Какие свойства отличают живое от неживого
Предположим, человечество послало разведывательный зонд на какую-нибудь далёкую планету, и он обнаружил не встречающуюся на Земле субстанцию. Что ему с ней делать? Провести химический анализ? А вдруг оно – живое и химический анализ его убьёт? Как узнать?
Сейчас в науке имеется около сотни определений того, что такое жизнь. А когда определений так много, это означает, что учёные сами не до конца понимают, что же это такое.
Во многих определениях упоминаются «белки» и «клетки», которые не обязательно будут присутствовать в инопланетной жизни. Более того, похоже, что в начале земной жизни они тоже отсутствовали (но об этом – позже).
Если попробовать взять из этих определений общую часть, то выйдет, что живое обменивается веществами с окружающей средой (обмен веществ), имеет способность к росту, реакции на внешние условия, размножению…
Давайте проверим эти положения.
Обмен веществ. Это свойство почти любого химического процесса. Тот же огонь свечи, например, берёт из среды кислород и отдаёт углекислый газ, точь-в-точь как и мы. Делает ли это его живым?
Размножение. Размножается и компьютерный вирус.
Рост. Кристаллы тоже растут. А опрокинув ту же свечку, можно случайно «разрастить» огонь по всей комнате.
Реакция на внешние условия. Кристаллы льда растут быстрее при низкой температуре – реагируют на внешние условия.
А значит, всех этих признаков – обмена веществ, способности к размножению и росту, реагирования на внешнюю среду – недостаточно.
Учёные дополнили определение жизни новым условием: живое существо в процессе обмена создаёт более сложные вещества.
Кристалл растёт, компьютерный вирус размножается, огонь создаёт сложные вещества. Но это всё не жизнь!
С одной стороны, условие верное: всё множество живых белков (а их миллионы разных) создаётся из двадцати с небольшим аминокислот. С другой – в том же пламени свечи создаются случайным образом весьма сложные вещества: антрацен, фенантрен…
Есть, однако, принципиальная разница.
То, что синтезируется в пламени, огню не нужно, даже вредно (от сажи, например, он гаснет). А вот то, что синтезируется в живом организме, идёт на его постройку, на помощь в том же синтезе, на защиту от внешней среды. Оно остаётся, а потом может перейти к потомкам.
Это условие, которое назвали «накопление и передача информации», сейчас считается основным свойством жизни. А уж как эта информация накапливается – синтезом нужных для выживания веществ, передачей антител, врождёнными инстинктами или печатным словом (как это происходит с тобой сейчас), – это уже вторично.
Как неживое могло стать живым?
Как возникла жизнь? На этот вопрос тоже есть множество ответов. «Принесена из космоса», «высажена в виде эксперимента некой цивилизацией» – такие ответы лишь снова вызывают те же самые вопросы: а как тогда жизнь возникла на родной планете этой некой цивилизации?
Наблюдая живой мир вокруг нас, очень трудно представить, что вся эта сложность и разнообразие могли каким-то образом возникнуть сами по себе. А если предположить, что в какие-то давние времена всё живое было представлено всего лишь одной разновидностью жизни?
Сейчас геологи во множестве находят слоистые камни, строматолиты, которые образованы многолетними колониями цианобактерий. Так вот, самые старые из этих камней имеют возраст три с половиной миллиарда лет. Больше никаких следов деятельности живых существ того времени неизвестно. То есть похоже, что единственными, кто тогда жил на Земле, были цианобактерии.
Строматолиты
Но даже бактерия – уже очень сложный организм. В ней синтезируется множество разных белков, в ДНК хранится наследственная информация, а для передачи и транспорта используется РНК (рибонуклеиновая кислота). Разве могло быть так, что все эти вещества вдруг случайно возникли и соединились вместе?
Цианобактерии
Учёные не так давно открыли, что есть биохимические реакции, для которых белок не обязателен. Эти реакции могут идти с участием одних только РНК, так называемых рибозимов.
