1. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода. Фундаментальные свойства живых систем и атрибуты жизни.

Жизнь в ее конкретных проявлениях отличается большим многообразием. Можно, однако, выделить совокупность свойств, которые присуши всем живым существам, и отличают их от тел неживой природы. Для живых объектов характерна особая форма взаимодействия с окружающей средой — обмен веществ. Осно­ву его составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катабо­лизм). Эти процессы направлены на обновление структур организма, а также на обеспечение различных сторон его жизнедеятельности необходимыми питательными веществами и энергией. Обязательным условием обмена веществ служит поступление извне определенных химических соединений, т. е. существование организма как открытой системы.

Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены объеди­ненными в метаболические каскады и циклы химическими реакциями, которые строго упорядочены во времени и пространстве. Пока­зательны расчеты для микоплазм — микроорганизмов, занимающих по размерам промежуточное положение между вирусами и типичными бактериями. Наиболее мелкие из них превосходят по диаметру атом водорода всего в 1000 раз, но их метаболический аппарат включает при­мерно 100 реакций (в клетке человека их более 10 000). Согласованное протекание большого количества реакций в малом объеме достигается путем закономерного распределения отдельных звеньев обмена веществ в протоплазме — структурированности, что является обя­зательным свойством живых объектов.

Для выяснения связей между структурированностью, обменом веществ и существованием живых форм как открытых систем следует обратиться к понятию энтропии.

В соответствии с первым началом термодинамики при химических и физических превращениях энергия не исчезает и не образуется вновь, а переходит из одной формы в другую (закон сохранения энергии). Поэтому теоретически каждый процесс мог бы протекать одинаково легко в прямом и в обратном направлениях. В природе же разнообраз­ные процессы самопроизвольно, без воздействий со стороны окружаю­щей среды (извне) идут всегда в одном направлении: теплота переходит от более теплого объекта к менее теплому, частицы в растворе переме­шаются из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации и т. д. Мерой необратимости природных процессов служит энтропия. Закономерности изменения энтропии описываются вторым началом термодинамики, согласно которому в энергетически изолированной системе, если в ней происходят неравновесные процессы, количество энтропии изменяется в одну сторону, становясь максимальным по достижении состояния равновесия. Статистическое истолкование вто­рого начала термодинамики (принцип Больцмана) говорит, что равновесное состояние является наиболее вероятным в естественных условиях и характеризуется наименьшей упорядоченностью элементов системы. Поэтому энтропию рассматривают и как меру упорядоченно­сти (структурированности) природных систем. Живой организм сохра­няет структурированность на протяжении жизни, противостоя все­общей тенденции к возрастанию энтропии, что становится возможным благодаря постоянному притоку энергии извне, которая поддерживает состояние равновесия. Живой организм в отличие от тел неживой приро­ды представляет собой энергетически открытую систему, т. е. активно организует поступление энергии за счет обмена веществ с окружающей средой. Это свойство обусловлено приспособленностью организма к условиям обитания. Перекачивая из внешней среды энергию и за счет этого понижая энтропию внутри себя, живые существа повышают энтропию окружающей среды.

Благодаря обмену веществ организм выполняет работу, направлен­ную на объекты внешней среды. Результатом ее является, в частности, отыскание и поглощение пищи, что обеспечивает приток и усвоение необходимых для жизнедеятельности веществ. Часть субстра­тов и энергии, высвобождаемых в результате обмена веществ, используется на постоянное самообновление структур организма, которые в процессе жизнедеятельности и взаимодействия со средой обитания подвергаются неблагоприятным изменениям. Эти изменения в целом повышают энтропию, тогда как самообновление препятствует этому процессу. Постоянная работа по поддержанию в самих себе энтропии на достаточно низком уровне служит важным свойством живых форм.

В результате самообновления воссоздаются структуры, в точности соответствующие разрушаемым. Это происходит благодаря наличию в живых объектах информации (определенного знания), которая создавалась в процессе эволюции вида и содержится в наследственном веществе — ДНК. Использование биологической информации состав­ляет еще одно свойство живых форм. Воплощение информации в структуру живого объекта происходит в процессе характерного для живых форм индивидуального развития, в ходе которого наблюдается и такое свойство, как способность к росту.

