Проблема сущности живого и его отличия от неживой природы

существует пищевая (трофическая) связь. Живые системы образуют пищевые

цепочки: энергия, накопленная при фотосинтезе растениями, передается

через травоядных к хищникам; заключительным звеном пищевой цепочки

являются микробы, перерабатывающие вещество отмерших организмов в

неорганические вещества. В последующем эти молекулы вновь могут

участвовать в образовании и живых систем. В итоге в биосфере

сформировался глобальный круговорот веществ, который обусловлен так

называемыми биогеохимическими циклами. Основными являются циклы

обращения в биосфере воды, а также элементов, из которых состоят живые

системы.

Первоисточником энергетического потока, проходящего сквозь все

пищевые цепочки в биосфере, служит энергия солнечного

электромагнитного излучения, попадающая на поверхность Земли в видимом

диапазоне (свет). Финалом преобразований в пищевых цепочках является

освобождение энергии в виде тепла при переработке микробами

органических остатков. Вся высвободившаяся в процессе

жизнедеятельности в биосфере энергия возвращается поверхностью Земли в

мировое пространство главным образом в виде электромагнитного

инфракрасного диапазона.

В глобальном энергетическом балансе принципиально важно, что энтропия

поступающего на Землю коротковолнового излучения меньше, чем энтропия

длинноволнового излучения, переизлучаемого нашей планетой. За счет

этой отрицательной разности энтропий на поверхности Земли возможно

образование и поддержание упорядоченных структур (как это происходит и

во многих других природных системах). Вся биосфера Земли представляет

собой высокоорганизованную систему, упорядоченность в которой

поддерживается за счет отрицательного энтропийного баланса.

Начало жизни на Земле.

Начало жизни на Земле – появление нуклеиновых кислот, способных

к воспроизводству белков. Переход от сложных органических веществ а

простым живым организмам пока неясен. Теория биохимической эволюции

предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней на границе между коацерватами

– сгустками органических веществ – могли выстраиваться

молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию

примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам

стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной в

самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к

росту.

Самое трудное для этой гипотезы – объяснить способность живых

систем к самовоспроизведению, т.е. сам переход от сложных неживых

систем к простым живым организмам. Несомненно, в модели происхождения

жизни будут включаться новые знания, и они будут более обоснованными.

Но, повторимся, что чем более качественно новое отличается от старого,

тем труднее объяснить его возникновение. Поэтому здесь и говорят о

моделях и гипотезах, а не о теориях.

Так или иначе, следующим шагом в организации живого должно было быть

образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ

от окружающей среды. С их появлением и получается клетка –

«единица жизни», главнее структурное отличие живого от неживого. Все

основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают

в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно для того,

чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества,

синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы. Огромное

значение для биологических процессов в клетке имеют ферменты. Они

обладают часто высокой специализированностью и могут влиять только на

одну реакцию. Принцип их действия в том, что молекулы других веществ

стремятся присоединиться к активным участкам молекулы фермента. Тем

самым повышается вероятность их столкновения, а, следовательно,

скорость химической реакции.

Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из

клеток человек синтезируется свыше 10000 разных белков. Величина

клеток – микрометра до более одного метра (у нервных клеток,

имеющих отростки). Клетки могут быть дифференцированными (нервные,

мышечные и т.д.). Большинство из них обладает способностью

восстанавливаться, но некоторые, например, нервные – нет или

почти нет.

Вещественная основа жизни.

ХХ век привел к созданию первых научных моделей происхождения жизни.

В 1924 году в книге Александра Ивановича Опарина «происхождения жизни»

была впервые сформулирована естественнонаучная концепция, согласно

которой возникновение жизни – результат длительной эволюции на

Земле – сначала химической, затем биохимической. Эта концепция

получила набольшее признание в научной среде.

Можно выделить следующие этапы живых систем, начиная с самых

простейших и затем следуя пути постепенного усложнения. В вещественном

плане для становления жизни нужен прежде всего углерод. Жизнь на Земле

основана на этом элементе, хотя в принципе можно предположить

существование жизни и на кремниевой основе. Возможно гдето во

Вселенной существует и «кремниевая цивилизация», но на Земле основой

жизни является углерод.

Чем это обусловлено? Атому углерода вырабатываются в недрах больших

звезд в необходимом для образования жизни количестве. Углерод способен

создавать разнообразные (несколько десятков миллионов), подвижные,

низкоэлектропроводные, студенистые, насыщенные водой, длинные

скрученные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородов,

кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают замечательными

каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и

иными свойствами.

