современные представления о сущности жизни

Современные представления о сущности жизни

Фундаментальные свойства живой материи

Биология как наука и ее место в современном естествознании

Бурное развитие и грандиозные достижения в 20-м столетии таких биологических наук, как биохимия, биофизика, генетика, молекулярная биология, экология обусловили существенное расширение и углубление наших представлений о единстве материального мира, о наличии сложных взаимоотношений между неживой, живой природой и человечеством. Так, развитие учения о биосфере, экологии в целом показало, что живые организмы («живое вещество» по В.И. Вернадскому) являются мощным геологическим фактором планетарного масштаба; что в настоящее время еще более мощным экологическим фактором выступает человечество, оказывая воздействие и на неживую, и на живую природу Земли.

Определяя место и роль биологии в современном естествознании, необходимо отметить ее значение для развития таких новых направление в науке, как кибернетика, синергетика, общая теория систем. Действительно, ведь живые системы являются ни чем иным, как открытыми диссипативными системами, которые исследуются синергетикой. Кибернетический подход при изучении живых систем широко и плодотворно используется в биологии, а, «по принципу обратной связи», биология способствует развитию этого направления в науке. Наконец, основы общей теории систем были заложены трудами биолога Л. Берталанфи, активно искавшего новые пути познания жизни.

Все выше изложенное объясняет необходимость формирования, в рамках современного естествознания, целостного взгляда на материальный мир, неотъемлемым компонентом которого является человеческое общество, во многом определяющее сегодня дальнейшее существование и развитие этого мира.

Субстрат жизни

Таким образом, характерной чертой субстрата жизни является его структурная организация. Живое вещество, построенное из тех же химических элементов, что и неживое, характеризуется чрезвычайной сложностью химических соединений, обусловленной определенной упорядоченностью на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени, обеспечивающей строгую последовательность процессов, протекающих в живых системах.

Современные представления о сущности жизни

Обобщая достижения современного естествознания в области теории открытых диссипативных систем, известный биофизик М.В.Волькенштейн определил живые тела, существующие на Земле, как «открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, состоящие из биополимеров: белков и нуклеиновых кислот».

Источник

Антропология и концепции биологии

В настоящем пособии освещены фундаментальные вопросы современной биологии (сущность жизни, ее молекулярные основы, генетическая информация, онтогенез, эволюция) и антропологии (место человека в живой природе, антропогенез, филогенетическое наследие в поведении человека, эволюция мозга и психики). Показано место антропологии в системе человекознания, рассмотрены пути синтеза естественно-научных и гуманитарных подходов к изучению человека. В качестве примера такого синтеза представлен материал по экологии и системному анализу. Предельная концентрация информации и широта охвата материала делают книгу хорошим помощником для студентов, преподавателей и научных сотрудников самых разных специальностей, в первую очередь антропологов, психологов, медицинских работников. Она может быть использована также в качестве справочника при изучении антропологии, концепций естествознания, экологии, общей биологии на спецкурсах, посвященных природе человека.

Оглавление

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Антропология и концепции биологии предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Глава 1. Феномен жизни и феномен человека

Явление Жизни представляет собой самую сложную и самую интригующую загадку мироздания. С древних времен человек пытается познать эту тайну, однако природа не спешит раскрывать свои секреты.

1.1. Современные представления о сущности жизни

Жизнь во всех ее формах и проявлениях изучает биология. Предметом биологии является многообразие вымерших и ныне существующих организмов, их строение и функции, происхождение и эволюция, размножение и развитие, взаимоотношения друг с другом и с окружающей средой.

Сложность определения жизни

Определяя биологию как науку о жизни, мы сразу же сталкиваемся с самым сложным ее вопросом: а что же такое «жизнь»? Несмотря на обилие рассуждений по этому поводу, дать однозначное определение и сегодня не представляется возможным. При любом подходе мы постоянно будем испытывать затруднения в проведении границы «живое — неживое». Вся история биологии представляет собой арену борьбы вокруг главного вопроса двух концепций — материализма и витализма.

Материализм исходит из первичности материи и материальности всего окружающего мира. Концепция витализма декларирует, что живая система, помимо материальных частиц, обладает еще каким-либо фактором нематериальной природы. В истории биологии этот фактор имел самые разные названия: «витальный дух», «энтелехия», «биополе» и т. п.

Многократно похороненный за последние столетия витализм оказался исключительно живучим. «Ренессанс» парапсихологии в конце XX века лишний раз подтвердил, что витализм не собирается уходить со сцены. Хотя официальная наука давно поставила перед витализмом высокий шлагбаум, его сторонники настойчиво будоражат общественное мнение, часто спекулируя на сложности самого понятия «жизнь» и обилии нерешенных биологических проблем.

Кроме того, в истории биологии неоднократно предпринимались попытки сформировать концепцию «третьего пути», однако их пока нельзя признать удачными.

