6) в самоорганизации неживых систем молекулы просты, а механизмы реакций сложны; в самоорганизации живых систем, напротив, схемы реакций просты, а молекулы сложны;
7) у живых систем есть прошлое, у неживых его нет. «Целостные структуры атомной физики состоят из определенного числа элементарных ячеек, атомного ядра и электронов и не обнаруживают никакого изменения во времени, разве что испытывают нарушение извне. В случае такого внешнего нарушения они, правда, как-то реагируют на него, но если нарушение было не слишком большим, они по прекращению его снова возвращаются в исходное положение. Но организмы — не статические образования. Древнее сравнение живого существа с пламенем говорит о том, что живые организмы, подобно пламени, представляют собой такую форму, через которую материя в известном смысле проходит как поток»[88];
8) жизнь организма зависит от двух факторов — наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь на Земле не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции;
9) способность к избыточному самовоспроизводству. Это ведет, по Ч. Дарвину, к усилению борьбы за жизнь и ее следственно-естественному отбору.
1. Чем отличается живое от неживого?
2. Вирусы — это живые или неживые тела? Почему?
3. Каков механизм действия вируса?
4. Каковы концепции происхождения жизни?
5. Какова модель происхождения жизни А.И. Опарина?
6. Зачем нужен озоновый слой в атмосфере?
7. Как образовалась атмосфера на Земле?
8. Что такое фотосинтез?
9. Каковы основные фазы эволюции форм жизни?
10. Каковы важнейшие свойства живых систем?
I. Ответьте на вопросы.
1. Почему проблема происхождения жизни — одна из самых трудных и интересных в науке?
2. Как Л. Пастер доказал, что жизнь не может возникнуть сама по себе? Как это связано с процессом пастеризации?
3. Что нужно, чтобы появилось и могло существовать живое вещество?
4. Каковы современные представления о происхождении жизни?
5. Каковы стадии происхождения жизни по А.И. Опарину?
6. Почему с точки зрения теории вероятностей вероятность возникновения жизни очень мала?
6. Почему деятельность живых систем сравнивают с работой фабрики и одновременно со звучанием симфонии?
7. В чем суть процесса метаболизма и что происходит с потребляемой пищей?
II. Прокомментируйте высказывания.
«Специфичность жизни, отличие живых систем от неорганического мира хорошо видны с точки зрения химии. В живых системах протекает множество отдельных химических реакций, например, в человеческом организме в одну секунду совершается примерно 15 миллиардов актов реакций, многие из которых давно и хорошо изучены. Для живого специфичен определенный порядок этих реакций, их последовательность и объединение в целостную систему» (Е.В. Дубровский).
«Вся совокупность современных биохимических данных показывает, что отдельные, индивидуальные реакции, протекающие в живых телах, сравнительно просты и однообразны. Это хорошо известные и легко воспроизводимые в пробирке и колбе химика реакции окисления, восстановления, гидролиза, фосфоролиза, альдольного уплотнения, переаминирования и т. д. Ни в одной из них нет ничего специфически жизненного. Специфическим для живых тел прежде всего является то, что в них эти отдельные реакции определенным образом организованы во времени, сочетаются в единую целостную систему наподобие того, как отдельные звуки сочетаются в какое-либо музыкальное произведение, например, симфонию. Стоит только нарушить последовательность звуков — получится дисгармония, хаос. Аналогичным образом и для организации живых тел важно то, что совершающиеся в них реакции протекают не случайно, не хаотически, а в строго определенном гармоничном порядке, который лежит в основе как восходящей, так и нисходящей ветви обмена веществ. Такие жизненные явления, как, например, брожение, дыхание, фотосинтез, синтез белков и т. д., — это длинные цепи реакций окисления, восстановления, альдольного уплотнения и т. д., сменяющих друг друга в совершенно точной последовательности, в строго определенном закономерном порядке. Но что особенно важно, что принципиально отличает живые организмы от всех систем неорганического мира — это присущая жизни общая направленность указанного выше порядка. Многие десятки и сотни тысяч химических реакций, совершающихся в живом теле, не только гармонично сочетаются в едином порядке, но и весь этот порядок закономерно обусловливает самосохранение и самовоспроизведение всей жизненной системы в целом и в данных условиях внешней среды, в поражающем соответствии с этими условиями» (А.И. Опарин, В.Г. Фесенков).
