Феномен жизни глазами биолога. Часть ІІІ

В первой части статьи я обозначила, что официального определения жизни в биологии на данный момент не существует.
Есть только набор качеств, которые отличают живое от неживого. Есть у жизни что-то такое, чего нет у не-жизни. 

Что же это? Какие это качества?
В третьей части статьи я попробую их перечислить.

1) Размножение (наследственность и изменчивость) и наличие генетического кода. 

Для существования жизни необходима некая информационная матрица.
Информация должна где-то храниться, откуда-то копироваться и куда-то передаваться. То есть, жизнь должна быть способной к самовоспроизводству. Но при этом молекулы, которые самовоспроизводятся, должны быть настолько сложными, чтобы при их копировании возникали небольшие ошибки. 

Такой сложностью обладает молекула ДНК. На основе ошибок (или мутаций) при копировании ДНК возникло все разнообразие жизни, которое нам сейчас известно. И продолжается ее развитие.
Ведь точная копия — не совсем то, что хочет природа. Природа хочет ошибок, чтобы потом в результате отбора из этих ошибок уцелели не все. 

2) Дыхание, питание и выделение (метаболизм) + авторегуляция (гомеостаз). 

Жизнь неравновесна — и в то же время работает на собственный гомеостаз.
Клетке нужно поддерживать внутри себя стабильную температуру, рН, вязкость цитоплазмы, нужно ремонтировать органеллы, и на эти процессы нужно откуда-то брать энергию.  Гомеостаз поддерживается внутри клетки через метаболизм: дыхание, питание и выделение.

Метаболизм — это поглощение энергии или каких-то веществ для того, чтобы случились реакции по превращению одних соединений в другие. То есть, живая система взяла что-то извне, что-то с этим сделала, что-то получила, и как-то это использовала для того, чтобы продолжать внутри себя все свои процессы.  

Чтобы поддерживать свое равновесие, жизни, конечно же, нужен внешний источник энергии и питательных веществ. И в этом живая система отличается от системы камней или от солнечной системы. Источником энергии для жизни на планете Земля послужило Солнце. 

Всё, что мы поглощаем, так или иначе произошло от солнечной энергии. С её помощью жизнь на земле из простых веществ научилась делать сложные.
И здесь я, как и обещала во второй части статьи, снова возвращаюсь к термодинамике.

Мы внутри себя работаем против ее второго закона и поддерживаем специфический порядок. Так? Но это поддержание возможно только потому, что мы поглощаем энергию извне. И эта энергия — солнечный свет — считается энергией с низкой энтропией. Она, грубо говоря, полезная, с ней можно что-то сделать, как-то использовать в реакциях. 

Закон сохранения энергии налагает на такое потребление жесткое условие: сколько энергии было потреблено извне, столько и должно выделиться обратно. К сожалению или к счастью, в законе ничего не сказано о качестве этой энергии, поэтому жизнь, поглощая низкоэнтропийную энергию Солнца, отдает обратно в космос такое же количество высокоэнтропийного тепла, с которым в принципе ничего сделать уже нельзя. 

Второй закон термодинамики не нарушается, и мы можем сохранять порядок внутри себя путем увеличения беспорядка снаружи. Равновесие внутри нас компенсируется хаосом вовне. Поэтому среди биологов ходит такая крамольная шутка, что люди (и в принципе любая жизнь на земле) — это просто такие интересные штучки, которые из низкоэнтропийной энергии делают высокоэнтропийную.
Мы такие сложные машинки по производству беспорядка. Вселенная нас создала, чтобы повышать уровень собственного хаоса и приблизить свою тепловую смерть :) 

Это, конечно же, шутка, но в ней есть доля правды. Жизнь использует солнечный свет, чтобы создавать и поддерживать неравномерный порядок в мире, который стремится к равномерному хаосу. 

3) Взаимодействие с окружающей средой или выборочная открытость. 

Не совсем очевидное свойство жизни, но строго обязательное.