В рамках научной методологии практически во всех определениях жизни, предложенных разными авторами, подчеркивается необходимость применения совокупности критериев, поскольку отдельные критерии могут быть свойственны и неживой материи. К ряду фундаментальных критериев жизни обычно относят обмен веществ и энергии, самовоспроизведение, развитие, гомеостаз. В последнее время в биологию активно внедряются принципы системного подхода, что также находит свое отражение в новых определениях жизни, еще больше увеличивая их количество.

К числу неотъемлемых атрибутов жизни относится ее структурная иерархия.

Структурно-функциональные уровни организации жизни

В биологии различают несколько структурно-функциональных уровней организации живой материи.

Молекулярный уровень. Характеризуется биохимическими веществами, составляющими живой организм.

Клеточный уровень. Представляет клетку как структурную единицу жизни.

Тканевый уровень. Совокупность сходных по строению и происхождению клеток формирует ткани многоклеточного организма.

Органный уровень. Органом называется структура многоклеточного организма, состоящая из определенных тканей и выполняющая определенную функцию.

Организменный уровень. Особь или организм как целое — элементарная единица жизни. Вне особи жизнь не существует. Этот уровень характеризуется огромным разнообразием форм, которые классифицируются систематикой.

Популяционно-видовой уровень. Совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, формирует популяцию — элементарную единицу эволюции.

Экосистемный уровень. Устойчивые сложившиеся сообщества популяций разных видов, связанные между собой и с окружающей средой, формируют экосистему.

Биосферный уровень. Все явления жизни на Земле формируют целостную динамичную систему — биосферу.

Концепции происхождения жизни

С вопросом о сущности жизни неразрывно связан вопрос о ее происхождении. Существует несколько концепций происхождения жизни на Земле.

Креационизм. Преподносит возникновение жизни как результат творческого акта Высшего существа в какое-то определенное время. Единичный акт сотворения мира нельзя ни доказать, ни опровергнуть, поэтому он не может рассматриваться в рамках научного мировоззрения.

Гипотеза панспермии. Была окончательно сформулирована шведским ученым С. Аррениусом в 1895 г. Согласно ей, жизнь была занесена на Землю из космоса. Нет никаких достоверных фактов, подтверждающих гипотезу панспермии, равно как и опровергающих ее. Но если даже будет доказано внеземное происхождение жизни на Земле, это не снимет вопрос об изначальном возникновении жизни как феномена.

Гипотеза биохимической эволюции. Предполагает последовательную смену этапов химической эволюции, которая приводит к образованию первичных простейших клеток, способных к самовоспроизведению. К настоящему времени, несмотря на ряд нерешенных вопросов, эта гипотеза является единственной приемлемой в рамках научной методологии. Современные подходы к интерпретации биохимической эволюции мы рассмотрим в последней главе.

1.2. Система биологических наук

Биология представляет собой сложную систему специальных дисциплин. Их обилие порождает различные системы классификации биологических наук: по изучению жизни на определенном уровне организации (биохимия, цитология, анатомия и т. д.), по объекту исследования (ботаника, зоология, микробиология и т. д.), по характеру процессов и явлений (генетика, физиология, экология и т. д.). «Классические» биологические дисциплины имеют свои разделы. Например, зоология включает в себя энтомологию, орнитологию, герпетологию и др.; генетика — цитогенетику, молекулярную генетику, генетику популяций и др.; физиология — нейрофизиологию, физиологию сенсорных систем, психофизиологию и др. Эти разделы, в свою очередь, подвергаются дальнейшему прогрессирующему дроблению.

Из-за обилия специальных дисциплин в биологии, как нигде, остро стоит проблема узкой специализации, которая является злободневной проблемой всей современной науки. Вследствие центробежной дифференциации наука XX века уже перешагнула тот рубеж, за которым нарушается гармония системы «анализ — синтез». Наука начинает терять свою целостность. Поэтому в наши дни, как никогда, актуальна подготовка специалистов с широким кругозором, способных синтезировать накопленные знания.

Уже давно на базе биологии сформирован ряд междисциплинарных наук: биофизика, биохимия, бионика и др. Внутри биологии образуются свои новые «синтетические» области исследований: нейробиохимия, психогенетика, биология развития, эволюционная экология и др.

Новые направления призваны решать самые острые проблемы переднего края науки. В общетеоретическом плане основные биологические вопросы отличаются удивительной «стабильностью». В конце 1960-х годов один из основателей молекулярной генетики Г. Стент отметил, что у биологии осталось три ключевых вопроса (Stent G., 1969).

1. Как возникла жизнь?

2. Как оплодотворенная клетка развивается в многоклеточный организм?

3. Как мозг обрабатывает информацию?

Эти вопросы являются актуальными и сейчас, спустя много лет, хотя некоторые биологи, возможно, добавили бы в список фундаментальных проблем и другие пункты.

