Свойства и признаки живого вещества

 

Если верить библии, богу пришлось потрудиться всего 5 дней, чтобы сотворить Землю, все светила на «тверди небесной», все растения и всех тварей живых. А на шестой день господь сотворил человека по своему образу и подобию. Случилось же это будто бы 7500 лет назад.

Может быть «семена жизни» прилетели на Землю из Космоса? Может быть жизнь – это логический и закономерный процесс совершенствования природы? Можно предположить, что неживая материя на определенном этапе своего развития под действием химических, физических и космических сил неизбежно становится живой. Живое вещество – это болееорганизованная часть Вселенной, обладающая минимумом энтропии.

Когда-то в первобытном океане из аминокислот образовались сгустки белка – коацерваты. Они начали обмениваться веществами с окружающей средой и превратились в одноклеточные создания. Впоследствии белковые капли приобрели свойство наследственности. Это случилось примерно 3 млрд лет назад. С тех пор живая материя, умирая, продолжала жить в своих потомках. Из миллионов индивидов выживали наиболее приспособленные. Они сохраняли и передавали потомкам из поколения в поколение свои лучшие качества. Таким образом, живая материя обрела бессмертие.

 

Принципиальным разделением предметов Вселенной является разделение их на живое и неживое (косное). Камень посреди поля, конечно, неживой, а ящерица, пробежавшая по этому камню, конечно, живая. Камень, как неживой предмет, усилия совершать не может, а ящерица может переводить внутреннюю энергию в работу по собственному усмотрению.

 

В настоящее время в составе биосферы описано около 300 тыс. видов растений и более 1,5 млн видов животных. Суммарная масса организмов сухопутных видов образована примерно на 99% зелеными растениями (2,4х10¹² т) и на 1% животными и микроорганизмами (20 млрд т). В океане, наоборот, растения составляют около 6% (0,2 млрд т) массы, а животные и микроорганизмы – 94% (3 млрд т).Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют менее 1% биомассы планеты.

Среди животных 96% видов составляют беспозвоночные и только 4% видов – позвоночные, среди которых млекопитающих видов только десятая часть. Это означает, что в биосфере количественно преобладают формы, имеющие относительно низкое качество развития.

Выделяют следующие восемь уровней организации живого вещества: молекулярный; клеточный; тканевый; органный; организменный; популяционно-видовой;биогеоценозный; биосферный уровень.

Всё живое на Земле (и цветок, и соловей) сложено из клеток. В каждой клетке растений и животных есть протоплазма и ядро, рибосомы и хромосомы. В хромосомных нитях плотно упакованы гены – группы атомов, которые управляют развитием всего живого на Земле. Строение любого организма, форма каждого лепестка, инстинкты закодированы в молекулах, несущих наследственную информацию. Эта информация записана языком химии в структурах нуклеиновых кислот. Все свойства видов передаются из поколения в поколение.Можно сказать, что живой организм – это оболочка для передачи генетического материала по цепочке дальше.

 

Общая теория клеточного строения была создана к 1840 году, когда было доказано, что все растительные и животные ткани сложены из клеток. В организме человека и млекопитающих насчитывается около 200 типов клеток. В капле нашей крови плавает около 5 млн красных кровяных шариков – это клетки размером до 8 мкм.

Клетки растений и животных в общем похожи. Разница в том, что у клеток растений оболочки сложены из клетчатки – многомолекулярного сахара, а у животных в основном из липидов, покрытых белком.

Живые клетки находятся в водном растворе разного состава. Из окружающей жидкости питательные вещества поступают через оболочку в клетку за счет диффузии, капиллярных сил и разности потенциалов. Иногда поступление веществ в клетку происходит против градиента сил. При этом совершается физическая работа, энергию для которой поставляет клетка. Например, в эритроцитах калия в 20 раз больше, а натрия в 20 раз меньше, чем в плазме крови. Значит, в кровяных клетках действует какой-то механизм, который «накачивает» в клетку ионы калия и «выкачивает» из неё ионы натрия.

