обратной связи, возникающие в живом веществе и определяющие его реакции на внешние возмущения, нарушающие его стабильность. Гомеостаз – фундаментальный принцип для всего живого.

- Движение. Оно более заметно у животных, чем у растений.

Из совокупности указанных признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты. Один из главных критериев жизни – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.

Современная теоретическая биология основные свойства живого формулирует в виде пяти аксиом:

1. Все живые организмы характеризуются единством фенотипа (совокупностью всех признаков и свойств) и программой его построения – генотипа (совокупностью всех генов), передающегося по наследству из поколения в поколение (аксиома А.Вейсмана).

2. Генетическая программа образуется матричным путем, т.е. для строительства гена будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К.Кольцова).

3. При передаче генетические программы изменяются случайно и ненаправленно, также случайно они могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч.Дарвина).

4. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В.Тимофеева-Ресовского).

5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч.Дарвина).