В последние годы биология активно осваивает новые сферы, вторгаясь в традиционные области исследований гуманитарных дисциплин: психологии, социологии, культурологии. На новой ниве она не всегда находит понимание, а иногда встречает и явно враждебный прием. Отсутствие взаимопонимания «естественников» и «гуманитариев» можно было наблюдать при рождении этологии человека, при появлении социобиологии и в настоящее время — эволюционной психологии. Причины такой конфронтации будут проанализированы в главе, посвященной поведению человека.

1.3. Система человекознания

Ни один объект живой природы не интересует человека в такой степени, как он сам. Вот почему многие науки занимаются этим «объектом». Оразовалась определенная совокупность знаний о человеке, которую можно назвать «человекознанием». Однако из-за глубоких различий методологических подходов эта совокупность знаний не приобрела вид логически стройной системы. Построение такой системы — дело науки будущего.

Уникальность положения человека в природе

Человек является носителем сознания — второй величайшей загадки природы. Даже оставляя в стороне вопрос, только ли человек владеет сознанием, мы с полным правом можем сказать, что он представляет собой особое явление мироздания — феномен человека. Недаром в некоторых философских учениях Древнего мира, Возрождения и Нового времени человек рассматривался как «микрокосмос», т. е. зеркало и символ Вселенной.

В результате развития сознания человек создал свою «среду обитания» — цивилизацию. Но создав ее, человек во многих аспектах оказался в антагонистических отношениях с породившей его природой. Этот антагонизм проявляется не только во внешних отношениях, примером чего может служить усугубляющийся экологический кризис, но и во внутреннем мире человека. Оставаясь природным существом, человек оказался одновременно и в другой среде — цивилизации. Закономерности функционирования двух «стихий» отнюдь не согласованы, и в этом заключается главная сложность существования человека.

Попутно заметим, что ни одно из направлений психологии и биологии не смогло дать удовлетворительное объяснение феномену сознания. Происхождение сознания остается второй крупнейшей загадкой Природы, наряду с проблемой происхождения жизни.

Человекознание и проблема редукционизма

Анализируя сложность взаимоотношений разных аспектов природы человека, нельзя обойти вниманием диспуты вокруг проблемы редукционизма. Редукционизм — это методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть объяснены на основе законов простых.

В психологии примером редукционизма может служить объяснение проявлений психики и поведения человека исключительно биологическими закономерностями. Попутно заметим, что базовой наукой в изучении биологических основ поведения человека является генетика. Часто понятия «генетический» и «биологический» в популярной литературе употребляют как синонимы.

История самой биологии — это долгие споры вокруг проблемы физического редукционизма, т. е. проблемы сводимости законов биологии к законам физики и химии (является ли биология разделом физики?). Не вдаваясь в детали сложной проблемы редукционизма, отметим, что оснований для сведения законов биологии к фундаментальным физическим законам нет, что подтверждают принципы системного подхода, рассмотренные выше.

Ярлыку биологического редукционизма в психологии обычно придается явно негативная окраска. Однако часто он является следствием непонимания психологами закономерностей биологической детерминации, утрирования дилеммы «наследственность — среда». Наоборот, правильное понимание законов биологии (в частности, такого фактора, как норма реакции генотипа) позволило бы прекратить многие необоснованные споры о «биологическом редукционизме». Но чтобы понимать, надо знать!

В общетеоретическом синтезе биологических знаний, о котором говорилось выше, нуждается не только сама биология. Естественнонаучная база — необходимая предпосылка развития и многих других наук, особенно наук о человеке (Курчанов Н. А., 2000; 2003).

Антропология в системе человекознания

Особое место в системе биологических наук занимает антропология — «наука о человеке». Судя по названию, именно антропология должна быть той синтетической наукой о человеке, которая служит базой для всего человекознания. Однако в настоящее время мы не можем этого констатировать. Человека изучает такое множество разных наук, использующих столь огромное число разных методологических подходов, что сформировать «синтетическую» науку, действительно, сложно.

Сегодня термин «антропология» употребляется в двух основных значениях: как раздел биологии (так называемая физическая антропология), посвященный проблемам антропогенеза и морфологическим особенностям человека, и как раздел культурологии (так называемая культурная антропология), изучающий динамику развития культуры в человеческом обществе. Причем и биологи, и культурологи часто употребляют термин «антропология», подразумевая именно свою науку, что лишний раз показывает отчужденность данных направлений.

Кроме того, в середине XX века в Германии возникло новое философское направление — философская антропология, — базирующееся на методологических установках М. Шелера (1874–1928), Г. Плеснера (1892–1985), А. Гелена (1902–1976) и претендующее на синтез различных наук для постижения природы человека. В дальнейшем философской антропологией стали называть всю проблематику философии человека.

Во второй половине XX века термин «антропология» стал широко применяться для обозначения самых различных направлений, без четких границ области исследований (историческая антропология, политическая антропология, экономическая антропология и т. д.). Часто такие направления исчезали, не успев родиться. Однако столь вольное обращение с терминами не безболезненно для научной дисциплины, поэтому стандартизация терминологии является насущной необходимостью.