Кислород, водород и азот наряду с углеродом можно отнести к

«кирпичикам» живого. Клетка состоит на 7% из кислорода, 17% углерода,

10% водорода, 3% азота. Все кирпичики живого принадлежат к наиболее

устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они

легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым

атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде.

По радиоастрономическим данным органические вещества возникали не

только до появления жизни, но и до формирования нашей планеты.

Следовательно, органические веществе абиогенного происхождения

присутствовали на Земле уже при ее образовании.

При образовании Земли из космической пыли (частиц железа и силикатов

– веществ, в состав которых входит кремний) и газа весьма

вероятно, что на внешних участках Солнечной системы газы могли

конденсироваться. Органические соединения могли синтезироваться и на

поверхности пылинок.

Химические и палеонтологические исследования древнейших докембрийских

отложений и особенно многочисленные модельные эксперименты,

воспроизводящие условия, которые господствовали на поверхности

первобытной Земли, позволяют понять, как в этих условиях происходило

образование все более сложных органических веществ.

Жизнь возможна только при определенных физических и химических

условиях (температура, присутствие воды, солей и т.д.). Прекращение

жизненных процессов, например, при высушивании семян или глубоком

замораживании мелких организмов, не ведет к потере их

жизнеспособности. Если структура сохраняется неповрежденной, она при

возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление

жизненных процессов.

Также и для возникновения жизни нужны определенные диапазоны

температуры, влажности, давления, уровня радиации, определенная

направленность развития Вселенной и время. Взаимное удаление галактик

приводит к тому, что их электромагнитное излучение приходит к нам

более ослабленным. Если бы галактики сближались, то плотность радиации

во Вселенной была бы столь велика, что жизнь не могла бы существовать.

Углерод синтезирован в звездах гигантах несколько миллиардов лет назад,

Если бы возраст, Вселенной был меньше, то жизнь также не могла бы

возникнуть. Планеты должна иметь определенную массу для того, чтобы

удержать атмосферу.

Организации живых систем.

С момента возникновения жизни органическая природа находится в

непрерывном развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет,

и его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца его не описано и не

классифицировано.

Жизнь на Земле представлена ядерными и доядерными, одноклеточными и

многоклеточными существами; многоклеточные, в свою очередь,

представлены грибами, растениями и животными. Любое их этих царств

объединяют разнообразные типы, классы, отряды, семейства, роды, виды,

популяции и индивидуумы.

Первые представления о системах и уровнях организации живых систем

были заимствованы из опыта изучения живой природы. Следующий,

теоретический шаг в понимании сущности вопросов неизбежно связан с

анализом непосредственно данной живой системы, ее расчленением на

отдельные подсистемы и элементы, изучение структуры системы,

выявлением различных структурных уровней организации живых систем.

Можно выделить несколько разных уровней организации живого:

молекулярный, клеточный, тканевый, органный, онтогенетический,

популяционный, видовой, биогеоцентрический, биосферный. Перечисленные

уровни выделены по удобству изучения.

При изучении молекулярногенетического уровня достигнута, видимо,

наибольшая ясность в определении основных понятий, а также в выявлении

элементарных структур и явлений. Развитие хромосомной теории

наследственности, анализ мутационного процесса, изучение строения

хромосом, фагов и вирусов вскрыли основные черты организации

элементарных генетических структур и связанных с ними явлений.

Представление о структурных уровнях организации сформировалось под

влиянием открытия клеточной теории строения живых тел. В середине XIX

в. клетка рассматривалась как последняя единица живой материи,

наподобие атома неорганических тел. Л. Пастер высказал мысль, что

важнейшим свойством всей живой материи является молекулярная

асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь

на эту аналогию, в современной науке это свойство назвали молекулярной

хиральностью (от греч. cheir – «рука»).

Наряду с изучением структуры белка в последние 50 лет интенсивно

изучались механизмы наследственности и воспроизводства живых систем.

Особенно остро этот вопрос встал перед биологами в связи с

определением границы между живым и неживым. С трого научное

разграничение живого и неживого встречает определенные трудности.

Имеются как бы переходные формы от нежизни к жизни. Большие споры

возникли вокруг природы вирусов, обладающих способностью к

самовоспроизводству, но не имеющих возможности осуществлять процессы,

которые мы обычно приписываем живым системам: обмениваться веществом,

реагировать на внешние раздражители, расти и т.п.

Вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из

атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют

основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут