| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Вражаюча різноманіття життя створює великі труднощі для її однозначної і вичерпного визначення як особливого явища природи. У багатьох визначеннях життя, що пропонувалися видатними мислителями і вченими, вказуються провідні властивості, якісно відрізняють (на думку того чи іншого автора) живе від неживого. Наприклад, життя визначали як «харчування, ріст і постаріння» (Аристотель); «Стійке однаковість процесів при розходженні зовнішніх впливів» (Г. Тревіранус); «Сукупність функцій, що чинять опір смерті» (М. Біша); «Хімічну функцію» (А. Лавуазьє); «Складний хімічний процес» (І. П. Павлов). Незадоволеність вчених цими визначеннями зрозуміла. Спостереження показують, що властивості живого не носять виняткового характеру і окремо виявляються серед об'єктів неживої природи.
Визначення життя як «особливої, дуже складної форми руху матерії» (А. І. Опарін) відображає її якісну своєрідність, незвідність біологічних законів до хімічних і фізичних. Однак воно носить загальний характер, не розкриваючи конкретного змісту цього своєрідності.
У практичному відношенні корисні визначення, засновані на виділенні комплексу властивостей, який обов'язковий для живих форм. Одне з них характеризує життя як макромолекулярную відкриту систему, якій властиві ієрархічна організація, здатність до самовідтворення, обмін речовин, тонко регульований потік енергії. Життя, згідно з цим визначенням, представляє собою ядро впорядкованості, що поширюється в менш впорядкованої Всесвіту.
Розглянемо головні, обов'язкові якості життя більш детально. Живим істотам притаманний особливий спосіб взаємодії з навколишнім середовищем - обмін речовин. Його зміст складають взаємопов'язані і збалансовані процеси асиміляції (Анаболізм) і дисиміляції (Катаболізм). Результатом асиміляції є утворення і оновлення структур організму, дисиміляції - розщеплення органічних сполук з метою забезпечення різних сторін життєдіяльності необхідними речовинами і енергією. Для здійснення обміну речовин необхідний постійний приплив певних речовин ззовні; деякі продукти дисиміляції виділяються в зовнішнє середовище. Таким чином, організм є по відношенню до навколишнього середовища відкритою системою.
Процеси асиміляції та дисиміляції представлені численними хімічними реакціями, об'єднаними в метаболічні ланцюги, цикли, каскади. Останні являють собою сукупність взаємопов'язаних реакцій, протікання яких строго впорядковане в часі і просторі. В результаті здійснення клітиною метаболічного циклу досягається певний біологічний результат: з амінокислот утворюється молекула білка, молекула молочної кислоти розщеплюється до С02 і Н20. Упорядкованість різних сторін обміну речовин досягається завдяки структурованості об'єму клітини, наприклад виділення в ній водної та ліпідної фаз, наявності обов'язкових внутрішньоклітинних структур, таких як мітохондрії, лізосоми та ін. На важливість властивості структурованості вказує наступний приклад. Тіло мікоплазми (мікроорганізму, що займає за розмірами проміжне положення між вірусами і типовими бактеріями) перевершує по діаметру атом водню за все в 1000 разів. Навіть в такому малому обсязі здійснюється приблизно 100 біохімічних реакцій, необхідних для життєдіяльності цього організму. Для порівняння: життєдіяльність клітини людини вимагає узгодженого протікання більш 10 000 реакцій.
Зі сказаного випливає, що структурованість необхідна для ефективного обміну речовин. З іншого боку, будь-яка упорядкованість для своєї підтримки вимагає витрати енергії. Для з'ясування характеру зв'язків між структурованістю, обміном речовин і відкритістю живих систем корисно звернутися до поняття ентропії.
згідно закону збереження енергії (Перший початок термодинаміки), при хімічних і фізичних перетвореннях вона не зникає і не утворюється знову, а переходить з однієї форми в іншу. Тому теоретично будь-який процес повинен протікати однаково легко в прямому і зворотному напрямках. У природі такого, однак, не спостерігається. Без впливів ззовні процеси в системах йдуть в одному напрямку: теплота переходить від більш теплого об'єкта до холодного, в розчині молекули переміщаються із зони високої концентрації в зону з малою концентрацією і т. Д.
У наведених прикладах первісний стан системи завдяки наявності градієнтів температури або концентрації характеризувалося певною структурованістю. Природний розвиток процесів неминуче призводить до стану рівноваги як статистично більш ймовірного. Одночасно втрачається структурованість. Мірою безповоротності природних процесів служить ентропія, кількість якої в системі обернено пропорційно ступеня впорядкованості (структурованості).