Антропология как естественно-научная дисциплина должна стать фундаментом «человекознания». Необходимо разработать методологические подходы для плодотворной интеграции достижений всех наук о человеке: генетики, психологии, культурологии, нейрофизиологии, этологии человека, социобиологии, биологии развития и многих других. Только тогда мы сможем надеяться на постижение феномена человека!

Источник

Основные закономерности существования живого

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИВОГО
Сущность жизни

Диалектико-материалистические представления о сущности жизни

Познание сущности жизни — одна из основных задач общей биологии. Дать научное определение сущности жизни, указать принципиальное отличие живого от неживого очень сложно.

Современное диалектико-материалистическое определение жизни подчерки- вает, что жизнь — качественно особая форма существования материи, высшая по сравнению с физической и химической формами ее существования, представляет собой биологическую форму движения материи. Живые тела построены из тех же химических элементов, что и неживые, но форма существования материи, форма ее организации в живом иная, чем в неорганической природе. В живых телах протекают не только химические превращения и осуществляются сложные физические процессы, но также имеют место качественно новые биологические закономерности, отличающиеся от закономерностей неживой природы.

Диалектико-материалистическое определение сущности жизни требует выяснения вопроса о том, в чем же именно заключается более высокое качество биологической формы существования материи. Эта задача приводит к поискам свойств, присущих живым и отсутствующих у неживых тел. Изучение этих свойств убеждает, что живое качественно отличается от неживого.

Определение жизни по Ф. Энгельсу

Ф. Энгельс, обобщая достижения естествознания второй половины XIX века, определил жизнь как способ существования белковых тел. «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей тел». В этом определении подчеркиваются две стороны, характеризующие жизнь. Во-первых, обращается внимание на субстрат жизни (белковые тела), во-вторых,— на закономерности (способ) существования белковых тел, требующие обмена сокружающей средой.

Вековой опыт развития естествознания показал принципиальную правильность классического определения жизни, данного Ф. Энгельсом, показал, что субстрат и закономерности существования живого имеют свои, только им присущие особенности, отличающие живые системы от тел неживой природы. Однако современные представления о субстрате жизни и о закономерностях, характеризующих жизнь, значительно расширились.

Уровень знаний конца XIX века позволял полагать, что основным субстратом жизни является белок. В свете современных представлений под субстратом жизни следует понимать прежде всего комплекс веществ, принадлежащих двум классам биополимеров белков и нуклеиновых кислот. В настоящее время на Земле неизвестно ни одной живой системы, которая не представляла бы собой совокупность белков и нуклеиновых кислот. Более того, все основные процессы, характеризующие жизнь, связаны с комплексными свойствами этих соединений. Установлено, что субстратом жизни является только комплекс разнокачественных соединений; отдельная молекула или даже группа молекул какого-либо одного типа соединений не может быть носителем жизни.

Характерной чертой субстрата жизни является его структурная: организация. Как уже сказано, живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, но характеризуется сложностью химических соединений, обусловленной определенной упорядоченностью на молекулярном уровне. Эта упорядоченность приводит к образованию все больших комплексов молекулярных и надмолекулярных структур. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени, обеспечивающей строгую последовательность процессов, протекающих в живых системах.

Советский биохимик В.А. Энгельгарт (1969) отмечает, что «в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии».

Под энтропией (вторым законом термодинамики) понимается процесс рассеивания энергии, заключающийся в переходе всех видов энергии в тепловую и равномерном распределении ее между всеми телами природы. Принципу энтропии подчиняются все тела неживой природы.

Жизнь существует в форме открытых систем. Живые системы непрерывно обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Несмотря на это, в живых системах в отличие от неживых не происходит выравни- вания энергии.

Исходя из тех же теоретических посылок, выдающийся советский биолог Э.С. Бауэр (1890—1942) в 1935 г. установил принцип устойчивого неравновесия живых систем: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях». Поскольку структуры живых систем не являются равновесными, для поддержания их необходима постоянная затрата энергии. В связи с этим химическая энергия пищи не затрачивается непосредственно на те или иные функции организма, а первоначально используется для построения, возобновления и сохранения структуры живой системы. Живая система «всегда превращает всю свою свободную энергию в работу против ожидаемого равновесия» (Э.С. Бауэр).

А.Н. Колмогоров (1964) попытался с позиций кибернетики дать абстрагированное от конкретного физического и химического субстрата функциональное определение жизни. Сущность его заключается в том, что через живые системы непрерывно идет поток вещества, энергии и информации, которые они способны воспринимать, хранить и перерабатывать. Не исключено, что такое определение может быть применено и к инопланетным формам жизни (если они существуют), субстратом которых могут оказаться небелковые тела. Однако следует подчеркнуть, что для всех земных форм жизни обязательным субстратом являются белковые тела (включающие в себя белки и нуклеиновые кислоты) со всеми присущими им атрибутами.

Закономерности, характеризующие жизнь числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся: 1) самообновление, связанное с потоком вещества и энергии; 2) самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации; 3) саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации. Перечисленные закономерности обусловливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое развитие.

