Основни свойства на живата материя
Биологичното ниво на организация на материята е много сложно, то не може да бъде сведено до законите на други природни науки и принципите на живота не могат да бъдат извлечени от принципите на физиката и химията. Има няколко подхода към дефиницията на живата материя.
1. Привържениците на витализма, доктрина, основана на знанието за присъствието в организмите на неосезаема свръхестествена сила („душа“), която ги контролира, смятат живота за уникален феномен, който не може да бъде обяснен с физични и химични процеси. Тази гледна точка се основава на изненадващата сложност на структурата и целесъобразността на поведението на живите организми.
От древността идва понятиетоентехелии,оживяващи „грубата материя на тялото“ и осигуряващи целенасочено поведение на организмите. Древните египтяни и гърци са допускали съществуването на няколко "оживяващи" принципа, някои от които продължават да съществуват дори след смъртта на тялото. Дълго време хората вярваха, че тези принципи осигуряват на "грубата материя на тялото" памет, мислене и целенасочени действия.Хомеостазатае една от целенасочените реакции, ако считаме за цел поддържането на механизма на живота, а външните и вътрешните сили противодействат на това. Различните начини за поддържане на живота в различните живи същества са различни механизми на хомеостаза. Еволюцията на тези механизми, насочена към по-голяма независимост на живота от външните условия, е развитието на организмите. Но обясненията на характеристиките на живите чрез търсене на цел са останали собственост на историята на науката, те са еквивалентни на обяснението: „Луната свети, за да освети пътя ми“ или „Растенията и животните съществуват, за да ни осигурят храна“.
2. Представителите на редукционния подход смятат за възможно използването на законите на физиката и химията за обяснение на процесите на жизнената дейност. Бешемногократно е потвърдено, че тези закони не се нарушават в биологичните системи, но това не означава, че всички свойства на живите същества могат да бъдат описани чрез тях. Напротив, те отричат целенасочеността на структурата и поведението.
А хомеостазата - основата на живота - те обясняват въз основа на законите на неживата природа. И така, терморегулацията на топлокръвните животни се извършва на принципа на обратната връзка (пот по време на
повишаване на температурата). Аналог на това поведение се счита за радарно контролирано противовъздушно оръдие. Според Н. Винер, определен тип целенасочена дейност се осигурява от контролираното използване и обработка на информация, така че детайлите на тези устройства за обработка не са толкова важни. Сходството между човека и машината в това отношение е отразено и в заглавието на книгата на Винер „Кибернетика, или контрол и комуникация в животните и машината“ (1949), което значително промени мирогледа.
Привържениците на този подход изучават клетъчната структура и функционирането на организмите. Бактериите и синьо-зелените водорасли се класифицират катопротокариоти(от гръцкиprotos- първият), тъй като клетките им нямат оформено ядро, а ДНК се намира директно в цитоплазмата и не е обградена от мембрана. Зелените растения, гъбите, слузестите плесени и животните принадлежат към групата наеукариотите(от гръцкиee. -добър, напълно) и имат ядро, т.е. техният генетичен материал е заобиколен от двойна мембрана и образува определена клетъчна структура. Първите еукариоти очевидно са еволюирали от протокариоти преди около 3 милиарда години или в края на докамбрийския период.
Диаметърът на клетката набактериитее около 10 -6 m, така че те често се наричат микроби. Те са усвоили голямо разнообразие от местообитания и широк диапазон от температури. Броят на бактериите дори в много малък обем вещество е много голям, например в 1Прясното мляко е над 3000 млн. г. Бактериите, подобно на гъбичките, разрушават органичните вещества и участват в циркулацията на веществата, като играят особена роля в биосферата. Те са важни за плодородието на почвата и в пречиствателните станции, участват в процеса на храносмилане, използват се в производството на антибиотици и се използват за различни цели в биотехнологиите и генното инженерство. Бактериалната ДНК е представена от единични кръгли молекули с дължина около 10 -3 m, всяка от молекулите се състои от около 5 милиона базови двойки или няколко хиляди гени (500 пъти по-малко, отколкото при хората).
