Сущность жизни и свойства живых организмов
В определенный исторический момент на фоне возникновения и развития косной (неживой) материи возникло и стало развиваться такое удивительное явление, как жизнь. Вопрос о сущности и происхождении жизни всегда не только вызывал у человека познавательный интерес, но и имел огромное значение для формирования мировоззрения. Возникновение и развитие живых существ вплоть до появления такого феномена, как человек, – одна из центральных проблем естествознания.
Живые организмы существенно отличаются от неживых систем. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Рассмотрим сущность понятия «жизнь». Многочисленные формулировки сущности жизни можно свести к двум основным: 1) жизнь определяется субстратом, носителем свойств (например, белком); 2) ее трактуют как совокупность специфических физико-химических процессов.
Наиболее популярен сегодня подход, полагающий, что существующие на Земле живые тела представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Здесь подчеркивается значение нуклеиновых кислот, обеспечивающих преемственность признаков и свойств.
Живым организмам присущи определенные свойства. Часто эти свойства в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Однако проявление этих свойств и их совокупность не схожи у живых и неживых объектов. Именно это – совокупность и характер проявления – как раз и определяет сущность жизни.
Долгое время в науке господствовали два основных подхода к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Механистический материализм, характерный для классической науки Нового времени, не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. Поэтому механицизм отождествлял живые организмы со сложными машинами.
Противоположной точкой зрения придерживался витализм (от лат. vitalis – жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения, разумным началом и т.д.
Ученым удалось точно установить, что качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, строении и связях, особенностях функций, характеристике и организации протекающих внутри организма процессов. Кроме того, жизнь отличается динамичностью и лабильностью. Но при этом можно говорить о полном тождестве химических элементов, входящих в состав живого и неживого.
Современная биология в вопросе о сущности жизни все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Биологи называет жизнью активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфических структур, обладающих следующими свойствами: наличием генотипа и фенотипа; репликацией генетических программ матричным способом; неизбежностью ошибок на микроуровне при репликации, приводящих к мутациям; многократное усиление этих изменений в ходе формирования фенотипа и их селекция со стороны факторов внешней среды.
При этом организм воспроизводит себя и поддерживает свою целостность за счет использования элементов окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Отличия живых организмов от неживых систем придают жизни качественно новые свойства. Живым организмам присущи определенные специфические свойства, которые часто в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Совокупность и характер проявления этих свойств определяют сущность жизни.
Рассмотрим ряд свойств живых организмов в сравнении со свойствами неживых объектов.
Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Т.е. и земные, и космические формы бытия, при всем разнообразии и причудливости, по элементному составу не шире таблицы Менделеева. Однако соотношение элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен по большей части кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится всего на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород, и, кроме того, живые организмы построены в основном из четырех крупных групп сложных органических молекул – биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров, которые редко встречаются в неживой природе.
Обмен веществ. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, т.е. обеспечивает гомеостаз. Под гомеостазом понимают относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций живых организмов. Этот процесс является результатом сложных координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых как в целостном организме, так и на биосферном, популяционно-видовом, органном, клеточном и молекулярном уровнях.
Благодаря специальным (адаптационным) механизмам физические и химические параметры, определяющие жизнедеятельность организма, меняются в сравнительно узких пределах, несмотря на значительные изменения внешних условий. Все процессы, связанные с гомеостазом, требуют определенных энергетических затрат, поэтому живые организмы обязаны питаться и выводить продукты распада на протяжении всей жизни.
Любые серьезные нарушения обмена веществ влекут необратимые последствия для организма и приводят к смерти. Поэтому живая материя представляет собой динамическую систему, которая постоянно находится в состоянии изменения или подвижного равновесия.
Обмен веществ – двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются органическим веществам живого организма и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. В неживой природе также существует обмен веществ. Но небиологический круговорот веществ сводится к простому переносу их с одного места на другое или изменению их агрегатного состояния – например, превращению воды в пар или лед.
Самовоспроизведение (репродукция) и наследственность. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени; поддержание жизни связано с самовоспроизведением.
Любой вид состоит из особей, каждая из которых рано или поздно погибает, но благодаря самовоспроизведению жизнь вида не прекращается. Размножение – это свойство организмов воспроизводить себе подобных на основе информации, закодированной в молекулах ДНК и РНК. Живые организмы передают потомству свою качественную определенность и родовую идентичность. В основе авторепродукции лежат сложные микропроцессы образования новых молекул и их структур на основе информации, закодированной в специальный бионоситель – ДНК.
Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток (митохондрии) после деления аутентичны со своими прототипами. Самовоспроизведение, следовательно, тесно связано с наследственностью – способностью организмов обеспечивать передачу признаков, свойств, особенностей развития из поколения в поколение, что обусловливает биологически значимую преемственность поколений.
Изменчивость и развитие. Под изменчивостью понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК. В процессе воспроизводства репродукция молекул ДНК происходит не с абсолютной точностью; возникают различные мутации (под действием внешних и внутренних факторов). Все эти факторы приводят к тому, что новое поколение живых организмов не в точности копирует предыдущее поколение. Благодаря этому свойству происходит отбор наиболее приспособленных к конкретным условиям существования особей и появление новых видов организмов. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно – предпосылки для развития и роста живых организмов. Развитие – необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы.
В результате развития возникает новое качественное состояние систем. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием организмов (онтогенез) и историческим развитием видов (филогенез). В процессе развития постепенно и последовательно формируется специфическая структурная организация живого организма. Филогенез, или эволюция в целом, – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.
Раздражимость и энергозависимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей органической и неорганической средой. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство раздражимости – избирательной реакции на внешние воздействия. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости. Кроме того, живые организмы обладают свойством энергозависимости; это открытые для поступления энергии системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока получают энергию и материю из окружающей среды.
Ритмичность. Неотъемлемым свойством природы является последовательная закономерная смена циклов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают существенное влияние на живую природу и на собственные жизненные ритмы живых организмов. В живых системах ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций с различными периодами их активизации: суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы спячки у некоторых млекопитающих и др. Ритмичность обеспечивает согласование функций организма и окружающей среды, т.е. эволюционный механизм приспособления к периодически изменяющимся условиям существования.
Саморегуляция. Все живые организмы способны поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов в постоянно меняющихся условиях окружающей среды. Недостаток каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а при избытке какого-либо вещества его синтез прекращается.
Например, уменьшение количества клеток в ткани (в результате травмы) вызывает усиленное размножение оставшихся клеток, а после восстановления количества клеток до нормального возникает сигнал о снижении интенсивности клеточного деления.
Дискретность (прерывистость, разделенность). Дискретность представляет собой всеобщее свойство материи, обозначающее прерывистость. Жизнь на Земле существует в виде дискретных или изолированных форм особей. Например, каждый вид живых организмов состоит из отдельных особей. Тело животного состоит из отдельных органов, органы – из отдельных клеток, клетки – из органелл, органеллы из биомолекул.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции через гибель или устранение от размножения неприспособленных особей и сохранения особей с полезными для выживания признаками.
Обозначенные свойства живого объединяют все его проявления. Однако очевидно, что тождество всего живого мировоззренчески очень значимо в лишь пределах противопоставления его неживой материи. В реальности это тождество внутренне противоречиво и выражено в следующих уровнях организации живой материи.
Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
Клеточный. Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.
Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии – от момента зарождения до прекращения существования – как живая система. На этом уровне возникают системы органов, специализированных для выполнения различных функций.
Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания. Популяция – надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования – процесс микроэволюции.
Биогеоценотический. Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.
