Основные свойства живых систем

С биологической точки зрения жизнь – это высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения. Вместе с тем, само наличие физического субстрата еще не свидетельствует о жизни. Выделим, прежде всего, основные наблюдаемые свойства, отлича­ющие живое от неживого.

1. Дискретность. Жизнь на Земле проявляется в дискретных формах, причем все формы и части образуют структурно-функциональное единство. Дискретность живых систем, в отличие от неживой природы существует не только на организменном уровне, но и на молекулярно-генетическом. Это означает, что каждый организм обладает индивидуальным генетическим кодом. Проблема индивидуальности живых систем не решается с точки зрения вещественного субстрата – нуклеиновых кислот. Сам субстрат не обладает индивидуальностью, она зафиксирована в генетическом коде. Это говорит о том, что жизнь есть параллельная материи субстанция, обладающая индивидуальностью и эта индивидуальность затем закрепляется в генетическом коде.

2. Размножение и рост. К процессам самовоспроизведения живого относятся деление клеток и матричный синтез ДНК. В отличие от объектов неживой природы, на­пример, кристаллов, которые растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности, живые организмы растут за счет питания из­нутри, причем живая протоплазма образуется при ассимиляции пи­тательных веществ. Выживание вида или его бессмертие обеспечива­ется сохранением признаков родителей у потомства, возникшего пу­тем бесполового или полового размножения. Передаваемая следую­щему поколению информация закодирована в ДНК и РНК. Разви­тие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим (филогенезом). При этом одинаково важны наследственность – (свойство организмов передавать свои особенности и признаки из поколения в поколение) и изменчивость – (способность приобретать новые признаки и свойства). Живым организмам присуща молекулярная диссимметрия (хиральность молекул свойственна для аминокислот, образующих белок, ДНК).

3. Раздражимость. Эта реакция живых существ на изменения внеш­ней и внутренней среды обеспечивает стабильность жизнедеятельно­сти. Например, расширение кровеносных сосудов кожи млекопитаю­щих при повышении температуры среды ведет к рассеиванию тепла в окружающее пространство и восстановлению оптимальной темпе­ратуры тела.

Базовыми органами реагирования являются зрение, слух, обоняние, осязание, вкус. Они отвечают за дифференциацию внешнего мира и ориентировку в нем. Способность реагировать на изменения внешней среды неодинакова у живых систем. Например, растения также могут испытывать боль, однако у них меньше возможностей передать эту информацию. Цветы, плоды и травы в состоянии стресса испускают повышенное количество этилена. В эксперименте физика Ральф Гэблера из Боннского университета датчик улавливал этот этилен и преобразовывал в шумовые сигналы: орхидея, которой отрезали лист, «кричала» пронзительным голосом; ей вторил зараженный грибком огурец.

Колоссальная чувствительность обоняния собаки используется в кинологической службе УИС в досмотровых, розыскных, патрульных, караульных мероприятиях, поиску боеприпасов, наркотиков^[51]. В криминалистике разработан комплекс мероприятий для проведения одорологической экспертизы, результаты которой используются в доказывании преступлений.

4. Дыхание. С его помощью высвобождается энергия высокоэнерге­тических соединений, которая запасается в молекулах АТФ, обнару­женных во всех живых клетках. Дыхание необходимо для процесса метаболизма (греч. metabole «перемена, превращение»), или обмена веществ и энергии. Живая клетка – это сложная высокоупорядоченная система. Опыт­ным путем установлено, что в клетке непрерывно совершаются син­тез крупных молекул из мелких и простых – анаболические (греч. anabole «подъем») реакции, на которые затрачивается энергия, и их распад – катаболические (греч. katabole «сбрасывание вниз») реакции. Совокупность этих реакций в клетке и есть процесс мета­болизма. Извне в клетку поступают органические вещества – источник хи­мической энергии и «строительных кирпичиков» клеточных элемен­тов. При расщеплении питательных веществ в клетке высвобождается энергия, которая, перераспределяясь внутри клетки, может превра­щаться из одного вида в другой. В зависимости от типа клетки энер­гия затрачивается на совершение различной работы – мышечного со­кращения, электрических разрядов, клеточного деления или биосин­теза и др.

5. Подвижность, или способность к движению. Она свойственна и животным, и растениям, хотя скорости их существенно различаются.

