2. Организм, его строение и индивидуальное развитие

2.1. Качественно различные формы организации живых тел. Организованность и целостность живых систем.

Живую природу составляют организмы (живые тела, индивидуумы, особи). К ним относятся животные, растения, микробы и ультрамикроорганизмы (вирусы и фаги). Совокупности сходных организмов составляют виды. Каждый организм относится к тому или иному виду. Виды развиваются исторически, в ряде поколе­ний организмов. Историческое (эволюционное) разви­тие включает как воспроизведение вида путем размно­жения организмов, так и изменение вида, приводящее к возникновению новых видов.

Организмы возникают путем индивидуального раз­вития, которое в ходе эволюционного изменения видов становится все более сложным. В индивидуальном развитии в той или иной форме (в изменениях строе­ния и функций зародыша) отражается историческое прошлое вида, история предшествующих поколений. Материалистическое представление об организме основано на законе исторического развития живой ма­терии. Все живые тела состоят из сложных органических веществ, главным компонентом которых являются белки.

Всякое живое тело обладает определенной структур­ной организацией протоплазмы, определенным строе­нием. Различают несколько основных уровней органи­зации протоплазмы, отражающих путь ее постепенного усложнения в ходе эволюции. Вирусные и фаговые тельца, о природе которых среди специалистов имеются разные мнения, представляют низший уровень органи­зации живой материи. Это мельчайшие (измеряемые тысячными долями микрона) частицы белкового веще­ства — нуклеопротеида, обладающие простейшей для живых тел структурой и простейшими функциями. Главная биологическая особенность вирусов и фагов заключается в том, что их жизненные свойства прояв­ляются только при проникновении в клетки бактерий, растений и животных, в которых они паразитируют. Они теснейшим образом взаимодействуют с клетками, в которых и происходит новообразование вирусных и фаговых частиц. Никаких проявлений жизни (способ­ности питания, дыхания, чувствительности, движения) у вирусных и фаговых частиц вне клеток-хозяев не обнаружено. Вот почему эти простейшие организмы считаются низшей формой организации живой материи и используются для изучения жизненных процессов, как ныне принято говорить, на молекулярном уровне. Некоторые ученые, как, например, академик Л.И.Опа­рин, точка зрения которого изложена в первой главе, во­обще не считают возможным относить вирусы к миру живых существ.

В состав простейших вирусов, обладающих малым молекулярным весом, может входить одна нуклеопротеидная молекула. Однако эта молекула (макромоле­кула) обладает характерной организацией, обеспечивающей возможность элементарных жизненных про­цессов в случае проникновения в клетку вирусной или фаговой частицы. Каждый вид вируса или фага парази­тирует только на определенных видах бактерий, расте­ний или животных.

Мир бактерий составляет следующую ступень орга­низации живых тел. Бактериям присущи все основные функции жизни, хотя и выраженные в очень прими­тивной форме. Бактериальная клетка имеет ядро осо­бой формы, оно менее развито и не способно к митотическому делению. Из органоидов, характерных для клеток простейших и многоклеточных организмов, у бактерий с достоверностью выявлены только рибо­сомы. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), состав­ляющая специфический компонент ядерного вещества в бактериальной клетке, отделена оболочкой от окру­жающей цитоплазмы.

Таким образом, структура бактерий по сравне­нию с клеткой животных и растений весьма прими­тивна, хотя и значительно выше организации вирус­ных и фаговых частиц; отношения бактерий с окру­жающей средой неизмеримо сложнее по сравнению с фаговыми и вирусными частицами. Бактерии специфи­чески реагируют на повышение и понижение темпера­туры, изменения концентрации солей, кислот или ще­лочной характер среды, действие антибиотиков и антисептиков и другие факторы внешней среды. Среди них есть паразитические и свободно живущие формы. В связи с усложнением их связей с внешней средой усложняется и их строение. Наряду с некоторой диф­ференциацией внутренней структуры они приобретают специфические внешние устройства — оболочку, обеспечивающую различные формы их тела, органы дви­жения — жгутики.