Биосферный. Биосфера – совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
- Содержание
- Предисловие
- Раздел I. Введение Глава 1 предмет, содержание и задачи учебного курса «концепции современного естествознания»
- Наука в системе мировоззрения и современного миропонимания
- Наука в системе культуры
- Концепции естествознания как фактор создания и изменения содержания научной картины мира
- Темы для докладов и рефератов
- Глава 2 естествознание в культуре современной цивилизации Понятие цивилизации, основные типы цивилизаций и их особенности
- Наука, культура, цивилизация
- Ценности цивилизации и ценности научной рациональности
- Естествознание как социокультурный феномен
- Естественнонаучное познание и философия
- Социальные функции естествознания
- Темы докладов и рефератов
- Глава 3 математика и естествознание. Основные концепции математики
- Темы докладов и рефератов
- Глава 4 химия и естествознание «Химический взгляд» на природу: истоки и современное состояние
- Основные структурные уровни химии и ее разделы
- Основные принципы и законы химии
- Химическая связь и химическая кинетика
- Темы докладов и рефератов
- Раздел II. Структура, методы и методология естествознания
- Глава 5
- Структура естественнонаучного познания, его уровни и методы
- Возможные классификации научного знания
- Исходный пункт структурирования научного знания
- Содержание понятия «чувственные данные»
- Особенности языка науки
- Особенности эмпирического и теоретического языка науки
- Способы конструирования идеального объекта. Отличие идеализированного объекта теории от абстрактного эмпирического объекта
- Предметность и объективность научного знания
- «Инструментализм» и «эссенциализм»
- Методы эмпирического познания
- Измерение как метод эмпирического познания
- Особенности процедуры измерения в социально-гуманитарном познании
- Научный эксперимент
- Специфика научных фактов
- Проблема теоретической «нагруженности» фактов. Крайности теоретизма и фактуализма
- Структура научного факта
- Методы обработки и систематизации фактуального эмпирического знания
- Познавательные функции мысленного эксперимента
- Содержание процедуры формализации
- Гипотетико-дедуктивный метод: достоинства и недостатки
- Методы теоретического воспроизведения исторически развивающегося объекта
- Проблемы логики и методологии науки
- Общенаучные методологические принципы
- Здравый смысл как социокультурное основание науки
- Научная картина мира
- «Научная картина мира» и основные исторические этапы развития науки
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 6 научное объяснение, понимание и интерпретация явлений природы Объяснение как универсальная познавательная процедура
- Сильное и слабое объяснение
- Объяснение и понимание: различие и взаимосвязь
- Логическая структура понимания
- Понимание явлений природы
- Содержание понятия «герменевтический круг» и естествознание
- Процедура интерпретации
- Темы докладов и рефератов
- Глава 7 научная рациональность: особенности, способы существования и выражения Научная рациональность: специфика и типы
- Соотношение понятий «рациональное», «иррациональное», «внерациональное»
- Соотношение рационального и иррационального
- Рациональное, иррациональное: гносеологические истоки
- Соотношение рационального и иррационального (внерационального) в человеческой жизнедеятельности
- Темы докладов и рефератов
- Глава 8 рефлексия – форма развития самосознания науки Понятие и структура рефлексии
- Взаимосвязь философской и научной рефлексии
- Рефлексия и развитие форм самосознания науки
- Рефлексия и научная картина мира
- Функции рефлексии как формы развития самосознания науки
- Темы докладов и рефератов
- Раздел III. История и логика развития естествознания Глава 9 динамика развития естествознания. Зависимость изменчивости оснований науки от исторической практики
- Развитие естествознания как социального института и специфического вида человеческой деятельности
- Внутренняя логика развития естествознания
- Новое в науке и критерии научной новизны
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 10 механистическая картина природы Понятие «научная картина мира». Становление и основные особенности первой научной картины мира
- Картины мира в истории человечества: мифологическая, религиозная, натурфилософская
- Исторические формы научной картины мира
- Механистическая картина мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 11 предпосылки неклассического естествознания; революция в естествознании конца XIX – начала хх вв. Предпосылки неклассического естествознания
- Революция в естествознании конца XIX – начала хх вв.
- Темы докладов и рефератов
- Глава 12 переход к постнеклассической картине мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 13 естествознание и научно-технический прогресс
- Техника как опредмеченное знание и наука
- Научно-технический прогресс
- Технологические перевороты в истории общества и их современная форма
- Технологические перевороты и логика развития общества
- Темы докладов и рефератов
- Раздел IV современные научные представления о материальных основах природы
- Глава 14
- Структурные уровни материи и типы материальных систем
- Представления о микро-, макро- и мегамирах
- Многообразие материальных систем
- Темы докладов и рефератов
- Глава 15 космологическая и космогоническая концепции Космология и космогония: понятие и общая характеристика
- Космологические модели Вселенной
- Формирование классической космологической модели
- Космологические парадоксы
- Релятивистская модель Вселенной
- Модель расширяющейся Вселенной
- Происхождение Вселенной – концепция Большого взрыва
- «Начало» Вселенной
- Ранний этап эволюции Вселенной
- Структурная самоорганизация Вселенной
- Рождение и эволюция галактик
- Рождение и эволюция звезд
- Дальнейшее усложнение вещества во Вселенной
- Состав Солнечной системы
- Образование Солнечной системы
- Темы рефератов и докладов
- Глава 16 космические исследования и научное познание Человек и космос: познание, освоение, гуманизация
- Геокосмический характер взаимодействия общества и природы
- Космизация современной науки
- Жизнь и разум во Вселенной. Проблема seti
- Темы докладов и рефератов:
- Роль принципа энтропии
- Симметрия и асимметрия
- Темы докладов и рефератов
- Глава 18 всеобщие законы природы и принципы естествознания Природа как сущность и уровни ее организации
- Частные и всеобщие законы Природы
- Физические «всеобщие» законы
- Изменчивость самой Природы
- О познаваемости окружающего мира
- Истина: феномен или ноумен?
