Определение и сущность жизни

Во все времена ученых волновала проблема сущности жизни. Что есть жизнь? Существует множество различных определений. Для естествознания 19 века наиболее удачным можно считать определение Ф.Энгельса, согласно которому жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел.

В 20 веке понятие жизни существенно углубилось. Живое не ограничивается белком в качестве субстрата и обменом веществ в качестве функции. Во второй половине 20 века было предложено следующее определение: жизнь есть способ существования материи, закономерно возникающий не уровне высокомолекулярных соединений и характеризующийся динамичными, лабильными структурами, функцией самообмена, процессами саморегулирования, самовосстановления и накопления наследственной информации.

По определению известного ученого Г. Селье, жизнь – это процесс непрерывной адаптации организмов к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Адаптации заключаются в поддержании структуры и функций всех ключевых систем организма при воздействии на него различных по природе факторов среды. Адаптации являются основой устойчивости и продуктивности всех организмов.

Важнейшими свойствами живого, в отличие от неживой природы, являются: самоорганизация, саморегуляция, само-воспроизводство.

Проблема происхождения жизни на земле

Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения Вселенной и проблемой происхождения человека. Попытки понять, как возникла жизнь на Земле, предпринимались еще в глубокой древности. В античности сложились два противоположных подхода к решению этой проблемы:

• религиозно-идеалистический (жизнь является следствием божественного творческого акта) – креационизм;

• материалистический – под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого.

При всей своей примитивности первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.

Идея самозарождения получила широкое распространение в Средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность зарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих. Известны попытки Парацельса разработать рецепты искусственного человека (гомункулуса).

Невозможность самопроизвольного зарождения жизни была доказана многими опытами. Итальянский ученый Ф. Реди в 17 веке экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных, а Л. Пастер в середине 19 века окончательно развенчал версию о самозарождении, доказав невозможность самопроизвольного зарождения современных микроорганизмов в питательной среде.

Появление жизни на Земле пытались объяснить занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), согласно которой жизнь является вечной, а зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. В 1907 г. шведский естествоиспытатель С. Аррениус выдвинул гипотезу панспермии: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого. В настоящее время получены космохимические данные, указывающие на широкие возможности возникновения органических веществ как предшественников жизни химическим путем, в космических условиях. В межзвездных облаках обнаружены соединения углерода, включая аминокислоты. Спектральный анализ космической пыли позволяет обнаружить в ней достаточно сложные органические вещества. Органические соединения довольно большой сложности присутствуют в метеоритах. В них обнаружены спирты, карбониловые соединения, алифатические карбоксиловые кислоты и т.д.

Идею вечности жизни разделял и В. И. Вернадский, но вечности не в плане ее космического перераспределения между планетами, а в смысле неразрывности материи и жизни. Иными словами, жизнь и материя, по Вернадскому, взаимосвязаны, между ними нет временной последовательности (гипотеза стационарного состояния).

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы, жизни в прошлом из неорганической материи.

Согласно теории биохимической эволюции жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. По мнению одного из авторов этой теории А.И.Опарина, происхождению жизни и ее развитию предшествовал достаточно длительный период химической эволюции. Атмосфера первобытной Земли была восстановительной (отсутствовал кислород) и состояла в основном из воды, аммиака, углекислого газа и метана. Согласно теории Опарина, жизнь возникла в океане. Под действием интенсивной солнечной радиации, вулканической деятельности, электрических разрядов там синтезировались вначале несложные органические вещества, образовавшие «первичный бульон». Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений. Благодаря тем же условиям, относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись, полимеризировались и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты.

В 1953 г. С. Миллер и Г. Юри воссоздали условия, характерные, по тогдашним представлениям, для ранней Земли, и получили аминокислоты и другие органические соединения. Однако проблема происхождения жизни оказалась намного сложнее, чем казалось вначале.

А.И. Опарин был сторонником идеи «голобиоза», т.е. первичности структуры типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ, при участии ферментного механизма. А Дж. Холдейн придерживался идеи «генобиоза», т.е. первичности молекулярной системы со свойствами генетического кода.

Согласно теории А.И. Опарина дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ и образованием фазовообособленных систем – протоклеток. В качестве протоклеток могли выступать коацерваты – мельчайшие коллоидальные частицы, капли, обладающие осмотическими свойствами.

Главная задача в учении о происхождении жизни – объяснить возникновение матричного синтеза белков. Жизнь возникла тогда, когда начал действовать механизм редупликации ДНК. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Переход к матричному синтезу белков был величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм перехода пока не ясен. Основная трудность состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для создания белков – нуклеиновые кислоты. В начале 1980-х годов было обнаружено, что РНК способна к аутокаталитической репликации. В результате сформировалось представление, что древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа и генотипа, т.е. была подвержена как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору, - эволюционировала.