Закономірності зміни ентропії описуються другим початком термодинаміки. Згідно з цим законом, в енергетично ізольованій системі при нерівних процесах кількість ентропії змінюється в одну сторону. Воно збільшується, стаючи максимальним після досягнення стану рівноваги. Живий організм відрізняється високим ступенем структурованості і низькою ентропією. Це досягається завдяки постійному припливу ззовні енергії, яка використовується на підтримку внутрішньої структури. здатність протистояти наростання ентропії, зберігати високий рівень впорядкованості є обов'язковим властивістю життя.
Життя є постійний процес самООНовлення, в результаті якого відтворюються структури, відповідні зношується і втрачає. Це досягається завдяки використанню живими формами для побудови своїх структур і забезпечення всіх сторін життєдіяльності біологічної (генетичної) інформації. Остання відбиралася за ознакою біологічної корисності в процесі еволюції видів, що населяють планету. Вона зберігається, записана за допомогою спеціального коду, в спадковому речовині клітин.
Молекулярний механізм використання живими організмами біологічної інформації заснований на функціонуванні в клітинах унікальних хімічних сполук - біологічних полімерів, які не зустрічаються в природних умовах в неживих об'єктах. По-перше, це білки, які, виконуючи роль біологічних каталізаторів (ферменти), обумовлюють протікання біохімічних реакцій в потрібному напрямку, з достатньою швидкістю, при досить м'яких умовах температури і тиску. Ферменти відрізняються специфічністю. Вони каталізують перетворення речовин певного хімічної будови або навіть окремого речовини. Специфічність ферментів, так само як і білків, які не виконують каталітичної функції, залежить від первинної структури білка, т. Е. Постійності послідовності амінокислот в їх молекулі. Білки організму постійно оновлюються. Найважливішою особливістю є те, що кожне наступне покоління білкових молекул зберігає вихідну первинну структуру. Таким чином, всякий раз білки несуть в собі одну і ту ж біологічну інформацію і, отже, виконують одні і ті ж функції, необхідні клітці або організму.
Сталість біологічної інформації білкових молекул досягається тим, що в якості матриць для їх синтезу використовуються молекули нуклеїнових кислот. Інформація, що зберігається в ДНК, переноситься на білок за допомогою молекул рибонуклеїнової кислоти - РНК. Зберігання та використання біологічної (генетичної) інформації на основі унікальних інформаційних макромолекул білків і нуклеїнових кислот становить важливу властивість життя.
Зберігання інформації в ДНК, утилізація її в процесі життєдіяльності шляхом перенесення на білки і далі на різні біологічні структури знаходять своє відображення в наявності генотипу і фенотипу, що також обов'язково для всіх живих істот. Втілення вихідної спадкової інформації генотипу в інформацію робочих структур організму відбувається в процесі онтогенезу - індивідуального розвитку, типового для живих форм. В ході цього процесу проявляється така властивість, як здатність до зростання.
Організми мають властивість змінювати свій стан в залежності від коливань параметрів навколишнього або внутрішнього середовища. Така реакція має пристосувальне значення і залежить від наявності механізмів реєстрації відповідних коливань, аналізу даних, що надходять, вироблення рішень за змістом і інтенсивності відповіді. Назване властивість дозволяє розглядати живі форми як кібернетичні пристрої, які підпадають під дію законів передачі і переробки інформації. термін інформація вживається тут в широкому сенсі. Біологічна інформація, про яку йшла розмова, якісно і кількісно відповідає спадкової інформації ДНК. Інформація в кібернетичному сенсі включає і особистий досвід організму. Індивідуальні реакції живих істот на зовнішні і внутрішні стимули обумовлюються такими загальними властивостями життя, як подразливість і збудливість.
Область життя представлена сукупністю окремих організмів, т. Е. Характеризується дискретністю. Тривалість життя організмів обмежена. У зв'язку з цим збереження життя в часі залежить від такого її властивості, як здатність до розмноженню,
т. е. до відтворення собі подібних за типом обміну речовин і основних характеристик морфофизиологічної організації.
Існують також властивості, що поширюються на сферу життя в цілому. Вони відображають універсальні принципи її існування в часі і просторі. Одне з таких властивостей - включеність організмів в процес еволюції. Завдяки цьому життя як особливе явище матеріального світу зберігається на протязі ось вже більше 3 млрд років. Друге таке властивість - існування окремих організмів лише у взаємодії з іншими в складі особливих співтовариств - біоценозів.