Вход

Что такое жизнь

Реферат по биологии
Дата добавления: 09 февраля 2004
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 141 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Один хитроумный че ловек заметил , что хотя мы можем затрудниться дать точное определение жизни , однако никто из нас не сомнева ется в различия между живым и неживым , потому что за живую и за мертвую л ошадь на рынке дают разную цену. Действительно , интуитивно мы вс е понима ем , что есть живое и что – мертвое , а вот точно сформулировать различие обычно затрудняемся . Мне известно мн ого попыток дать дефиницию , определения понят ия «жизнь» , но , как правило , они оказываютс я уязвимыми . Порой авторы вообще отказываются от определени я , подменяя его та втологией . Не могу не процитировать одно и з определений : «Живой организм – это тело , слагаемое из живых объектов ; неживое тел о – слагаемое из неживых объектов» . И все . Подумайте , как просто ! Но стала ли нам от этого понятна сущность жизни ? Всем , наверное , известно одно из оп ределений жизни , высказанное Энгельсом : «Жизнь – это способ существования белковых тел , существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окруж ающей их внешней природой , пр ичем с прекращением этого о бмена веще ств прекращается и жизнь , что приводит к разложению белка» . Однако достаточно ли о но ? Сам Энгельс так не думал . Для него обмен веществ – лишь существенный , не единственный критерий жизни . Действительно , обм ен веществ может быть присущ и неживым о бъектам. Представим опыт , который нетруд но осуществить . Мы имеем два непрозрачных ящика , которые непрерывно вентилируются . Подобные устройства , в которых контролируется лишь вход и выход , а содержание их неизвестн о , называют «черными ящиками» . Анализ в ыходящего из ящиков воздуха показывает , что в обоих случаях мы имеем на вы ходе дефицит кислорода , повышенную концентрацию углекислого газа и водяных паров . Измерение температуры покажет , что на выходе теплее , чем на входе . Мы вправе заключить , чт о в каждо м ящике содержится сис тема . Способная к обмену веществ с окружаю щей средой . Если мы вскроем ящики , то о бнаружим в одном из них летучую мышь , а в другом – горящую свечу . Критерий обмена веществ здесь не срабатывает , не по зволяя отличить живое от неживого , п р оцесс горения от процесса дыхания . Есл и мы перекроем кран поступления воздуха , м ышь погибает . Однако и мертвые организмы м огут обмениваться веществами с окружающей сре дой . На этом , в частности основан процесс образования окаменелостей . Остатки животных и р астений в слое горных пород отдают окружающей среде органику ; ее мест о занимают минералы . Особенно удивительны ока меневшие деревья – внешне они до мельчай ших деталей сохраняют структуры древесины , од нако миллионы лет назад она заместилась к ремнеземом и ок и слами железа . Можн о сформулировать определение жизни следующей фразой : жизнь – это активно е , идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры. Чем короче определение , тем больше оно нуждается в расшифровке . Что такое акти вное воспроизведение ? Под эти м словосочетанием мы должны понимать такой процесс , когда система сама воспроизводит с ебя и поддерживает свою целостность , использу я для этого элементы окружающей среды с более низкой упорядоченностью . Пассивный процес с такого рода отнюдь не признак жизни . Птицы из года в год воспроизводя т свои гнезда , бобры строят плотины , но ни плотины , ни гнезда нельзя считать жи выми объектами , в отличие от их строителей . Особенно характерно воспроизведение неживых объектов для деятельности ч еловека . Средневековый переписчик книг , создавший новый фолиант взамен истрепанного , и современный меломан , переписывающий магнитофонную запись – хорошие тому примеры . Но человек куда с ложнее книги или магнитофонной записи. Почему в нашем определении п од черкивается то , что поддержка и воспроизведен ие структур живого организма должно идти с затратой энергии ? Потому что это позволя ет различать живые существа от других сам овоспроизводящихся структур , например кристаллов. Еще великий французский натурал ис т Бюффон в XVIII веке проводил антологии между рос том организмов и ростом кристаллов . Действите льно , каждому кристаллу присуща своя специфич еская структура , возникающая спонтанно . Так хл ористый натрий кристаллизуется в виде куба , углерод в форме алмаза – в виде октаэдра . Скопления , сростки кристаллов порой действительно похожи на структуры живой природы . Вспомните хотя бы морозные узоры на оконных стеклах . Они иногда настолько б ывают похожи на листья папоротников и ины х диковинных растений , что известный биолог А.