Отчетливо выраженная клеточная организация ха­рактерна для следующего этапа исторического развития живой материи, на котором появляются протисты — простейшие одноклеточные животные и растительные организмы. К ним относятся жгутиконосцы, корне­ножки, инфузории и споровики. Первоначально клетка была открыта в тканях многоклеточных животных и растительных организмов. К середине XIX в. в науке прочно утвердилось представление о клетке как о ко­мочке полужидкого вещества (протоплазмы) с шаро­видным пузырьком (ядром) внутри. Новейшие методы исследования, в особенности электронная микроскопия, позволяющая изучать структуру протоплазмы при уве­личениях до миллиона раз, обнаружили глубокое сход­ство строения клетки всех животных и растений, начи­ная от протистов и кончая человеком.

В ходе исторического развития в клетке произошла дифференциация функций и соответственно дифферен­циация осуществляющих эти функции структур. Ядро обособилось от цитоплазмы посредством специальной оболочки. Усложнился по сравнению с бактериями спо­соб размножения. В то время как бактерии размножа­ются путем простого деления, клетка воспро­изводит себя посредством сложного, так называемого митотического, деления. При размножении клетки посредством митотического деления из ядерного вещества образуются особые клеточные органы - хромосомы, которые делятся путем продольного расщепления на­двое.

С помощью новейших методов исследования в клетке открыты неизвестные ранее органоиды, ответ­ственные за синтез белка,— рибосомы. Установлено, что энергетические функции клетки (накопление и рас­ходование энергии) осуществляются системой специфических органоидов — митохондрий. Обособление и выведение из клетки продуктов ее жизнедеятельности осуществляется третьим органоидом — сетчатым аппа­ратом. Четвертый органоид — клеточный центр — ра­ботает при делении клетки как орган движения с по­мощью сократимых нитей, которые разводят поделив­шиеся хромосомы по двум дочерним клеткам.

Клетка является основной единицей строения живой материи, на основе которой стало возможным дальней­шее развитие организмов и превращение видов.

В результате объединения клеток в более сложные комплексы возникла многоклеточная организация со все усложняющимися взаимосвязями организмов с внешним миром вплоть до появления человеческого ор­ганизма, который также развивается из клетки и имеет клеточное строение. Многоклеточностъ есть высший уровень организации живых тел.

Клеточная теория была создана выдающимся биоло­гом-материалистом XIX в. Т. Шванном. Созданию кле­точной теории предшествовало открытие клеток в со­ставе развивающегося зародыша (К. Вольф) и тканей животного (Е. Пуркинье) и растительного (М. Шлейден) организмов. Главное положение клеточной теории Шванна заключается в том, чти все организмы состоят из однородных по своей организации частиц — клеток, развитие которых совершается по единому для всех организмов принципу. Таким образом, в обобщении Шванна лежала глубокая философская идея о един­ство живой природы, которая в дальнейшем полу­чила материалистическое объяснение в теории разви­тия органического мира. Вот почему открытие клет­ки и обоснование клеточной теории было отнесено Энгельсом к числу великих открытий естествознания XIX в. «Только со времени этого открытия, говорит Энгельс, - стало на твердую почву исследование орга­нических, живых продуктов природы — как сравнитель­ная анатомия и физиология, так и эмбриология. Пок­ров тайны, окутывавший процесс возникновения и ро­ста и структуру организмов, был сорван. Непостижимое до того времени чудо предстало в виде процесса, про­исходящего согласно тождественному по существу для всех многоклеточных организмов закону».

Однако, несмотря на общий материалистический ха­рактер клеточной теории Шванна, она таила в себе опасность метафизической ее трактовки, характерной для естествознания додарвиновского периода. Шванн изучил и описал развитие и превращение клеток только в индивидуальном развитии организмов. Роль клеток в эволюции всего органического мира, в частности в про­исхождении многоклеточных животных и растений от одноклеточных организмов, осталась вне поля его зре­ния. Он не сумел объяснить также целостность орга­низма, полагая, что свойства целого организма — это лишь совокупность свойств составляющих организм клеток.

Резко выраженный метафизический характер был придан клеточной теории немецким патологом Р. Вирховым, создателем целлюлярной (клеточной) патоло­гии. Вирхов разработал идею Шванна об организме как совокупности клеток, подчеркнув полную зависи­мость свойств организма от свойств составляющих ор­ганизм клеток. Все патологические состояния организ­ма, по Вирхову, представляют собой результат пато­логических изменений его клеток. Организм, согласно Вирхову, представляет собой федерацию клеточных государств.

