Czym jest życie? Trudno jest podać dokładną definicję życia, ale każdy może dokładnie odróżnić życie żyjące od nieożywionych. Oznacza to, że inna cena jest podawana za żywego i martwego konia.
W rzeczywistości intuicyjnie rozumiemy, co jest żywe, a co martwe, ale z reguły trudno jest nam dokładnie określić różnicę. Znanych jest wiele prób podania definicji, definicji pojęcia „życia”, ale wszystkie okazują się niedoskonałe. Dlatego osoba inteligentna na ogół odmawia definiowania, zastępując ją tautologią. Życie to życie, to, w czym jest życie, które jest zaaranżowane jako życie.
Na przykład życie jest tym, co sprawia, że jesteśmy spokrewnieni z małymi bakteriami, roślinami i gigantycznymi wielorybami. Życie to ciągły i nieprzewidywalny ruch. Życie to coś, co może się narodzić i umrzeć….
Wszystkie organizmy żywe składają się z cząsteczek. Co więcej, każda z cząsteczek nie jest sama z siebie żywa. Tak więc cząsteczka wody znajdująca się w komórce mięśniowej jest taka sama jak cząsteczka wody w szklance herbaty. Ale łącząc się razem, cząsteczki wielu różnych substancji mogą tworzyć na przykład komórkę mięśniową, która ma zdolność kurczenia się i reagowania na zmiany w środowisku, jednym słowem, do życia.
Nazywamy cudem, czego nie potrafimy wyjaśnić. Dlatego pozornie niezauważalne przejście od nieożywionych cząsteczek do żywego organizmu jest często nazywane cudem życia. Z drugiej strony może my sami mistyfikujemy to, co widzimy, ale wszystko jest znacznie prostsze …
„Życie to sposób istnienia ciał białkowych, którego istotnym punktem jest ciągła wymiana substancji z otaczającą je naturą zewnętrzną, a wraz z ustaniem tego metabolizmu życie również ustaje, co prowadzi do rozkładu białka”. Definicja ta została podana przez Fryderyka Engelsa - i stosunkowo niedawno stała się u nas bardzo popularna. Cóż, nie taka zła definicja. Ale czy to wystarczy?
Sam Engels tak nie uważał. Dla niego metabolizm jest tylko podstawowym, ale nie jedynym kryterium życia. Może również być nieodłącznym elementem nieożywionego obiektu. Załóżmy, że mamy dwa nieprzezroczyste pudełka z otworami „przy wejściu” i „przy wyjściu”. Co jest w środku - nie wiemy. Możemy jednak zmierzyć stan powietrza na wlocie i wylocie. Pomiary wykazały, że w obu przypadkach na wyjściu występuje niedobór tlenu, podwyższone stężenie dwutlenku węgla i pary wodnej.
Mierzymy temperaturę i widzimy, że powietrze na wylocie jest cieplejsze niż na wlocie. Mamy prawo stwierdzić, że każda skrzynka zawiera system zdolny do wymiany substancji ze środowiskiem. Otwieramy pudełka i to, co widzimy… w jednym z nich jest żywa mysz, w drugim - płonąca świeca. Kryterium metabolizmu tutaj nie działa, nie pozwala odróżnić żywych od nieożywionych, odróżnić procesu spalania od procesu oddychania.
Film promocyjny:
Jeśli odetniemy dopływ powietrza, mysz zginie. Ale nawet martwy organizm może wymieniać substancje ze środowiskiem. W szczególności jest to podstawa powstawania skamieniałości: szczątki zwierząt i roślin w warstwie skalnej dają środowisku materię organiczną, a jej miejsce zajmują minerały. W szczególności skamieniałe drzewa są niesamowite: na zewnątrz zachowują strukturę drewna w najmniejszym szczególe, ale miliony lat temu zostały zastąpione przez krzemionkę i tlenki żelaza.
Jaki wniosek można z tego wyciągnąć? Metabolizm jest warunkiem koniecznym, jeśli mówimy o stanie życia. Jednak sam metabolizm nie wystarczy, aby zdefiniować życie! Potrzebne jest coś innego.
Spróbujmy ponownie. Po pierwsze, życie jest aktywne. Życie działa. Nawet jeśli jest „bierny”, dostosowuje się do warunków (to znaczy „cierpi”: „cierpienie” jest u Arystotelesa kategorią uległości, kategorią przeciwstawną działaniu: actio - passio), składnik czynny jest nadal zachowany, jakby akt niezależny, „ od siebie i dla siebie”. Taka aktywność koniecznie występuje przy wydatkowaniu energii w systemie: aby żyć, energia jest zużywana! Po drugie, życie jest utrzymaniem i odtwarzaniem zawsze konkretnego porządku, określonej, określonej struktury. Szczególnie specyficzne. Na to się zużywa energia i na co się ją zużywa!