Представим себе такой живой организм. Он больше всего напоминает каплю с раствором нуклеиновых кислот внутри. Одни молекулы хранят наследственную информацию, на других происходит синтез новых РНК. Третьи образуют оболочку.
Как же в таком организме происходит питание и размножение? Подходящие молекулы из внешней среды образуют пару с молекулами оболочки и втягиваются внутрь. Внутри они точно так же образуют пары с уже существующими «длинными» цепочками РНК. Естественно, чтобы новая цепочка связалась химическими связями, нужно очень много времени, или кратковременная высокая температура, или помощь другой РНК–рибозима.
Молекула РНК под электронным микроскопом
Но главная задача при этом худо-бедно выполняется – такая капля раствора уже может накапливать и передавать полезную информацию, то есть уже живёт.
Н что заставляет подходящие молекулы объединиться?
Случайность?
Языковая теория жизни
Итак, мы выяснили, что жизнь возникает в результате соединения неживых элементов, а её главным признаком является способность к сохранению и передаче информации.
А теперь – внимание. Существует явление, которое ведёт себя точно так же, хотя живым мы его не считаем. Правда, мы часто называем это явление «живым», но в переносном смысле. Что это за явление? Посмотрите на рисунок.
Попробуйте прочитать, что здесь написано. Ничего не написано! Это просто буквы, и никакого смысла в их случайном скоплении нет. Можно сказать, что эта совокупность букв «мёртвая».
А теперь те же самые буквы соединяются в определённом порядке:
Догадались, какое явление обладает теми же свойствами, что и жизнь? Язык! Обыкновенный язык, на котором мы разговариваем, думаем, читаем и пишем. И даже иногда называем его «живым»:
Он накапливает и передаёт информацию, а смысл (жизнь) возникает в нём в результате соединения бессмысленных (неживых) элементов…
И это ещё не всё! Язык способен «расти» (в нём увеличивается количество слов и значений), «размножаться» (образовывать диалекты, наречия, жаргоны, слэнги, литературные жанры) и создавать «сложные вещества» (поступки людей).
И наконец: многие поэты и философы всерьёз утверждают, что не мы «говорим языком», а язык «говорит нами». То есть – не у нас есть язык, а мы есть у языка.
То есть язык использует людей как инструмент и питательную среду. Мы произносим для него звуки и пишем буквы, а мысли для этих слов и букв язык сам вкладывает нам в головы…
А если бы язык использовал в качестве «обслуживающего персонала» не людей, а, например, молекулы? Хотя – стоп, стоп…
Он же их и использует, мы же только что об этом читали! Именно в результате использования азотистых оснований для образования слов – ДНК и возникла жизнь на Земле!.. Получается, философы и поэты правы. Язык создал людей.
От живого к неживому и обратно
Для возникновения жизни необходим обмен и синтез веществ. Когда эти процессы прекращаются, считается, что и жизнь прекратилась тоже. Всегда ли это прекращение – насовсем?
Зелёная лягушка
Возьмём обычную зелёную лягушку. Они часто зимуют там же, где и живут, на дне пруда. Когда наступает зима и водоём промерзает, лягушки часто замерзают вместе с ним. Сердце у них не бьётся, дыхания нет, обмен веществ практически отсутствует. Жизнь закончилась?
Нет, она прекратилась на время. Стоит такую лягушку отогреть, она зашевелится, оживёт. Тритон сибирский углозуб вообще замерзает каждую зиму и в таком состоянии может провести до девяноста лет (а может, и больше).
Тритон сибирский углозуб
Мы сами и множество существ вокруг нас – многоклеточные организмы. Считается, что такие организмы обладают индивидуальностью, способностью запоминать и накапливать опыт. Что случится, если нарушить все связи между клетками? Что случится с индивидуальностью?
Простое многоклеточное существо гидру обучили защитной реакции – втягивать щупальца в ответ на вспышку света. Затем гидру аккуратно протёрли сквозь марлю, разбив её тело на отдельные клетки. Клетки гидр и губок способны воссоединяться вместе после такой операции. Оказалось, что воссоединённая гидра помнит, чему научилась, и так же втягивает щупальца.
Гидра (слева) и червь планария
У червей планарий клетки не способны соединяться после разделения, но одна планария может поглощать клетки другой. Оказывается, таким образом опыт тоже передаётся. То есть, обучив чему-нибудь планарию, а потом скормив её кусочек другой, можно таким способом передать выученное. (Это не значит, что и ты, съев учителя математики, выучишь теорему Пифагора: у нас пищеварение и память устроены по-другому.)
А можно ли самому создать жизнь из составных частей? Оказывается, можно. Летом прошлого года группа учёных создала с нуля ДНК, спрятала её в оболочку, наполнила эту оболочку рибосомами и всем необходимым – и новая, никогда прежде не существовавшая бактерия стала жить, питаться, делиться.
Другая группа учёных уже научилась заменять «буквы алфавита» ДНК – азотистые основания – на совершенно новые.
Учёные мечтают, что новые созданные ими организмы смогут жить на других планетах в совершенно других условиях. Кто знает, может, мы и станем той самой цивилизацией, сеющей жизнь на других планетах…
Читайте также:
Почему бессмертие невозможно?
Почему Новый год наступает зимой?
Как возникла квантовая физика?
Отчего у Мальвины голубые волосы?
Познавательный журнал «Лучик» для школьников и родителей продаётся в магазинах «ВкусВилл» в вашем городе
Казалось бы, отличия живого от неживого видны сразу. Однако все не совсем просто. Ученые утверждают, что такие основные навыки, как питание, дыхание и общение между собой, является признаком не только живых организмов. Как полагали люди, жившие во времена каменного века, живым можно назвать все без исключения. Это и камни, и трава, и деревья.
Словом, вся окружающая природа может быть названа живой. Тем не менее современные деятели науки выделяют более четкие отличительные признаки. При этом очень важным является фактор совпадения абсолютно всех черт организма, источающего жизнь. Это нужно для того, чтобы досконально определить отличия живого от неживого.
Сущность и основополагающие черты живого организма
Банальная интуиция позволяет каждому человеку приблизительно провести параллель между живым и неживым.
Тем не менее иногда у людей появляются затруднения с тем, чтобы грамотно выявить основные отличия живого от неживого. По словам одного из гениальных писателей, живое тело полностью состоит из живых организмов, а неживое — из неживых. Кроме таких тавтологий в науке имеются тезисы, более точно отражающие суть поставленного вопроса. Как ни прискорбно, но и эти самые гипотезы не в полной мере дают ответы на все существующие дилеммы.
Так или иначе, отличия живых организмов, тел неживой природы до сих пор изучаются и анализируются. Весьма широкое распространение, к примеру, имеет рассуждение Энгельса. Мнение его гласит, что жизнь буквальным образом не сможет продолжаться без процесса обмена веществ, свойственного белковым телам. Этот процесс, соответственно, не может происходить без процесса взаимодействия с объектами живой природы. Тут приводится аналогия горящей свечи и живой мыши или крысы. Различия в том, что мышь живет за счет процесса дыхания, то есть за счет обмена кислорода и углекислого газа, а в свече всего лишь осуществляется процесс горения, хотя эти объекты и находятся на одинаковых стадиях жизни. Из этого наглядного примера следует то, что взаимный обмен с природой возможен не только в случае с живыми объектами, но и в случае с неживыми. Исходя из изложенной выше информации, обмен веществ нельзя назвать основным фактором классификации живых объектов. Это показывает, что точно определить отличия живого от неживого организма является очень трудоемкой миссией.
До умов человечества эта информация дошла весьма давно. По словам философа-испытателя из Франции Д. Дидро, вполне реально понять то, что такое одна крохотная клетка, и весьма большой проблемой является то, чтобы вникнуть в суть целого организма. По мнению многих ученых, только сочетание конкретных биологических характеристик может дать понятие о том, что такое живой организм и в чем отличие живой природы от неживой.
