Основные свойства живых систем

Их, условно, десять (±2).

Живые организмы на всех уровнях организации имеют общие черты, отличающие их от неживой материи. Давайте их перечислим, назовем и попытаемся на основе этого сформулировать достаточно емкое определение живого организма.

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение их различно. Неживая материя состоит в основном из кислорода, кремния, железа, алюминия и т.д., живая на 98% (по химическому составу) состоит из C, O, H, N (биогенные элементы).

2. Обмен веществ и энергии. Существует 2 вида обмена веществ и энергии:

а) Ассимиляция, или пластический обмен, или анаболизм; от лат. assimilatio – уподобление, т.е. из простых веществ – сложные, подобные телу.

б) Диссимиляция, или энергетический обмен, или катаболизм; от лат. dissimilatio – разуподобление, когда сложные вещества распадаются с образованием простых, одновременно выделяется энергия, необходимая для выполнения работы.

Для живых организмов характерно единство, т.е. одновременное протекание двух этих противоположных процессов – ассимиляции и диссимиляции, синтеза и распада составных частей организмов, клеток, биомолекул (на организменном уровне – рождение и гибель особей, на популяционно-видовом – появление и вымирание видов и т.д.), при этом организм (вид, биоценоз и т.д.) сохраняет свою сущность, целостность, непохожесть на других.

Эту закономерность отметил впервые Ф.Энгельс (1820-1895), который в книге "Анти-Дюринг" (1878) дал такое определение жизни: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит … в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". 1-я часть определения несколько устарела, а 2-я – верна. Постоянное самообновление, самовосстановление живых организмов качественно отличает их от объектов неживой природы. Энгельс отмечал, что и неживые объекты тоже изменяются с течением времени (разлагаются или комбинируются, переносятся с места на место, меняется их агрегатное состояние), но при этом они, в отличие от живых существ, перестают быть самими собой: скала → выветривание → песок; железная конструкция → окисление → ржавчина. При этом наступает равновесие с окружающей средой.

Живой организм (пока он жив) не переходит в состояние равновесия с окружающей средой, постоянно выполняет за счет своей свободной энергии работу против этого равновесия. Упрощенно → живой организм постоянно сопротивляется, борется с окружающей средой, противится разрушению, находится в напряжении. Э.С.Бауэр назвал это принципом "устойчивого неравновесия живых систем" (по мнению других – динамическое равновесие).

Через живые системы проходят потоки веществ и энергии, поэтому они считаются открытымисистемами (этот термин заимствован из физики). "Под открытыми понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, которые устойчивы лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне" (С.Г.Мамонтов, 1991).

Открытая система (упрощенно!) – трубка (пищеварительная трубка), т.е. вход и выход должны быть беспрепятственными ("ни дна тебе, ни покрышки" → пожелание здоровья и долгой жизни).

Откуда же берется энергия для поддержания устойчивости живых систем? В конечном счете – от Солнца.

А.Сент-Дьёрдьи: "… энергетический цикл жизни состоит в том, что электроны сначала поднимаются на более высокий энергетический уровень в виде фотонов, а затем в живых системах падают обратно на свой основной уровень, отдавая при этом порциями свою избыточную энергию, которая приводит в действие всю машину жизни".

М.М.Камшилов: "Жизнь с этой точки зрения представляется как упорядоченный непрерывный поток электронов, вызванный излучением Солнца".

Работы А. Л. Чижевского. Гелиобиология.

3. Самовоспроизведение (репродукция) – способность организмов воспроизводить себе подобных. В основе лежит матричный принцип, т.е. образование новых молекул на основе информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. Репродукция существует на всех уровнях живого – организменном, клеточном, субклеточном (органеллы), молекулярном (удвоение ДНК).

4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки из поколения в поколение неизменными.

5. Изменчивость (противоположна наследственности) – способность организмов приобретать новые признаки (свойства) в ходе жизни или существовать в виде разных форм (вариантов)

6. Рост и развитие. Рост – это просто увеличение массы клеток и их количества, а вот развитие – это направленное необратимое изменение объектов природы, при котором возникает новое качественное состояние, меняется состав или структура объекта, происходит (как правило усложнение уровня организации).