Метафизический характер учения Вирхова усугуб­лялся его представлением о способе участия клетки в развитии организма. Он подчеркивал только количе­ственный момент — бесконечное самовоспроизведение клетки путем деления; качественный момент — разви­тие и превращение клеток, которому Шванн уделял главное внимание, оставался необъясненным. Индиви­дуальное развитие особей в трактовке Вирхова также оказывалось бесконечным повторением неизменных самовоспроизводящихся единиц — клеток. Каким обра­зом организм, расчленяясь в ходе развития на обособ­ленные клеточные государства — органы, оставался еди­ным целым, теория Вирхова объяснить не могла. Вот почему она не послужила опорой эволюционному уче­нию, а, напротив, использовалась для метафизических и идеалистических извращений этого учения.

В той или иной форме идеи Вирхова об организме как простой сумме клеток оказали влияние на некото­рые эмбриологические теории, в частности на представ­ления Вейсмана об автономном дифференцировании частей развивающегося зародыша, на генетические тео­рии независимых комбинаций наследственных призна­ков (теория Менделя) и другие метафизические кон­цепции в биологии. В противовес этим концепциям, оставляющим без объяснения факт структурной и функциональной целостности организма, были выдви­нуты идеалистические теории, пытавшиеся объяснить целостность организма действием особых факторов це­лостности нематериальной природы (Ад. Майер, В. Риттер и др.).

Последовательная диалектико-материалистическая критика вирховианства содержится в ряде высказыва­ний Энгельса. Ф. Энгельс считал, что понятие индиви­дуальности организма усложняется тем, что в нем обна­ружены части (клетки) с присущей им определенной степенью автономности, как, например, амебообразные подвижные белые кровяные клетки, свободно передви­гающиеся в организме высших животных. Одновре­менно он высмеивал попытку Вирхова приложить свои реакционные «прогрессистские» представления об идеальном государстве к пониманию организма. Вирхов, писал Энгельс, «...вынужден был вследствие откры­тия клетки разложить единство животного индивида на федерацию клеточных государств,— что имело ско­рее прогрессистский, чем естественно-научный и диа­лектический характер».

Расчлененность организма на клетки отнюдь не означает нарушения его целостности, для восстановле­ния которой необходимо взаимодействие клеток по типу «федерации клеточных государств». Целостность и расчлененность организма не обособлены абсолютно. «Центральным пунктом диалектического понимания природы,— считал Ф. Энгельс,— является признание той истины, что эти противоположности и различия, хотя и существуют в природе, но имеют только относи­тельное значение, и что, напротив, их воображаемая неподвижность и абсолютное значение привнесены в природу только нашей рефлексией».

Клеточное строение организмов и их развитие из клеток, которое сопровождается обособлением и спе­циализацией сложных клеточных систем, составляющих ткани и органы, не только не нарушает целостности организма высших животных и растений, но, наоборот, является условием ее сохранения. Трудность понима­ния целостности расчлененного на специализирован­ные части организма связана только с неправильными представлениями об организме. Диалектико материали­стическая трактовка этого вопроса, опирающаяся на данные естественнонаучного исследования, заключает­ся в рассмотрении организма в неразрывном единстве с условиями его существования. Положение о единстве организма и среды было высказано известным русским биологом К. Ф. Рулье (1814—1858) и разработано да­лее И. М. Сеченовым (1829—1905). Оно лежит в основе мичуринского направления в современной биологии.

Причины целостности организма лежат в единство и взаимосвязанности факторов внешней среды, дейст­вующих на него. Организм расчленен на специализи­рованные части (клетки, ткани, органы) в результате весьма сложных отношений с внешней средой и дифференцировки функции. Но это ни в какой степени не ведет к отрицанию целостности организма, как на­личие во внешней среде бесконечного разнообразия действующих на организм факторов не нарушает ее единства и взаимосвязи.

В соответствии с различными уровнями организа­ции живой материи можно говорить о различных уров­нях исследования, ведущего к познанию законов раз­вития и жизнедеятельности. Мы различаем органный уровень, клеточный уровень и биохимический (моле­кулярный) уровень, на котором изучаются химические превращения, сопровождающие все жизненные про­цессы.

