Сущность отличия живых открытых систем от неживых

Содержание Введение 2 1. Жизн ь: общие отличия живых систем от неживых 3 2. Свой ства (признаки) живых систем 6 Заклю чение 12 Списо к использованных источников: 13 Введение Проблема происхождения жизни приобрела сейчас неодо лимое очарование для всего человечества . Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых ра зных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира . Сейчас считается общепризнанным, что возникновение ж изни на Земле представляло собой закономерный процесс, вполне поддающи йся научному исследованию . В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода которая происходила во Вселенной задолго до возникн овения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образовани я планеты Земля - при формировании ее коры , гидросферы и атмосферы . С момента возникновения жизни природа находится в неп рерывном развитии . Процесс эволюции длится уже сотни миллионов , и его результатом является то разнообраз ие форм живого, которое во многом до конца еще не описано и не классифицир овано . Вопрос о происхождении жизни труден в исследовании, по тому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания качест венно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли к ультуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке ут верждений . Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс в озникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиард ов лет назад . Даже наиболее тщательн о поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда ф акторов, сопровождавших появление живого на Земле . Трудность - в невозм ожности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уника льность этого процесса препятствует использование основного научного метода ) . Вопрос происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого . 1 . Жизнь : общие отличия жив ых систем от неживых Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической ф орма ми существования материи, закономер но возникающая при определённых условиях в процессе её развития . Живые объекты отличаются от неживых обме ном веществ - непременным условием жизни , способностью к размножению, ро сту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам дви жения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д. Однако строго н аучное разграничение на живые и неживые объекты встречает определённы е трудности . Так, до сих пор нет единог о мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне клеток организ ма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого : в вирусной частице в это время отсутствуют метаболиче ские процессы, она не способна размножаться и т.д. Специфика живых объектов и жизненных про цессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной струк туры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни . Наиболее точное опре деление жизни , охватывающее одновре менно оба эти подхода к проблеме, дал около 100 лет назад Ф . Энгельс : " Жизнь ест ь способ существования белковых тел, и этот способ существования состои т по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел ". Термин " белок " то гда ещё не был определён вполне точно и его относили обычно к протоплазм е в целом . Все известные ныне объекты, обладающие несомненными а трибутами живого, имеют в своём составе два основных типа биополимеров : белки и нуклеиновые кислот ы (ДНК и РНК ). Сознавая неполноту своего определе ния, Энгельс писал : " Наша дефиниция жи зни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и с амыми простыми среди них ... Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о ж изни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшей " . Ч . Дарвин в последн их строках " Происхождения видов " пишет об основных законах, лежащих, по ег о мнению, в основе возникновения всех форм жизни : " Эти законы, в самом широком смысле - Рост и Воспроизведение, Наследственност ь, почти необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, завися щая от прямого или косвенного действия жизненных условий и от упражнени я и неупражнения, Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к Б орьбе за жизнь и её последствию - Есте ственному Отбору ... ". Есл и оставить в стороне роль упражнения, которое, по позднейшим данным, служ ит фактором ненаследственной изменчивости, обобщение Дарвина сохраняе т силу и поныне, а его основные законы жизни сводятся к двум ещё более общим . Это прежде всего способность живого ассимилировать по лученные извне вещества, т.е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структу рам, и за счёт этого многократно воспроизводить их (репродуцировать ). При этом, если исходная структура случа йно изменилась, то она продолжает воспроизводиться в новом виде . Способность к избыточному самовоспроиз ведению лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, с ледовательно, - прогрессии размножен ия (основное условие для естественного отбо ра ), а также в основе наследственности и наследстве нной изменчивости . Советский биохимик В .А. Энгельгардт рассматривает воспроизведение себе подобного как фундаме нтальное свойство живого, которое ныне получает интерпретацию в термин ах химических понятий на подлинно молекулярном уровне . Др угая о собенность живого заключается в огромном многообразии свойств, приобр етаемых благодаря изменчивости материальными структурами живых объек тов . Каждое из этих двух фундаментал ьных свойств связано в основном с функцией одного из двух биополимеров . " Запись " наследственных сво йств, т.е. кодирование признаков орга низма, необходимое для воспроизведения, осуществляется с помощью ДНК и Р НК, хотя в самом процессе репродукции непременно принима ют участие белки-ферменты . Т. о ., живой явля ется не отдельная молекула ДНК, белка или РНК, а их система в целом . Реализация многообразной информации о с войствах организма осуществляется путём синтеза согласно генетическому коду различных бе лков (ферментных, структурных и т.