- Принципы естествознания
- Принцип аналогии
- Принцип динамического равновесия
- Принципы симметрии
- Темы докладов и рефератов
- Раздел V. Жизнь и человек
- Глава 19
- Учение о жизни
- Современная биология и становление ее рациональности
- Становление рациональной биологии
- Сущность жизни и свойства живых организмов
- Основные концепции происхождения жизни
- Эволюционное учение. Дарвинизм
- Генетика и синтетическая теория эволюции. Коэволюция
- Темы докладов и рефератов
- Глава 20 место человека в природе к вопросу об эволюции и истоках человека
- Гениальное животное
- Периодичность в становлении человека как вида
- Культурные эпохи в истории становления человека, тыс. Лет
- Где прародина человечества?
- Периодичность истории развития человека. Ускорение эволюции культуры
- Генетические аспекты человека
- Ускоренная эволюция человека. Миф или реальность?
- Закономерно ли появление жизни и разума в развитии материи?
- Зигзаги развития
- Темы докладов и рефератов
- Глава 21 эволюция homo sapiens Происхождение человека
- Причины и движущие силы антропосоциогенеза
- Предшественники человека
- Древнейшие люди (архантропы)
- Древние люди (палеоантропы)
- Современные люди (неоантропы)
- Проблема эволюции человека на современном этапе
- Биологическое и социальное в сущности и существовании человека
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VI. Наука в современном мире
- Глава 22
- Особенности современного развития естествознания
- Неклассический этап в развитии естествознания
- Постнеклассический этап в развитии естествознания
- Постмодернизм
- Концепция развития научного знания к. Поппера
- Концепция развития науки т. Куна
- Концепция развития науки и. Лакатоса
- Концепция развития науки п. Фейерабенда
- Темы докладов и рефератов
- Глава 23 личность ученого
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VII. Приложение учебно-методический комплекс «концепции современного естествознания» программа курса «концепции современного естествознания»
- Предмет, социальные функции и задачи курса «Концепции современного естествознания»
- Тема 2 Структура, методы и методология естествознания. Особенности развития естествознания и его место в культуре, тенденции развития
- Тема 3 История и логика развития естествознания. Созерцательно-натуралистическая модель природы. Предпосылки становления науки и научной модели природы
- Тема 4. Современные естественнонаучные представления о материальных основах природы
- Тема 5. Учение о жизни
- Тема 6. Учение о человеке
- Тема 7. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Учебно-тематический план курса «Концепции современного естествознания»
- Учебники и учебные пособия
- Планы семинарских занятий Семинар 1. Особенности развития естествознания и его место в культуре
- Семинар 2. Структура естественнонаучного познания, его уровни и научный метод
- Семинар 3. Динамика науки как процесс порождения нового знания
- Семинар 4. Созерцательно-материалистическая модель природы; предпосылки становления науки и научной модели природы
- Семинар 5. Механистическая картина природы
- Семинар 6. Предпосылки неклассического естествознания. Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв.
- Семинар 7. Неклассическая картина природы
- Семинар 8. Научные традиции и научные революции. Типы научной рациональности
- Тема 7. Структурные уровни, способы и формы бытия материального мира
- Тема 10. Космологические и космогонические концепции описания материального мира
- Тема 11. Порядок и беспорядок в природе, хаос, симметрия и асимметрия, эволюция материального мира
- Тема 12. Всеобщие законы природы и принципы естествознания
- Тема 13. Учение о жизни
- Тема 14. Учение о человеке (собеседование)
- Тема 15. Роль науки в реализации социально-экономического прогресса современного общества
- Тема 16. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Вопросы к экзаменам
- Тесты (для самостоятельной проработки) по курсу «Концепции современного естествознания»
- Словарь основных терминов
- Крупнейшие исследователи естествознания
- Сведения об авторах
- Авторский коллектив
- Концепции современного естествознания Учебное пособие
- 344002 Ростов н/д., ул. Пушкинская, 70
- 344000 Ростов н/д., ул. Красноармейская, 157. Тел. /факс: (863) 264-38-77