Другой моделью добиологической фазы образования макромолекул и их эволюции является теория молекулярной самоорганизации М. Эйгена (р. 1927), которая позволяет применить физические представления теории информации, кибернетики и термодинамики к эволюции живых систем. В этой модели организм рассматривается как открытая термодинамическая система, которая обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Живая открытая система пытается получить от окружающей среды именно свободную энергию и отдать ей «омертвленную» для него связанную энергию – энтропию, которую нельзя превратить в работу для процессов, происходящих в живом организме.

Обмен веществом (метаболизм) и информация связаны между собой. Молекулы – мономеры, переходя из внешней среды в организм, несут информацию, которая внутри организма перерабатывается и закрепляется при процессах полимеризации и деструкции (распада до мономеров), т.е. первоначальная информация об окружающем мире для живого организма закодирована химическим путем. Например, «память» макромолекул

– это фиксированная последовательность химических связей. Полимеризация идет путем самоинструктируемой репродукции (воспроизведении) образованных макромолекул. Если скорость репродукции больше скорости распада, то макромолекулы растут, в противном случае – распадаются. По Волькенштейну, «вымирают» те молекулы, которые не обладают максимальной селекционной ценностью.

Таким образом, количественное понимание принципа естественного отбора Дарвина определяется в данной теории ценностью информации и степенью ее незаменимости для живого организма, в таком подходе физически можно осмыслить дарвиновское определение «наиболее приспособленный». Информация в теории Эйгена оценивается по способности макромолекул с саморепродукции, в этой связи, предшественниками живых систем могут быть не любые макромолекулы, а лишь те, которые обладают необходимыми информационными свойствами. Тем самым теория Эйгена переносит дарвиновскую эволюцию в форме селекции и отбора на добиологическую стадию развития. Под самоорганизацией в этой теории понимается не только накопление информации при оттоке энтропии при упорядоченности организма, но и построение некоторой структурной копии этой информации в создаваемых макромолекулярных комбинациях.

Таким образом, химическая наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепция эволюционной химии: о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.

Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет.

Наука о живой природе

Биология: от греч. «биос» - жизнь, «логос» - учение – совокупность наук о живой природе.

Задача общей биологии – выявление и объяснение общих свойств и многообразия живых организмов между собой и взаимодействие их с окружающей средой.

81

Среди основных направлений биологии сейчас усиленно развивается физикохимическая биология, использующая методы и подходы химии, физики и математики (биохимия, молекулярная биология, биофизика).

Вплоть до середины 20 в. статус биологии был по преимуществу феноменологическим (от греч. phenomenon – являющееся). Для современной биологии характерно исследование не только как именно происходит биологический процесс, но и каковы его динамические истоки, т.е. характерен микродинамический концептуальный или молекулярно-биологический подход, на уровне белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и т.д.

По уровню изучения (уровню организации) живой материи различают: молекулярную биологию, учение о клетке, или цитологию (от греч. «цитос» - клетка), учение о тканях, или гистология (от греч. «гистос» - ткань), науку об органах – анатомию, или органологию, биологию организмов и биологию групп организмов – популяций, видов и т.д.

Структурные уровни живого

Мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее распространенными является выделение на основе масштабности следующих уровней организации живого.

Молекулярный – живая система состоит из большого количества элементарных единиц – мономеров; с этого уровня в живой системе начинается обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. и выделяется существование трех типов биологических полимеров: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, а также важные для организма такие органические соединения – липиды.

Клеточный – структурной и функциональной единицей живых организмов, саморегулирующейся и самовоспроизводящей является клетка; свободноживущих неклеточных форм жизни на Земле не существует.

Тканевый – совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции.

Органный – органы – это структурнофункциональные объединения нескольких типов тканей.

Организменный – многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций.

Популяционно-видовой – совокупность организмов одного и того же вида, объединенных общим местом обитания, образует популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются эволюционные преобразования.

Биогеоценотический – совокупность организмов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Биосферный – система высшего порядка, охватывающая все явления природы на нашей планете, с круговоротом веществ и превращением энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитаемых на Земле.

Всем уровням организации живой материи присущи черты, отличающие ее от неживой материи.

82

Элементный состав неживой природы в основном представляется кислородом, кремнием, железом, магнием, алюминием и по убывающей другими элементами. В живых же организмах около 98% массы приходится на четыре элемента: водород, кислород, углерод и азот.

К основным чертам (признакам) живого относят: обмен веществ, самовоспроизведение (репродукция), наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность, энергозависимость.

Обмен веществ или метаболизм – складывающийся из процессов: ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Живые организмы поглощают и усваивают из окружающей среды различные вещества. В клетках непрерывно протекают процессы биологического синтеза, из простых низкомолекулярных веществ с участием ферментов образуются сложные высокомолекулярные соединения.

Самовоспроизведение – способность к размножению, воспроизведению себе подобных; осуществляется на всех уровнях организации живой материи на основе реакции матричного синтеза, т.е. на основе информации, заложенной в последовательности ДНК и связанное с явлением наследственности.

Наследственность – обусловлена постоянством строения ДНК – носителем наследственной информации; способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения биологических матриц; свойство противоположно-связанное с наследственностью, связанное с изменением наследственных задатков – генов, определяющих развитие тех или иных признаков.

Рост и развитие – способность к развитию – всеобщее свойство материи, для живой формы существования материи представляется индивидуальным развитием или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом (эволюцией); это необратимый, направленный, закономерный процесс изменения объектов живой и неживой природы; развитие сопровождается ростом – увеличением его массы.

Раздражимость – свойство организма избирательно реагировать на изменение внешней и внутренней среды; реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с участием нервной системы – рефлекс. Реакции простейших животных и низших растений – таксис или тропизм, с прибавлением названия раздражителя, например, фототаксис, гелиотропизм.

Дискретность – жизнь на Земле проявляется в виде дискретных (разделенных) форм; отдельный организм или биологическая система состоит из отдельных изолированных, отграниченных в пространстве частей, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство; дискретность вида представляет собой возможность его эволюции через сохранение индивидов с полезными для выживания признаками.

Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. Например, понижение концентрации АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты)

– универсального аккумулятора (накопителя) энергии в клетке – служит сигналом, запускающим процесс ее синтеза и наоборот. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы – инсулина, уменьшающего содержание сахара в крови.

83