А.Любищев видел в этом какой-т о глубокий смысл . Можно получить и трехмер ную структуру , сходную с растениями (на се й раз при растворении кристаллов ). Как-то Б.М.Медникову довелось увидеть тр ехмерные морозные узоры . На склоне камчатской сопки зе мля с легким хрустом про седала под ногами на один-два сантиметра . Оказалось , что тонкий поверхностный слой почв ы был поднят изящными ледяными веточками торчащими густо , как щетинки зубной щетки . Ни до , ни после ему не приходилось ви деть такой занятной кри с таллизации водяных паров , хотя пишут , что в горах такой феномен не столь уж редок. Даже металлы образуют подобные структ уры : металлургам всего мира хорошо известна так называемая «елка Чернова» – древовидн ый сросток кристаллов железа , выросший в р акови не отливки. И тем не менее , аналогии между кристаллами и организмами , между морозными уз орами и листьями папоротника неправомерны . Хо тя эти структуры внешне сходны , процессы и х возникновения энергетически диаметрально проти воположны . Кристалл – система с минимум ом свободной энергии . Недаром при кристаллиза ции выделяется тепло . Например , при возникнове нии одного килограмм «морозных узоров» должно выделится 619 килокалорий тепла (539 при конденсац ии водяных паров и 80 при переходе в тв ердую фазу ). Стольк о же энергии н ужно затратить на разрушение этой структуры . Листья папоротника , наоборот , при своем в озникновении поглощают энергию солнечных лучей , и , разрушая эту структуру , мы можем полу чить энергию обратно . Да это мы и дела ем , сжигая каменный уголь , обр а зов авшийся из остатков гигантских папоротников п алеозойской эры . Дело здесь не в самом листообразном рисунке : бесформенный кусок льда такой же массы потребует на расплавление и испарение столько же энергии . То же и с папоротником : на образование внешней с л ожности организма расходуется энергия , ничтожно малая по сравнению с той , что законсервирована в органике. А как же внешнее сходство ? И ли стья папоротника , и морозные узоры обладают максимальной площадью поверхности при данном объеме . Для папоротника ( и любого друг ого растения ) это необходимо , ибо дыхание и ассимиляция углекислого газа идет через поверхность листьев . В тех случаях , когда нужно снизить расходы воды на испарение , растения , например кактусы , обретают шарообразн ую форму с максимальной площ а дью поверхности . Но платить за это нужно снижением темпов ассимиляции СО І и соответственно за медлением роста. Водяные пары , кристаллизуясь на холодном стекле , также образуют структуру с максимальной поверхностью , потому что скорос ть потери свободной эн ергии при этом максимальна (кристаллы растут с поверхности ). Так что аналогии между кристаллами и живыми организмами не имеют эвристического значения . Жидкость , выплеснутая из сосуда в условиях невесомости , приобретает форму биль ярдного шара (минимум энер г ии пове рхностного натяжения ). Но между игрой в би ллиард и полетами в космос столько же общего , сколько между кристаллизацией и рос том живого организма. Из этого не следует , что кристаллические формы чужды жизни . Вот хоро ший пример . Многим известны безо бидные крупные комары-долгоножки с длинными ломкими конечностями . Их личинки обитают во влажном грунте , питаясь перегнившими растительными о статками . Среди них можно встретить особей , окрашенных в голубой цвет с радужным о тливом . Они кажутся вялыми , и они действительно больны – заражены радужным вирусом . В гемолимфе таких личинок можно обнаружить кристаллы удивительной красоты , п ереливающиеся , как сапфиры . Кристаллы эти слож ены из частиц вируса – вирионов . Когда личинка погибнет , они попадут в почву , ч тобы быть проглоченными личинками нов ого поколения комаров. Такие кристаллы образуют многие вирус ы , и не только вирусы насекомых . Но это неактивная форма существования вируса , в форме кристалла он не размножается , а лишь переживает неблагоприятные условия. Известный физик Э . Шредингер как-то назвал хромосому «апериодическим кристаллом» . Д ействительно , ядерное вещество клетки в перио д деления упорядоченно , формально его можно назвать