Сущность жизни и свойства живого

Все живые  организмы на земле делятся на две большие группы – надцарство прокариот (это бактерии) и надцарство эукариот (животные, растения и грибы). Отличия:

а) у прокариот в клетках нет ядра, а у эукариот есть;

б) у прокариот из органоидов есть только рибосомы, а у эукариот есть рибосомы, митохондрии, хлоропласты и многие другие органоиды;

в) клетка прокариот  по длине в 10 раз меньше, следовательно, по объему в 1000 раз меньше. 

6) Понятие «живое вещество», обозначающее совокупность живых организмов биосферы, введено В. И. Вернадским. По сравнению с другими веществами биосферы "(биогенным, косным, биокосным, радиоактивным веществом, рассеянными атомами и веществом космического происхождения) живое вещество играет наибольшую роль и выполняет ряд функций. В. И. Вернадский отмечал, что между косной, безжизненной, частью биосферы, косными природными телами и живыми организмами, ее населяющими, идет непрерывный обмен веществом и энергией.

Энергетическая  функция. Постоянный поток солнечной  энергии, поглощаемый зелеными растениями, преобразуется в энергию химических связей. Синтезированные органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно  переходя от одних организмов к другим в результате их питания, переносят  заключенную в них энергию. Растения поедаются растительноядными животными, которые, в свою очередь, становятся жертвами хищников и т. д. Этот переход  и есть последовательный и упорядоченный  поток энергии в биосфере.

Энергия определяется как общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Ее свойства описываются следующими законами термодинамики. Первый — закон  сохранения энергии — гласит, что  энергия может переходить из одной  формы в другую, но она не исчезает и не создается вновь. Второй —  закон энтропии (от греч. entropia — поворот, превращение) — можно сформулировать следующим образом: энергия любой системы стремится к состоянию термодинамического равновесия или максимальной энтропии. Если температура какого-либо тела или поверхности, допустим валуна или участка суши, выше температуры воздуха, то данная система стремится к равновесию. Валун или участок суши будет отдавать тепло до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой воздушной среды. Энергия любого живого организма может быть рассеяна в тепловой форме. В конечном итоге наступает состояние термодинамического равновесия и дальнейшие энергетические процессы становятся невозможными. Чтобы не наступило состояние максимальной энтропии, организм или система должны постоянно извлекать энергию извне и постоянно стремиться к нарушению термодинамического равновесия. В противном случае наступает гибель организма и необратимая деградация системы.

Некоторая часть  энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования  тепловой энергии. Эффективность превращения  энергии света в потенциальную  энергию химических соединений в  зеленом листе всегда меньше 100% (рис. 3.2).

Жизнь сводится к непрерывной последовательности роста, самовоспроизведения и синтеза  сложных химических соединений. Без  переноса энергии, сопровождающего  эти процессы, невозможно было бы ни существование самой жизни, ни образование  надорганизменных систем всех уровней организации. Если бы солнечная энергия на планете только рассеивалась, то жизнь на Земле была бы невозможной. Чтобы биосфера существовала, она должна получать и накапливать энергию извне. И эта работа выполняется организмами. Часть энергии, запасенной организмами и не израсходованная в биосфере, с их отмиранием «складируется> в виде торфа, углей, горючих сланцев и других полезных ископаемых, используемых в теплоэнергетике. Человек, извлекая эту «складированную» энергию и возвращая ее биосфере, активизирует в ней теплоэнергетические процессы, которые в конечном итоге могут привести к «парниковому эффекту».

Средообразующая функция. Биосфера, согласно учению В. И. Вернадского, есть целостное единство, планетная система, все элементы которой взаимосвязаны и взаимодействуют. В этой системе центральную роль играет живое вещество, поскольку с ним генетически связаны все структурные части биосферы и благодаря прошлой или настоящей деятельности живых организмов образованы. Окружающая живое вещество физико-химическая среда изменена вследствие его функционирования до такой степени, что биотические и абиотические процессы оказались неразделимыми. В результате нх взаимовлияния живые организмы преобразуют среду своего обитания или поддерживают ее в таком состоянии, которое удовлетворяет условиям их существования.

Биогеохимические  функции. Средообразующая роль живого вещества в биосфере имеет, по В. И. Вернадскому, химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах по изменению вещественного состава биосферы.

Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека (Вернадский, 1965).

Газовые функции. Они заключаются в участии  живых организмов в миграции газов  и их превращениях. В зависимости  от того, о каких газах идет речь, выделяются следующие газовые функции:

1) кислородно-диоксидуглеродная — создание подавляющей массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете, ночью этот фотохимический процесс сменяется выделением  зелеными  растениями  углекислого  газа;

2) диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной,— образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий. Значение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода (азотно-диоксидуглеродная тропосфера) ;

3) озонная и пероксидводородная — образование озона (и возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой

функции обеспечило возникновение защитного озонового  экрана;

4)   азотная — создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотвыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана;

5)   углеводородная — осуществление превращений многих биогенных газов, роль которых в биосфере огромна. К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся в эфирных маслах, скипидаре

и обусловливающие аромат цветов, запах хвойных. Вследствие выполнения живым веществом газовых

биогеохимических  функций в течение геологического развития Земли сложились современный  химический состав атмосферы с уникально  высоким содержанием кислорода  и низким содержанием углекислого  газа, а также умеренные температурные  условия (табл. 3.2). Следует отметить, что в соответствии с гипотезой  О. Г. Сорохтина не весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение, 30% его поступило в воздушный бассейн в- результате дегазации недр.