Список свойств живого организма
К числу свойств живых организмов относятся:
- Содержание необходимых биополимеров и веществ, несущих наследственные признаки.
- Клеточное строение организмов (все, кроме вирусов).
- Энергетический и вещественный обмен с окружающим пространством.
- Способность к репродукции и размножению подобных себе организмов, которые несут наследственные признаки.
Резюмируя все описанные выше сведения, стоит сказать, что умеют питаться, дышать, размножаться только живые тела. Отличие неживых в том, что они могут лишь существовать.
Жизнь — это код
Можно сделать вывод о том, что основой всех процессов жизнедеятельности являются белки (протеины) и нуклеиновые кислоты. Системы с наличием таких компонентов являются сложно организованными. Самое короткое и, тем не менее, емкое определение было выдвинуто известным ученым-биологом из Америки по фамилии Типлер, ставшим создателем издания под названием «физика бессмертия». По его словам, живым существом можно признать только то, в составе которого есть нуклеиновая кислота. Также, по мнению ученого, жизнь является определенного рода кодом. Придерживаясь этого мнения, стоит предположить, что, лишь поменяв этот код, можно добиться вечной жизни и отсутствия нарушений здоровья человека. Нельзя сказать о том, что эта гипотеза нашла отклик у всех, но все же некоторые ее последователи появились. Это предположение создано с целью обособления способности живого организма накапливать и обрабатывать информацию.
Принимая во внимание то, что вопрос отличия живого от неживого по сей день остается предметом многочисленных дискуссий, к проведенному исследованию имеет смысл добавить подробное рассмотрение структуры элементов живого и неживого.
Наиболее важные свойства живых систем
Из самых важных свойств живых систем многие профессора биологических наук выделяют:
- Компактность.
- Способность делать порядок из существующей хаотичности.
- Вещественный, энергетический и информационный обмен с окружающим пространством.
Большую роль играют так называемые «петли обратной связи», которые образуются внутри автокаталических взаимодействий.
Жизнь значительно превосходит иные разновидности существования материала в плане разнообразия химических составляющих и динамики процессов, которые протекают в живом олицетворении. Компактность структуры живых организмов является следствием того, что молекулы жестко упорядочены.
В составе неживых организмов клеточная структура проста, чего не скажешь о живых.
Последние имеют прошлое, что обосновано клеточной памятью. Это также существенное отличие живых организмов от неживых.
Жизненный процесс организма имеет непосредственную связь с такими факторами, как наследственность и изменчивость. Что касается первого случая, признаки передаются молодым особям от более старших, и мало подвержены влиянию окружающей среды. Во втором же случае все наоборот: каждая частичка организма изменяется благодаря взаимодействию с факторами окружающего пространства.
Начало земной жизни
Отличия живых объектов природы, неживых организмов и прочих элементов волнуют умы многих ученных. По их словам, о жизни на земле стало известно с того момента, как только появилось понятие того, что такое ДНК и зачем оно создано.
Что касается информации о переходе простых белковых соединений к более сложным, достоверных данных по этому поводу пока не получено. Существует теория о биохимической эволюции, но она представлена лишь в общих чертах. Эта теория гласит, что между коацерватами, являющимися по природе сгустками органических соединений, могут «вклиниваться» молекулы сложных углеводов, что приводило к образованию простейшей клеточной мембраны, которая давала коацерватам стабилизацию. Как только к коацервату присоединялась молекула белка, появлялась другая подобная клетка, имеющая способность к росту и дальнейшему делению.
Самым трудоемким этапом процесса доказательства этой гипотезы считается аргументация способности живых организмов к делению. Нет сомнений в том, что в модели появления жизни будут входить и другие знания, подкрепленные новым научным опытом. Однако чем более сильно новое превосходит старое, тем сложнее становится фактически объяснить то, каким именно образом появилось это самое «новое». Соответственно, тут речь всегда будет идти о приблизительных данных, а не о конкретике.