6. Гомеостаз (греч. homoios «подобный, одинаковый» + stasis «не­подвижность, состояние»). Живые организмы, обитающие в непре­рывно меняющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиоло­гических процессов с помощью авторегуляционных механизмов, при этом сохраняется необходимая ритмичность в периодических измене­ниях интенсивности.

7. Питание служит источником энергии и веществ, необходи­мых для жизнедеятельности. У грибов, животных (в том числе человека), некоторых рас­тений и большинства бактерий – гетеротрофное (греч. heteros «дру­гой» = в рус. «разный» + trophe «пища») питание: они расщепляют с помощью ферментов органические вещества и усваивают продук­ты расщепления. Выделение – это выведение из организма конечных продуктов обмена с окружающей средой. Общее свойство открытых систем – обмен энергией и веществом с внешней средой. Гетеротрофы получают энергию от автотрофов, растений, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Растения усваивают солнечную энергию и самостоятельно создают питательные вещества в процессе фото­синтеза. Превращение энергии живыми клетками на Земле начинается с одного источника – Солнца: солнечная энергия поглощается зеле­ными растениями и преобразуется в процессе фотосинтеза с помо­щью хлорофилла в химическую энергию, заключенную в сахарах (глюкозе или крахмале). Часть этой энергии растение использует для себя, часть служит пищей для животных, причем для травоядных животных – это источник энергии, а для плотоядных источником энергии являются ткани травоядных животных.

Учитывая перечисленные признаки достаточно легко все сущее на Земле классифицировать как живое или неживое. Чем выше дифференциация – чем больше признаков жизни он обладает. Бактерии, одноклеточные организмы обладают делением, раздражимостью, ростом, питанием (за счет неорганического источника углерода). Диаметр клетки бактерий около 1 мкм, поэтому их часто называ­ют микробами. Они освоили самые разные среды обитания и широ­кий диапазон температур. Численность бактерий даже в очень неболь­шом объеме вещества очень высокая, например, в 1 г парного моло­ка их более 300 тыс. Бактерии, как и грибы, разрушают органи­ческое вещество и участвуют в круговороте веществ, играя особую роль в биосфере. Они важны для плодородия почв и в очистных со­оружениях, участвуют в процессе пищеварения, применяются в про­изводстве антибиотиков, используются с различными целями в био­технологии и генной инженерии. ДНК бактерий представлена оди­ночными кольцевыми молекулами длиной около 1 мм, каждая из мо­лекул состоит примерно из 5 млн пар нуклеотидов, или нескольких тысяч генов (в 500 раз меньше, чем у человека).

Вирусы ^[52]обладают еще меньшими свойствами живых объектов. Он содержит генетический материал и подвержен мутациям (случайным генетическим изменениям). Вирусы не имеют клеточного строения, лишены процессов метаболизма, а размножаются только внутри определенных клеток-хозяев. Поэтому в настоящее время вирусы считают в биологии «полуживыми» организмами. Наиболее опасными сейчас являются вирусы иммунодефицита, передающиеся через кровь и половым путем. Против них не найдено эффективного средства. Африканская страна Уганда, которая долгое время лидировала по числу носителей ВИЧ на душу населения, разработала эффективную программу для противостояния смертельному вирусу. Программа заключается в пропаганде среди населения азбуки предохранения от СПИДа: Abstinence (воздержание), Be faithful (супружеская верность), Condoms (презервативы). Смысл в том, что для разных слоёв общества существуют разные способы предохранения от ВИЧ.

Помимо вирусов удалось открыть еще вироиды – инфекционные частицы, состоящие только из нуклеиновой кислоты (РНК) и не содержащие белка. (В состав вирусов входят как нуклеиновая кислота, так и белок.) До сих пор неизвестно, какие заболевания человека вызываются вироидами.

