Основные признаки живого. Традиционно свойства живого рассматриваются на примере таких живых систем, как организм. Данный подход правомочен, поскольку организм является основной единицей живого мира.
Жизнь на нашей планете представлена великим множеством разнообразных организмов. Некоторые из них состоят всего лишь из одной клетки, а самые сложные заключают в себе миллиарды клеток. Хотя живые организмы, обитающие на Земле, очень разнообразны, все они характеризуются целым рядом общих признаков. Эти свойства, присущие всем организмам, называются универсальными. Совокупность всех этих универсальных свойств характерна только для живого. Именно по совокупному комплексу универсальных свойств можно отличить живую природу от неживой. Рассмотрим некоторые из универсальных признаков живого.
Совокупность универсальных свойств живого присуща всем живым организмам и другим биосистемам.
Единство химического состава. Все живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и неживая природа, однако их соотношение различно. В живых системах около 98% химического состава приходится на долю четырех химических элементов: углерода, кислорода, азота и водорода, а в общей массе веществ тела основную долю составляет вода (не менее 70-85%) (табл. 2).
Обмен веществ и энергии. Обмен веществ — это совокупность химических реакций, обеспечивающих поступление веществ в клетку (организм), их превращение и выведение продуктов обмена. Этот процесс реализует связь организма с внешней средой, что является условием для поддержания его жизнедеятельности. Из среды организм извлекает, преобразует и использует химические вещества, энергию и возвращает в биосферу продукты распада и преобразованную энергию. Обмен веществ и энергии обеспечивает постоянство внутренней среды организма, ведет к восстановлению разрушенных структур, росту, развитию организма, поддержанию его высокоупорядоченного строения и жизнедеятельности.
Обмен веществ с окружающей средой — одно из главнейших, универсальных свойств живой природы.
Способность к росту и развитию. Рост — это увеличение массы и размеров организма и его отдельных органов за счет приращения массы и числа клеток. Развитие — это необратимый, закономерно направеленный процесс тесно взаимосвязанных количественных (рост) и качественных изменений организма с момента рождения до смерти. Различают индивидуальное развитие организмов или онтогенез (от греч. ontos — «сущее» и genesis — «происхождение») и историческое развитие — эволюцию органического мира.
Способность к развитию проявляется у единичных организмов в росте и онтогенезе, а у всего живого мира — в эволюции.
Самовоспроизведение (размножение) — это важнейшее свойство живого, суть которого образно выразил Луи Пастер: «Все живое происходит только от живого». Жизнь, однажды возникнув путем длительной эволюции, с тех пор дает начало только живому. В основе этого свойства лежит уникальная способность к самовоспроизведению основных «управляющих» систем организма: ДНК, хромосом и генов. В этой связи наследственность, как и размножение (самовоспроизведение), является уникальным свойством только живых существ.
Раздражимость — это специфические ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Реагируя на воздействие факторов среды той или иной активной реакцией раздражимости, организмы взаимодействуют со средой и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить. Одним из важнейших проявлений раздражимости является подвижность (рис. 8). Например, повышение температуры тела и активное перемещение земноводных при добывании пищи наблюдается при повышении температуры внешней среды, у растений и грибов ориентированные ростовые движения усиливаются в сторону благоприятных условий питания и пр.
Рис. 8. Влияние температуры воздуха (1) на температуру тела лягушки Rana temporaria (2) Энергозависимость. Все организмы нуждаются в энергии для осуществления процессов жизнедеятельности, для движения, поддержания своей упорядоченности, размножения. В большинстве случаев организмы используют для этого энергию Солнца, одни непосредственно — это автотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи — это гетеротрофы (животные, грибы, бактерии).
Дискретность (от лат. discretus — «разделенный», «обособленный») организмов — универсальное свойство живой природы. Организмы в природе всегда существуют в сообществах, но все они относительно обособлены друг от друга и являются хорошо различаемыми между собой отдельными особями, имеющими конечные размеры и индивидуальную длительность жизни. Все живые объекты, независимо от их уровня организации, будь то клетки, организмы или популяции, биогеоценозы, представлены в природе конкретными живыми единицами, отделенными друг от друга. Так, любой организм состоит из клеток с их особыми свойствами. Пир этом все клетки отделены друг от друга оболочками, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные структуры (ДНК, РНК, ферменты, белковые молекулы и пр.).
Системный характер жизни. Вся совокупность клеток, тканей и органов, имеющихся в организме и тесно взаимодействующих между собой, проявляет себя как нечто единое целое по отношению к другим объектам и внешним условиям.
Упорядоченность — это важнейшее свойство организма, которое проявляется в его строении и функциях, протекании всех процессов его жизнедеятельность и поведения. В ходе длительной эволюции клетки живых организмов и сами организмы выработали механизмы регуляции процессов жизнедеятельности, способность поддерживать постоянство внутренней среды и сохранять целостность свойств в меняющихся условиях внешней среды. Упорядоченным образом, например, осуществляется обмен веществ, рост и развитие организмов, деление клеток, передача наследственных свойств, биосинтез, фотосинтез. Огромное значение при этом имеют нуклеиновые кислоты и ферменты.
Ритмологичность в проявлении свойств живых организмов. Все живое характеризуется свойством ритмологичности в проявлении процессов жизнедеятельности в зависимости от суточных и сезонных ритмов, от динамики изменений погодно-климатических и приливно-отливных условий на Земле.
Рис. 9. Суточный ритм движения подсолнечника (фототропизм) Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды. Поэтому они взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой получают все необходимое для жизни. Распространение живых существ обычно ограничивается рядом абиотических и биотических факторов (свет, температура, пища, вода, наличие хищников, паразитов). Поэтому они стремятся создать себе более благоприятные условия жизни (роют норы, строят гнезда, делают запруды, создают затенение, удерживают влагу в почве и пр.).
Все эти свойства в их совокупности характерны только для живой природы. Это позволяет четко отделить живое от неживого мира.
Жизнь — это особая форма движения материи, выражающаяся в совокупном взаимодействии универсальных свойств организмов.
Следует отметить еще одно фундаментальное свойство жизни — ее уникальность. Уникальность жизни заключается в том, что она возникла на Земле в результате длительных геохимических превращений (этап химической эволюции в истории Земли). Однажды возникнув, жизнь из примитивных одноклеточных живых существ в ходе длительного исторического развития (этап биологической эволюции) достигла высокой степени сложности и обрела удивительно большое разнообразие живых форм, приспособленных к среде обитания.
В истории науки биологии изучение многообразия форм жизни с давних пор и по настоящее время является важной научной проблемой.
Все живые существа обладают такими свойствами, как обмен веществ, раздражимость, подвижность, рост, развитие, самовоспроизведение, упорядоченность в структуре и функциях, целостность и дискретность, энергозависимость от внешней среды. Эти свойства являются универсальным комплексом для всех организмов, благодаря которому живая природа четко отличается от неживой природы.