Обмен веществ и энергии. Характеризуя явления жизни, Ф. Энгельс писал:

При этом Ф. Энгельс отмечает, что обмен веществ может иметь место и между телами неживой природы. Однако принципиально обмен веществ как свойство живого качественно отличается от обменных процессов в неживых телах. Для того чтобы показать эти отличия, рассмотрим ряд примеров.

Горящий кусок угля находится в состоянии обмена с окружающей природой, происходит включение кислорода в химическую реакцию и выделение углекислого газа. Образование ржавчины на поверхности железного предмета является следствием обмена со средой. Но в результате этих процессов неживые тела перестают быть тем, чем они были. Наоборот, для тел живой природы обмен с окружающей средой является условием существования. В живых организмах обмен веществ приводит к восстановлению разрушенных компонентов, заменяя их новыми, подобными им, т.е. к самообновлению и самовоспроизведению, или построению тела живого организма за счет усвоения веществ из окружающей среды.

Из сказанного следует, что организмы существуют как открытые системы. Через каждый организм идут непрерывно поток вещества и поток энергии. Осуществление этих процессов обусловлено свойствами белков, особенно их каталитической активностью.

Благодаря тому, что организмы — открытые системы, они находятся в единстве со средой, а физические, химические и биологические свойства окружающей среды обусловливают осуществление всех процессов жизнедеятельности. Каждый вид организмов приспособлен к обитанию лишь в определенных условиях. Это те условия, в которых происходило развитие данного вида, к которым он приспособился. Одни виды обитают только в воде, другие — на суше, одни — лишь в полярных широтах, другие — в экваториальном поясе, различные организмы приспособлены к обитанию в степях, пустынях, лесах, глубинах океанов или на вершинах гор. Немало таких, для которых средой обитания служат другие организмы (их кишечник, мышцы, кровь) и т. д.

Не только организмы зависят от среды, но и сама окружающая среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Первобытный облик нашей планеты значительно изменился под воздействием организмов: она приобрела атмосферу со свободным кислородом и почвенный покров. Из свободного кислорода образовался озон, препятствующий проникновению коротких ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли; так возник «озоновый экран», обеспечивающий существование жизни на поверхности суши. Из зеленых растений,накопивших в себе солнечную энергию в прошлые геологические эпохи, сформировались огромные запасы богатых энергией горных пород, таких, как уголь, торф. Органическое происхождение имеют известняки, мел и другие минералы. Растительный покров влияет на климат, древесная растительность делает его более мягким, уменьшает колебания температуры и других метеорологических факторов. Влияние неживой природы на организмы и организмов на неживые тела указывает на единство всей природы.

Раздражимость. Эта неотъемлемая черта, свойственная всему живому, является выражением одного из общих свойств всех тел природы — свойства отражения. Она связана с передачей информации из внешней среды любой биологической системе (организм, орган, клетка) и проявляется реакциями этих систем на внешнее воздействие. Благодаря этому свойству достигается уравновешивание организмов с внешней средой: организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды, способны извлекать из нее все необходимое для своего существования, а следовательно, с ним связан столь характерный для живых организмов обмен веществ, энергии и информации. Свойство раздражимости связано с химическим строением самого субстрата жизни. Получение необходимой информации обеспечивает в биологических системах саморегуляцию. Саморегуляция осуществляется в организмах по принципу обратной связи. Продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составляют начальное звено в длинной цепи реакций. По принципу обратной связи регулируются процессы обмена веществ, репродукции, считывания наследственной информации, а следовательно, проявление наследственных свойств в индивидуальном развитии и т. д.

Саморегуляцией в организмах поддерживается постоянство структурной организации—гомеостаз (греч. homos—равный, неизменный, stasis — состояние). Организмам свойственно постоянство химического состава, физико-химических особенностей. Для всех живых существ характерно наличие механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды.

Структурная организация в широком смысле, т. е. определенная упорядоченность, обнаруживается не только при исследовании жизнедеятельности отдельных организмов. Организмы различных видов, связанные друг с другом средой обитания, составляют биоценозы (исторически сложившиеся сообщества). В биоценозах в результате обмена веществ, энергии и информации между организмами и окружающей их неживой природой также поддерживается определенный биоценотический гомеостаз: постоянство видового состава и числа особей каждого вида.

Биологическим системам на различных уровнях организации свойственна адаптация. Под адаптацией (лат. adapto — приспособляю) понимается приспособление живого к непрерывно меняющимся условиям среды. В основеадаптации лежат явления раздражимости и характерные для нее адекватные ответные реакции. Адаптации выработались в процессе эволюции как следствие выживания наиболее приспособленных. Без адаптаций невозможно поддержание нормального существования.

Репродукция. В связи с тем, что жизнь существует в виде отдельных (дискретных) биологических систем (клетки, организмы и др.) и существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поддержание жизни на любом уровне связано с репродукцией. Любой вид состоит из особей, каждая из которых рано или поздно перестанет существовать, но благодаря репродукции (размножению) жизнь вида не прекращается. Размножение всех видов,

населяющих Землю, поддерживает существование биосферы.

