Феномен жизни глазами биолога. Часть I

Preambula. Прежде чем читать статью, попробуйте самостоятельно дать определение жизни.
Как вы себе представляете, что это за феномен?
Буду рада, если вы поделитесь своими определениями в комментариях, потому что какое бы вы ни дали определение жизни, оно будет верным. 

Почему? 

См. ниже.

______

Приходится как-то с этим жить. 

Окей, если его нет, что же тогда есть? А есть набор качеств, которыми живое от неживого отличается.
Причем любая единица живого, чтобы считаться живой, должна набрать bingo из всех этих качеств. 

К тому же, если общепринятого в биологических кругах определения нет, это не значит, что вообще нет никаких определений. На земле живёт (и жило в прошлом) достаточное количество умных людей, которые брались рассуждать о жизни. Потому на данный момент в сети можно найти более сотни таких определений, причём некоторые из них будут противоречить друг другу.
Но если взять их все и прогнать через искин с целью выявить общность, то таковая найдётся: жизнь – это всегда про про self-reproduction with variations.

Остальное — детали.

Определения жизни, которые появлялись у умных людей на протяжении развития цивилизации, определённо достойны дискуссии.

У меня есть три любимых определения и три "нелюбимых" — в кавычках, потому что даже в нелюбимых можно найти свой смысл. 

Начну с нелюбимых, пожалуй.

1. Самое знаменитое определение из всех принадлежит Фридриху Энгельсу: "Жизнь есть способ существования белковых тел". В таком урезанном виде оно звучит очень уж бедно.
Это как про кипение воды сказать, что это есть способ существования в ней пузырьков. Пузырьки в кипятке, конечно, есть, но не всякая вода с пузырьками — кипящая. Точно так же не всякое белковое тело — живое. 

Фридрих в своём определении еще про важность обмена с внешней средой говорил — что живое оно живое, только пока идёт этот обмен. Но эту часть почему-то при цитировании опускают. 

А жаль. Эта часть цитаты кажется мне более ценной, чем про белковые тела.

Пара слов по поводу белковости: действительно, на данный момент официально не белковых форм жизни не существует.
Вирусы проявляют все свойства живого только когда попадают внутрь живой клетки, поэтому официально не относятся к живому, хотя некоторые учёные считают их находящимися на краю жизни. 

Вообще, биология (то есть, наука о живом) —очень приблизительная наука. Если мы пытаемся провести в ней строгую черту между двумя крайностями, всегда найдутся варианты "между". 

Там, где дело касается жизни, нельзя ничего утверждать наверняка. Всё очень и очень относительно. 

К примеру, в природе на данный момент известно 500 видов рыб, где особи, которые родились самками, при определённых условиях могут стать самцами. Наиболее изучен в этом плане голубоголовый губан.  На два десятка самок губанов приходится один самец. И если он умирает, его место может занять крупная самка, которая через месяц превращается в самца. 

Вот прям буквально.
В самца.
С мужскими железами и всем полагающимся equipment, чтобы оплодотворять икринки. 

Ещё мне безумно нравится тактика размножения морских плоских червей (беспозвоночные в плане размножения отжигают), которые рождаются гермафродитами, и когда находят друг друга, начинают фехтовать пенисами. 

Я серьёзно. 

Тот, кто проткнул партнёра и оставил в его теле свое семя, тот мальчик.
А тот, кого проткнули — девочка. И теперь сперма из проткнутого участка будет путешествовать по его телу, пока не доберётся до яйцеклеток.

Иногда червячку так одиноко и грустно, что он может хорошенько изогнуться и сам себя… Ну, вы поняли)  

В общем, биология  — наука, зачастую отрицающая дихотомию. И если в классическом фэнтези существует только добро или зло, то живая природа предложит вам добро, зло и ещё миллион вариантов посерединке. 

2. Согласно взглядам одного из основоположников танатологии М. Биша, жизнь — это совокупность явлений, сопротивляющихся смерти. 

Смерть — явление не менее интересное и противоречивое, чем жизнь. И все же определять нечто методом "от противного" немного обедняет определяемый объект. 

Кипение воды — это бесспорно совокупность явлений, которых нет у не кипящей воды. Но ведь у неё много чего нет. Она не фиолетовая, к примеру, и не пахнет мандаринами. 

Однако здравое зерно в определении жизни как чего-то, что пока ещё не смерть, тоже есть. Ведь если мы берём жизнь отдельного индивида и рассматриваем её как отрезок времени от рождения до смерти — то это действительно непрерывный процесс получения механических повреждений и накопления ошибок при самокопировании ДНК в клетках. Жизнь заканчивается, когда этих повреждений и ошибок становится критически много, и тельце с ними не справляется. 

3. Третье определение, которое мне "не нравится", принадлежит NASA. 

Согласно их официальному определению, выработанному в 1994 году и применяющемуся в задачах поиска жизни во Вселенной, жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции. 

Плюс этого определения в том, что здесь ничего про белковые тела не сказано. Причина очевидна: сложные полимеры не только углерод может образовать. А к примеру, ещё и кремний, азот и фосфор. Этот нюанс очень важен для поиска жизни вне земли. 

Вообще, если посмотреть на вопрос немножко с точки зрения химии, то важной характеристикой жизни можно назвать автокатализ.
Катализатором называют вещество, которое ускоряет некоторые химические процессы, не участвуя в них. Например, в присутствии железа ускоряется синтез хлорофилла.
А автокатализ – это когда соединения, которые входят в реакцию, сами же ее ускоряют.

Автокатализ играет ключевую роль в эволюционной химии, поскольку реакция, катализируемая собственными продуктами, получает преимущество перед реакциями, которые получают катализатор извне или вообще не получают. И таким образом можно представить, что ещё до зарождения жизни на химическом уровне уже шел естественный отбор. 

По сути дела, автокатализ — это такая штука, которая способна постоянно поставлять субстраты для протекания одних и тех же реакций, снова и снова.

В конце прошлого года в научных кругах прозвучало интересное предположение, что одной из наиболее вероятных автокаталитических реакций, имевших место на первобытной Земле, была формозная реакция. Она привела к появлению огромного количества рибонуклеотидов (это соединения, из которых потом сложились ДНК и РНК), которые плавали в первичном бульоне, и их количество довольно быстро возрастало, пока однажды они не сложились в ещё более сложные молекулы, которые в свою очередь научились не просто в автокатализ, а в самокопирование.

Почему это важно?

Потому что молекулы, обеспечивающие информационную матрицу для жизни, должны быть достаточно сложными для того, чтобы при таком самокопировании случались ошибки. В этом случае возникает изменчивость и начинает действовать естественный отбор. 

Вообразите, что некая сложная молекула научилась самокопироваться и при этом использует главные или побочные продукты своих реакций для ускорения своего самокопирования. И дело происходит в первичном бульоне, где питательных веществ много, а конкурентов мало. Ещё раз: молекула умеет самокопироваться, и составные элементы этого копировального процесса его ускоряют.

Всё.
Процесс не остановить.
Самокопирование пошло, молекула сложная, ошибочки случаются, а значит, включается конкуренция и отбор. А где конкуренция и отбор, там и прогресс.

Поэтому в определении от NASA есть понятие химической системы и есть слово "эволюция".
Только Дарвиновская.
Этот нюанс, ИМХО, немного портит его общий флёр. Почему — расскажу как-нибудь отдельным постом.

Продолжение следует...