Биологическая вечность жизни

Для того чтобы оценить и рассмотреть понятие «биологическая вечность жизни», необходимо сформулиро-

190

вать определение жизни: «Жизнь — это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры». Активное воспроизведение — это такой процесс, когда система сама воспроизводит себя и поддерживает свою целостность, используя для этого элементы окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Пассивный процесс такого рода — отнюдь не признак жизни.

Поддержание и воспроизведение структуры живого организма, идущие с затратой энергии, отличает живые существа от других самовоспроизводящихся структур, например, кристаллов.

Из поколения в поколение организмы воспроизводят характерную для видов, к которым они принадлежат, упорядоченность, причем с абсолютной точностью. Чужая упорядоченность организму не нужна, и он изо всех сил борется с ней. Например, сохранить пересаженный орган удается только подавив защитные иммунные системы образования антител. Но тогда организм оказывается беззащитным перед любой инфекцией и может погибнуть от нее. Пересаженные органы отторгаются, если они были взяты не у однояйцового близнеца (т.е. генетической копии одного и того же организма).

Казалось бы, у низших организмов отвращение к чужому порядку меньше. Но даже животные, питаясь другими животными или растениями, начинают с разрушения чужой упорядоченности. Так, белки расщепляются до аминокислот, сложные углеводы — до моносахаридов, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Из этих элементарных «кирпичиков» жизни организмы создают и строят лишь им присущие белки. Каждый организм характерен неповторимой, присущей только ему комбинацией белковых молекул. А уже на этой базе возникает комплекс всех признаков организма — на уровне клеток, тканей, органов. У растений это выражено еще более резко. Вода, набор питательных солей, углекислый газ и свет — при этом комплексе одинаковых факторов из одного семени вырастает роза, а из другого — крапива, каждое растение с присущим ему набором свойств, со своей упорядоченностью.

Итак, организмы берут извне не упорядоченность, а энергию: растения — в виде квантов света, животные —

в виде мало окисленных соединений, которые можно сжечь в процессе дыхания. За счет этой энергии они строят свою «доморощенную» упорядоченность, пренебрегая чужой. Вот почему в определении жизни должно быть «воспроизведение специфической структуры».

Жизнь использует свой ресурс, любую возможность для размножения. Это есть «давление жизни». Но даже если численность организмов какого-либо вида остается стабильной, потенциал его размножения — мощный резерв, поставляющий материал отбору.

Живое эволюционирует путем естественного отбора — в этом суть блестящего открытия, сделанного Ч. Дарви-ном и А. Р. Уоллесом в середине XIX столетия. Красота и элегантность современных форм жизни обязана своим происхождением естественному отбору, в результате которого выживали и размножались те организмы, которые случайно смогли приспособиться к своему окружению. Эволюция случайна и непредсказуема. Лишь благодаря гибели огромного количества недостаточно приспособленных организмов, мы со всем, что у нас есть, живем на Земле.

Иногда жизнь считают проявлением химической организации, забывая, что ее в организмах не более 10%. Основная же масса биотики — вода, которая выступает не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Если бы вода не выделялась при взаимодействии аминокислот, то не было бы белка, не проходил бы обмен веществ. Без воды невозможна терморегуляция. Но самое главное: водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию, благодаря левому вращению планеты.

Жизнь— это объемное проявление свойств специфически направленных молекул, самоорганизованных в самовоспроизводящиеся системы в водных средах. Сложные молекулы, обеспечившие появление живых систем, образовались в природе из более простых: метана, аммиака, синильной кислоты, окиси и двуокиси углерода, сероводорода, фосфорного ангидрида и др.

Формирование сложных молекул шло под влиянием жесткого ультрафиолетового излучения, возможно, по

192

нескольким путям в присутствии катализаторов. В качестве последних могли служить металлы магматических выбросов.