Другие простейшие организмы – это прионы. Они представляют собой инфекционные частицы, состоящие только из белка и не имеющие нуклеиновой кислоты. Полагают, что некоторые редко встречающиеся заболевания головного мозга человека вызываются прионовыми белками. Белки – природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи. Прионы – это класс белков, содержащих патогенные частицы. Открытие это поставило под сомнение все основные законы биологии, поскольку за распространение инфекции оказалась ответственна структура, не содержащая генетического материала. Прионы служат передатчиками болезней, поражающих ЦНС. Наиболее распространенным случаем стала болезнь «коровьего бешенства» или губчатой энцефалопатией. Эта коварная болезнь относится к одной из самых тяжелых поражений нервной системы, когда постепенно разрушаются клетки головного мозга. Первые симптомы заболевания – тревожное состояние, депрессия. Затем – дикие головные боли, потеря памяти и координации движений, слепота, снижение веса, потеря способности говорить и одеревенение тела. Поставить прижизненный диагноз в клинике человеку, «подхватившему» смертельное заболевание от коровы, на сегодняшний день практически невозможно. Прионовые белки не погибают при варке, а серебренные иглы, использованные для изучения заражённого мозга, должны пройти шесть циклов нагрева в стерилизаторе.

Число заболевших и умерших людей может значительно увеличиться из-за большого инкубационного периода болезни – около тридцати лет. Опасным оказалось не только мясо, возбудители болезни могут скрываться в жирах и желатине, которые используют для приготовления кондитерских изделий и сладостей, а также в кремах, приготовленных из животного сырья. Ни в молочные железы, ни в само молоко возбудители коровьего бешенства не проникают.

Предположительная причина появления опасного возбудителя заключается в нарушении природной пищевой цепи. Коровы и овцы – травоядные. Однако в целях эффективности мясо-молочной индустрии рацион животных составляют отходы переработанных костей, мозга их собратьев. Возросшие темпы потребления мяса привели к нарушению этических принципов ухода за животными. Коровы дают молоко только когда у них есть теленок. После девяти месяцев беременности, через день или два после рождения, теленка забирают, а корову искусственно оплодотворяют снова через несколько месяцев, все ещё получая молоко. Коровы переносят примерно три или четыре беременности перед тем, как удои молока начинают снижаться. В итоге их забивают в возрасте шести или семи лет, хотя их естественная продолжительность жизни до 20 лет и более. Жилованное мясо и субпродукты идут в пельмени, а все отходы с боен, непригодные для употребления человеком, варятся для производства жира и протеина, их которого получают корма для животных. Таким образом травоядных по природе животные превращаются в плотоядные, питающихся останками других животных.

Аналогичные случаи протекания заболевания были зарегистрированы среди каннибалов Папуа Новой Гвинеи. Как и в случае с коровьим бенешством, больные вначале проявляют нарушение координации, потерю памяти, сбивчивость речи, мышечные судороги. Затем, по мере того как прионы изъедают мозг, больной теряет способность читать или узнавать даже близких родственников. К концу заболевания учащаются конвульсии, недержание мочи и кала, больной слепнет, глохнет и немеет и умирает.

Признаки смерти

Смерть – это необратимое прекращение жизнедеятельности организма. У одноклеточных организмов (например, простейших) смерть особи проявляется в форме деления, приводящего к прекращению существования данной особи и возникновению вместо неё двух новых. После смерти индивидуум как обособленная биологическая система перестает существовать – происходит разложение белков и других биополимеров, являющихся основным материальным субстратом жизни.

У теплокровных животных и человека оно связано, прежде всего, с остановкой кровообращения и дыхания, приводящими к гибели клеток. Различают 2 основных этапа смерти теплокровных животных и человека. Во время клинической смерти (продолжается до 5 мин) функции ЦНС угасают, однако в тканях ещё сохраняются обменные процессы. Зрачки расширяются и перестают реагировать на свет через минуту после остановки кровообращения. Далее следует биологическая смерть – необратимое прекращение физиологических процессов в клетках и тканях.

Существуют нестандартные случаи, когда после клинической смерти человек возвращается к жизни. Известны книги доктора Р. Моуди «Жизнь после жизни», «Свет по ту сторону», «Воспоминания о смерти. Медицинские исследования» доктора Мишеля Сабома. В этих книгах собраны сотни интервью у людей, возвращенных к жизни после клинической смерти и все они свидетельствуют об одном и том же: удаление по тоннелю и наблюдение со стороны физического тела. Опросы проводились как среди верующих, так и среди неверующих людей. Перенесшие клиническую смерть говорят о том, что перед ними прокручивалась вся их жизнь. Позднее, очнувшись, с трудом подбирая слова, пациент пробует рассказать о пережитом, но наталкивается на неверие окружающих (эффект «Пещеры» Платона).