Содержание

      2. Отличие  живой материи  от неживой. Свойства  живой материи

     Жизнь — высшая форма организации материи. В то же время согласно академику В.А. Энгельгардту, у живой материи практически нет таких свойств, каких не существовало бы у неживой материи. Живое отличается от неживого только совокупностью особенностей.

     Одним из существенных свойств живого является обмен веществ, энергии и информации. Организмы потребляют из окружающей среды энергию и вещества и используют их для протекания жизненно важных реакций, а затем возвращают в среду эквивалентное количество энергии и вещества в другой форме, менее пригодной для них. Таким образом, организм — открытая система, находящаяся в стационарном состоянии: скорость поступления веществ и энергии из среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из системы. В основе последней находятся белки — носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты — носители информации. Важно подчеркнуть, что живое вещество существует только в потоке непрерывного обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой. Прекращение движения в этом потоке хотя бы одного компонента прекращает жизнь.

     Основу  обмена веществ составляют взаимосвязанные  и сбалансированные процессы ассимиляции, т.е. процессы синтеза веществ в организме, и диссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения разлагаются на простые, и выделяется энергия, требуемая для реакций биосинтеза. Отметим, что биогенные (необходимые для живого вещества) элементы всегда находятся в сложных миграциях, перемещениях. Их совокупность составляет круговорот веществ в биосфере.

     В качестве источников энергии для  живого вещества служат солнечная и другая тепловая радиация, пища, наконец, контакты с более теплыми телами. Энергия живых организмов в процессе их жизнедеятельности подвергается многим превращениям, в частности преобразовывается в механическую, тепловую, световую, химическую, электрическую и, в конце концов, рассеивается в окружающем пространстве.

     Что касается обмена информации, то в широком  и основном значении информация — это передача от одного живого объекта к другому различных сведений или иных воздействий, которые влияют на их жизнедеятельность. В узком смысле (например, для кибернетики) информация — это «антиэнтропия» (негэнтропия) или мера упорядочения материи. Наряду с этим каждый живой организм воспринимает и накапливает непрерывный поток информации второго рода, который идет к нему из окружающей среды: звуки, запахи, зрительные образы, изменение температуры, освещенность и т.д.

     Единство  химического состава. Состав живых организмов характеризуется наличием тех же химических элементов, что и в объектах неживой материи. В то же время соотношение элементов в живом и неживом неодинаково. Живое вещество состоит почти на 98,8% из элементов, которые повсеместно присутствуют и в атмосфере и в гидросфере: кислорода, водорода, азота и углерода. Из оставшихся один процент приходится еще на четыре элемента, широко распространенных и весьма подвижных: кальций, калий, магний и кремний. Оставшиеся 0,2% приходятся на долю серы, фосфора, хлора, натрия, алюминия и железа и лишь 0,01% — на все остальные элементы.

     Следует подчеркнуть, что обмен веществ  обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма.

     Здесь уместно, по нашему мнению, привести закон физико-химического единства живого вещества, сформулированный В.И. Вернадским: все живое вещество Земли физико-химически едино.

     Из  данного закона естественно вытекает следствие: вредное для одной  части живого вещества не может быть безразлично для другой его части (или: вредное для одних видов существ вредно и для других).

     Киральная чистота. Киральность — способность вещества поляризовать свет в одну из сторон (правую или левую). Чистота киральная — наличие исключительно объектов, которые несовместимы со своим зеркальным изображением (например, левая и правая руки). Согласно закону киральной чистоты Л. Пастера, живое вещество состоит из кирально чистых структур. Действительно, сахара, например, вырабатываемые живыми организмами, всегда поляризуют свет вправо и только вправо. Искусственно киральную чистоту получить очень трудно.

     Самовоспроизведение. Каждая отдельно взятая биологическая система существует ограниченное время; известно, что поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе последнего лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

     Процесс самовоспроизведения тесно связан с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных. Наследственность состоит в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение, что связано с относительной стабильностью, то есть постоянством строения молекул ДНК. Однако важно подчеркнуть, что развитие биологических процессов не может быть жестко детерминированным, предопределенным во всех деталях. Вследствие этого особенности родителей передаются потомству не с абсолютной точностью, а всегда с некоторыми отклонениями, обычно незначительными (микромутации), иногда существенными (макромугации).