Co to jest aktywne odtwarzanie? Jest to proces, w którym system odtwarza się i zachowuje integralność, wykorzystując elementy środowiska niższego rzędu. Tego rodzaju pasywny proces nie jest bynajmniej oznaką życia. Ptak co roku rozmnaża swoje gniazda, bóbr buduje tamę, ale ani gniazda, ani tamy nie można uznać za żywe obiekty, w przeciwieństwie do ich budowniczych. Ogólnie rzecz biorąc, jest mało prawdopodobne, aby można było uzyskać ptaka rozmnażanego z gniazda, bobra - z tamy, a Bigfoota - z jego śladu …
Dalej na temat wydatkowania energii. Z jakiego powodu jest to konieczny warunek definiowania życia? Ponieważ umożliwia odróżnienie żywych istot od innych samoodtwarzających się struktur, na przykład kryształu.
Już w XVIII wieku dokonywano analogii między wzrostem organizmów a wzrostem kryształów. W rzeczywistości każdy kryształ ma swoją specyficzną strukturę, która powstaje spontanicznie. Chlorek sodu krystalizuje w postaci sześcianu, węgiel (diament) - w postaci ośmiościanu. Gromady i przerosty kryształów są czasem zaskakująco podobne do struktur żywej przyrody. Przypomnijmy mroźne wzory na szybach okiennych. Czasami przypominają liście paproci i innych dziwnych roślin do tego stopnia, że wydają się bardziej realne niż prawdziwe. Nawet metale tworzą takie struktury. Hutnicy na całym świecie doskonale znają tak zwane drzewo Czernowskie. Podczas odlewania wyrobów metalowych mogą tworzyć się szczeliny, muszle, jak nazywają je eksperci. Czasami kryształy żelaza rosną razem w takich muszlach - jest to bardzo podobne do dobrze znanej rośliny.
A jednak analogie między mroźnymi wzorami a liśćmi paproci są mylące. Chociaż struktury te są zewnętrznie podobne, procesy ich powstawania są diametralnie przeciwstawne energetycznie. Kryształ to system z minimalną ilością darmowej energii. Co to znaczy? Oznacza to, że podczas krystalizacji energia jest uwalniana w postaci ciepła. Na przykład, gdy pojawi się jeden kilogram „mroźnych wzorów”, należy uwolnić 619 kcal ciepła.
Taka sama ilość energii musi zostać wydana na zniszczenie tej struktury. Z drugiej strony liście paproci pochłaniają energię promieni słonecznych, gdy powstają i rosną. Niszcząc tę strukturę, możemy odzyskać energię. W rzeczywistości robimy to na przykład spalając węgiel, który powstał z pozostałości gigantycznych paproci z epoki paleozoicznej, lub po prostu wygrzewając się wokół zwykłego ognia. I nie chodzi tutaj o sam wzór w kształcie liścia, który zewnętrznie łączy leśną paproć i wzór na szkle.
Bezkształtna kry lodowa o tej samej masie będzie wymagała takiej samej ilości energii do stopienia i odparowania. A na tworzenie się zewnętrznej złożoności liścia rośliny zużywa się energię, nieznaczną w porównaniu z tą, która jest konserwowana w materii organicznej.
Ale co z zewnętrznym podobieństwem? Chodzi o to. Zarówno liście paproci, jak i mroźne wzory mają maksymalną powierzchnię dla danej objętości. W przypadku paproci (i każdej innej rośliny) jest to konieczne, ponieważ oddychanie i asymilacja dwutlenku węgla przechodzi przez powierzchnię liści. W przypadkach, w których konieczne jest zmniejszenie zużycia wody do parowania, rośliny, takie jak kaktusy, przybierają kulisty kształt o minimalnej powierzchni. Ale za to trzeba zapłacić zmniejszeniem tempa asymilacji CO2, a co za tym idzie spowolnieniem wzrostu.
Para wodna krystalizująca się na zimnym szkle również tworzy strukturę o maksymalnej powierzchni, ponieważ szybkość utraty energii swobodnej jest w tym przypadku maksymalna (z powierzchni wyrastają kryształy). Tak więc analogie między kryształami a żywymi organizmami nie mają, że tak powiem, zasadniczego znaczenia. Ciecz, która jest wyrzucana z naczynia przy zerowej grawitacji, przybiera kształt kuli (minimalna energia napięcia powierzchniowego). Ale to nie może oznaczać, że prawa kosmosu są podobne do reguł gry z piłkami przy stole bilardowym!
Trzeba uczciwie zauważyć, że formy krystaliczne nie są obce życiu. Wiele osób zna duże i całkowicie nieszkodliwe komary stonogi o długich, kruchych kończynach. Ich larwy żyją w wilgotnej glebie, żywiąc się rozkładającymi się szczątkami roślin. Wśród nich są osoby pomalowane na niebiesko z opalizującym odcieniem. Wydają się ospali, a tak naprawdę są chorzy - zarażeni tak zwanym wirusem tęczy. W hemolimfie takich larw pod mikroskopem można znaleźć kryształy o niesamowitej urodzie, opalizujące jak szafiry.
Kryształy te składają się z cząstek wirusa - wirionów. Kiedy larwa umiera, dostają się do gleby, aby zostać połkniętym przez larwy nowej generacji komarów. Nawiasem mówiąc, takie kryształy są tworzone przez wiele wirusów, a nie tylko wirusy owadów. Ale ważne jest, aby była to właśnie nieaktywna forma istnienia wirusa, w przeciwieństwie do aktywnej, żywej. W postaci kryształu wirus nie rozmnaża się, a jedynie przechodzi w ten sposób „ciężkie czasy”. Słynny fizyk Erwin Schrödinger nazwał chromosom „kryształem aperiodycznym”. W rzeczywistości substancja jądrowa komórki w okresie podziału jest uporządkowana i formalnie można ją nazwać kryształem. Ale kiedy substancja jądrowa (chromatyna) jest „upakowana” w chromosomie, jest znowu nieaktywna, a sam chromosom jest jedynie sposobem przenoszenia chromatyny z komórki do komórki.
Tak więc do krystalizacji nie jest potrzebna energia zewnętrzna. Ale aby utrzymać i odtworzyć swój własny porządek życia w następnym pokoleniu, organizm musi wchłonąć energię (w postaci lekkich kwantów lub nieutlenionych związków organicznych, prostych substancji i uwolnić utlenione produkty przemiany materii itp.). To jest metabolizm.
Dlaczego jednak po co ta wymiana? „Wszystko płynie” - powiedział Heraklit z Efezu. Jeśli tak jest, to przede wszystkim „płynie” żywy organizm. Jest strumieniem, w którym nieustannie przemieszczają się energia i substancje - elementy do odbudowy struktur. Przez całe życie zachodzi ciągła wymiana starych struktur komórkowych na nowo utworzone. Tak więc komórki krwi są całkowicie zastępowane po 4 miesiącach. Ostatecznie jest to również praca naprawcza, ale organizm zastępuje nie tylko komórki, które otrzymały wady, ale wszystko.
Mówią, że komórki nerwowe nie są przywracane. Oznacza to, że organizm nie generuje nowych komórek nerwowych, one się nie rozmnażają - jest ich tyle, ile było. Tak, nie powstają absolutnie nowe komórki. Ale przez całe życie są nieustannie odbudowywane. To jak gruntowny remont i przebudowa domu. Dom jest stary, ale odnowiony iw doskonałym stanie! Możemy formalnie rozważać neurony, z którymi kończymy nasze życie, te same komórki, z którymi je zaczęliśmy.
I jeszcze jedno wyrażenie: specyficzna struktura. Co to jest? Z pokolenia na pokolenie organizmy odtwarzają porządkową charakterystykę gatunku, do którego należą. Odbywa się to z niemal idealną precyzją (słowo „prawie” jest niezwykle ważne). Tutaj wilk zjadł zająca. Czy potrzebuje organów zająca, jego tkanek, jego białek i kwasów nukleinowych - wszystkiego, co jest charakterystyczne dla budowy „zająca”, „zająca uporządkująca”? Oczywiście że nie!
Wszystko to w żołądku wilka zamieni się w mieszaninę substancji organicznych o niskiej masie cząsteczkowej - aminokwasów, węglowodanów, nukleotydów itp., Wspólnych dla całej żywej przyrody, niespecyficznych. Ciało wilka część z nich utlenia do dwutlenku węgla i wody, aby (wykorzystując uzyskaną energię!) Zbudować z pozostałych niespecyficznych substancji własną, odpowiednio uporządkowaną strukturę „wilka” - jego białka, jego komórki i tkanki. Nakarm wilka zsyntetyzowaną mieszanką aminokwasów chemika, a zrobi to samo.