Известно два вида развития живых организмов:

онтогенез – индивидуальное развитие (одной особи),

филогенез – историческое развитие (в ряду поколений).

Индивидуальное развитие сопровождается ростом, т.е. увеличением массы клеток и их количества, а историческое развитие живых организмов представляет собой процесс эволюции, т.е. прогрессивного (от просто организованных форм к более сложно организованным) развития живой материи, в ходе которого возникло все многообразие живых существ.

7. Раздражимость – способность организмов реагировать на внешние воздействия. Она избирательная, т.е. организм реагирует не на все воздействия, а только на "важные" для жизнедеятельности, т.е. организм способен фильтровать поступающую извне информацию.

Реакция многоклеточного животного на внешние воздействия осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.

У организмов, не имеющих нервной системы, реакции на внешние воздействия называются таксисы и тропизмы.

Таксисы– движения (перемещения) одноклеточных организмов к свету (фототаксис), к химическому веществу (хемотаксис); бывают положительные и отрицательные.

Тропизмы– реакции растения на какой-либо раздражитель, которые проявляются в виде роста или изменения положения органов (гелиотропизм –листья поворачиваются к солнцу; геотропизм – рост корней к центру Земли).

Настии – движения цветов; венчики цветков реагируют на свет, закрываясь и открываясь.

Благодаря раздражимости, организмы "уточняют" свои отношения со средой, оптимизируют свое положение с позиций затрат энергии.

Тесно связан с раздражимостью информационный критерий живого. Он заключается в том, что живые организмы должны постоянно обмениваться со средой не только веществом и энергией, но и информацией. Информация отражает специфику предметов и явлений, отражает особенности их организации. Информация – мера снятой неопределенности (Клод Шеннон).

Информация жизненно необходима живым организмам.

Организация – совокупность элементов, связанных между собой определенным образом.

Хаос– отсутствие каких-либо связей между элементами, неограниченное разнообразие (У.Эшби, 1959).

Неживые объекты тоже способны воспринимать информацию, но делают это пассивно, меняя после взаимодействия с внешним объектом свою организацию (удар молотка по доске ® вмятина; обмен информацией).

Живые организмы способны воспринимать, усваивать, перерабатывать информацию, накапливать и использовать ее и сохраняют при этом свою организацию.
Для чего нужна организму информация об окружающем мире? Чтобы наиболее эффективно обмениваться с окружающей средой веществом и энергией, чтобы оценивать состояние среды, предвидеть ее изменения во времени и пространстве. Упрощение – информация нужна живому организму, чтобы знать, куда и когда лететь, плыть, бежать, чтобы что-то (кого-то) съесть (или избежать этого). Т.е. у живого организма должно быть 3 канала, которые связывают его с окружающей средой (например, у водолаза – кабель, шланг, окно).

8. Дискретность (лат. discretus – прерывный, разделенный) и целостность (непрерывность) – это всеобщее свойство материи, в том числе и живой. На любом уровне организации жизнь одновременно и целостна, и дискретна, т.е. состоит из отдельных частей. Например, организм дискретен, т.к. состоит из органов, тканей, клеток, но и целостен, поскольку все органы и ткани тесно взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга.
Биологический смысл дискретности организма состоит в том, что она создает возможность его постоянного самообновления путем замены "износившихся" элементов (молекул, органелл, клеток). Дискретность вида обеспечивает возможность его выживания и эволюции в результате гибели отдельных неприспособленных особей и выживания более приспособленных.

9. Саморегуляция– способность живых организмов в непрерывно меняющихся условиях внешней среды поддерживать постоянство своей структуры и функций. На уровне организма регуляция осуществляется через деятельность нервной и эндокринной систем. На молекулярном уровне существуют механизмы позитивного и негативного контроля синтеза белков и активности ферментов.

10. Ритмичность– периодические изменения интенсивности физиологических функций живых организмов (суточные ритмы сна и бодрствования, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых животных и т.д.). Биологический смысл – согласование, координация функций организма с состоянием внешней среды, которая на Земле также подвержена ритмическим колебаниям (вращение Земли вокруг Солнца, Луны вокруг Земли, приливы-отливы и т.д.). Таковы наиболее важные свойства живого.