3. Живата клетка е елементарно организирана част от живата материя и сложна високо подредена система. Емпирично е установено, че той непрекъснато претърпява синтез на големи молекули от малки и прости -анаболни(от гръцки.anabole -издигане) реакции, които изискват енергия, и тяхното разпадане -катаболни(от гръцки.katabole -падане) реакции. Съвкупността от тези реакции в клетката епроцесът на метаболизма.За поддържането му е необходимо непрекъснато снабдяване с енергия, а химичната форма на енергия е по-важна за живите същества. Биолозите често идентифицират основните наблюдаеми свойства, които отличават живите от неживите и отразяват спецификата на биологичната форма на движение на материята.
Самовъзпроизвеждането (възпроизвеждането) може да се извършва многократно, като генетичната информация за това е кодирана в ДНК молекули. На молекулярно ниво самовъзпроизвеждането се извършва на базата на синтеза на ДНК матрица, която програмира синтеза на протеини, определящи спецификата на организма, на други нива - огромно разнообразие от форми и механизми, до образуването на клетки. Именно разнообразието поддържа съществуването на видовете, определя спецификата на живота.
Йерархия на организациятаотразява възможностите за систематичен подход за разбиране на структурата и живота. Клетките като организационни единици са специално организирани в тъкани, тъканите в органи, органите в системи от органи. Организмите са организирани в популации, популациите в биоценози, а биоценозите в биогеоценози, които са елементарните единици на биосферата.
На молекулярно ниво подредеността на структурата води до образуването на молекулни и надмолекулни структури, които се различават по подреденост в пространството и времето. За разлика от обектите на неживата природа, подредеността на живите се дължи на външната среда, в която нивото на подреденост намалява. И процесите, водещи до подредеността на живите, протичат с локално намаляване на ентропията. Живите системи в процес на развитие са способни на самоорганизация, подреждане на структури и увеличаване на разнообразието.
Процесите се регулират в химичните реакции чрез механизъм за обратна връзка. Хормоните, които осигуряват химическа регулация, участват в регулацията на клетъчната активност. Вътре в клетките протичат реакциите на синтез и разпад с участието на ензими, синтезирани в самите клетки.
Растежът на организмите става чрез увеличаване на тяхната маса поради размера и броя на клетките. Развитието е представено от индивидуално(онтогенеза)и историческо(филогенеза)развитие, катонаследственосттаипроменливостта са еднакво важни.Развитието, съпътстващо растежа, се проявява в усложняването на структурата и функциите. В онтогенезата признаците се формират в процеса на взаимодействие между генотипа и околната среда. Във филогенезата се появява голямо разнообразие от организми и целесъобразност. Тези процеси са регулирани и подложени на генетичен контрол. За разлика от неодушевените обекти - кристали, които растат чрез прикрепване на нова материя към повърхността,живите организми растат, като се хранят отвътре, а живата протоплазма се образува чрез асимилацията на хранителни вещества. Оцеляването на вида или неговото безсмъртие се осигурява от запазването на характеристиките на родителите в потомството, възникнало чрез възпроизвеждане. Информацията, предавана на следващото поколение, е кодирана в ДНК иРНК.
Метаболизмът на веществата и енергията осигурява хомеостазата и е условие за поддържане на живота на организма. Първоначално енергията се получава от външната среда под формата на слънчева светлина, след това химическата енергия се преобразува в клетките за синтез на нейните структурни компоненти, осмотична работа за осигуряване на транспортирането на вещества през мембраната и механична работа за движение на тялото и свиване на мускулите.
Храната е източник на енергия и вещества, необходими за живота. Растенията абсорбират слънчева енергия и създават свои собствени хранителни вещества чрез фотосинтеза. Гъбите, животните (и хората), някои растения и повечето бактерии иматхетеротрофна(от гръцкиheteros -друг +trophe- храна) храна: те разграждат органичните вещества с помощта на ензими и усвояват продуктите от разпада. Екскрецията е отделянето на крайни продукти от метаболизма от тялото с околната среда. Общото свойство на отворените системи - обменът на енергия и материя с външната среда - има свои собствени характеристики.