Протоплазма клетки (это до 20% белки, до 3% жиры, остальное вода) всегда в движении и увлекает за собой ядро, митохондрии и все остальные органы клеточного тела. Митохондрии – это энергетические станции жизни, которые работают без шума, без высокой температуры и давления. В энергетических установках, созданных человеком, присутствуют грохот, жар печей и громады труб.

Каждая группа специализированных клеток, которая выполняет в организме определенную функцию, именуется тканью: мышечная, соединительная, нервная, эпителиальная ткани, кровь.

 

Под признаком объекта следует понимать некоторое условие для отнесения его к той или иной категории или для его идентификации. Основные признаки живого организма следующие.

1. Единство химического состава – специфическая черта живого.Все предметы, вся земная материя во всей её многоликости сложены из одних и тех же химических элементов: человек, древесный пень и гора Эльбрус сделаны из одного вещества. Правда, в человеке много кислорода и азота, а в Эльбрусе много кислорода и кремния, но в обоих есть водород, сера, железо, кальций. Оба – дети Природы, но человек – это существо живое, а Эльбрус – неживое.

2. Обмен веществ и энергии с окружающей средой. Обмен веществ – это совокупность химических превращений в организме, которые обеспечивают его жизнедеятельность и взаимодействие с окружающей средой.

3. Способность к росту и развитию – это специфическая черта организмов. Все живые организмы растут и развиваются в течение жизни: цветы распускаются, ростки тянутся к свету, а корни к воде. Семечко подсолнуха полностью неподвижно. Но достаточно поместить его в теплую влажную почву, как потянутся ростки и корешки, и вскоре появится солнечное растение подсолнух.

4. Раздражимость и движение. Живые организмы реагируют на внешние воздействия активными движениями. Устрица, какой бы неподвижной она ни казалась, может открывать створки своей раковины, втягивать воду, отфильтровывать из неё частички пищи, выбрасывать отходы. Мы тратим силы, даже если просто лежим на диване: мы дышим, раздвигаем грудную клетку и с каждым ударом сердца прогоняем по сосудам пять литров крови.

5. Изменчивость – это характерная черта организмов. Есть изменчивость с возрастом, а есть изменчивость как адаптация к условиям ОС. Изменяются условия ОС и как следствие изменяются виды популяций. У разных особей гены не идентичны. Генетическое разнообразие помогает выжить многим видам. Особи с комбинацией генов, обеспечивающей хорошую защиту от внешних условий, дают большее потомство и передают потомству свои лучшие генетические черты. Например, из огромной популяции насекомых некоторые особи вырабатывают генетическую устойчивость (резистентность) к токсичным веществам. Когда такой химикат используется в качестве пестицида, некоторые особи выживают и быстро дают потомство устойчивое к ядохимикату.

6. Самовоспроизведение и наследственность. Живые организмы имеют ограниченный срок жизни, однако они существуют очень долго на планете, потому что способны к размножению и оставлению после себя потомков.Молекула ДНК хранит в виде генетического кода сведения обо всех признаках организма. Молекулы РНК выполняют функции трансляции кода и синтеза на его основе белковых молекул. Белковые молекулы катализируют все происходящие в клетке процессы и служат её строительным материалом.

Основной процесс жизни – это синтез белков. Синтез осуществляется с помощью рибосом, которые являются органеллами наноразмера. Сами рибосомы неживые, хотя обязательно присутствуют внутри каждого живого организма. Рибосомы построены из двух молекул РНК, образующих структурный каркас. Именно они ответственны за синтез белков.

Рибосома – это молекулярная наномашина, которая протягивает через себя нить белок-кодирующей матричной РНК. При этом она считывает генетическую информацию, закодированную в виде определенной последовательности нуклеотидов РНК. Далее синхронно с прочтением генетической информации рибосома синтезирует белок из поступающих к ней аминокислот.

