15

Г лава 1

Глава 1. Жизнь как природное явление

1.1. Определение сущности жизни

Ключевой вопрос для науки о живых существах: «Что представляет собою жизнь как явление природы?» Удивительно, что, несмотря на длительную историю накопления биологических знаний, этот вопрос не получил до настоящего времени однозначного общепризнанного ответа.

К

Александр Иванович Опарин (1894-1980)

Джон Холдейн (1892-1964)

лассическое определение далФ. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, 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». Развитием этого определения стало формирование в первой половине XX века концепции определения жизни Опарина-Холдей­на. В основе ее лежало рассмотрение клетки как элементарной единицы жизни, а обмена веществ между клеткой и окружающей средой - как основного проявления жизни. Определение жизни как процесса обмена веществ не потеряло значения, однако на исходе ХХ века оно дополнилось организационной, информационной и эволюционной трактовками. Обмен веществ – условие поддержания и воспроизведения живой структуры, специфичной для каждого вида организмов. С разрушением определенной структуры жизнь прекращается. Поэтому на исходе ХХ века большое распространение и поддержку биологов получила концепция определения жизни Тролланда-Мюллера: жизнь - это активное, идущее с затратой полученной извне энергии самоподдержание и самовоспроизведение специфической структуры. Из этого определения непосредственно вытекает необходимость постоянной связи организма с окружающей средой, осуществляемой путем обмена веществом и энергией. В соответствии с концепцией Тролланда-Мюллера субстратом жизни мо­жет быть структура, являющаяся гораздо более простой, чем клетка. Таковой может быть даже молекула, например, молекула биополимера, способная к самовоспроизводству и самоподдержанию. Специфичность структуры обусловливается и поддерживается информацией, содержащейся в размножающихся матричным путем генетических программах. Сущность жизни как самовоспроизводящегося процесса является предпосылкой эволюции (исторического развития живого). А.Н. Колмогоров (1964) попытался определить жизнь, используя кибернетический и функциональный подходы и абстрагируясь от конкретного субстрата жизни: живые системы - это системы, включенные в непрерывный поток вещества, энергии и информации, которые они способны воспринимать, хранить и перерабатывать. Такое определение может оказаться перспективным в применении к инопланетным формам жизни (если таковые будут обнаружены), представленным иным (неземным) субстратом жизни. Несомненно, что жизнь - одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. На Земле жизнь зародилась не менее 3,75 млрд. лет назад (при существовании планеты - 4,6 млрд.).

1.2. Субстрат жизни

Субстратом жизни являются живые системы, характеризующиеся упорядоченностью расположения и взаимодействия составляющих их элементов. Упорядоченность в пространстве обеспечивает живым системам упорядоченность во времени, которая обеспечивает строгую последовательность протекающих в них процессов. Основными химическими веществами живых систем являются нуклеиновые кислоты и белки. Упорядоченность элементов живой системы обусловливает образование комплексов молекулярных и надмолекулярных структур. По мнению российс­кого биохимика В.А. Энгельгардта (1969), коренное отличие живого от неживого заключается в способности первого создавать упорядоченность из хаотичного теплового движения молекул. Создание порядка из хаоса является не чем иным, как противодействием возрастанию энтропии. Под энтропией понимается рассеивание энергии, заключающееся в переходе всех видов энергии в тепловую энергию и равномерном распределении последней между всеми телами природы (второй закон термодинамики). Создаётся впечатление, что живое, в отличие от всего неживого, не подчиняется второму закону термодинамики. Противоречие исчезнет, если учесть, что снижение энтропии в отдельно взятых живых системах достигается за счёт повышения её в окружающей среде. Австрийский физик Э. Шредингер (1943) пришёл к выводу, что живое «остаётся живым, только постоянно извлекая из окружающей среды отрицательную энтропию» (негэнтропию). Источником отрицательной энтропии, по мнению Э. Шредингера, является солнечная энергия для растений и пища для других живых организмов. Только живые системы никогда не бывают в равновесии (предполагаемом законами физики и химии) и выполняют за счёт свободной энергии работу против равновесия. Неравновесность живых систем предполагает постоянный приток энергии из окружающей среды для поддержания их неравновесного состояния.