Логично предположить, что жизнь от не-жизни чем-то отделена. Клетка не просто так называется клеткой. И если бы биологам вдруг пришло в голову написать собственную религиозную книгу, то в части сотворения жизни там было бы написано:
И создал Творец стеночку.
И замкнул её в сферочку.
И сказал: вот здесь, внутри, у меня будет живое. А снаружи будет не живое.
Но живому внутри нужно откуда-то брать питательные вещества и вообще взаимодействовать с миром.
Поэтому я в сферочке сделаю окошечки. Полупроницаемые: полезное они пропускают, а вредное не пускают.
А ещё проведу канализацию и сток выведу наружу.
А потом научу сферочку самокопироваться и пусть себе плодится и размножается, накапливает ошибки и эволюционирует.

 4) Единство химической организации.

Тут все просто. 95% от химического состава любой живой системы — это водород, углерод, кислород, азот.

Водород — просто потому что его очень много во Вселенной.
Углерод и азот — потому что могут образовывать сложные макромолекулы.
А кислород — мощный катализатор.

5) Сложность и иерархическая организация.

В контексте организации есть такой забавный, но вполне научный тезис: тот, кто не клетка или не состоит из клеток — тот не живой.

В контексте сложности мне хотелось бы немного затронуть тему о комплементарных взаимодействиях макромолекул в живой системе. Немного — потому что тема сама по себе тянет на десяток статей.

Действительно, в живой клетке какие-то сложные молекулы подходят друг другу очень уникальным образом. Один и тот же белок может свернуться в трехмерном пространстве сотнями разных способов, и из-за изменения его 3D-формы изменятся и его химические свойства. Проще говоря, за то, в какие реакции будет вступать белок, отвечает не только его содержание, но и форма.

Такой уникальный мэтч в биологии называется комплементарностью, и первое, что приходит на ум в связи с этим словом — комплементарность нуклеотидов в цепочках ДНК и РНК. Изучая феномен построения их молекул, действительно можно понять принцип комплементарности, но этими двумя молекулами он не ограничивается.

По принципу комплементарности в живой системе передаются сигналы и нервные импульсы, запускается или останавливается обмен веществ, создаются новые клеточные элементы, закручиваются хромосомы, происходит деление, размножение, дыхание, выделение и даже случается смерть.

Сколько времени потребовалось клетке, чтобы наладить и синхронизировать такие сложные процессы, можно только догадываться. Кювье был прав: жизнь — это сложный вихрь, не поддающийся строгим определениям.

6) Движение, рост и развитие. 

Снова вроде бы простые свойства, но тем не менее не всегда очевидные.

Любые живые системы способны к росту, развитию и тому или иному движению (например, жидкостей в теле или цитоплазмы в клетке).

Сюда же можно отнести такое свойство живого, как раздражимость. Способностью реагировать на раздражители у высших форм развития жизни получила название рефлексов. У простейших она называется таксис.

Таксис запускают условия или вещества, которые подразделяются на аттрактанты (то, что привлекает) и репелленты (то, что отталкивает).
Допустим, если в чашку Петри капнуть антибиотик (репеллент), то при условии достаточно жидкой среды колония бактерий, которая в чашечке живет, от антибиотика "убежит". Если же наоборот капнуть туда сахарку (аттрактант), то все обитатели чашечки быстренько сбегутся на чудесный пир.

________

В заключении хочется вспомнить слова Бергмана о том, что жизнь имеет в точности ту ценность, которой мы хотим её наделить.

Действительно, для нас давать определение жизни — по сути давать определение самим себе. Сложная задача для того, кто погряз в гормональных зависимостях и когнитивных искажениях. И чья префронтальная кора (а значит, и свобода мысли) формируется только к 20 годам.

Учитывая тот факт, что природе совсем не интересно, чтобы мы жили дольше 25 лет, эта сложная задача превращается в почти невыполнимый квест) Но тем интереснее читать рассуждения великих людей на эту тему и наблюдать за своими попытками определить свою природу.

Сознание, скорее всего, зародилось в нас случайно, как непредумышленное следствие количественного увеличения нейронов в мозгу.
Но то, на какие штуки мы благодаря ему стали способны, просто поражает.