Самовоспроизведение на молекулярном уровне обусловливает особенности обмена веществ живых организмов по сравнению с неживыми телами.

Репродукция на молекулярном уровне осуществляется на основе матричного синтеза. Принцип матричного синтеза заключается в том, что новые молекулы синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул. Матричный синтез лежит в основе образования молекул белков и нуклеиновых кислот.

Наследственность. Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между поколениями организмов. Она тесно связана с репродукцией (авторепродукцией) жизни на молекулярном, субклеточном клеточном уровнях. Хранение и передача наследственной информации осуществляются нуклеиновыми кислотами. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, обеспечивающие приспособление организмов к среде обитания.

Изменчивость. Изменчивостью называется свойство, противоположное наследственности, связанное с появлением признаков, отличающихся от типичных. Если бы при репродукции всегда проявлялась только преемственность прежде существовавших свойств и признаков, то эволюция органического мира была бы невозможна; но живой природе свойственна изменчивость. В первую очередь она связана с «ошибками» при репродукции. По-иному построенные молекулы нуклеиновой кислоты несут новую наследственную информацию. Эта новая измененная информация в большинстве случаев бывает вредной для организма, но

ряде случаев в результате изменчивости организм приобретает новые свойства, полезные в данных условиях. Новые признаки подхватываются и закрепляются отбором. Так создаются новые формы, новые виды. Таким образом, наследственная изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции, а тем самым существования жизни.

Индивидуальное развитие. Организмы, появляющиеся в результате репродукции, наследуют не готовые признаки, а определенную генетическую информацию, возможность развития тех или иных признаков. Эта наследственная информация реализуется во время индивидуального развития. Индивидуальное развитие выражается, как правило, в увеличении массы (рост), что в свою очередь базируется на репродукции молекул, клеток и других биологических структур, а также в дифференцировке, т. е. появлении различий в структуре, усложнении функций и т. д.

Основные формы жизни

Во всем многообразии организмов можно выделить две резко различные группы — неклеточные и клеточные формы жизни.

Неклеточные формы. К неклеточным относятся вирусы, составляющие группу вира (Vira). Вирусы проявляют жизнедеятельность только в стадии внутриклеточного паразитизма. Благодаря своей незначительной величине вирусы могут проходить через любые фильтры, в том числе каолиновые, имеющие наиболее мелкие поры, поэтому первоначально назывались фильтрующимися вирусами. Существование вирусов было доказано русским ботаником Д. И. Ивановским (1864—1920) в 1892 г., но увидеть их удалось лишь намного позже. Большинство вирусов имеют субмикроскопические размеры, поэтому для изучения их строения пользуются электронным микроскопом. Наиболее мелкие вирусы, например возбудитель ящура, немногим превышают молекулу яичного белка, но встречаются такие вирусы, как возбудитель оспы, которые видны в световой микроскоп.

Зрелые частицы вирусов — вирионы, или вироспоры, состоят из белковой оболочки и нуклеокапсида, в котором сосредоточен генетический материал. Он представлен нуклеиновой кислотой. Одни вирусы содержат дезоксирибонуклеиновую (ДНК), другие — рибонуклеиновую кислоту (РНК). На стадии вироспоры никакие проявления жизни не обнаруживаются. В связи с этим в науке нет единого мнения о том, можно ли вирусы на этой стадии считать живыми. Некоторые из вирусов могут кристаллизоваться наподобие неживого вещества, но проникая в клетки чувствительных к ним организмов, проявляют все признаки живого. Таким образом, в форме вирусов обнаружен как бы «переходной мост», связывающий в единое целое мир организмов с безжизненным органическим веществом. Вироспора — лишь одна из стадий существования вируса. Далее в жизненном цикле вирусов можно выделить следующие этапы: прикрепление вируса клетке, внедрение в нее, латентную стадию, образование нового поколения вирусов, выход вироспор. В период латентной стадии вирус как бы исчезает. Его не удается увидеть или выделить из клетки, но в этот период вся клетка синтезирует необходимые для вируса белки и нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется новое поколение вироспор.

Описаны сотни вирусов, вызывающих заболевания у растений, животных и человека. К числу вирусных заболеваний человека относятся бешенство, оспа, таежный энцефалит, грипп, эпидемический паротит, инфекционная желтуха, корь, бородавки и др.

Группа вирусов, приспособившаяся к паразитированию в теле бактерий и вне этих клеток не проявляющая свойств жизни, получила название фагов. По своему строению фаги сложнее вирусов, паразитирующих в клетках растений и животных. Многие фаги имеют головастикообразную форму, состоят из головки и хвоста. Внутреннее содержание фага — это преимущественно ДНК, а белковый компонент сосредоточен в основном в так называемой оболочке.

Фаги, проникая в определенные виды бактерий, размножаются и вызывают растворение (лизис) бактериальной клетки. В связи с этим они используются с профилактической и лечебной целью, например против возбудителей холеры, брюшного тифа и др.