     Изменчивость  — противоположное наследственности свойство организма. Оно связано с его способностью приобретать новые признаки и свойства. В основе наследственной изменчивости лежат изменения так называемых биологических матриц — молекул ДНК. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Больше шансов на сохранение получают особи, которые лучше приспособлены и быстрее размножаются. Однако и здесь в реальной жизни нет жесткой детерминации, поэтому возможны любые случайности. Согласно Ч. Дарвину, изменчивость, наследственность и естественный отбор — главные факторы эволюции жизни. Это приводит к появлению новых ее форм, новых видов живых организмов. Хотелось бы при этом уточнить одно обстоятельство. При появлении каждого варианта новых условий жизнь к ним приспосабливается, но обычно после ряда как бы «черновых» проб. И то, что в одинаковых условиях среды у видов любого происхождения появляются одинаковые и наиболее рациональные приспособления к этим условиям, придает жизни компьютерные свойства. Это следует понимать так, что подобно компьютерам, жизнь после ряда проб и ошибок находит оптимальное решение для каждой задачи.

     Способность к росту и развитию присуща любому живому организму. Последний с момента зарождения растет, увеличиваясь в размерах и массе, но при этом сохраняет общие черты строения. Таким образом, рост сопровождается развитием и в результате возникает новое качественное состояние живого объекта. Важно отметить, что развитие живой формы материи в целом представлено как индивидуальным, так и историческим развитием. На стадии индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются все свойства единого организма. Что касается исторического развития, оно сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Именно благодаря историческому развитию возникло все многообразие живых организмов на Земле.

     Для нормального функционирования живого организма в меняющихся условиях окружающей среды необходимо внутреннее регулирование — саморегуляция различных процессов, полное подчинение их единому порядку поддержания постоянства внутренней среды — гомеостазу. В основе саморегуляции лежит принцип обратной связи, в соответствии с которым сигналом для включения того или иного регулируемого процесса может быть изменение состояния какой-либо системы, например, изменение температуры, концентрации веществ

     и т.д. Такие системы построены в  клетке на химических принципах (процессы обмена веществ, как известно, регулируются на основе биологического катализа), в многоклеточном организме животного — на основе гуморальной и нервной регуляции, в сообществах организмов — в зависимости от разнообразия внутри — и межвидовых взаимодействий.

     Неотъемлемой  чертой, присущей всему живому, является раздражимость. Это свойство выражается реакциями живых организмов на внешнее воздействие и связано с передачей информации из внешней среды биологической системе любой сложности (организму, органу, клетке). Благодаря этому свойству организмы способны избирательно реагировать на условия окружающей среды (например, на тепло и холод). Наиболее яркой формой проявления раздражимости является движение. Реакции многоклеточных на раздражение (рефлексы) осуществляются с помощью нервной системы. Подчеркнем, что сочетания «раздражитель — реакция» могут накапливаться в виде опыта, то есть научения и памяти и использоваться в последующей жизнедеятельности (по крайней мере, у животных).

     Дискретность  — всеобщее свойство материи. Любая, в том числе биологическая, система состоит из отдельных, но, тем не менее, взаимодействующих частей, которые образуют структурно-функциональное единство. Живое вещество существует всегда дискретно, то есть в форме обособленных друг от друга тел, характеризующихся трехмерной структурой, которая специфична для каждого вида. Именно по характеру этой структуры можно отличить, например, льва от кошки. Каждый организм представляет собой непрерывно функционирующую систему химических веществ и внутриклеточных структур, а у многоклеточных видов еще и кледок, тканей и органов. Основу этих систем составляют белки — носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — носители информации.

