Все существующие на земле предметы могут быть разделены на два рода тел. К одному роду относятся живые тела или, как их называют иначе, организмы, например лошадь, курица, береза. К второму роду принадлежат не живые или неорганические тела, например железо, поваренная соль, камень и т.д. Так как к живым организмам относятся и растения, которые не могут ни двигаться, ни чувствовать, например видеть или слышать, то эти две способности, т.е. способность двигаться и чувствовать нельзя считать общим свойством всех живых организмов.
Не только растения, но и некоторые животные всю жизнь или часть жизни остаются на одном и том же месте, прикрепившись, например к камню. Другие животные, подобно растениям, лишены способности чувствовать; таковы, например, инфузории. Общим свойством всех живых организмов, будь ли то животные или растения, надо считать способность к так называемому обмену веществ, а обмен веществ заключается в следующем: вещество, из которого состоит тело живого организма, постоянно и медленно разрушается и постоянно возобновляется из того материала, который поступает в организм в виде пищи.
Разрушение вещества живых организмов происходит по следующей причине. В состав тела всех животных и растений входить вещество, называемое углеродом (в составе так называемых органических веществ). Этот углерод отличается стремлением соединяться с кислородом, а кислород находится в воздухе и в воде. Углерод, находящейся в теле живого организма и входящей в состав белка, углеводов, жира, соединяется с кислородом воздуха или с кислородом, растворенным в воде. В результате такого соединения, или, иначе, медленного окисления, получается газ, называемый углекислым газом; этот газ и выделяется из организма. Известно, что и горение какого-нибудь органического предмета, например, дерева, в сущности такое же соединение углерода горящего предмета с кислородом воздуха, при чем получается тот же углекислый газ, который уносится с дымом в воздух. Таким образом в теле живого организма происходит нечто подобное горению с той лишь разницей, что это горение происходит медленно и потому не сопровождается выделением столь большого количества тепла, как это бывает при настоящем горении. Вместо окисленных частиц, выдыхаемых или выделяемых в воздух в виде углекислого газа, в организм поступают новые частицы, который получаются из пищи. Стало быть, каждый организм, в том числе и каждый человек, в настоящее время состоит не из тех частиц, из которых он состоял несколько лет назад; точно так же и по прошествии нескольких лет организм будет состоять из других, новых частиц.
Доказать существование такого обмена веществ в организмах можно на примере любого животного. Если, к примеру, собаку не кормить, то она станет худеть и терять вес. Очевидно, ее тело теряет какое-то вещество и потому уменьшается вес. Тело собаки из нашего примера теряет углерод, который соединяется с кислородом воздуха, попадающего в организм через легкие, когда собака дышит. В результате соединения углерода с кислородом получается углекислый газ, который и выделяется в воздух теми же легкими. Если же собаку кормить, эти отделяющиеся от ее организма частицы углерода возобновляются из пищи, поэтому, несмотря на то, что медленное сгорание частиц организма собаки совершается постоянно, тело ее может и не уменьшаться в весе.
В таком обмене веществ заключается главное свойство всех живых организмов в отличие от предметов неживых. В неживых телах обмена веществ не существует. Каждый камень в настоящее время состоит из тех же частиц, из которых он состоял и во время своего появления на земле. Если количество веществ, поступающих в организм из пищи, равно тому количеству, какое выделяется из организма вследствие их медленного окисления, то вес и размер организма не изменяются и в организме устанавливается равновесие. Если же количество веществ, воспринимаемых организмом из пищи, больше того количества, которое выделяется, то организм увеличивается в весе и размере, или, как говорят, организм растет.
Способность расти это вторая особенность живых организмов в отличие от неживых тел. Камни и вообще все неживые тела не могут расти так, как растут живые организмы. Если ком снега катать по снегу, то ком будет увеличиваться, то есть тоже расти, но этот рост будет только внешним. На поверхность снежка будут прилипать новые частицы снега, частицы же первоначального кома останутся прежними, сколько бы мы ни катали этот ком по снегу. Между тем, когда растет организм, частицы его отделившихся частей вследствие обмена веществ обновляются, то-есть заменяются новыми. Поэтому рост организма происходить не оттого, что снаружи на его поверхности налепляются новые частицы, а оттого, что каждая часть его тела соответственным образом увеличивается в размерах. В течение роста ребенка растут и внутренняя части его тела, например, сердце, легкие, мозг и прочее. В отличие от возможного внешнего роста неживых тел, рост живых организмов мы можем назвать внутренним.