Иногда проникновение фагов в клетку не сопровождается лизисом бактерии, а ДНК фага включается в наследственные структуры бактерии и передается ее потомкам. Это может продолжаться на протяжении многих поколений потомков бактериальной клетки, воспринявшей фаг. Такие бактерии получили название лизогенных. Под влиянием внешних факторов, особенно лучистой энергии, фаг в лизогенных бактериях начинает проявлять себя, и бактерии подвергаются лизису. Эта особенность лизогенных бактерий сделала их обязательными «пассажирами» космических кораблей, где они служат надежным индикатором проникновения космической радиации в кабину корабля. Их используют также для изучения явлений наследственности.

Происхождение вирусов неясно. Одни исследователи считают их первично примитивными организмами, стоящими у истоков жизни, что вряд ли верно. Другие полагают, что вирусы происходят от организмов, имевших более высокую организацию, но сильно упростившихся в связи с паразитическим образом жизни, т. е. в их эволюции имела место общая дегенерация, приведшая к биологическому прогрессу. Наконец, существует и третья точка зрения, что это сборная группа организмов, включающая как первично примитивных, так и упростившихся в своей организации существ.

Клеточные формы. Основную массу живых существ составляют организм мы, обладающие клеточной структурой. В процессе эволюции органического мира клетка оказалась единственной элементарной системой, в которой возможно проявление всех закономерностей, характеризующих жизнь.

Организмы, имеющие клеточное строение, в свою очередь делятся на две категории:не имеющие типичного ядра — доядерные, или прокариоты (Procaryota),

Прокариоты (Procaryota) — доядерные организмы, не имеющие типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану. Генетический материал находится в нуклеоиде. Представлен он единственной нитью ДНК, образующей кольцо. Эта нить не приобрела еще сложного строения, характерного для хромосом, и названа гонофором. Деление клетки только амитотическое. В клетке прокариотов отсутствуют митохондрии, центриоли, пластиды.

Из организмов, имеющих клеточное строение, наиболее примитивна микоплазма (mycoplasmataceae). Это бактериоподобные существа, ведущие паразитический или сапрофитный образ жизни. По размерам микоплазма приближается к вирусам. Самые мелкие клетки микоплазмы крупнее вируса гриппа, но мельче вируса коровьей оспы. Так, если вирус гриппа имеет диаметр от 0,08 до 0,1 мкм, а вирус коровьей оспы — от 0,22 до 0,26 мкм, то диаметр «клеток» микоплазмы — возбудителя повального воспаления легких рогатого скота — от 0,1 до 0,2 мкм.

отличие от вирусов, осуществляющих процессы жизнедеятельности. только после проникновения в клетки, микоплазма способна проявлять жизнедеятельность, свойственную организмам, имеющим клеточное строение. Эти бактериоподобные существа могут расти и размножаться на синтетической среде. Их «клетка» построена из сравнительно небольшого числа молекул (около 1200), но имеет полный набор макромолекул, характерных, для любых клеток (белки, ДНК и РНК). «Клетка» микоплазмы содержит около 300 различных ферментов.

По некоторым признакам «клетки» микоплазмы стоят ближе к клеткам животных, чем растений. Они не имеют жесткой оболочки, окружены гибкой мембраной; состав липидов близок к таковому клеток животных.

Как уже сказано, к прокариотам относятся бактерии и синезеленые водоросли, объединяемые общим термином «дробянки». Клетка типичных дробянок покрыта оболочкой из целлюлозы. Дробянки играют существенную роль в круговороте веществ в природе: сине-зеленые водоросли — как синтетики органического вещества, бактерии — как минерализирующие его. Многие бактерии имеют медицинское и ветеринарное значение как возбудители заболеваний.

Эукариоты (Eucaryota) — ядерные организмы, имеющие ядро, окруженное ядерной мембраной. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, имеющих сложное строение и состоящих из нитей ДНК и белковых молекул. Деление клеток митотическое. Имеются, центриоли, митохондрии, пластиды. Среди эукариотов существуют как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.

Эукариотов принято делить на два царства — растений и животных. Растения по ряду признаков отличаются от животных. У большинства растений тип питания аутотрофный, для животных характерен гетеротрофный. Однако провести четкую грань между всеми растениями и всеми животными не удается. В настоящее время все больше биологов приходят к выводу о необходимости разделения эукариотов на три царства — животных, грибов и растений. Эти новью представления не являются общепринятыми, но не лишены оснований. В нашей стране они разрабатываются и настоятельна пропагандируются крупным специалистом по систематике растений А.Л. Тахтаджяном. Вслед за ним этим царствам можно дать следующую характеристику.

Животные. Первично гетеротрофные организмы. Клетки лишены плотной наружной оболочки. Обычно активно подвижные организмы, но могут быть и прикрепленными. Запасные углеводы откладываются в виде гликогена.