кристаллом , как можно назвать книгу кристаллом из страниц . Но во время « упаковки» в хромосому ядерное ве щество (хроматин ) неактивно , и сама хромосома – лишь способ передачи хроматина от к летки к клетке. Короче , упорядоченность структуры кристалл ов – упорядоченность кладбища , системы с минимумом свободной энергии . Упорядоче нность структуры организма в процессе жизнедеятельн ости – это упорядоченность автомобильного ко нвейера . Для ее поддержания и воспроизведения в следующем поколении организм должен по глощать энергию в виде квантов света или неокисленных органических соедине н ий , простые вещества , и выделять окисленные продукты жизнедеятельности . Это и есть обмен веществ , он не является самоцелью. «Все течет»,– сказал Гераклит Эфесски й (этот всем известный афоризм дошел до нас , правда со слов других , так как сам Гераклит ка к Сократ , предпочитал и злагать свои взгляды в беседах ). Особенно это относится к живому организму . Он – поток , по которому непрерывно движутся энер гия и вещества – элементы для воссоздани я структур . Не так давно еще ученые по лагали , что , достигнув взросло г о с остояния , организмы притормаживают синтез белков и других органических соединений , ограничива ясь «ремонтными» работами (заживление ран , сме на эпителия кожи и т . д .). Первые же опыты с изотопными метка ми показали , что это неверно . На протяжени и всей жизни идет непрерывная замена старых клеточных структур на вновь образую щиеся . Так , при ремонте самолета заменяют двигатель , отработавший свой ресурс , хотя бы он работал безупречно . Казалось бы , всю жизнь должна служить человеку костная ткань . Однако , ког д а в практику меди цины вошел антибиотик тетрациклин , врачи стол кнулись с удивительным фактом. Тетрациклин отчасти накапливается в к остях . Следы лечения можно обнаружить на к остном шлифе в виде флуоресцирующего слоя . Оказалось , что примерно через три год а после лечения антибиотиком он обнар уживается в крови в очень высокой концент рации (что приводит порой к нежелательным побочным эффектам ). Откуда же взялся тетрацикл ин , ведь больной чем за три года мог и забыть , что когда-то его принимал ? Он вернулся в кровь из старо й костной ткани , которая рассасывается и з аменяется новой. Говорят , что нервные клетки не вос станавливаются , не размножаются . В принципе эт о так , но на протяжении всей жизни они непрерывно перестраиваются . Так и человек может всю жизнь прожить в одном д оме , но за это время многократно изменить в нем обстановку . Мы лишь формально м ожем считать нейроны , с которыми мы заканч иваем жизнь , теми же самыми клетками , с которыми мы ее назначали. В конце нашего определения жизни б ыло слово «спе цифическая» . Что такое с пецифическая структура ? Из поколения в поколе ние организмы воспроизводят характерную для в идов , к которым они принадлежат , упорядоченнос ть . Делается это ос почти абсолютной точно стью. Э . Шредингер в книге «Что такое жизнь с точк и зрения физика ?» (1944) высказал предположение , что организмы «извлекаю т упорядоченность из окружающей среды» , они питаются чужим порядком . Увы , дело обстоит не так просто . Шредингер выразился не совсем точно. Вот пример : волк съедает зайца . Ему не ну жны ни органы зайца , ни его ткани , ни его белки и нуклеиновые кислоты – все то , что специфично для структуры «заяц» , «заячья упорядоченность» . Все это в желудке и кишечнике волка превра тится в смесь низкомолекулярных органических веществ – аминокислот, углеводов , нуклео тидов и т . д . , общих для всей живой п рироды , неспецифических . Часть из них организм волка окислит до углекислого газа и воды для того , чтобы , расходуя полученную энергию , построить из оставшихся неспецифичных веществ свою , специфичес ким образом упо рядоченную структуру «волк» – свои белки , свои клетки и ткани . Накормите волка см есью аминокислот , синтезированных химиком , и б удет то же самое. Пожалуй , можно привести лишь один пример , когда организм «питается чужим порядк ом» . Некоторы е ресничные черви планарии живут на колониях кищечнополостных – гидр оидных полипов , объедая их . У полипов имее тся хорошая защита , правда не эффективная против планарий , - стрекательные клетки . С дейст вием их хорошо знакомы люди , обжигавшиеся щупальцами че р номорской медузы-корнерота . Гораздо опаснее дальневосточная маленькая м едуза-крестовичок , ожег которой может привести к тяжелому заболеванию , а то и к см ерти , если под рукой не найдется димедрола или супрастина . Оказывается , проглоченные чер вями стрекател ь ные клетки полипов не перевариваются , а мигрируют в покровы тела , где выполняют ту же защитную функ цию , что и у хозяев . Их так и назыв ают : клептокниды – украденные стрекательные клетки. Можно пофантазировать о жизни на к акой-нибудь планете , где подобны й принцип распространен широко . Но на Земле положен ие обратное . Земные организмы в чужой упор ядоченности не нуждаются , как видно из сле дующих примеров. 