Биологическая форма организации материи в своем каноне завоевывает все новые области Вселенной. Однако при этом ее связи с колыбелью — гидросферой — только укрепляются. Вода создала и саму жизнь и всякие условия, создавшие ее симметрию. Возникнув в одной из сфер, при переходе в другую жизнь должна кап-сулироваться для. переноса среды, в которой она родилась. Ни о какой замене внутренних средств не может быть и речи. Они лишь наращиваются. Природа неизменно бережет свои достижения, особенно в информационном плане и при развитии не уничтожает их, а надстраивает уже имеющиеся, если информационная ветвь не имеет тупика. Свои удачи она всегда старается сохранить, проявляя в консерватизме осмотрительность и мудрость.

В растениях вода вместе с двуокисью углерода служит основным строительным материалом при создании крахмала, клетчатки и прочих углеводов.

Границы живого и неживого проходят через молекулы ДНК, в которых содержится программный механизм самовоспроизведения, самокопирования. Этот признак живого есть уже у вирусов, способных в определенных условиях передавать генетическую информацию. Энергетику живых систем обеспечивают моно- и полиуглеводы, в частности, глюкоза, а также жиры. В водной среде первичного океана сложные молекулы породили репродуцирующиеся сгустки, которые накапливали энергию химическим путем. Со временем сгустки приобрели оболочки и превратились в клетки, хотя и с примитивными процессами обмена веществ (метаболизмом). Первичные клетки не имели ядра и занимали промежуточное положение между растительными и животными и развивались по анаэробному механизму. В процессе эволюции в систему клетки попадает ион магния, что дало начало растительным структурам. Они под действием солнечных лучей поглощают из атмосферы двуокись углерода и выделяют кислород.

Как животные, так и растительные системы стали объединяться в более сложные многоклеточные системы. Клетки обзавелись ядрами, причем содержимое внут-

ри оболочек обладало всеми свойствами первозданного бульона, имело присущую ему концентрацию органических и неорганических веществ, а также температуру 35—40° С. Некоторые живые организмы со временем выплеснулись с океаном на сушу, но и там сохранили внутри клеток океаническую среду.

Итак, жизнь зародилась в воде, но при переходе из гидросферы в воздушную среду была вынуждена захватить с собой «приметы» первой. Человек — творение второй, воздушной среды и может существовать только в ней. В иных средах — водной или космической — он может функционировать только внутри оболочки, сохраняющей неизменность привычных условий. Оболочки могут иметь разные размеры: от индивидуального скафандра для выхода в космос до современных просторных кораблей.

Как и человек, ДНК в индивидуальном «скафандре» может только перемещаться из одной сферы в другую. Но жить и репродуцироваться в другой среде они способны только находясь в клетке. Со временем появляются сгустки клеток — обитаемые космические структуры, где будет царствовать Разум.

МЕТАБОЛИЗМ

С помощью метода «меченых атомов» было установлено, что метаболизм (обмен веществ)сопровождается высокой скоростью передвижения. Эти скорости построения, распада и воссоздания вновь созданных органических комплексов, входящих в биологические структуры, таковы, что биологический этот процесс может называться не просто метаболизмом,а метаболическим вихрем.

Молекулы в нашем теле и любом другом организме находятся в состоянии непрерывного восстановления. Атомы протекают через него почти непрерывным потоком. Велика вероятность того, что никто из нас не сохранил больше нескольких атомов, с которыми мы начали жизнь. Будучи взрослыми, мы меняем большую часть материала нашего тела за несколько месяцев. Половина всех белков печени обновляется за 10 дней, смена белков скелетных мышц происходит за 158 дней, во всем организме половина всех белков обменивается на новые в среднем за 80 дней. И при таких скоростях обменных реакций в про-

цессе метаболического вихря белок не только не теряет своего равновесия, а порождает исключительную устойчивость свойств структуры, что особенно выпукло проявляется в процессах наследственности и памяти. Равновесие здесь держится именно на движении.

Таким образом, обмен веществ, или метаболизм, есть проявление общего специфически биологического явления — саморегуляции живых систем в целом и поддержании в них постоянной внутренней среды.

В связи с новыми открытиями в биологии потребовались дополнения не только научного аппарата, но и некоторых теоретических положений о жизнедеятельности. Было дополнено определение Ф. Энгельса о том, что «жизнь есть способ существования не только белковых тел, но и нуклеиновых кислот».

