Элементарный состав живых организмов

Антиэнтропийность» жизни

Следующим доводом виталистов в пользу использования жизненной силы было утверждение о том, что если в неживой природе все процессы протекают в сторону увеличения энтропии, всё (вещество и энергия) стремится рассеяться, разрушиться, перейти в более вероятное состояние, то в живой природе наблюдается противоположная, антиэнтропийная тенденция, когда из простых неорганических молекул образуются сложные, маловероятные упорядоченные структуры. Энтропия живого понижается. Причиной понижения энтропии виталисты считали жизненную силу.

Ошибка такого объяснения состояла в том, что закон возрастания энтропии справедлив только для изолированных систем. Не изолированные системы, испытывающие воздействия среды, даже и в неживой природе, при определённом стечении обстоятельств могут понижать свою энтропию. Но обязательным условием для этого является поступление энергии.

Например, снег, лежащий на вершине горы, со временем переходит в более вероятное состояние – скатывается к подножью. Однако через некоторое время на вершине вновь появляется снег, система переходит в состоянии с более низкой энтропией. Источником энергии для этого является солнечная радиация, которая нагревает океан, приводит к испарению воды с последующим образованием осадков.

Главной особенностью живых систем является постоянное потребление энергии, за счёт которой каждый организм борется с возрастанием энтропии. Эта борьба в конечном итоге для каждой особи заканчивается победой энтропийной тенденции – организм умирает. Однако жизнь в целом, по крайней мере в течение известного нам периода в 4 миллиарда лет, постоянно понижала свою энтропию, генерируя новые, всё более сложные формы живых существ.

Таким образом, антиэнтропийные тенденции существуют как в живой, так и в неживой природе и не являются спецификой живого. Особенностью живого является лишь то, что процесс понижения энтропии настолько ярко выражен, что его можно считать важнейшим признаком всех живых организмов.

Элементарный состав живых организмов

Одним из спорных вопросов в противостоянии витализма и физикализма был и вопрос о различии или тождественности материи, из которой состоят живые организмы и неживая природа. Первоначально вполне здравым и логичным выглядело утверждение, что живые организмы и неживая природа отличаются тем, что состоят из разной материи и задача науки заключается в том, чтобы выяснить, в чём эта разница состоит. По мере развития идеи о наличии особых элементарных частиц материи – атомов было точно установлено, что из атомов состоит и живая и неживая материя.

Когда же было установлено, что атомы совершенно чётко делятся на несколько десятков видов, и каждый вид стал называться химическим элементом, естественно возник вопрос, а не проявляется ли различие между живым и неживым в том, что они состоят из разных химических элементов? Сегодня элементный состав верхних оболочек Земли (атмосфера, гидросфера, литосфера) и живых организмов хорошо изучен. Результаты этого изучения показывают, что при грубой оценке (в категориях «много – мало») оказывается, что элементы, преобладающие в земной коре, являются преобладающими и в живых организмах, точно так же как элементы, содержащиеся в земной коре в относительно малых количествах, содержаться в микроколичествах и в живых организмах. К исключениям из этого общего правила можно отнести углерод, которого в живых организмах заметно больше, чем в окружающей среде, а также кремний, алюминий и железо, которых, наоборот, в окружающей среде больше, чем в живых организмах. Количественные оценки показывают, что 14 преобладающих в живых клетках элементов, составляющих 99,5 % их массы, составляют и 98,8 % массы земной коры (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Содержание химических элементов в земной коре
и клетках человека, % от сухой массы

Надо иметь в виду, что в представленной таблице не учтено содержание элементов в атмосфере и гидросфере, поэтому, в частности, слишком малой выглядит доля азота в неживой природе, в то время как его содержание в атмосфере составляет 78 %.

Элементы, доля которых в общей массе живых организмов составляет от десятых долей до десятков процентов, принято называть макроэлементами. К ним обычно относят С, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Na, Cl, Si. Первые 4 из указанных элементов с учётом их особой значимости для построения органических веществ называют органогенами. Иногда к органогенам относят также фосфор и серу.

Элементы, содержание которых измеряется величинами порядка 10^-3 – 10^-4 % и относительно которых установлено, что наличие этих элементов обязательно для выполнения важных физиологических функций, принято называть микроэлементами. К ним следует отнести Fe (иногда относят к макроэлементам), Zn, Cu, Mn, Co, B, Mo, I, F. Все макро- и микроэлементы, без которых нормальное функционирование живых организмов невозможно, называют биогенными.

Все остальные элементы, относительно которых неизвестно, является ли их наличие обязательным условием выживания, называют ультрамикроэлементами. Их принято считать случайными примесями.

Таким образом, анализ элементарного состава живых организмов доказывает, что живое и неживое имеют общую материальную основу.