В структуры живых организмов входят уникальные по своим свойствам химические соединения — биополимеры, не имеющие анало­гий в неживой природе. Речь идет о белках-ферментах, благодаря которым биохимические реакции протекают в требуемом направлении, с достаточными скоростями, при обычных условиях температуры и давления. Ферменты обладают специфичностью дейс­твия и катализируют превращения веществ определенного химическо­го строения или даже отдельного вещества. Специфичность ферментов, равно как и белков, не выполняющих каталитических функций, зависит от постоянства их первичной структуры — определенной последова­тельности аминокислотных остатков в молекуле полимера. Белки клеток постоянно обновляются, вместо разрушающихся молекул синте­зируются новые. Отдельные белковые молекулы воспроизводятся, таким образом, всякий раз заново, но сохраняют постоянство своей структуры. Источником информации служат нуклеиновые кислоты. Такое отношение между белками и нуклеиновыми кислотами соответствует двум формам существования биологической информации, отражением которых на уровне организма служит наличие у него генотипа и фенотипа.

Обмен веществ в зависимости от состояния внешней среды способен к изменениям приспособительного ха­рактера. Адекватная реакция организма как целого на состояние окружающей, а также внутренней среды зависит от механизмов регистрации соответствующих изменений, анализа поступающих дан­ных, выработки решении о содержании и интенсивности ответа. Это свойство роднит живые объекты с кибернетическими устройствами, которые подчиняются законам передачи и переработки информации. Термин информация употребляется здесь в широком смысле. Биологи­ческая информация, о которой речь шла выше, количественно и качественно эквивалентна наследственной информации, в которой сконцентрирован многовековой опыт эволюционного развития. Инфор­мация в кибернетическом смысле включает и личный опыт конкретного организма. В биологии способность живого объекта воспринимать действие внешних факторов обозначается термином раздражимость, а осуществлять ответную реакцию — возбудимость. Еще одним важным свойством живых форм является способность к размно­жению, т. е. к воспроизведению себе подобных по типу обмена веществ и принципиальным чертам структурно-функциональной организации.

Совокупность свойств, перечисленных выше, обнаруживается в отдельных живых объектах (особях). Есть также свойства, распростра­няющиеся на область жизни в целом. Они отражают универсальные принципы ее существования во времени и пространстве. Одно из таких свойств — включенность организмов в процесс эво­люции. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже 3 млрд. лет. Второе такое свойство — существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе особых сообществ — биоценозов.  В зависимости  от  подходов, используемых авторами, существуют общие, сущностные, описа­тельные формулировки. Всеобщим является определение жизни как особой формы движения материи, которая возникла на определенном этапе ее развития. Важное в практическом отношении следствие из этого определения заключается в наделении живых объектов специфиче­скими качествами, не сводимыми к закономерностям физики и химии. В сущностных определениях жизни на первый план выдвигаются отдельные свойства живых объектов. Жизнь определяли как «питание, рост и одряхление» (Аристотель), «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний» (Тревиранус), «совокупность функций, сопротивляющихся смерти» (Биша), «химическую функцию» (Лаву­азье), «сложный химический процесс» (И. П. Павлов), систему по достижению низкоэнтропийных состояний. Классическое определение жизни дано Ф. Энгельсом. Он пишет: «Жизнь есть способ существова­ния белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей тел». И далее: это такой способ, «существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». В определении Ф. Энгельса охарактеризован главный субстрат жизни — белок, важ­нейшее условие его сохранения во времени — самообновление и необхо­димая предпосылка к выполнению этого условия — обмен веществ на основе взаимодействия с внешней средой.

В практическом отношении полезны описательные определения. Одно из них, например, характеризует жизнь как макромолекулярную систему, которой свойственны иерархическая организация, способ­ность к самовоспроизведению, обмен веществ, тщательно регулируе­мый поток энергии и которая представляет собой распространяющееся ядро упорядоченности в менее упорядоченной Вселенной.