Принцип работы рибосомы заключается в вылавливании полезных движений, происходящих в этом тепловом хаосе броуновского движения. Здесь работает система отбора нужных движений.Рибосома-наномашина при её малых размерах, как и все обитатели микромира, вовлекается в беспорядочное тепловое броуновское движение.Рибосомы, как бусинки, нанизываются на нить генетической матрицы РНК и движутся по ней в определенном направлении, считывая генетическую информацию. При этом каждая рибосома последовательно наращивает полипептидную цепь, которая потом свернется в глобулу и получится белок.

 

В 1859 году в Лондоне вышла книга Чарлза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В ней была изложена знаменитая эволюционная теория, согласно которой главным распорядителем на Земле является естественный отбор. Именно ему обязана наша планета многоликостью и приспособленностью своих обитателей. Природа «разводит» на Земле много всяких тварей, но остаются жить лишь самые сильные.

По словам Дарвина, естественный отбор «ежедневно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя хорошие, работая неслышно, невидимо над усовершенствованием каждого существа». Палеонтологи наконец-то смогли разобраться в хаосе своих ископаемых коллекций. Эволюционная теория помогла внести в них логический порядок и установить родословные многих обитателей Земли.

Все живые организмы представляют собой либо растения, либо животные, либо и растения и животные одновременно, либо не растения и не животные, а вирусы.Назовем некоторых их представителей.

Самые примитивные и древние из растений – водоросли. Они бывают одноклеточные микроскопические и многоклеточные крупные до 70 м длиной. Размножаются водоросли спорами, то есть неоплодотворенными «семенами». Мхи и папоротники размножаются тоже спорами.

Высшие цветковые растения развиваются из семян, оплодотворенных в цветках. Грибы – близкая к водорослям группа спороносных растений, но потерявших хлорофилл. Хвойные деревья представляют следующую ступень развития растительного царства: у них есть семена, но нет цветков и плодов. Их называют голосеменными, потому что семена хвойных деревьев не покрыты мякотью и оболочками плодов. Цветковые растения своими совершенными формами венчают растительное царство, как человек завершает развитие животного мира.

Зоологи разделяют всех обитающих на Земле существ на 10 разных типов. У каждого типа свой план строения. Например, у членистоногих (раки, пауки, насекомые) и позвоночных (рыбы, птицы, звери) есть голова, глаза, кишечник, мускулатура, нервная система. Однако у позвоночных скелет – опора всех органов, спрятан под мускулатурой, а ствол нервной системы тянется вдоль позвоночника. А у членистоногих скелет прочным панцирем покрывает всё тело. Мускулатура лежит под панцирем,а нервная цепочка тянется вдоль брюшной стороны тела.

Кишечнополостные (медузы и кораллы) представляют собой одну толстую кишку, один конец которой прикреплен к камню на дне моря, а другой конец– это окруженный щупальцами беззубый рот. Подобно бабочке, развивающейся из гусеницы, кишечнополостные существуют в двух поколениях: медузах и полипах. Из яйца рождается полип, похожий на стебелек со щупальцами. Стебелек почкуется и животное превращается в колонию полипов, похожую на ветвистое деревце. Пища, схваченная щупальцами одного полипа, идет на общий стол, так как полости полипов соединены каналами в одну пищеварительную систему. В положенный срок на колонии набухают особые почки – будущие медузы. Подрастая, они отрываются от дерева-животного и уплывают в море. Ткани медузы налиты водой, это сильно разбавленный живой студень. В теле медузы развиваются яйца, которые разносятся по всему океану. Вылупившиеся из яиц личинки опускаются на дно и превращаются в полипов.

Жгутиконосцы – микроскопические существа с хвостиками. Под микроскопом видно, что у них под прозрачной кожицей как у растений содержатся зеленые хлорофилловые зернышки. Но одновременно у них как у животных есть рот и глаза. В солнечный день жгутиконосцы скорее растения, занимающиеся фотосинтезом, а в пасмурную погоду питаются бактериями и мелкими водорослями.