Дишането освобождава енергията на високоенергийни съединения, която се съхранява в молекулите на АТФ, открити във всички живи клетки. Дишането се отнася до процесите наметаболизъм(от гръцки.metabole- промяна, трансформация), или метаболизъм и енергия.
Раздразнителността е селективна реакция на живите същества към промени във външната и вътрешната среда, която осигурява стабилностжизненоважна дейност. По този начин разширяването на кръвоносните съдове на кожата на бозайниците с повишаване на температурата на околната среда води до разсейване на топлината в околното пространство и възстановяване на оптималната телесна температура. Дразнители могат да бъдат храна, механични въздействия, светлина, звук, температура на околната среда, отрови, електрически ток, радиоактивност.
Подвижността или способността за движение е характерна както за животните, така и за растенията, въпреки че техните скорости се различават значително. Много едноклетъчни организми могат да се движат с помощта на специални органели. При многоклетъчните организми както клетките, така и органелите в тях са способни на движение. При животните движението се осъществява чрез мускулна контракция.
Асиметрията е творческият и структурообразуващ принцип на живота. Неживите системи работят според законите на симетрията
rii. В класическата физика има закони за запазване (на енергия, импулс, ъглов момент, заряд и т.н.), които са свързани със свойствата на симетрия на пространството и времето. В изолираните системи протичат обратими процеси, т.е. има симетрия между миналото и бъдещето. Затворените системи спонтанно и необратимо се стремят към равновесие, процесите протичат с нарастване на ентропията. Законите на квантовата физика са проявления на по-дълбоки симетрии. Всички функционално важни биомолекули са асиметрични: протеините се състоят от леви аминокиселини, а нуклеиновите киселини съдържат дясно ориентирани захари, а самата ДНК молекула е усукана - двойна спирала. Всички процеси протичат с отчитане на хиралността, дори е установена функционалната асиметрия на човешкия мозък. Животът е отворена система, която използва външен поток от енергия и материя, за да поддържа ред. Животът е свързан с непрекъснато нарушаване на симетрията, за разлика от неживите системи.
Дискретност и почтеност – двефундаментални свойства на организацията на живота на Земята. Нуклеиновите киселини и протеините са интегрални съединения, но в същото време са дискретни, тъй като се състоят от нуклеотиди и аминокиселини. Репликацията на ДНК е холистичен непрекъснат процес, но е дискретен във времето и пространството, тъй като в него участват различни ензими и генетични структури. Живите обекти в природата са относително изолирани (индивиди, популации, видове). Всеки индивид се състои от клетки, а клетката и едноклетъчните същества - от отделни органели. Органелите се състоят от отделни, високомолекулни, органични вещества, които от своя страна се състоят от отделни атоми и тези от елементарни частици. Всички тези части и структури са в сложни взаимодействия и целостта на живата система се различава от целостта на неживата по това, че се поддържа в процеса на развитие. А сред живите системи няма два еднакви индивида, популации и видове. Животът на Земята се проявява в дискретни форми, като всички форми и части образуват структурно-функционално единство.
В дефиницията на понятието "живот" от 80-те години. 20-ти век имаше две позиции. Функционалният подход обедини привържениците на концепцията за тялото като вид "черна кутия" (с неизвестна вътрешна структура или с не особено важна), чиято оригиналност се крие в наличието на "контролни процеси" на пренос на информация. Лидерите на този подход, математиците А. А. Ляпунов и А. Н. Колмогоров, използваха средствата на висшата математика за определяне на спецификата на живота, те разглеждаха хомеостатичните процеси. Те се интересуваха повече от процесите на трансформация на информацията и допускаха възможността за непротеинови форми на живот. Привържениците на друг, съдържателен, подход разпознаха ключовото присъствие
някои вещества и техните определени структури. ДА СЕЛидерите на този подход са Опарин, за когото признаването на наличието на метаболизъм е най-важното, и изключителният съветски биолог В. А. Енгелгард. Те вярваха, че изследването на проблема с живота трябва да се основава на данните от химията, а не от математиката. В организацията на живите всички тези свойства се проявяват на всички нива. Но всеки от тях има свои собствени характеристики.