Czy tak jest w odniesieniu do życia jako takiego, życia w ogóle? Pytanie jest otwarte. Ale tak właśnie jest na Ziemi. Organizmy lądowe nie potrzebują cudzego zamówienia. Walczą, desperacko z nią walczą. Wszyscy wiedzą o licznych próbach medycznych przeszczepów różnych narządów lub tkanek zwierzętom i ludziom: serca, płuc, nerek, trzustki itp. Czy można te próby nazwać sukcesem? Wynik był zawsze podobny: przeszczepione narządy miały stałą tendencję do odrzucania.
Jedynymi wyjątkami były narządy „tego samego rzędu” co pacjent, pobrane od identycznego bliźniaka - a jest to „strukturalna” kopia tego samego organizmu. Jeśli chodzi o tkanki, lekarze wolą zabierać je do przeszczepu z tego samego organizmu: na przykład skórę z nogi ofiary przeszczepia się w miejsce dotknięte oparzeniem. Zachowanie przeszczepionego narządu obcego jest możliwe tylko poprzez osłabienie ochronnego układu odpornościowego, którego zadaniem jest tworzenie przeciwciał. Ale wtedy pacjent będzie bezbronny przed jakąkolwiek infekcją! Jest to ogromne, śmiertelne ryzyko i tak czy inaczej ostatecznie chodzi tylko o kontynuację życia, ale nie o przedłużenie normalnego pełnoprawnego życia.
Nawet hormony, że tak powiem, są po prostu substancjami bioaktywnymi (to znaczy nie tylko złożonymi formacjami biologicznymi) są specyficzne dla gatunku. Tutaj oczywiście jest luka, jest różnica w stopniu. Na przykład insulina, jedyny skuteczny środek przeciw cukrzycy, ma stosunkowo niską specyficzność gatunkową, więc to białko wyizolowane z trzustki bydła może być stosowane w leczeniu cukrzycy. Ale hormon wzrostu - somatotropina - jest specyficzny dla gatunku. W leczeniu wzrostu karłowatego u człowieka właśnie ludzki hormon wzrostu jest wydzielany z przysadki mózgowej zmarłej osoby (tak, tak, innej drogi jeszcze nie ma).
Ktoś zauważy: istnieją złożone organizmy, ich tożsamość strukturalna jest złożona i naturalnie ich specyfika strukturalna jest dość wymagająca. Ale są proste organizmy, są nawet najprostsze. Jak więc? Wydawałoby się, że niższe organizmy powinny mieć mniejszą niechęć do „obcego porządku”. W rzeczywistości rybom i płazom udaje się przeszczepiać narządy między różnymi gatunkami, a bydlęca somatotropina może stymulować wzrost pstrąga. Ale to wszystko są pozycje sztucznie stworzone przez eksperymentatora. Oznacza to, że nie jest to całkowicie „normalny”, nienaturalny bieg życia. W końcu mówią: jeśli pokonasz zająca, nauczy się zapalać zapałki. Pytanie tylko, czy to nieszczęsne upolowane stworzenie nadal będzie zającem? Ujmijmy to w ten sposób: zając, który ginie w zębach wilka, jest bardziej zającem, bardziej prawdziwym, „poprawnym” niż zającem,kto może zapalić zapałki!
Zwierzęta, żywiące się innymi zwierzętami lub roślinami, zaczynają od zniszczenia cudzego porządku. Pożywienie w ich żołądkach i jelitach jest rozkładane na proste związki chemiczne, a ze struktury np. Aminokwasów glicyny czy fenyloalaniny nie można stwierdzić, czy pochodzą one z białek wołowych, grochu, czy są syntetyzowane przez sztucznie sprytnego chemika w okularach. Z tych elementarnych cegiełek życia organizmy budują tylko swoje nieodłączne struktury. Każdy organizm charakteryzuje się unikalną, nieodłączną tylko kombinacją cząsteczek białka. I już na tej podstawie pojawia się kompleks wszystkich cech organizmu - na poziomie komórek, tkanek i narządów.
W roślinach jest to jeszcze wyraźniejsze. Woda, zestaw składników odżywczych, dwutlenek węgla i światło - przy tym zestawie tych samych czynników róża wyrasta z jednego nasionka, pokrzywa z innego, a drzewo z trzeciego (a wcale nie „drzewa Czernowskiego” - pamiętasz?). Za każdym razem - pewna roślina z własnym zestawem właściwości. Z jego uporządkowaniem.
Tak więc ciało nie przejmuje porządku z zewnątrz, ale energię. Dzięki tej energii buduje swój specyficzny porządek „według ich rodzaju” - tak, jak się wydaje, mówi Pismo Święte, zaniedbując czyjeś inne. Z jaja kurzego - jednorodnej masy żółtka i białka - pojawia się kurczak z głową, nogami, skrzydłami. I ta prosta rzecz, ten cud nazywa się życiem.
S. Minakov