Жизнь как особая материальная система, особая форма движения материи. Клетка - структурная и функциональная единица живого

В разные исторические периоды существовали многочисленные трактовки и определения сущности жизни. В современное понимание жизни наряду с традиционными ее атрибутами (рост, репродукция, наследственность, изменчивость, борьба за жизнь и естественный отбор) включаются организованность, информативность, упорядоченность, многокачественность и иерархичность. Сфера жизни охватывает уровни от молекулярно-генетического и клеточного до организменного и далее до биогеоценотического и биосферного.

Наиболее конкретной и убедительной представляется характеристика жизни как особой формы движения материи, составляющей способ существования высокоорганизованных надмолекулярных систем.

Жизнь возникает вместе с высокомолекулярными физико-химическими системами, включающими в себя белки и нуклеиновые кислоты. Эти системы характеризуются неразрывным единством изменчивости и устойчивости. Выделяя как специфический вид материальных объектов сложные белково-нуклеиновые комплексы, наука характеризует их неотъемлемо присущими им метаболическими реакциями, обеспечивающими необходимый для их устойчивого существования обмен веществ и информации с окружающей средой. Биологи, химики и физики непосредственно связывают закономерности биологических процессов с составом и структурой соответствующих материальных систем — органов, тканей, клеток вплоть до их атомно-молекулярных составляющих. Обмен веществ при этом, саморегулирование осуществляются не простым смещением равновесия в одиночных обратимых химических реакциях, а возникают как результат совокупности химических реакций, из которых каждая в отдельности не обладает свойствами саморегулирования, но вместе взятые они образуют систему, обнаруживающую свойства механизма обратной связи.

Фундаментальным свойством живых систем является их способность к самовоспроизведению, редупликации, обеспечиваемая прежде всего нуклеиновыми кислотами — молекулами ДНК и РНК. Ученые склоняются к тому, что именно РНК выступает в роли первой самореплицирующейся молекулы, представляющей генетический код в предбиологической эволюции. Генетический аппарат должен быть достаточно устойчивым, чтобы сохранять и передавать наследственную информацию, и в то же время достаточно гибким, чтобы эволюционировать, не препятствовать образованию новых видов жизни.

Наряду с обменом веществ и самовоспроизведением специфическим признаком живых систем в последнее время все больше признается их хиральная ( зеркальностьсуществования ) чистота. Так вот, в живых системах, в биологических организмах белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты — только «правые» сахара. Это означает, что белки, состоящие из аминокислот, вращают плоскость поляризованного света влево, а нуклеиновые кислоты, включающие сахара, — вправо.

Современное естествознание в виде большой совокупности наук (общей биологии, молекулярной биологии, биофизики и биохимии, молекулярной генетики, палеобиологии, а также математики, кибернетики, неравновесной термодинамики, синергетики и других научных дисциплин) постепенно, шаг за шагом раскрывают физико-химический механизм жизни, не отказываясь вместе с тем от качественной ее специфики, а напротив, все полнее и полнее учитывая отличие разрозненных физических и химических процессов от той целостной биологической системы, которая возникает в результате их объединения, совместного, кооперативного действия.

Обращая главное внимание именно на такие процессы, науки типа синергетики помогают биологам, химикам и физикам объединить свои усилия в объяснении тайн жизни, ее возникновения и эволюции.

Клетку считают открытой элементарной живой системой. Клетка отграничена от окружающей среды клеточной мембраной, а внутри нее выделяется более плотное ядро, находящееся в полужидкой цитоплазме. Клетка обладает всеми признаками живого: самовоспроизведением, саморегуляцией, историческим развитием, информационным отражением. В клетках происходят процессы обмена веществ и превращения энергии. Новые клетки могут возникать только из исходных клеток в процессе их деления. Классик клеточной теории Р. Вирхов специально подчеркивал: каждая клетка происходит только из клетки.

Достижения цитологии (науки о клетках) связаны с применением физических и химических методов: электронного микроскопа, рентгеноструктурного анализа и других. Цитология показала, что до 98% массы клетки приходится на кислород, углерод, водород, азот, калий, серу и фосфор. Остальные 2% составляют примерно 50 химических элементов.

Вещественный состав клетки выглядит так: вода (около 80%), минеральные соли и органические соединения (липиды, углеводы, белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты и т.д.). Белки регулируют обмен веществ клетки, нуклеиновые кислоты — хранители наследственной информации и регуляторы образования белков — ферментов. Липиды (жиры и жироподобные вещества) выполняют энергетическую роль, участвуют в процессах метаболизма и размножения клеток. Углеводы служат источником энергии, строительным материалом, (клеточная стенка у растений состоит в основном из полисахарида целлюлозы) и выполняют запасающую функцию, накапливаясь в качестве резервного продукта.

