Основные свойства живого вещества
Жизнь - высшая форма организации материи. В то же время, по мнению академика В.А. Энгельгардта, у живой материи практически нет таких свойств, каких не существовало бы у неживой материи. Живое отличается от неживого только совокупностью особенностей.
Существенным свойством живого является обмен веществ, энергии и информации.Организм потребляет из окружающей среды энергию и вещества и использует их для жизненно важных реакций, а затем возвращает в среду эквивалентное количество энергии и вещества, но уже в другой форме, менее пригодной для него. Организм выступает как открытая система, находящаяся в стационарном состоянии: скорость поступления в нее веществ и энергии из окружающей среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из системы. В основе последней находятся белки - носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты - носители информации. Живое вещество способно существовать только в потоке непрерывного обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой. Прекращение движения в этом потоке хотя бы одного компонента прекращает жизнь организма.
В основе обмена веществ лежат 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. Совокупность процессов диссимиляции и ассимиляции, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей средой, называют обменом веществ или метаболизмом.
Источниками 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.
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. Кроме этого, каждый живой организм воспринимает и накапливает непрерывный поток информации второго рода, который поступает к нему из окружающей среды: звуки, запахи, зрительные образы, изменение температуры, освещенности и т.д.
Единство химического состава.Химический состав живых организмов характеризуется наличием тех же химических элементов, которые содержатся и в объектах неживой материи. Однако соотношение элементов в живом инеживом 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. Еще 0,2% приходятся на долю серы, фосфора, хлора, натрия, алюминия и железа и лишь 0,01 % - на все остальные элементы.
Благодаря обмену веществ обеспечивается относительное постоянство химического состава всех частей организма.
В. И. Вернадский сформулировал закон физико-химического единства живого вещества: все живое вещество Земли физико-химически едино.
Логичным является следствие из этого закона: вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части (или: вредное для одних видов существ вредно и для других).
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 чистотыЛ. 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: поэтому поддержание жизни невозможно без воспроизведения себе подобных. 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. Поэтому особенности родителей передаются потомству не с абсолютной точностью, а всегда с некоторыми отклонениями, обычно незначительными (микромутации), иногда существенными (макромутации).
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. Благодаря изменчивости создается разнообразный материал для естественного отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. При этом лучшие шансы на сохранение получают особи, которые более 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, способствующие появлению новых ее форм, новых видов живых организмов.
Способность к росту и развитиюприсуща любому живому организму, который 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. Историческое развитие сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Именно благодаря ему возникло все многообразие живых организмов на Земле.
Для нормального функционирования живого организма в меняющихся условиях окружающей среды необходимо внутреннее регулирование - саморегуляцияразличных процессов, полное подчинение их единому порядку поддержания постоянства внутренней среды - гомеостазу. В основе механизма 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. В отдельной клетке такие системы построены 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.
Чертой, присущей всему живому, является раздражимость. Она 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. Укажем, что сочетания «раздражитель - реакция» могут накапливаться в виде опыта, то есть научения и памяти, и использоваться в последующей жизнедеятельности (по крайней мере, у животных).
Дискретностьюявляется 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; они характеризуются трехмерной структурой, которая специфична для каждого вида. Именно по характеру этой структуры можно отличить, например, льва от кошки.
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 так далее. Указанная взаимосвязь и соподчиненность уровней организации живого является отражением иерархичного принципа строения биологических систем и лежит в основе биологической формы движения материи.
Вышеизложенное позволит, по нашему мнению, более близко подойти к пониманию, что такое жизнь. Согласно Н.Ф. Реймерсу, жизнь - это «...особая форма физико-химического состояния и движения материи, характеризуемая зеркальной асимметрией аминокислот и сахаров, обменом веществ, гомеостазом, раздражимостью, самовоспроизведением, системным самоуправлением, саморазвитием, приспособляемостью к среде (адаптацией), обычно подвижностью, физической и функциональной дискретностью отдельных индивидов или их общественных конгломератов (пчелы, муравьи, термиты и др.), исключительным разнообразием форм (число которых оценивается разными авторами от 1 - 1,5 до 5 млн.) при общем физико-химическом единстве живого вещества биосферы».