Современная биологическая наука огромное внима­ние уделяет биохимическому уровню исследований, по­лучившему за последние годы название молекулярной биологии. Расцвет этой области исследования опреде­ляется внедрением новейших методов, позволяющих глубоко изучать химические процессы, с которыми свя­заны основные функции жизни. Разработаны методы выделения из клеток мельчайших частей — органоидов и изучения локализованных в них химических процес­сов. Выясняются химические процессы, лежащие в основе таких важнейших свойств жизни, как синтез белков, наследственность, изменчивость. Возникает во­прос: не является ли исследование на молекулярном уровне наиболее перспективным с точки зрения управ­ления жизненными процессами?

Все жизненные отправления совершаются посред­ством физических и химических процессов, протекаю­щих в органах. Однако дифференциация организмов на специфические рабочие части, органы, предназначенные для сложных отношений с внешней средой, показы­вает, что сущность жизни не исчерпывается физиче­скими и химическими процессами, а заключается в специфическом взаимодействии живых тел с условиями внешнего мира. В общей, суммарной, форме это взаимо­действие выражается в обмене веществ между орга­низмами и внешней по отношению к ним средой.

В настоящее время для исследования химических процессов, связанных с синтезом белка и наследствен­ностью, широко используются простейшие формы живых тел — вирусные и фаговые частицы, а также бактериальные тельца, которые рассматриваются как упрощенные модели высокоорганизованных выс­ших организмов. С помощью этих моделей выясняются химические реакции, присущие жизненным процес­сам, характерным для примитивных организмов.

Для известной части биологов свойственна тенден­ция переносить выясненные с помощью этих моделей закономерности на высшие формы организации живой материи — одноклеточные и многоклеточные животные и растения. Эта тенденция ошибочна. В ее основе лежит представление, что организация живой материи исчерпывается одной-единственной формой — клеткой, которая составляет универсальный элемент строения живой материи подобно тому, как атом является эле­ментом строения неживой материи. При этом в качестве клетки рассматриваются и такие по существу доклеточные формы жизни, как фаги и вирусы.

Согласно данной точке зрения, вирусное, фаговое и бактериальное тельца, дрожжевая клетка, амеба, ин­фузория, клетки коры или листьев дуба и клетки пече­ни или мозга человека представляют собой варианты единого, универсального структурного элемента, из ко­торого строится любое живое тело. Этот структурный элемент содержит главную часть — ядерное вещество (главным образом нуклеиновые кислоты) и корковое вещество, оболочку или сому (белки цитоплазмы), со­ставляющую подчиненную, исполнительную часть клет­ки. В действительности вирусные и фаговые частицы, с одной стороны, бактериальные тельца — с другой, клет­ки протистов — с третьей, и, наконец, клетки многокле­точных организмов представляют собой качественно различные формы организации живой материн. Каждая из них, хотя и имеет нечто общее с другими формами живых тел, обладает специфическими особенностями, несводимыми к свойствам более примитивных низ­ших форм.

Усложнение структурной организации, например появление оформленного ядра при переходе от бакте­риальной клетки к клетке протистов, несомненно, изме­няет характер взаимодействия между нуклеиновыми кислотами, заключенными в ядре, и внеядерными бел­ками. Достаточно отметить, что появление ядерной оболочки существенно изменяет возможность переме­щения высокомолекулярных соединений из ядра в ци­топлазму и из цитоплазмы в ядро. На клеточные про­цессы в многоклеточном организме, в том числе на взаимодействие между нуклеиновыми кислотами и бел­ками, влияет множество новых факторов, отсутствую­щих в одноклеточном организме.

Показано, например, что синтез белка в клетках многоклеточных организмов регулируется нервной си­стемой, действием гормонов и другими факторами. При изоляции клеток высших животных в искусственных условиях (культурах тканей) весьма существенно из­меняются свойства клеток, нередко возникает стойкое наследственное изменение клеток — злокачественное (опухолевое) превращение. Исследование свойств жи­вых тел, проводимое в силу специализации науки на разных уровнях — молекулярном, клеточном, органном и организменном, может привести к правильным выво­дам, если при этом помнить, что любой из исследуемых уровней сам по себе не дает полного и всестороннего представления о предмете.