Способность размножаться составляет третью особенность живых организмов в отличие от неживых тел. Нет надобности пояснять, что неживые предметы, например, камни, размножаться не могут.
Таким образом организмы отличаются от неживых тел тем, что они могут питаться, расти и размножаться, при чем способность расти и размножаться является следствием способности к обмену веществ, потому что, если бы не было способности к обмену веществ, то не было бы и роста организмов, а если бы не было роста, то не было бы и размножения.
Клетки живого организма
Каждый организм, возьмем ли мы животное или растение, состоит из одного или гораздо чаще из большого числа мельчайших пузырьков или ячеек, наподобие пузырьков пены. Эти ячейки стали называть клетками. В организмах, тело которых состоит из большого числа этих ячеек, клетки соединяются друг с другом стенками, вследствие чего получается ячеистая масса, получившая название ткани. Ткань по устройству больше всего похожа на пену. Подобно тому, как в мыльной пене отдельные ячейки прилепляются друг к другу стенками и образуют массу пены, так и в тканях живых организмов отдельные клетки, скрепляясь друг с другом, образуют ткань, а из разных видов тканей составлено все тело живого организма. В отличие от ячеек пены, клетки организма, по большей части, бывают крошечной величины, так что увидеть их можно только при большом увеличении, если смотреть на них через микроскоп.
Внутри клеток находится полужидкое слизистое вещество, получившее название протоплазмы. Эта протоплазма имеет все те свойства, которые отличают живые тела от тел неживых. Именно она может питаться, расти и размножаться, и таким образом представляет из себя живую слизь. Некоторые организмы и состоят из одного единственного комочка протоплазмы микроскопической величины.
Протоплазма состоит из так называемых белков, образцом которых может служить белок куриного яйца. Кроме того, в протоплазме находятся вода и различный минеральные вещества, то есть вещества, относящиеся к неживой природе, например поваренная соль, соли различных металлов и т.д. Белки же, в свою очередь, состоят из следующих простых веществ, то есть таких веществ, которые разлагаться на составляющие части не могут: из кислорода, углерода, водорода, азота и серы.
Отсюда видно, что протоплазма так же, как и вообще тело любого живого организма, состоит из самых обыкновенных простых веществ, находящихся всюду в природе и встречающихся также и в телах неживых. Кислород находится в воздухе и воде, углерод в виде углекислого газа в воздухе и в различных камнях или минералах, водород в воде, азот в воздухе, сера в различных минералах. Стало быть, нет ни одного простого, то есть неразложимого на составляющие, вещества, которое встречалось бы только в живых организмах и не встречалось в телах неживых. Зная это, мы можем сделать предположение, нельзя ли живую протоплазму приготовить искусственно, или, по крайней мере, не могут ли тела неживые сами собой превращаться в живую протоплазму. Хотя в настоящее время и удалось синтезировать искусственно многие органические вещества, аналогичные находящимся в живых организмах, например, сахар, жир и другие продукты органической химии, но до сих пор не удалось сделать искусственно не только живую протоплазму, но и ее главную составную часть, то-есть белковые вещества. Еще недавно думали, что некоторые низшие животные могут рождаться сами собой из веществ неживых. Если, например, в стакан с водой положить измельченное сено или траву, то через несколько дней в этой воде появляется множество крошечных животных, называемых инфузориями. Одно время думали, что эти инфузории заводятся сами собой. Однако впоследствии было доказано, что они появляются в такой воде первоначально в виде зародышей, а зародыши инфузорий переносятся с пылью в воздухе, и попав в благоприятную среду с питательными веществами (сено в воде) начинают быстро расти и размножаться.
Отличия живой и неживой природы
Знаменитый французский физиолог, Клод Бернар первый определил совокупность признаков, резко отличающих жизненные явления от явлений, происходящих в мертвой природе. Основные свойства живых существ — следующие:
1) Организация. Тело живых существ, т. е. животных и растений, построено согласно определенному архитектурному плану, между. тем как в мертвой природе только у кристаллов есть строение, выражающееся в оптических и других свойствах кристаллических тел. Особую важность мы придаем не внешней, видимой организации живых существ, но тонкому, невидимому для нас строению протоплазмы, — основного живого вещества, которое носит в себе все жизненные свойства как и у больших, высоко организованных животных и растений, так и у мельчайших, простейших живых существ, состоящих из микроскопически малого, по виду однородного комочка слизи.