3 декабря 1967 года в кейптаунской больнице Гроте-Схюр Кристиан Барнард пересадил Луису Вашканскому, страдавшему острой сердечной недостаточностью , сердце девушки Дениз Дарва ль , погибшей в автокатастрофе. 17 декабря , через две недели Вашканский заболел двустороннем воспалением легких и 20 декабря скончался . Первая неудача не смути ла хирургов . Число о пераций по пересад ке сердца насчитывается уже тысячами . Но и до Барнарда животным и людям пересаживал и сердца , легкие , почки и поджелудочные же лезы . Результат всегда был одинаковым пересаж енные органы отторгались , если не были взя ты у однояйцевого близнец а . Но о днояйцевые близнецы – это генетические копии одного и того же организма. Можно сделать вывод , что «чужая уп орядоченность» организму не нужна , он изо всех сил , отчаянно борется с ней . Сохранит ь пересаженный орган можно только , подавив защитные имм унные системы образования антител . Но тогда пациент окажется беззащитны м против любой инфекции и в конце кон цов погибнет от нее , как это случилось с Вашканским. Это самый эффективный пример , но и звестны и другие случаи , когда организмы н е приемлют «чуж ого порядка» . Общеизвестны группы крови , здесь система проста , и определив группу крови , можно практически во всех случаях избежать распада эритроцитов . Более того , человеку можно переливать кровь шимпанзе соответствующей группы . Но изредка встречаются лю д и с такими ун икальными наборами факторов крови , что ничья друга им не годится. Инсулин – единственное эффективное с редство против диабета отличается сравнительно малой видоспецифичностью , поэтому для лечения диабетиков можно использовать этот белок , вы деленный из поджелудочных желез круп ного рогатого скота . А вот гормон роста – соматотропин – видоспецифичен . Для лече ния карликового роста у человека нужен им енно человеческий соматотропин , который выделяетс я из гипофиза умерших людей. Казалось бы , у н изших организм ов отвращение к «чужому порядку» меньше . Д ействительно , у рыб и амфибий удаются пере садки органов между особями разных видов , и бычий соматотропин может стимулировать рост форели . Однако , все это искусственные , соз даваемые экспериментом поло ж ения . Еще и еще раз повторяю , что животные , пита ясь другими животными или растениями , начинаю т с разрушения чужой упорядоченности . Пища в их желудках и кишечниках расщепляется специальными ферментами до простых веществ , не обладающих видоспецифичностью . Т а к , белки расщепляются до аминокислот , сложные углеводы , такие как крахмал и глик оген , - до моносахаридов , нуклеиновые кислоты до нуклеотидов . По строению , например , аминокисло ты глицина или фенилаланина невозможно сказат ь , получена ли она из белков бычьег о мяса , гороха или же синтезиров ана химиком искусственно. Из этих элементарных кирпичиков жизни организмы строят присущие им белки . Кажды й организм характерен именно неповторимой , пр исущей только ему комбинацией белковых молеку л . А уже на этой базе возн икает комплекс всех признаков организма – на уровне клеток , тканей и органов. У растений это выражено еще более резко . Вода , набор питательных солей , угле кислый газ и свет – при этом комплек се одинаковых факторов из одного семени в ырастает роза , из дру гого – крапива , каждое растение с присущим ему набором свойств , со своей упорядоченностью. Итак , организмы берут извне не упо рядоченность , а энергию : растения в виде к вантов света , животные в виде малоокисленных соединений , которые можно сжечь в процес се дыхания . За счет этой энергии о ни строят свою «доморощенную» упорядоченность , пренебрегая чужой. Вот почему в определении жизни дол жно быть воспроизведение специф ической структуры . В реферате использованы материалы из книги : Б.М. Медников «Аксиомы биологии» , Знание , Москва 1982
© Рефератбанк, 2002 - 2017