Грибы. Первично гетеротрофные организмы. Клетки имеют хорошо выраженную оболочку, состоящую из хитина, реже из целлюлозы. Обычно прикрепленные организмы. Запасные углеводы откладываются в виде гликогена. Растения. Автотрофные организмы, иногда вторичные гетеротрофы. Клетки обладают плотной стенкой, состоящей обычно из целлюлозы, реже — из хитина. Запасные вещества откладываются в виде крахмала.

Учение об организации живого

Дискретность и целостность. Жизнь характеризуется диалектическим единством противоположностей: она одновременно целостна и дискретна (лат. discretus — прерывистый). Органический мир целостен, существование одних организмов зависит от других. В очень общей и упрощенной форме это можно представить так. Животные-хищники для своего питания нуждаются в существовании растительноядных, а последние — в существовании растений.

Растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы CO2, выделение которого в атмосферу связано с жизнедеятельностью живых организмов. Кроме того, растения из почвы получают ряд минеральных веществ, количество которых не истощается благодаря разложению органических веществ, осуществляемому бактериями, и т. д.

Органический мир целостен, так как составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время дискретен. Он состоит из единиц — организмов, или особей. Каждый живой организм дискретен, так как состоит из органов, тканей, клеток, но вместе с тем каждый из органов, обладая определенной автономностью, действует как часть целого. Каждая клетка состоит из органоидов, но функционирует как единое целое. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один из генов вне всей совокупности не определяет развитие признаков и т. д. Жизнь связана с молекулами белков и нуклеиновых кислот, но только их единство, целостная система обусловливает существование живого.

дискретностью жизни связаны различные уровни организации органического мира.

Уровни организации живого. В середине ХХ века в биологии сложились

представления об уровнях организации как конкретном выражении упорядо- ченности, являющейся одной из основных свойств живого (табл. 1).

Живое на нашей планете представлено в виде дискретных единиц — организмов, особей. Каждый организм, с одной стороны, состоит из единиц подчиненных ему уровней организации, с другой — сам является единицей, входящей в состав надорганизменных биологических макросистем (популяции, биоценозы, биосфера в целом).

Уровни организации органического мира

На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как дискретность и целостность, структурная организация (упорядоченность), обмен веществ, энергии и информации и т. д. Характер проявления основных свойств жизни на каждом из уровней имеет качественные особенности, упорядоченность. Как известно, в результате обмена веществ, энергии и информации устанавливается единство живого и среды, но понятие среды для разных уровней различно. Для дискретных единиц молекулярного и надмолекулярного (субклеточного) уровней окружающей средой является внутренняя среда клетки, для клеток, тканей и органов — внутренняя среда организма. Внешняя живая и неживая среда на этих уровнях организации воспринимается через изменение внутренней среды, т. е. опосредованно. Для организмов (индивидуумов) и их сообществ среду составляют организмы того же и других видов и условия неживой природы.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня. Характер клеточного уровня организации определяется молекулярным и субклеточными уровнями, Организменный — клеточным, тканевым, органным, видовой (популяционный) — организменным и т. д.

Следует отметить большое сходство дискретных единиц на низших уровнях и все возрастающее различие на высших уровнях.

Молекулярный уровень. На молекулярном уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Жизненный субстрат для всех животных, растений вирусов составляет всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 одинаковых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. Близкий состав имеют липиды и углеводы. У всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатых энергией аденозинфосфорных кислот (АТФ, АДФ, АМФ). Наследственная информация у всех заложена в молекулах ДНК (исключение составляют лишь содержащие РНК вирусы), способной к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул РНК, синтезируемых на матричных молекулах ДНК.

Клеточный уровень. На клеточном уровне также отмечается однотипность

всех живых организмов. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов и на стадии зиготы у многоклеточных совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (первая половина протерозойской эры), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоценозы и биосфера в целом.

Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. У многоклеточных организмов он развивается в период онтогенеза. Большое сходство между всеми организмами сохраняется на тканевом уровне. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. Всего лишь 5 основных тканей входят в состав органов всех многоклеточных животных и 6 основных тканей образуют органы растений.

Организменный уровень. На организменном уровне обнаруживается труднообозримое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящихся к разным видам, да и в пределах одного вида,— следствие не разнообразия дискретных единиц низшего порядка, а все усложняющихся их пространственных комбинаций, обусловливающих новые качественные особенности. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (организмы, особи), каждая из которых имеет свои отличительные черты.

Особь — организм как целое — элементарная единица жизни. Вне особей в природе жизнь не существует. На организменном уровне протекают процессы онтогенеза. Нервная и гуморальная системы осуществляют саморегуляцию в организме и обусловливают определенный гомеостаз.

Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов (особей) одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция — это элементарная единица эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяции входят в состав биогеоценозов.

Биоценотический и биосферный уровни. Биогеоценозы — исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно- энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Биогеоценозы составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

Только при комплексном изучении явлений жизни на всех уровнях можно получать целостное представление об особой (биологической) форме существования материи.

Источник