Сущность жизни и живые системы: от молекулы до биосферы

Сущность жизни и живые системы

Что отличает камень от бактерии, если оба сложены из одних и тех же атомов? Ответ кроется не в наборе элементов, а в их способности воспроизводить самих себя. Именно эта особенность отделяет живое от неживого и делает жизнь уникальным явлением материального мира. Разберёмся, как наука определяет сущность жизни, при каких условиях она вообще возможна, что считать живой системой и какими чертами такие системы наделены.

Что такое жизнь

Если смотреть шире, жизнь предстаёт одной из форм движения материи. Сегодня учёные сходятся в общем подходе: жизнь удобнее всего понимать как процесс, итогом которого становится самовосстановление.

Любопытно, что химический «строительный материал» у живого и неживого один и тот же. И то и другое сложено из кислорода, водорода, углерода, азота, серы, фосфора и прочих элементов — разнится лишь их соотношение. Принципиальное же различие в другом: живое возникает только из живого, а любая присущая ему организация наследуется от другой, подобной ей организации.

Отсюда вытекает главный вывод. Сущность жизни — в самовоспроизведении. В его основе лежит слаженная работа физических и химических процессов, которая обеспечивает передачу генетической информации от поколения к поколению.

Пять условий существования жизни по Лафлеру

С экологической точки зрения жизнь не привязана исключительно к нашей планете и не является чем-то исключительным во Вселенной. Она способна возникнуть везде, где соблюдается ряд требований, сформулированных Л. Лафлером. Их пять.

1. Дифференциация материи. Жизнь зарождается и развивается лишь там, где материя разделена на отдельные элементы.
2. Подходящий тепловой режим. Нужны такие температуры, при которых сложные органические соединения могут не только образоваться, но и сохраниться.
3. Определённые плотность и давление. Существование жизни возможно только в строго заданных пределах плотности и давления вещества.
4. Доступность энергии и сырья. В среде обязательно должны присутствовать источники энергии и материал, из которого строится живое вещество.
5. Защита от жёсткого излучения. Среда должна быть прикрыта от избыточного ультрафиолета, который в больших дозах губителен для всего живого.

Когда эти условия выполнимы в космосе

В астрономическом масштабе перечисленные требования складываются при нескольких обстоятельствах:

• вокруг звезды, служащей источником энергии, существует планетная система;
• орбиты планет близки к круговым;
• планеты вращаются вокруг своей оси, благодаря чему их поверхность прогревается равномерно;
• поверхность планеты расчленена на атмосферу, гидросферу и литосферу, что поддерживает стабильность среды обитания.

Так чисто физические предпосылки превращаются в реальную возможность для зарождения жизни.

Что такое живые системы

От отдельной жизни перейдём к её носителям. Живыми системами выступают клетки и ткани, органы и их системы, организмы и популяции, экосистемы и, наконец, биосфера в целом.

В широком смысле под живой системой понимают любую упорядоченную совокупность взаимосвязанных частей единого целого, существование которой невозможно без постоянного обмена веществ как между самими частями, так и со средой. В экологии трактовка уже и конкретнее: здесь к живым системам относят именно компоненты живой природы — от клеток и органов до организмов, популяций, экосистем и биосферы.

Три ключевые особенности живых систем

Все живые системы, при всём их разнообразии, обладают тремя общими чертами. Важно, что эти черты не существуют порознь, а вытекают одна из другой.

1. Собственная программа развития. Это базовое свойство, отправная точка для всего остального. Именно наличие внутренней программы задаёт системе её следующую характерную особенность.
2. Иерархическая функционально-структурная организация. Из программы развития рождается соподчинённое устройство системы, где уровни выстроены друг над другом. А такая организация, в свою очередь, открывает путь к третьему признаку.
3. Высокая функционально-структурная сложность. Она и определяет специфику живого. Эта сложность держится на развитых внутренних связях системы — информационных, материальных и энергетических — и на её многообразных контактах с внешней средой.

Подведём итог. Жизнь существует в природе в виде дискретных живых систем, а их неделимой основой служит организм. От него тянутся нити вверх — к популяциям, экосистемам и биосфере — и вниз, к органам, тканям и клеткам. Так из единого принципа самовоспроизведения и нескольких физических условий вырастает вся та многоуровневая, упорядоченная сложность, которую мы и называем живой природой.