ТЕМА 13. ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ,

ВОСПРОИЗВОДСТВА

И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Эволюция — это развитие изучаемого процесса. Любой процесс может быть описан в терминах состояний. Описание процесса изменения состояний и есть эволюция.

Механизм— довольно часто употребляемый термин не только в технике, где он возник, но и в биологии (например, генетический механизм), экономике (рыночный механизм, механизм ценообразования), социальных иполитических сферах.

Механизм— это некоторая совокупность логических связей, процедур, определяющих возникновение изменений в той или иной развивающейся, т.е. эволюционирующей среде.

За последние годы удалось многое узнать и понять из того, что называется механизмами эволюции (или развития), как происходит изменение организации (или структуры) материи, как и почему возникает новое качество, что является двигателем любого процесса самоорганизации.

Становится понятным, что единый процесс мирового развития — это не игра случая. Он имеет определенную направленность, т.е. происходит непрерывное усложнение организации, охватывающей неживую природу, живое вещество и общество. Эти три уровня организации материального мира — звенья одной цепи. Поэтому естественна попытка описывать процесс развития в рамках единой схемы, с использованием общей терминологии. Такое связанное описание процессов развития резко упрощает системный анализ всех биосферных процессов, процессов взаимодействия природы и общества.

Для описания общих свойств основных механизмов развития неживых материальных структур, живого вещества и организации общественной жизни используется дарвиновская триада.

ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ДАРВИНА

Во всей истории естествознания найдется очень мало исследователей, оказавших такое глубокое влияние на умы

196

мыслящих людей, как английский натуралист Ч. Дарвин (1809—1882). Он создал совершенно новое учение о живой природе, которое изумительно ясно показало, почему мир растений и животных таков, каким мы его видим.

Первое июля 1858 г. считается поворотным моментом в истории биологии, значение которого в то время едва ли могло быть в полной мере оценено. В этот день перед членами Линнеевского общества в Лондоне была прочитана лекция Ч.Дарвина и А.Р. Уоллеса. Позднее она была опубликована в третьем томе трудов этого общества.

Ч. Дарвин и А. Р. Уоллес высказали мысль, что существующие виды не были созданы независимо друг от друга и не являются неизменными, но каждый вид, постепенно изменяясь, со временем может дать начало новому виду. То, что виды не постоянны, а изменяются или эволюционируют, не было новой точкой зрения. Однако новой и важной была гипотеза, что естественный отбор — необходимый процесс, управляющий этими изменениями и контролирующий их.

Ч. Дарвин разработал учение об эволюции, которое впоследствии превратилось в теорию. Гениальный ум Дарвина сумел обобщить огромный фактический материал в свете эволюционной идеи, связать его стройной системой рассуждений. В 1859 г. Ч. Дарвином был опубликован труд «Происхождение видов», а утверждавшаяся в нем идея развития превратилась впоследствии в руководящий метод научного познания. Концепция Дарвина была построена на признании объективно существующих процессов в качестве факторов и причин развития живого. Он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу.

В основе дарвиновской триады лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.

Изменчивость

Первым звеном дарвиновской триады является изменчивость, т.е. разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Двух одинаковых особей в природе не найдешь, даже в потомстве одной пары родителей особи всегда будут отличаться. Этот важный вывод, сделанный Дарвином на основании анализа

наблюдений в природе и практике животноводства и растениеводства, был подтвержден впоследствии разнообразными фактическими материалами.

Изменчивость— это свойство органической природы. Во времена Дарвина изменчивость, которую наблюдали, делили на две категории:

■ наследственная;

■ ненаследственная.

В настоящее время такое разделение правильно лишь в самых общих чертах. Генетика показала, что ненаследственных признаков быть не может: все признаки и свойства организма в той или иной степени наследственны.

Ч. Дарвин обращает внимание на большое разнообразие сортов растений и пород животных, предками которых является один вид или ограниченное число диких видов. Различия между отдельными сортами или породами одного вида бывают более значительными, чем между некоторыми дикими видами, родами или даже семействами. Показав широкий размах изменчивости домашних форм, Дарвин приводит неопровержимые доказательства изменения видов под влиянием условий существования.