Концентрационные  функции. Эти функции связаны с аккумуляцией живыми организмами из внешней среды химических элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, кальция, магния, натрия, калия, фосфора и многих других, включая тяжелые металлы. Отмирание живого вещества, естественная смерть или случайная гибель организмов, особенно массовая, приводят к аномально высокому содержанию большинства из них в почве и литосфере вплоть до образования горных пород однородного химического состава, например торфа, углей, известняков, сапропелей, мела, железных руд осадочного происхождения.

Окислительно-восстановительные  функции. Вследствие выполнения этих функций  осуществляются химические превращения  веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (соединений железа, марганца и т.д.). Окислительная функция  выражается в окислении с участием бактерий и, возможно, грибов всех бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. Например, так образуются болотные железные руды, бурые железистые конкреции, ожелезненные горизонты почвы.

Восстановительная функция противоположна по своей  сути окислительной. Благодаря ей в результате деятельности анаэробных бактерий в нижней трети профиля заболоченных почв, практически лишенной кислорода, образуются оксидные формы железа.

Биохимические функции. Эти функции связаны  с жизнедеятельностью живых организмов — их питанием, дыханием, размножением, смертью и последующим разрушением  тел. В результате происходит химическое превращение живого вещества сначала  в биокосное, а затем, после умирания, в косное. Следует различать разрушение тел организмов после их смерти, идущее повсеместно и вызываемое микробами, грибами и некоторыми насекомыми, и разрушение, связанное с массовым захоронением растительных и животных остатков после их смерти или гибели. В последнем случае совместное или последовательное выполнение живым веществом концентрационных и биохимических функций приводит к геохимическому преобразованию литосферы.

Биогеохимические  функции, связанные с деятельностью  человека. Эти функции обеспечили большие изменения химических и  биохимических процессов в биосфере, способствуют становлению ее нового эволюционного состояния — ноосферы. Уже сегодня местное (локальное) и планетарное загрязнение в  результате развития теплоэнергетики, промышленности, транспорта и сельского  хозяйства может привести к необратимым  последствиям в биосфере, так как  человек интенсивнее, чем другие организмы, изменяет условия среды.

Кроме указанных, к функциям живого вещества в биосфере следует отнести также водную, которая связана с биогенным круговоротом воды, имеющим важное значение в круговороте воды на планете.

Выполняя  перечисленные функции, живое вещество приспосабливается к окружающей среде и приспосабливает ее к  своим биологическим потребностям. При этом живое вещество и среда  его обитания развиваются как  единое целое, однако контроль за состоянием среды осуществляют живые организмы. Такого рода биологический контроль за состоянием биосферы на глобальном уровне стал основой гипотезы Геи, предложенной американскими физиком Дж. Лавлоком и микробиологом Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе, организмы, прежде всего микроорганизмы, вместе со средой обитания образуют сложную систему регуляции — «коричневый пояс», поддерживающий на Земле условия, благоприятные для жизни.

Сущность  жизни и свойства живого

Обычное определение  биологии как «науки о жизни» име¬ет смысл лишь в том случае, если мы представляем себе, что такое жизнь. На первый взгляд все кажется просто. Даже маленький ребенок скажет, что камень неживой, а кошка живая. На самом деле дать определение жизни очень сложно. Во второй половине XIX в. Ф. Энгельс, обобщив естест¬веннонаучные знания своего времени, дал самое известное определение жизни: это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоян¬ный обмен веществ с окружающей их природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белков. Последующие открытия в биологии показали, что данное определение не раскрывает всей сущности жизни. Попытки современных ученых дать полное определение жизни также не увенчались успехом. Дело в том, что живые организ¬мы обладают рядом признаков, отсутствующих у большин¬ства неживых систем, но среди этих признаков нет ни од¬ного такого, который был бы присущ только живому. На-пример, для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы растут! Поэтому проще всего дать определение жизни, перечислив основные свойства живых организмов. 1. Живые организмы имеют сходный химический со¬став и единый принцип строения. Живые организмы «построены» из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы. Однако соотно¬шение их в живом и неживом различно. Живые организмы на 98% состоят из четырех элементов — углерода, кислоро¬да, азота и водорода, которые участвуют в образовании сложных органических молекул (белки, нуклеиновые кис¬лоты, углеводы, жиры). Все живые организмы имеют клеточное строение. Клетка является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов на Земле. 2. Все живые организмы представляют собой «откры¬тые системы», т. е. устойчивые лишь при условии не¬прерывного поступления в них Ьнергии и вещества из окружающей среды. Зеленые растения используют солнечную энергию для синтеза органических веществ, из которых строится их те¬ло. Другие организмы получают энергию в результате рас¬пада сложных органических веществ пищи на более прос¬тые. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия (солнечная или химическая) и питательные вещества извне. 3. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: из нее они получают вещества, не¬обходимые для жизни, а в нее выделяют продукты жиз-недеятельности. В неживой природе можно наблюдать, казалось бы, сход¬ные процессы. Так, пламя костра или свечи никто не назо¬вет живым. Однако в процессе горения поглощаются орга¬нические вещества (дрова, воск) и кислород воздуха, а вы¬деляются углекислый газ и другие вещества. В основе работы многих механизмов, созданных человеком, также лежат «обменные процессы». В отличие от обменных процессов в неживой природе у живых организмов самыми важными стали процессы син¬теза и распада. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения организма, его рост, размножение и су¬ществование в непрерывно меняющихся условиях окружаю¬щей среды. 4. Живые организмы реагируют на изменение факто¬ров окружающей их среды. В процессе эволюции у живых организмов выработалась способность избирательно реагировать на внешние воздей¬ствия. У одних реакции проявляются быстро (например, жи¬вотные убегают, нападают, прячутся, сжимаются и т. д.), у других — медленно (например, растения поворачивают ли¬стья к свету).