В состав белков входят десятки, и даже сотни мономеров — остатков аминокислот. Аминокислоты содержат в себе как кислотную группу СООН, так и щелочную группу NН₂. Благодаря этому аминокислоты легко соединяются между собой. Молекулы разных белков сильно различаются по массе, содержанию разных аминокислот и порядку их расположения. Изменение последовательности даже одной пары аминокислот влечет изменение свойств исходного белка и превращение его в новый. Установлено, что белки сами по себе, без контролирующего воздействия нуклеиновых кислот, размножаться не могут.

Простейшие клеточные организмы (бактерии, сине-зеленые водоросли) состоят из клеток, не имеющих ядер. Такие клетки называют прокариотами. Они имеют по одной хромосоме, представленной молекулой ДНК. В ходе эволюционного процесса возникли эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро, содержащее хромосомы в виде соединения ДНК и белков. Таковы большинство современных растений и животных. С наличием ядра совершеннее стал процесс деления клеток. В многоклеточных организмах клетки стали различаться на специализированные и неспециализированные. Дифференцированные клетки хорошо приспособлены к какой-либо одной функции. Поэтому жизненный процесс может быть обеспечен лишь взаимодействием разных клеток.

Процесс деления клеток называется митозом. Длительность его зависит от типа ткани, физиологического состояния клетки, внешних факторов, особенно от температуры. Митоз протекает так, что из материнской клетки образуются две дочерние с тем же самым набором хромосом и с той же генетической информацией, как и у материнской клетки.

В XIX в. считалось, что ядро клетки — это преимущественно орган наследственности, а цитоплазма — орган приспособления к среде. В XX в. установлено, что ядро и цитоплазма совместно определяют процесс формообразования, причем процессы в ядре и цитоплазме взаимно влияют друг на друга.

28. Проблема сущности жизни и её решение в современном естествознании.

В разные исторические периоды существовали многочисленные трактовки и определения сущности жизни. В современное понимание жизни наряду с традиционными ее атрибутами (рост, репродукция, наследственность, изменчивость, борьба за жизнь и естественный отбор) включаются организованность, информативность, упорядоченность, многокачественность и иерархичность. Сфера жизни охватывает уровни от молекулярно-генетического и клеточного до организменного и далее до биогеоценотического и биосферного.

Наиболее конкретной и убедительной представляется характеристика жизни как особой формы движения материи, составляющей способ существования высокоорганизованных надмолекулярных систем.

Жизнь возникает вместе с высокомолекулярными физико-химическими системами, включающими в себя белки и нуклеиновые кислоты. Эти системы характеризуются неразрывным единством изменчивости и устойчивости. Выделяя как специфический вид материальных объектов сложные белково-нуклеиновые комплексы, наука характеризует их неотъемлемо присущими им метаболическими реакциями, обеспечивающими необходимый для их устойчивого существования обмен веществ и информации с окружающей средой. Биологи, химики и физики непосредственно связывают закономерности биологических процессов с составом и структурой соответствующих материальных систем — органов, тканей, клеток вплоть до их атомно-молекулярных составляющих. Обмен веществ при этом, саморегулирование осуществляются не простым смещением равновесия в одиночных обратимых химических реакциях, а возникают как результат совокупности химических реакций, из которых каждая в отдельности не обладает свойствами саморегулирования, но вместе взятые они образуют систему, обнаруживающую свойства механизма обратной связи.

Фундаментальным свойством живых систем является их способность к самовоспроизведению, редупликации, обеспечиваемая прежде всего нуклеиновыми кислотами — молекулами ДНК и РНК. Ученые склоняются к тому, что именно РНК выступает в роли первой самореплицирующейся молекулы, представляющей генетический код в предбиологической эволюции. Генетический аппарат должен быть достаточно устойчивым, чтобы сохранять и передавать наследственную информацию, и в то же время достаточно гибким, чтобы эволюционировать, не препятствовать образованию новых видов жизни.

Наряду с обменом веществ и самовоспроизведением специфическим признаком живых систем в последнее время все больше признается их хиральная ( зеркальностьсуществования ) чистота. Так вот, в живых системах, в биологических организмах белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты — только «правые» сахара. Это означает, что белки, состоящие из аминокислот, вращают плоскость поляризованного света влево, а нуклеиновые кислоты, включающие сахара, — вправо.

Современное естествознание в виде большой совокупности наук (общей биологии, молекулярной биологии, биофизики и биохимии, молекулярной генетики, палеобиологии, а также математики, кибернетики, неравновесной термодинамики, синергетики и других научных дисциплин) постепенно, шаг за шагом раскрывают физико-химический механизм жизни, не отказываясь вместе с тем от качественной ее специфики, а напротив, все полнее и полнее учитывая отличие разрозненных физических и химических процессов от той целостной биологической системы, которая возникает в результате их объединения, совместного, кооперативного действия.

Обращая главное внимание именно на такие процессы, науки типа синергетики помогают биологам, химикам и физикам объединить свои усилия в объяснении тайн жизни, ее возникновения и эволюции.