«На бесчисленном множестве небесных тел нет жизни, многие из этих тел никогда и не будут ею обладать в течение всего своего развития, так как оно здесь идет совершенно иными путями, чем это имеет место на нашей планете. Но из этого совершенно не следует, что только Земля является единственным обиталищем жизни. В нашей метагалактической системе имеются сотни миллионов галактик, и каждая отдельная галактика может состоять из миллиардов и сотен миллиардов звезд. Даже в нашей галактике, включающей примерно 150 миллиардов звезд, могут быть сотни тысяч планет, на которых возможно возникновение и развитие жизни. Во всей бесконечной Вселенной должно существовать также и бесконечное множество обитаемых планет» (А.И. Опарин, В.Г. Фесенков).
«Органический синтез осуществлялся в период, предшествовавший образованию Солнечной системы и во время ее образования; он имел место уже на том этапе, когда Земля еще окончательно не сформировалась. По-видимому, такой синтез происходил в атмосферах углеродных звезд, в солнечной туманности, в планетозималях и протопланетах» (Дж. Оро).
«Я полагаю, что обмен у первых организмов был направлен — а у первых синтетических организмов будет направлен — на синтез нуклеиновых кислот, способных служить матрицей в синтезе белка, а также на синтез одного или более белков, катализирующих образование нуклеиновых кислот и белков» (Дж. Холдейн).
«В некотором смысле живые системы можно сравнить с хорошо налаженным фабричным производством: с одной стороны, они являются вместилищем многочисленных химических превращений, с другой — демонстрируют великолепную пространственно-временную организацию с весьма неравномерным распределением биохимического материала» (И. Пригожин, И. Стенгерс).
«Из множества возникавших при неспецифической полимеризации вариантов благодаря действию естественного отбора сохранялись только те, участие которых в метаболизме данной системы способствовало ее более длительному существованию, росту и размножению. Так происходило постепенное совершенствование как всей живой системы в целом, так и ее отдельных механизмов» (А.И. Опарин).
«Если бы в период первоначального синтеза таких молекул существовал свободный кислород, то они почти наверное в конце концов разрушились бы в результате окисления. Только в среде, лишенной свободного кислорода, эти предшественники живых систем могли накапливаться в концентрациях, способных обеспечить их частое взаимодействие друг с другом…, что было необходимо для возникновения первых метаболических систем» (П. Хочачка, Дж. Сомеро).
III. Прокомментируйте схему.
Происхождение и развитие жизни.
Мир вокруг нас: Беседы о Мире и его законах: Сб. ст. / Сост. Е.В. Дубровский. — М., 1983.
Опарин А.И., Фесенков В.Г. Жизнь во Вселенной. — М., 1956.
Глава 12Генетика
Переходя от проблемы происхождения жизни к проблеме строения живого, отметим, что научное знание в этой области в большей степени достоверно благодаря успехам, достигнутым новыми науками — молекулярной биологией и генетикой. Можно сказать, что примерно в середине XX в. произошла научная революция в биологии, вторая в XX в. после научной революции в физике, и благодаря ей биология выбилась в лидеры «соревнования» между науками.
Во второй половине XX в. были выяснены вещественный состав, структура клетки и процессы, происходящие в ней. «Клетка — это своего рода атом в биологии. Точно так же, как разные химические соединения сложены из атомов, так и живые организмы состоят из огромных скоплений клеток. Из работ физиков мы знаем, что все атомы очень похожи друг на друга: в центре каждого атома находится массивное, положительно заряженное ядро, а вокруг него вращается облако электронов — это как бы солнечная система в миниатюре! Клетки, подобно атомам, также очень сходны друг с другом. Каждая клетка содержит в середине плотное образование, названное ядром, которое плавает в „полужидкой“ цитоплазме. Все вместе заключено в клеточную мембрану»[89].
Основное вещество клетки — белки, молекулы которых обычно содержат несколько сот аминокислот и похожи на бусы или браслеты с брелоками, состоящими из главной и боковой цепей. У всех живых видов имеются свои особые белки, определяемые генетическим аппаратом. В клетке и происходит процесс воспроизводства белков в соответствии с генетическим кодом организма. Без клетки генетический аппарат не мог бы существовать.
Если в клетку попадут вредные для организма бактерии и другие инородные тела, то с ними вступает в бой иммунная система, состоящая из блуждающих клеток, которые у низших животных играют роль пищеварительных органов, а у высших животных, в том числе у человека, их значение заключается именно в защите специфического строения данного организма. Теория иммунитета разработана русским ученым И.И. Мечниковым.