д.) , которые благодаря своему разнообразию и структурной пластичности обусловливают развитие самых различных физических и хими ческих приспособлений живых организмов . На этом фундаменте в процессе эволюции возникли непревзойдённ ые по своему совершенству живые управляющие системы . Т . о ., жизнь ха рактеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содер жащими два типа биополимеров (белок и ДНК или РНК ), которые составляют живую систему, способную в целом к самов оспроизведения по принципу матричного синтеза . Характерная особенность химического состава известных на м форм жизни - асимм етрия оптически активных веществ, представленных в живых объектах лево вращающими или правовращающими формами . Жизнь возможна лишь при определённы х физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т.д.) . Однако прекращение жизненных процессов, например , при высушивании семян или глубоком замораживании мелких орга низмов, не ведёт к потере жизнеспособности . Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращени и к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процесс ов . Ж изнь качественно превосходит др угие формы существов ания материи в отношении многообразия и сложности химических компонен тов и динамики протекающих в живом превращений . Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровн ем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во вр емени . Структурная компактность и эн ергетическую экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне . " Именно в способности живого создавать поряд ок из хаотического теплового движения молекул, - пишет Энгельгардт, - сост оит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого . Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии ". Живые системы обмениваются с окружающе й средой энергией, веществом и инфор мацией, т.е. являются открытыми системами . При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки струк тур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное .: восстанавливаются разности энергетически х потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа " против равновесия " (Э . Бауэр ). На этом основаны ошибочные утвержде ния, что живые системы якобы не подчиняются второму закону термодинамик и . Однако местное снижение энтропии в живых системах возможно только за счёт повышения энтропии в окружающей среде, так что в целом процесс повышения энтропии продолжается, что вполне согласуется с требованиями второго закона термодинамики . По образному выражению австрийского физика Э . Шрёдингера, живые организмы как бы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией ), извлекая её из окружающей среды и увеличивая этим возрастание положительной энтропии в ней . 2 . Свойства (признаки ) живы х систем Итак, о бщими, характерными для всего живого свойствами и их отличиями от похожих процессов, протекающих в неж ивой природе, являются : 1 ) единство химического состава, 2 ) обмен веществ, 3 ) самовоспроизведение (репродукция ), 4 ) наследственность, 5 ) изменчивость, 6 ) рост и развитие, 7 ) раздражимость, 8 ) дискретность, 9 ) ритмичность, 10 ) относительная энергозависимость, 11 ) гомеостаз . 1 . Единство химичес кого состава . В состав живых организ мов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы . Однако со о тношение различных элементов в живом и неживом неоди н аково . Элеме нтарный состав неживой природы наряду с к ислородом представлен в основном кремнием, железом, загнием, ал юминием и т.д. В живы х организмах 98 % химического состава п риходится на четыре элемента - углер од, кислород, азот и водород . 2 . Обмен веществ . Все живые организмы способны к обмену в еществ с окружающей средой, поглощая из нее элементы, необходимые для пи тания, и выделяя продукты жизнедеятельности . При небиологическом круговороте веществ они просто переносят ся с одного места на другое или изменяется их агрегатное состояние, тогд а как у живых организмов обмен имеет качественно иной уровень, включая п роцессы синтеза и распада . Путем ряд а сложных химических превращений вещества, поглощенные из окружающей с реды, трансформируются в вещества живого организма, из которых строится их тело . Такие процессы называются а ссимиляцией, или пластическим обменом . Процессы, обратные ассимиляции, в результате которых сложные о рганические соединения распадаются на простые, получили название дисс имиляции . При таком распаде веществ утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, н еобходимая для реакций биосинтеза, вследствие чего диссимиляцию назыв ают еще энергетическим обменом . Обме н веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения все х частей организма и как следствие - п остоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окруж ающей среды . 3 . Самовоспроизвед ение (репродукция ). Самовоспроизведе ние, репродукция, или размножение, - эт о свойство организмов воспроизводить себе подобных ; этот процесс осуществляется практически на всех уровн ях организации живой материи . Благод аря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток ( митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками . Из одной молекулы ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты - при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полность ю повторяющие исходную . В основе сам овоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, то есть образовани я структур на основе информации, заложенной в последовательности нукле отидов ДНК . 4 . Наследственност ь заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойс тва и особенности развития из поколения в поколение . Наследственность обусловлена стабильностью, основан ной на постоянстве строения молекул ДНК . 5 . Изменчивость - свойство, как бы противоположное насле дственности, но вместе с тем тесно связанное с ней, так как при этом изменя ются наследственные задатки - гены, о пределяющие развитие тех или иных признаков . Иными словами, изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойс тва, в основе которой лежат изменения биологических матриц . Изменчивость создает разнообразный матери ал для естественного отбора, то есть отбора наиболее приспособленных ос обей к конкретным условиям существования в природе, что, в свою очередь, п риводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов . 6 . Рост и развитие . Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение состава или структуры объектов жи вой и неживой природы . Развитие живо й формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом . В процессе развития возникает специфическа я структурная организация индивида, а увеличение его биомассы обусловл ено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих кл еток . Филогенез, или эволюция, - это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессив ным (или регрессивным ) усложнением (и ли упрощением ) жизни . Результатом эволюции является все многообр азие живых организмов на земле . 7 . Раздражимость . Любой организм неразрывно связан с о кружающей средой : извлекает из нее п итательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных фактор ов среды, вступает во взаимодействие с другими организациями и т.д. В процессе эволюции у жи вых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реаги ровать на внешние воздействия . Это с войство носит название раздражимости . Всякое изменение окружающих организм условий среды представл яет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздр ажители служит показателем его чувствительности и проявлением раздраж имости . Реакция многоклеточных живо тных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом . 8 . Дискретность . Само слово " дискретность " означает пре рывистость , разделенность и характеризует свойство жизни проявлятьс я в виде дискретных форм . Отдельный о рганизм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее т есно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих стру ктурно-функциональное единство . Люб ой вид организмов включает отдельные особи . Тело высокоорганизованной особи образует пространственно от граниченные особи, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток . Энергетический аппарат клетки пред ставлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка - рибосомами и т.д. вплоть до макромолекул . Свойство дискретности организма является основой его структурной упорядоченности, возможности постоянного самообновлени я с заменой структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки и целых клеток ) без прекращен ия выполняемой функции . Дискретност ь вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устран ения от размножения неприспособленных особей и сохранение индивидов с полезными для выживания признаками . 9 . Ритмичность . Под ритмом (от греч . " ритмос " - теку ) понимается повторение одного и того же событ ия либо состояния через строго определенные отрезки времени . В физике периодические процессы выражаются в герцах (Гц ). Гц - частота периодического процесса, при которой за время 1 с происходит один цикл периодического процесса . Наименьший промежуток времени, через который система, сове ршающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она на ходилась в начальный момент, называется периодом колебаний . В биологии под ритмичностью понимают период ические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия ). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрст вования у человека ; сезонные ритмы а ктивности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи ) и многие другие . Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, то есть на приспособление к постоянно меняющимся ус ловиям существования . 10 . Относительная эн ергозависимость . Живые тела предста вляют " открытые " системы, устойчивые лишь при условии непрерывного дос тупа к ним энергии и материи в виде пищи из окружающей среды . Живые организмы в отличие от объектов неживо й природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточн ая мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных ). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерж ивают пространственное единство системы . Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов фи зики и химии - неживых систем - своей исключительной сложностью и высокой с труктурной и функциональной упорядоченностью . Эти отличия придают жизни качественно новые свойства . Живое представляет собой особую ступень развития материи . 11 . Гомеостаз (саморе гуляция ) - совокупность приспособите льных реакций организма, направленных на сохранение динамического сос тояния его внутренней среды (температуры тела, кровяного давления и др.) . В его основе лежит принц ип отрицательной обратной связи . Име нно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в ус ловиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание . Заключени е Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической ф орма существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития . Жив ые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным условием жизни, способностью к размножению, р осту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам дв ижения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т .д . О собенность живого заключается в ог ромном многообразии свойств, приобретаемых благодаря изменчивости мат ериальными структурами живых объектов . Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени . Живые системы обмениваются с окружающей средой энерг ией, веществом и информацией, т.е. явл яются открытыми системами . При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетиче ских разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное .: восстанавлив аются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа " против равновесия " . Таким образом, жизнь качественно превосходит другие ф ормы существования материи в отношении многообразия и сложности химич еских компонентов и динамики протекающих в живом превращений . Список исп ользованных источников : 1. Горбачев В .В. Концепции современ ного естествознания . - М .: Оникс 21 век, 2003 . 2. Макаров В .Н. Концепции современного естествознания . - М .: МОДЭК, 2008 . 3. Михайловский В .Н. Концепции современного естествознан ия . - СПб .: Знание, 2004 . 4. Энгельгардт В . Проблема жизни в современном естест вознании . // " Коммунист " , 1969, № 3, с .8 5 . 5. Жизнь . - http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/040/263.htm