Процессы творения
Так или иначе, следующей важной стадией сотворения живого организма является воссоздание мембраны, защищающей клетку от пагубных факторов внешней среды. Именно мембраны являются начальным этапом в появлении клетки, служащей отличительным ее звеном. Каждый процесс, являющийся особенностью живого организма, протекает внутри клетки. Огромное количество действий, служащих основой жизнедеятельности клетки, то есть обеспечение необходимыми веществами, ферментами и прочим материалом, происходит внутри мембран. Очень важную роль имеют в данной ситуации ферменты, каждый из которых отвечает за определенную функцию. Принцип действия молекул ферментов — в том, что к ним тотчас же стремятся присоединиться другие активные вещества. Благодаря этому реакция в клетке происходит практически в мгновение ока.
Клеточное строение
Из начального школьного курса биологии ясно, что за синтез белков и других жизненно важных составляющих клетки ответственность несет преимущественно цитополазма. Практически любая клетка человека способна осуществлять синтиез более чем 1000 различных протеинов. По величине эти клетки могут быть как в 1 миллиметр, так и в 1 метр, примером таковых являются составляющие нервной системы человеческого тела. Способностью к регенерации обладает большинство видов клеток, однако есть и исключения, которыми являются уже упомянутые нервные клетки и мышечные волокна.
С того мгновения, как впервые зародилась жизнь, природа планеты Земля беспрестанно развивается и модернизируется. Эволюция тянется уже несколько сотен миллионов лет, тем не менее все тайны и интересные факты не раскрыты до сей поры. Формы жизни на планете подразделяются на ядерные и доядерные, одноклеточные и многоклеточные.
Одноклеточные организмы характеризуются тем, что все важные процессы происходят в одной-единственной клетке. Многоклеточные же, напротив, состоят из множества одинаковых клеток, способных к делению и автономному существованию, но, тем не менее, скомпонованных в единое целое. Многоклеточные организмы занимают огромное пространство на Земле. К этой группе относят и людей, и животных, и растения, и многое-многое другое. Каждый из данных классов делится на виды, подвиды, роды, семейства и прочее. Впервые знания об уровнях организации жизни на планете Земля были получены из опыта живой природы. Следующий этап имеет непосредственное отношение к взаимодействию с живой природой. Также стоит детально изучить все системы и подсистемы окружающего мира.
Организация живых организмов
- Молекулярная.
- Клеточная.
- Тканевая.
- Органная.
- Онтогенетическая.
- Популяционная.
- Видовая.
- Биогеоцентрическая.
- Биосферная.
В процессе изучения простейшего молекулярно-генетического уровня достигнут наивысший критерий осведомленности. Хромосомная теория наследственности, анализ мутаций, подробное изучение клеток, вирусов и фагов послужили основанием для вскрытия основополагающих генетических систем.
Примерные знания о структурных уровнях молекул были получены посредством влияния открытия клеточной теории о строении живых организмов. В середине 19 века люди не знали о том, что организм состоит из множества элементов, и считали, что на клетке все замыкается. Тогда ее сравнивали с атомом. Знаменитый ученый того времени из Франции Луи Пастер предположил, что самое важное отличие живых организмов от неживых — молекулярное неравенство, свойственное только живой природе. Ученые назвали это свойство молекул хиральностью (термин переведен с греческого и означает «рука»). Такое название было дано ввиду того, что это свойство напоминает отличие правой руки от левой.
Одновременно с подробным изучением белка ученые продолжали раскрывать все тайны ДНК и принципа наследственности. Наиболее актуальным этот вопрос стал в тот момент, когда пришло время выявить отличие живых организмов от неживой природы. Если при определении границ живого и безжизненного руководствоваться научным методом, вполне можно столкнуться с рядом определенных затруднений.
