Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Проблеми пізнання суті життя

До ознак живих систем належить їх типовий хімічний склад, якому властива наявність нуклеїнових кислот і білків, тобто макромолекул, що складаються з аперіодично з’єднаних дрібних субодиниць і тому домінують у світі живих істот. В організмі макромолекули постійно синтезуються заново і розпадаються.

Живі системи — це відкриті системи, через які проходять потоки речовин та енергії. Ці системи перебувають у динамічному стаціонарному стані, відмежовані від навколишнього середовища структурами, які утруднюють обмін речовин, зводять до мінімуму їх втрати й слугують для підтримання просторової єдності системи.

З метою підтримання сталості структури живих систем у мінливих умовах середовища необхідне внутрішнє регулювання найрізноманітніших процесів, які обумовлюють взаємне узгодження та підпорядкування єдиній імперативі. Використання принципу зворотного зв’язку дозволило створити кібернетичні регулювальні системи підтримання постійності параметрів внутрішнього, а інколи — й зовнішнього середовища (гомеостаз).

Живі системи є особливою формою існування матерії. Вони здатні до розподілу ентропії (ступеня невпорядкованості в системі). Згідно із другим законом термодинаміки, в природі в цілому й у кожній ізольованій системі зокрема ентропія завжди збільшується, але оскільки величина ентропії характеризує ступінь невпорядкованості, впорядкованість завжди зменшується.

Проте живі системи, витрачаючи енергію, не лише підтримують властивий їм стан упорядкованості (ступінь організованості), але й збільшують його, наприклад, під час росту.

І все ж, другий закон термодинаміки залишається в цьому випадку не порушеним, бо в результаті життєдіяльності організму в навколишньому середовищі приріст ентропії виявляється більшим, ніж її зменшення всередині організму.

Оскільки живі істоти не ізольовані, а відкриті системи, то визначення живого можна сформулювати так: живими називають системи, здатні самостійно підтримувати й збільшувати свій дуже високий ступінь впорядкованості, існуючи в середовищі з меншим ступенем упорядкованості.

Б. М. Медніков (1982) зробив спробу охарактеризувати живе через низку аксіом теоретичної біології:

1) усі живі організми є результатом єдності фенотипу та програми для його побудови (генотипу), яка передається спадково з покоління в покоління (аксіома А. Вейсмана);
2) генетична програма функціонує за матричним принципом. Як матриця, на якій формується геном наступного покоління, використовується ген попереднього покоління (аксіома M. К. Кольцова);
3) у процесі передачі з покоління в покоління генетичні програми в результаті різних причин змінюються випадково та не цілеспрямовано; такі зміни можуть виявитися корисними в даному середовищі лише випадково (перша аксіома Ч. Дарвіна);
4) випадкові зміни генетичних програм під час становлення фенотипу багаторазово посилюються (аксіома М. В. Тимофєєва-Ресовського);
5) багаторазово посилені зміни спадкових програм підлягають добору умовами зовнішнього середовища (друга аксіома Ч. Дарвіна).

Дискретність і цілісність — це фундаментальні властивості організації життя на Землі. Живі об’єкти в природі відносно відокремлені один від одного (особини, популяції, види). Будь-який багатоклітинний організм складається із клітин, а будь-яка клітина (також одноклітинного організму) — з певних органел.

Органели складаються з дискретних, зазвичай високомолекулярних органічних речовин, які в свою чергу складаються з дискретних атомів тощо. У той же час складна організація неможлива без взаємодії її частин і структур — без цілісності.

Цілісність біологічних систем якісно відрізняється від цілісності неживого насамперед тим, що цілісність живого підтримується в процесі розвитку. Живі системи — відкриті системи, які постійно обмінюються речовиною та енергією із середовищем, і серед них немає двох однакових особин, популяцій чи видів.

Ця унікальність вияву дискретності й цілісності живого ґрунтується на явищі — конваріантній редуплікації. Конваріантна редуплікація (самовідтворення зі змінами), здійснювана на основі матричного принципу (сума трьох перших аксіом), — це, мабуть, єдина специфічна для життя властивість. В її основі лежить унікальна здатність до самовідтворення основних «керівних систем» (хромосом, ДНК і генів).

«Розмноження» і ріст кристалів принципово відрізняються від редуплікації за матричним принципом, не забезпечуючи появи практично нескінченної кількості новоутворень (1-а аксіома Дарвіна), які передаються по спадковості.

Завдяки здатності до самовідтворення за матричним принципом молекули ДНК виконують роль носія спадковості вихідних керівних систем (аксіома Вейсмана). Ця властивість нуклеїнових кислот — важлива умова існування життя.

Під час самовідтворення керівних систем у живих організмах відбувається не механічне повторення, а відтворення із внесенням змін (1-ша аксіома Ч. Дарвіна). Імовірність таких змін випливає з фізико-хімічних властивостей молекул ДНК. Будь-яка достатньо складна високомолекулярна сполука має обмеження структурної стабільності. Вона періодично зазнає структурних змін у результаті зміни місцезнаходження атомів або цілих фрагментів. Ці зміни, якщо вони не призводять до загибелі організму, будуть багаторазово посилюватися (аксіома Тимофєєва-Ресовського), передаватися спадково у процесі самовідтворення за матричним принципом. Конваріантна редуплікація означає можливість спадкового передавання дискретних відхилень (мутацій) від вихідного стану.

Життя на Землі виступає як активний геохімічний фактор. У результаті діяльності живих організмів змінювались параметри всієї Землі (змінювався склад атмосфери, літосфери й гідросфери).

Як би не відрізнялись види за тривалістю життя, плодючістю, репродуктивними циклами та іншими особливостями, що визначають процеси розмноження — в усіх без винятку випадках утворюється надлишкова кількість потомства.

Надлишкова численність потомства — це (з одного боку) основа енергійних геохімічних процесів за участю живого та стимулятор природного добору (з іншого). Здавалось би, протягом тривалого часу організми могли б набути здатності до «раціональної репродуктивності». Проте скрізь спостерігаємо стійке збереження і розвиток таких форм розмноження, які забезпечують існування постійного «тиску життя».

Зі збільшенням численності зростає й вірогідність появи нових спадкових змін та їх комбінацій. Із прогресії розмноження випливає два важливі наслідки:

1) зростає вірогідність появи нових спадкових відхилень;
2) створюється «тиск життя» (В. І. Вернадський) і (як наслідок) виникає боротьба за існування — фундамент природного добору.

Усе це дає можливість дійти висновку, що жива речовина з моменту появи на Землі стає активним фактором власного подальшого існування.