     Структурная сложность живого начинается с гигантских полимерных молекул и продолжается на уровне клеток многоклеточных организмов и надорганизменных сообществ. Все живое на Земле характеризуется иерархичностью (соподчиненностью) структурной организации . Жизнедеятельность биологических систем на менее сложном уровне является предпосылкой осуществления свойств живого на более высоком уровне. Так, например, самовоспроизведение на уровне многоклеточного организма невозможно без деления клеток и т. д. Указанная взаимосвязь и соподчиненность уровней организации живого является отражением иерархичного принципа строения биологических систем и лежит в основе биологической формы движения материи.

     18. Влияние внешних  и внутренних факторов  на фотосинтез

     Интенсивность, или скорость процесса фотосинтеза  в растении зависит от ряда внутренних и внешних факторов. Из внутренних факторов наиболее важное значение имеют структура листа и содержание в нем хлорофилла, скорость накопления продуктов фотосинтеза в хлоропластах, влияние ферментов, а также наличие малых концентраций необходимых неорганических веществ. Внешние параметры — это количество и качество света, попадающего на листья, температура окружающей среды, концентрация углекислоты и кислорода в атмосфере вблизи растения.

     Скорость  фотосинтеза возрастает линейно, или  прямо пропорционально увеличению интенсивности света. По мере дальнейшего увеличения интенсивности света нарастание фотосинтеза становится все менее и менее выраженным, и, наконец, прекращается, когда освещенность достигает определенного уровня 10000 люкс. Дальнейшее увеличение интенсивности света уже не влияет на скорость фотосинтеза. Область стабильной скорости фотосинтеза называется областью светонасыщения. Если нужно увеличить скорость фотосинтеза в этой области, следует изменять не интенсивность света, а какие-либо другие факторы. Интенсивность солнечного света, попадающего в ясный летний день на поверхность земли, во многих местах нашей планеты составляет примерно 100000 люкс. Следовательно, растениям, за исключением тех, которые растут в густых лесах и в тени, падающего солнечного света бывает достаточно для насыщения их фотосинтетической активности (энергия квантов, соответствующих крайним участкам видимого диапазона — фиолетового и красного, различается всего лишь в два раза, и все фотоны этого диапазона в принципе способны осуществить запуск фотосинтеза).

     В случае низких интенсивностей света  скорость фотосинтеза при 15 и 25°С одинакова. Реакции, протекающие при таких интенсивностях света, которые соответствуют области лимитирования света, подобно истинным фотохимическим реакциям, нечувствительны к температурам. Однако при более высоких интенсивностях скорость фотосинтеза при 25°С гораздо выше, чем при 15°С. Следовательно, в области светового насыщения уровень фотосинтеза зависит не только от поглощения фотонов, но и от других факторов. Большинство растений в умеренном климате хорошо функционируют в интервале температур от 10 до 35°С, наиболее благоприятные условия — это температура около 25°С.

     В области лимитирования светом скорость фотосинтеза не изменяется при уменьшении концентрации СО₂. Отсюда можно сделать вывод, что СО₂ участвует непосредственно в фотохимической реакции. В то же время при более высоких интенсивностях освещения, лежащих за пределами области лимитирования, фотосинтез существенно возрастает при увеличении концентрации СО₂. У некоторых зерновых культур фотосинтез линейно возрастал при увеличении концентрации СО₂ до 0,5% (эти измерения проводили в кратковременных опытах, поскольку длительное воздействие высоких концентраций СО₂ повреждает листы). Высоких значений скорость фотосинтеза достигает при содержании СО₂ около 0,1%. Средняя концентрация углекислоты в атмосфере составляет от 0,03%. Поэтому в обычных условиях растениям не хватает СО₂, для того чтобы с максимальной эффективностью использовать попадающий на них солнечный свет. Если помещенное в замкнутый объем растение освещать светом насыщающей интенсивности, то концентрация СО₂ в объеме воздуха будет постепенно уменьшаться и достигнет постоянного уровня, известного под названием «СО₂ компенсационного пункта». В этой точке появление СО₂ при фотосинтезе уравновешивается выделением О₂ в результате дыхания (темнового и светового). У растений разных видов положения компенсационных пунктов различны.