Ч. Дарвин выделяет несколько основных форм изменчивости:

■ групповая изменчивость;

■ неопределенная индивидуальная изменчивость.
Под групповой изменчивостьюЧ. Дарвин понимал сход
ное изменение всех особей популяции в одном направ
лении вследствие влияния определенных условий. На
пример, изменение роста при изменении количества и
качества пищи, толщины кожи, густоты шерстного по
крова — от изменения климата и т.п.

Неопределенная индивидуальная изменчивость — это проявление разнообразных незначительных отличий у особей одного и того же вида, сорта, породы, которыми, существуя в сходных условиях, одна особь отличается от других. Действительно, в повседневной жизни мы часто наблюдаем сходство в отдельных чертах у себя и своих родителей, у домашних животных и их потомков. Многочисленны подобные примеры и в растительном мире. Так, из семени одной коробочки вырастают нетождественные растения, хотя они и развиваются в сходных условиях. Характер изменчивости определяется в данной ситу-

198

ации не столько условиями среды, сколько наследственными особенностями организма, его состояния. Таким образом, всем живым организмам присуща индивидуальнаянаследственная изменчивость. Вследствие этого наблюдается естественное неравенство организмов. Другими словами — особи не тождественны друг другу.

Наследственная изменчивость— основа эволюционного процесса.

Изменчивость— это любые проявления неопределенности, стохастичности (случайности). Они составляют естественное содержание всех процессов микромира, но имеют место и на макроуровне. Изменчивость лежит в основе функционирования всех механизмов нашего мира на любом уровне его организации. Мир так устроен, что случайность и неопределенность — его объективные характеристики. Изменчивость же создает то поле возможностей, из которых возникает многообразие организационных форм. Но она также служит и причиной разрушения. Такова диалектика самоорганизации (синергетики). Одни и те же факторы изменчивости стимулируют и созидание и разрушение.

Наследственность

Следующим этапом после изменчивости является наследственность — свойство родителей передавать свои признаки потомкам, следующему поколению. Это свойство не абсолютно: дети никогда не бывают точными копиями родителей, но кошка приносит на свет всегда только котят, а из семян пшеницы вырастает только пшеница. В процессе размножения от поколения к поколению передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность развития будущих признаков в определенном диапазоне. Наследуется не признак, а норма реакции развивающейся особи на действие внешней среды.

Уже в XIX в. ученые начали понимать, что передачу признаков по наследству осуществляют какие-то частицы, имеющиеся в клетках, которые потом получили название генов. Установлено, что возможность возникновения всех наследственных признаков организма — от простейших клеток до человека — «записана», закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК, передающейся от клетки к клетке из поколения в поколение

с момента возникновения жизни на Земле. Клетки, лишенные ядер, например, эритроциты — красные кровяные тельца млекопитающихся, не способны к делению и размножению. Они возникают только из клеток-предшественников, имеющих ядра. Именно наследственность, наличие генетической программы в виде ДНК обеспечивает смену поколений, не прерывающуюся уже не менее 3,8 миллиарда лет. Генетические программы в этом процессе изменялись, усложнялись, но никогда не возникали из ничего. Наследственностьи ее противоположность изменчивость— два необходимых условия жизни.

Таким образом, наследственность— это свойство организмов обеспечивать преемственность признаков и свойств между поколениями, а также определять характер развития организма в специфических условиях внешней среды. Ведь развитие признаков, определяемых наследственно, зависит и от внешней среды.

Каждый организм — это результат взаимодействия между генетической программой его развития и условиями ее реализации.

Наследственностьесть выражение преемственности органических форм в процессе размножения, при котором в потомстве возобновляются, т.е. развиваются заново, сходные структуры и функции.

Наследственность— это термин, отражающий влияние прошлого на будущее. Он означает не только способность материи сохранять свои особенности, но и способность изменяться от прошлого к будущему, способность будущего зависеть от прошлого. Будущее определяется прошлым далеко не однозначно в силу той же стохас-тичности или случайности. Факт наследственности означает лишь то, что понять будущее нельзя без прошлого.

Отсюда такой интерес к истории, который присутствует у каждого человека. Наследственность— одна из составляющих причинности, наиболее полно которую раскрывает вся триада.