Вирусы – кто они?
Есть мнение о существовании так называемых пограничных этапов между живым и неживым. В основном биологи спорили и спорят до сих пор на предмет происхождения вирусов. Отличие вирусов от обычных клеток состоит в том, что они могут размножаться только с целью навредить, но не с целью омолодить и продлить жизнь индивидуума. Также вирусы не имеют возможности обмениваться веществами, расти, реагировать на раздражающие факторы и так далее.
Вирусные клетки, находящиеся вне организма, обладают наследственным механизмом, тем не менее в их составе нет ферментов, являющихся своеобразным фундаментом полноценного существования. Потому такие клетки могут существовать только благодаря жизненной энергии и полезным веществам, забираемым у донора, которым является здоровая клетка.
Основные признаки отличия живого от неживого
Любой человек, не обладая специальными знаниями, может увидеть, что живой организм чем-то да отличается от неживого. Особенно это очевидно, если рассматривать клетки под лупой или линзой микроскопа. В строении вирусов найдется всего лишь одна клетка, наделенная одним набором органоидов. В составе обыкновенной же клетки, напротив, имеется много всего интересного. Отличие живых организмов от неживой природы заключается в том, что в живой клетке можно проследить строго упорядоченные молекулярные соединения. В перечень этих самых соединений входят белки, нуклеиновые кислоты. Даже вирус имеет оболочку из нуклеиновой кислоты, несмотря на то что не имеет остальных «звеньев цепи».
Отличие живой природы от неживой очевидно. Клетка живого организма обладает функциями питания и обмена веществ, а также способностью дышать (в случае с растениями — еще и обогащать пространство кислородом).
Еще одна отличительная способность живого организма заключается в самовоспроизведении с передачей всех неотъемлемых наследственных особенностей (к примеру, тот случай, когда ребенок рождается похожим на кого-то из родителей). Можно сказать, что это основное отличие живого. Неживого организма, обладающего такой способностью, не существует.
С этим фактом имеет неразрывную связь то, что живой организм способен не только к одиночному, но и к командному совершенствованию. Очень важным навыком любого живого элемента названа способность приспосабливаться к любым условиям и даже к тем, в которых не приходилось существовать ранее. Наглядным примером является способность зайца менять окраску, защищаясь от хищников, а медведя – впадать в спячку для того, чтобы пережить холодное время года. К этим же свойствам относится привычка животных к всеядности. В этом и состоит отличие тел живой природы. Неживой организм на такое не способен.
Неживые организмы тоже подвержены изменениям, только несколько иным, например, береза осенью меняет цвет листвы. Вдобавок ко всему, живые организмы имеют возможность вступать в контакт с окружающим миром, чего не могут представители неживой природы. Животные могут вступать в атаку, поднимать шум, вздыбливать шерсть в случае опасности, выпускать иголки, махать хвостом. Что касается высших групп живых организмов, там имеются собственные, не всегда подвластные современной науке механизмы коммуникации внутри сообщества.
Выводы
Прежде чем определять отличие живых организмов, неживых тел или рассуждать о факте принадлежности того или иного организма к категориям живой либо неживой природы, необходимо досконально изучить все признаки и того, и другого. Если только хотя бы один из признаков не соответствует классу живых организмов, то он уже не может называться живым. Одной из основных особенностей живой клетки является наличие в составе нуклеиновой кислоты и ряда белковых соединений. Это фундаментальное отличие живых объектов. Неживых тел с такой особенностью на Земле не существует.
Живые организмы, в отличие от неживых, имеют возможность размножаться и оставлять потомство, а также привыкать к любым условиям обитания.
Способностью коммуникации обладают только живые организмы, при этом их «язык» общения не подвластен изучению биологов любого уровня профессионализма.
Пользуясь этими материалами, каждый человек сможет отличить живое от неживого. Также отличительным признаком живой и неживой природы является то, что представители живого природного мира могут мыслить, а образцы неживого — нет.