Свойства жизни

К числу фундаментальных свойств, совокупность которых характеризует жизнь, относятся: самообновление, самовоспроизведение и саморегуляция.

Перечисленные фундаментальные свойства обуславливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, целостность и дискретность, репродукцию, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, индивидуальное и историческое развитие.

Всем живым существам присущ особый способ взаимодействия с окружающей средой – обмен веществ (метаболизм). Его составляют два взаимосвязанных противоположных процесса: ассимиляция и диссимиляция.

Ассимиляция – преобразование поступающих в организм веществ, их уподобление веществам тела, синтез белков, углеводов и других сложных органических соединений.

Ассимиляция связана с эндотермическими химическими реакциями.

Диссимиляция – распад органических веществ, входящих в состав тела, с выделением продуктов распада из организма и выделением энергии, т.е. является цепью экзотермических химических реакций. Она служит источником энергии для всех процессов жизнедеятельности, в том числе и для процессов ассимиляции. В этом заключается одна из сторон единства и неразрывной связи противоположных процессов метаболизма.

Обмен веществ может иметь место и между телами неживой природы, но он принципиально отличается от метаболизма живых организмов. Неживые тела в результате обмена перестают быть тем, чем они были, а в живых организмах обмен веществ приводит к восстановлению разрушенных компонентов, т.е. к самообновлению.

Из сказанного следует, что живые организмы существуют как открытые системы. Через каждый организм идет непрерывно поток вещества и энергии. Осуществление этих процессов обусловлено свойствами белков. При этом структуры в живом непрерывно воспроизводятся, что связано с информацией, заложенной в нуклеиновых кислотах.

Благодаря тому, что живые организмы – открытые системы, они находятся в единстве со средой.

Жизнь одновременно целостна и дискретна. Органический мир целостен, представляет собой систему взаимосвязанных частей. В упрощенной форме это можно представить так. Животные-хищники нуждаются в существовании травоядных, а последние – в существовании растений. Растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы СО₂, который выделяют в атмосферу живые организмы. Из почвы растения получают минеральные вещества, которые пополняются в почве за счет разложения бактериями органических соединений.

В то же время органический мир дискретен (делим). Он состоит из отдельных единиц – организмов. Каждый организм дискретен, т.к. состоит из органов, тканей, клеток, но каждый орган функционирует как часть целого. Каждая клетка имеет свои составные части, но действует как единое целое. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один ген вне всей совокупности не определяет развитие признака.

Любой вид состоит из особей, каждая из которых рано или поздно перестает существовать, но благодаря репродукции (размножению) жизнь вида не прекращается. Размножение всех видов, населяющих Землю, поддерживает существование биосферы.

Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между поколениями. Она тесно связана с репродукцией жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Хранение и передача наследственной информации осуществляется нуклеиновыми кислотами.

Изменчивость – свойство, противоположное наследственности. Это свойство изменять признаки предков, получать новые, отличающиеся от прежних.

Наследственная изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции, а тем самым – и для существования жизни.

Неотъемлемым свойством живых существ является раздражимость. Это свойство отвечать различными реакциями на воздействие окружающей среды. Оно помогает живым организмам достичь равновесия с внешним миром, активно приспособиться к меняющимся условиям жизни. Самые простые формы раздражимости встречаются у растений и одноклеточных животных, т.е. организмов, не имеющих нервной системы. Их реакции на действия раздражителей (факторов среды) проявляются в форме тропизмов, настий и таксисов.

Тропизмы – это реакции неподвижных организмов (растений, прикрепленных животных), при которых живое существо отвечает на действие раздражителя изменением направления роста, положения органа (шляпка подсолнечника, листья растения поворачиваются к свету и др.).

Настией называют активную реакцию растений и простейших, проявляющуюся в виде ненаправленного по отношению к раздражителю движения (стыдливая мимоза, росянка, лепестки многих цветов).

Таксисом называют активную реакцию подвижных организмов (одноклеточных растений и животных) или отдельных клеток многоклеточных организмов, отвечающих на действие раздражителя направленным движением к раздражителю или от него.

