Папоротник, что растет в лесу, — живая система? Бесспорно. А морозные узоры, что растут на стекле? Вероятно, вы догадаетесь, что нет, хотя внешне они бывают похожи на листья папоротника. Какая же разница между первым и вторым? Если на замерзшее стекло упадет солнечный луч, то ледяной папоротник растает, а настоящий именно благодаря солнечному свету будет расти и развиваться, потому что поглощает его энергию. Что же является главным признаком живого, какие особенности биосистем отличают их от физических или химических систем?
Определяющие признаки живого
Организация биосистем связана с внутренней упорядоченностью структуры и процессов, для поддержания которой все живые системы могут высвобождать, превращать и использовать энергию извне. Кроме того, живые организмы способны не только поддерживать, но и увеличивать свои энергетические запасы. Как отмечал известный биохимик В. А. Энгельгардт (1894-1984), именно «в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул состоит глубокое, коренное отличие живого от неживого». Проявлениями этого самого общего свойства живого являются все остальные признаки биосистем, отличающие их от физических или химических систем.
Все биосистемы являются открытыми, потому что постоянно обмениваются с окружающей средой веществами, энергией и информацией, а в закрытых неживых систем такого обмена не происходит. Так, растительный организм получает из окружающей среды световую, звуковую, химическую информацию, питательные вещества, солнечную энергию, а отдает в среду кислород, воду, тепло.
Любой живой системе свойственны механизмы саморегуляции, которые обеспечивают ее упорядоченность и устойчивость во времени. Саморегуляция биосистем проявляется в способности поддерживать динамическое постоянство своего внутреннего состояния (гомеостаз). Механизмы саморегуляции очень разнообразны в биосистемах, они обеспечивают функцию управления в соответствии с условиями окружающей среды и проявляются на всех уровнях организации жизни. Например, концентрация веществ в клетках регулируется наличием и переменной активностью ферментов, у живых организмов исследованы гуморальные, нервные и иммунные механизмы регуляции, на уровне популяции описаны механизмы регуляции численности и др. Чем сложнее структура биосистемы, тем разнообразнее будут механизмы регуляции и тем более устойчивой она будет к воздействию окружающей среды.
Еще одной важной особенностью биосистем является способность к самовоспроизведению. Это свойство является фундаментальным, поскольку обеспечивает преемственность жизни на Земле. «Omne vivum ex vivo» («Все живое от живого»), как отметил еще в XVII в. итальянский врач и естествоиспытатель Франческо Реди (1626-1697). Именно он впервые в истории биологии совершил эксперименты, опровергающие представления о самозарождения жизни (до того считалось, что рыбы могли возникать из ила, черви — из почвы, мухи — из мяса и т. д.).
На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, РНК и белков, клетки воспроизводят себе подобных путем разделения, организмы размножаются бесполым или половым способом, воспроизводство популяций обеспечивается размножением организмов и их способностью к расселению.
Все биосистемы способны сохранять свое существование в пределах определенного конечного периода благодаря процессам самообновления, направленные на создание новых или восстановление поврежденных частей (компонентов). Так, поврежденная ДНК может быть восстановлена через механизмы репарации; новые митохондрии или пластиды образуются путем разделения; восстановление клеток или органов обеспечивает регенерация; обновление организмов осуществляется с помощью стволовых клеток, а самообновления экосистем — в результате сукцессии (преемственность, наследование).
Итак, биологические системы — это открытые благоустроенные системы, способные к саморегуляции, самовоспроизведению и самообновлению вследствие постоянного потока веществ, энергии и информации.
Структурно-функциональные признаки живого
Жизнь — это особая форма существования материи, отличающийся от неживой природы особенностями структуры и процессов. В биологии существуют различные формулировки, в которых жизнь определяется субстратом (субстратный подход) или рассматривается как совокупность специфических процессов (функциональный подход).
«Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей природой» (Ф. Энгельс).
«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и саморазвивающиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот» (М. В. Волькенштейн).
«Жизнь — это глобальная планетарная самоупорядоченная, энергетически и информационно открытая система, которая представляет собой большое разнообразие форм единого в физико-химическом отношении живого вещества» (В. И. Вернадский).
«Жизнь есть форма существования биополимерных тел (систем), способных к саморепликации в условиях постоянного обмена веществами и энергией с окружающей средой» (В. И. Гольданский).
«Жизнь — это активное свойство живой материи, которое связано с затратами энергии на поддержание и воспроизводство специфической структуры» (Б. М. Медников).
Проблема познания сути жизни является главной проблемой не только биологии. Ученые приводят разные толкования понятия «жизнь» и выделяют различные особенности феномена жизни с точки зрения различных наук.
Физика. «Жизнь есть явление, которое свойственно открытым системам, которые способны самопроизвольно снижать собственную внутреннюю неустроенность за счет веществ или свободной энергии, полученных из окружающей среды и впоследствии выделенной в виде продуктов жизнедеятельности и теплоты».
Химия. «Жизнь — это не свойство какой-либо молекулы, а скорее результат взаимодействия между молекулами».
Кибернетика. «Живые системы — это системы, через которые проходят непрерывные потоки веществ, энергии, информации и которые способны воспринимать, хранить и перерабатывать информацию».
Философия. «Жизнь — особая, сложная форма движения материи, важнейшими признаками которой являются раздражительность, рост, размножение, в основе которых лежат процессы самообновления веществ».
Южная часть Румынии стала известна своими «живыми» камнями, которые умеют расти, дышать и даже размножаться. Местное население называет их тровантами. Эти камни имеют обтекаемую форму, на срезе можно разглядеть возрастные кольца, которые сосредоточены вокруг небольшого твердого ядра. Камни способны еще и к размножению, которое напоминает почкование. Тем не менее, эти «неорганические формы жизни на основе кремния», как их называют некоторые ученые, не относятся к живой природе.
Несмотря на все попытки ученых, однозначного определения понятия «жизнь» до сих пор не существует. Живым организмам присущ ряд признаков, которых нет в большинстве неживых систем. Однако среди них нет ни одной, которая была бы присуща только живому. Единственный способ описать жизнь — это перечислить определяющие признаки (атрибуты) и описательные структурно-функциональные признаки живого.
| ПРИЗНАКИ ЖИВОГО | ||
| ⇓ | ||
| ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИЗНИ | ||
| ⇓ | ||
| Структурно-функциональная организация жизни | ||
| Структурная организация |
<=> Поток веществ, энергии и информации |
Функциональная организация |
| 1. Единство химического состава (сходство биоэлементов и биомолекул)
2. Клеточное строение 3. Иерархическая организация (молекулы — клетки — организм — популяции — виды — экосистемы — биосфера) |
Основные свойства жизни: Обмен веществ. Адаптивность. Рост. Развитие. Наследственность. Изменчивость. Гомеостаз. Раздражительность
Процессы жизни: движение, питание, дыхание, транспортировки веществ, выделение, размножение, рост, регуляция процессов |
|
Итак, жизнь — это принцип существования биологических систем, которые отличаются от неживого сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью, что поддерживается благодаря способности поглощать, превращать и передавать энергию извне — главному признаку живого.