2) Воспроизведение. Всякое живое существо происходит от других живых существ, своих родителей, и в свою очередь способно давать происхождение новым живым существам, передавая им при этом по наследству свои отличительные признаки. Как священный огонь Весты, жизнь передается преемственно.
3) Развитие. Растения и животные начинают свою жизнь в виде крошечного зародыша и затем проходят определенные ступени развития, приводящего их к состоянию взрослого организма, причем, в большинстве случаев, объем тела организма увеличивается и строение усложняется.
4) Питание — представляет собой необходимое условие развития, как явления, связанного с увеличением объема и веса, а также с развитием новых органов и частей тела. Для построения этих органов необходим приток новых материалов. Действительно, каждый живой организм обладает способностью потреблять питательные вещества и путем разнообразных химических превращений перерабатывать их соответственно со своими потребностями. На основании этого, ученые нередко сравнивали организм с химической фабрикой. Как для поддержания работы фабрики необходимо сжигать определенное количество какого-либо топлива, так и для поддержания непрерывной деятельности организма необходимо сжигать часть питательных материалов; это физиологическое сжигание называется дыханием. Итак, вещества, которые усваиваются организмом при питании, частью перерабатываются для построения различных тканей и органов, частью же сжигаются для поддержания различных работ, совершаемых в организмах живых существ.
5) Ограниченность существования во времени. Из предшествующего видно, что живой организм во многом напоминает сложный механизм. Всякий механизм в конце концов изнашивается и перестает выполнять свои функции. В живом организме, с течением времени, также начинает обнаруживаться ухудшение работы отдельных частей и органов, происходит нарушение взаимосвязей органов и, вследствие этого, наступает ослабление жизнедеятельности, которое мы называем дряхлостью. В дальнейшем дряхлость все усиливается; наконец, расстройство внутренних связей достигает уже такой степени, при которой никакая жизненная деятельность невозможна. Наступает то, что мы называем естественной смертью организма.
Возникновение живых организмов
Как видно из только что сказанного, живые существа обладают такими своеобразными особенностями, что вполне естественна и понятна преемственность жизни, отмеченная в признаке «воспроизведение». Как ни удивительно для нас явление наследственности, было бы все-таки еще гораздо удивительнее, если бы все отличительные признаки живого организма могли сами собой устанавливаться при каждом новом рождении.
В связи с этими соображениями, во все эпохи культурного существования человечества умы мыслителей и естествоиспытателей постоянно интересовал вопрос: как же появилась жизнь на земле впервые? Ведь было такое время, когда наша планета носилась в мировом пространстве, лишенная любого проявления жизни. Это мы можем уверенно утверждать на следующем основании. Материалом для построения тела животных и растений служат так называемые органические вещества, обладающие свойством, при наступлении достаточно высокой температуры, гореть и при горении распадаться на простые минеральные вещества. Между тем, в начале своего существования земля находилась в огненно-жидком состоянии; на ее поверхности царила такая высокая температура, с которой не могут сравниться никакие современные плавильные печи. Очевидно, при таких условиях не было возможно не только существование живых организмов, но даже и материалов, из которых строится их тело. Жизнь на земле могла появиться только после ее охлаждения. Не было ли связано это появление жизни с созданием живого из мертвого? Некоторые ученые считали возможным не только признавать такое положение, но даже идти дальше и допускать, что зарождение жизни среди неодушевленной природы постоянно происходит и в настоящее время. Эта гипотеза носит название «гипотезы самозарождения».
В древние и средние века вера в самозарождение была весьма распространена. Предполагалось, что такие животные, как мыши и лягушки, поражающие своим быстрым размножением, могут происходить путем самозарождения. Относительно возможности подобного способа происхождения многих насекомых и особенно червей в разлагающемся мясе никто не сомневался.
Однако, уже в XVII столетии все эти предположения были опровергнуты. Изучение истории развития животных обнаружило, чем вызывается их размножение. Особенно убедительны были опыты Реди. Он показал, что мясо, плотно покрытое тканью, никогда не содержит в себе червей. Эти черви представляют собой не что иное, как личинки мух, и если преградить мухам доступ к мясу, то оно, правда, все-таки загнивает, но черви в нем не развиваются.