У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в форме рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира происходит через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась и вторая сигнальная система.

Движения растений, а особенно животных, многообразны, но все они могут быть сведены к нескольким формам: ростовые, тургорные, амебоидные, мерцательные и мышечные.

Ростовые движения наиболее примитивны и лежат в основе тропизмов. Изгибание стебля происходит за счет неравномерного размножения клеток освещенной и затененной стороны стебля.

Тургорные движения лежат в основе настий. Они связаны с изменением тургора – давления цитоплазмы на клеточную оболочку. Если клетка выделяет часть воды, то давление уменьшается и орган становится вялым и дряблым. В основе тургора лежат осмотические явления.

Амебоидные движения характерны для одноклеточных животных (саркодовые) и некоторых клеток многоклеточных организмов (лейкоциты). Они осуществляются за счет слоев цитоплазмы и образования временных выступов (псевдоподий).

Мерцательные движения широко распространены в животном мире и у некоторых растений. Осуществляются они с помощью специальных органелл клетки – жгутиков и ресничек.

Мышечные движения наиболее сложные и осуществляются за счет сокращения мышцы.

Индивидуальное развитие выражается, как правило, в увеличении массы (роста) за счет репродукции молекул, клеток и других биологических структур, а также в дифференцировке, т.е. появлении различий в структуре, усложнений функций и т.д.

Филогенетическое развитие, основные закономерности которого установлены Ч. Дарвиным, базируется на прогрессивном размножении, наследственной изменчивости, борьбе за существование и отборе.

Действие этих факторов привело к разнообразию форм жизни, которым присуща иерархическая организация.

Иерархической называется система, в которой составные части расположены от низшего к высшему.

В середине XX в. в биологии сложилось представление об уровнях организации как конкретном выражении упорядоченности (табл. 1).

Молекулярно-генетический уровень. На молекулярно-генетическом уровне выявляется однообразие дискретных единиц. Жизненный субстракт для всех живых организмов представлен 21 аминокислотой и 4 азотистыми основаниями. Близкий состав имеют липиды и углеводы. У всех живых существ энергия запасается в виде АТФ, наследственная информация заложена в молекулах ДНК (исключения составляют РНК – содержащие вирусы), способной к саморепродукции. Передача и реализация наследственной информации осуществляется при участии РНК, синтезируемых на матричных молекулах ДНК.

Субклеточный уровень. На этом уровне изучаются клеточные компоненты (органеллы) под электронным микроскопом.

Клеточный уровень. На клеточном уровне отмечается однотипность всех живых существ. Клетка является основной элементарной морфо-функциональной единицей всего живого. У всех организмов на клеточном уровне возможен биосинтез и реализация наследственной информации.

Тканевой уровень. Он возник вместе с многоклеточностью животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. На тканевом уровне сохраняется большое сходство между всеми организмами.

Органный уровень. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы, которые выполняют сходные функции у разных видов.

Онтогенетический (организменный) уровень. Элементарной единицей онтогенетического уровня является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения ее существования в качестве живой системы. На онтогенетическом уровне протекают все процессы онтогенеза, осуществляется саморегуляция и гомеостаз.

Популяционно-видовой уровень. Элементарной единицей популяционно-видового уровня является популяция – совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой. В популяции начинаются процессы видообразования.

Биоценотический и биосферный уровни. Организмы одного вида населяют территорию с определенными абиотическими показателями (климат, гидрологические условия, химизм почвы) и взаимодействуют с организмами других видов. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются устойчивые во времени сообщества – биогеоценозы, которые служат элементарными единицами биогеоценотического уровня. В биогеоценозе происходит вещественно-энергетический круговорот. Биогеоценозы, различаясь по видовому составу и характеристикам своей абиотической части, объединены на нашей планете в единый комплекс – биосферу, обуславливая все процессы, протекающие в ней.

Перечисленные выше уровни отражают важнейшие биологические явления, и только при комплексном изучении проявлений жизни на всех уровнях можно получить целостное представление об особой (биологической) форме существования материи.