Вирусы тоже стоят на рубеже двух миров – они разделяют природу живую и неживую. Мельче вирусов нет существ на нашей планете. Вирус – это группа генов (молекулярных структур), заключенных в защитную белковую оболочку. Они не делятся, не почкуются, не прибегают к помощи половых клеток. Вирус, проникнув в живую клетку, «заставляет» её строить из запасенных для собственных нужд питательных веществ новые вирусы по образцу своих генов. Клетка, израсходовав свою энергию на принудительное воспроизводство вирусов, гибнет.

Бактерии – мельчайшие из существ, которые можно увидеть в оптический микроскоп. Есть бактерии, причиняющие опасные болезни, а есть необходимые бактерии, которые освобождают планету от мертвых растений и животных. Они разлагают белки и другие органические вещества на простые составные части – на углекислый газ, аммиак. Они насыщают почву азотом, помогают заквашивать капусту и силос для скота, приготавливать сыры и простоквашу.

Бациллы (группа бактерий-палочек) выделяет из протоплазмы кусочек живого белка – спору, которая способна годами лежать в летаргическом сне и переносить аномальные температуры и давления. Этот законсервированный квант жизни, попав в благоприятные условия, пробуждается и начинает плодиться.

Под свойством объекта следует понимать некоторый его регулярно проявляющий себя атрибут. К свойствам живого вещества можно отнести следующие его атрибуты.

1. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов, представляющих исключительное разнообразие форм, размеров и составов.

2.Живое вещество состоит из специфических химических соединений – белков и ферментов, устойчивых при жизни и быстро разлагающихся после смерти.

3.Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох.

4.Живому веществу свойственна феноменально высокая скорость протекания химических реакций – на несколько порядков более высокая, чем в неживой природе. Это объясняется действием ферментов, которые академик И.Павлов назвал «возбудителями жизни». Жиры и углеводы окисляются в организме при 37^оС, а вне среды на заводских установках при температуре около 400^оС. Весь слой почвы планеты проходит через организмы дождевых червей за 150–200 лет. Популяция рачка эпишура за год трижды процеживает воду Байкала.

5.Живое вещество способно произвольно перемещаться в пространстве против ветра, течения воды и силы тяжести.

6.Живое вещество стремится заполнить собой всё окружающее (возможное) пространство. Н.Ф. Реймерс назвал это свойство «давлением жизни». Некоторые простейшие организмы при отсутствии ограничивающих факторов могли бы освоить всю планету за несколько дней.

 

Естественным концом любой жизни является смерть. Рождение – зрелость – старость – смерть. Таков неизбежный путь по нашей планете каждого живого существа. Не умирает лишь тот, кто не живет. Со временем клетки любого организма теряют воду, уплотняются, плохо размножаются, а потом погибают.

Мечты о вечной жизни нереальны, бессмертие невозможно, но продлить жизнь, прогнать на время старость можно. Академик И.П. Павлов считал естественным пределом жизни человека 100 лет. Однако убедительных методов определения предельного возраста пока нет.

В мире животных есть, например, такие долгожители как черепахи, живущие 175 лет; карпы – 150 лет; щуки – 300 лет; попугаи – 90 лет; орлы – 104 года; соколы – 162 года. И.И. Мечников предположил, что рыбы и птицы живут дольше всех, потому что у них нет толстого кишечника, в котором проживают миллиарды микроорганизмов, некоторые из которых травят нас изнутри фенолом и другими ядами.

Старение животных и человека – это последовательное приближение периода угнетения жизненных функций организма. Что же зависит от нас? Правильное питание, к старости больше овощей и фруктов, меньше мяса и жира, больше двигаться, больше быть на свежем воздухе, меньше волнений и больше радости. Меньше праздности, больше деятельного образа жизни, больше физического и умственного труда. Ни один ленивый человек не дожил до глубокой старости.Случаи исключительного долголетия наблюдались во все времена и у всех народов. Причины этого заключаются в наследственности.