Жизнь это…
Что такое жизнь? Затруднительно дать точное определение жизни, но все точно могут различать где живое и неживое. Так сказать, за живую и за мертвую лошадь дают разную цену.
В действительности, интуитивно нам понятно, что живое и что – мертвое, но вот точно сформулировать различие как правило затрудняемся. Известны множество попыток дать дефиницию, определение понятия «жизнь», но все они оказываются неидеальны. Потому умный человек вообще отказывается от определения, подменяя его тавтологией. Живое – это живое, то, в чем есть жизнь, что устроено как живое.
К примеру, жизнь – это то, что роднит нас с маленькими бактериями, растениями и гигантскими китами. Жизнь – это постоянное и непредсказуемое движение. Жизнь – это то, что способно родиться и умереть….
Все живые организмы состоят из молекул. Причем каждая из молекул не является живой сама по себе. Так, молекула воды, которая находится внутри мышечной клетки, такая же как молекула воды в стакане чая. Но, собравшись вместе, молекулы самых различных веществ могут образовать, к примеру, мышечную клетку, которая обладает способностью сокращаться и реагировать на изменения окружающей среды, одним словом — жить.
Мы называем чудом то, что не в состоянии объяснить. Потому, казалось бы, незаметный переход от неживых молекул к живому организму часто называют — чудо жизни. С другой стороны, возможно, мы сами мистифицируем то, что видим, а все гораздо проще…
«Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Это определение дал Фридрих Энгельс – и относительно недавно оно было у нас весьма популярно. Что ж, не такое уж и плохое определение. Но достаточно ли оно?
Сам Энгельс так не думал. Для него обмен веществ – только существенный, но не единственный критерий жизни. Он может быть присущ и неживому объекту. Предположим, у нас есть два непрозрачных ящика у которых есть дырки «на входе» и «на выходе». Что внутри – мы не знаем. Однако мы можем производить измерения состояния воздуха у входного и выходного отверстий. Измерения показали, что в обоих случаях мы имеем на выходе дефицит кислорода, повышенную концентрацию углекислого газа и водяных паров.
Измеряем температуру и видим, что на выходе воздух теплей, чем на входе. Мы вправе заключить, что в каждом ящике находится система, способная к обмену веществ с окружающей средой. Вскрываем ящики и что мы видим… в одном из них живая мышь, а в другом – горящая свеча. Критерий обмена веществ тут не работает, не дает возможность отличить живое от неживого, отличить процесс горения от процесса дыхания.
Если мы перекроем поступление воздуха, мышь погибает. Но и мертвый организм может обмениваться веществами с окружающей средой. На этом, в частности, основывается процесс образования окаменелостей: остатки животных и растений в слое горной породы отдают окружающей среде органику, а ее место занимают минералы. В особенности удивительны окаменевшие деревья: внешне они до мелочей сохраняют структуру древесины, но она миллионы лет назад заместилась кремнеземом и окислами железа.
Какой вывод тут можно сделать? Обмен веществ – это необходимое условие, если мы говорим о живом состоянии. Однако одного обмена веществ мало для определения жизни! Необходимо еще что-то.
Попробуем еще раз. Во-первых, жизнь характеризуется активностью. Жизнь действует. Даже если она пребывает «в пассиве», приспосабливается к условиям (то есть «страдает»: «страдание» у Аристотеля – это категория подчинения, категория, противоположная действию: actio – passio), все равно сохраняется активная составляющая, самостоятельный акт как бы «из себя и для себя». Такая активность обязательно происходит с затратой энергии в системе: чтобы жить, тратятся силы! Во-вторых, жизнь – это поддержание и воспроизведение всегда конкретного порядка, определенной, специфической структуры. Именно специфической. Вот на что энергия-то расходуется и силы тратятся!
Что такое активное воспроизведение? Это процесс, когда система сама воспроизводит себя и поддерживает свою целостность, используя для этого элементы окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Пассивный процесс такого рода отнюдь не признак жизни. Птица каждый год воспроизводит свои гнезда, бобр строит плотину, но ни гнездо, ни плотину нельзя считать живыми объектами в отличие от их строителей. В общем, вряд ли птицу можно получить, воспроизвести по гнезду, бобра – по плотине, а снежного человека – по его следу…
Дальше о затрате энергии. По какой причине это является необходимым условием при определении жизни? Потому что это дает возможность отличать живые существа от других самовоспроизводящихся структур, к примеру кристалла.
Еще в XVIII столетии проводили аналогии между ростом организмов и ростом кристаллов. В действительности, каждому кристаллу присуща своя специфическая структура, которая возникает спонтанно. Хлористый натрий кристаллизуется в виде куба, углерод (алмаз) – в виде октаэдра. Скопления, сростки кристаллов подчас удивительно походят на структуры живой природы. Вспомним хотя бы морозные узоры на оконных стеклах. Они порой до такой степени бывают похожи на листья папоротников и других диковинных растений, что кажутся более реальными, чем настоящие. Даже металлы образуют подобного рода структуры. Металлурги всего мира хорошо знают так называемую «елку Чернова». Во время отливки изделия из металла могут образовываться лакуны, раковины – так их называют специалисты. И бывает временами в таких раковинах сращиваются кристаллы железа – это очень похоже на известное растение.
И все же, аналогии между морозными узорами и листьями папоротника неправомерны. Хотя эти структуры внешне похожи, процессы их возникновения диаметрально противоположны энергетически. Кристалл – система с минимумом свободной энергии. Что это значит? Это значит, что при кристаллизации энергия выделяется в виде тепла. К примеру, при возникновении одного килограмма «морозных узоров» должно выделиться 619 ккал тепла.
Столько же энергии необходимо затратить на разрушение этой структуры. Листья папоротника, напротив, при своем возникновении и росте поглощают энергию солнечных лучей. Разрушая эту структуру, мы сможем получить энергию обратно. Мы, собственно, это и делаем, к примеру, сжигая каменный уголь, который образовался из остатков гигантских папоротников палеозойской эры, или просто греясь у обычного костра. И дело тут не в самом листообразном рисунке, внешне объединяющем лесной папоротник и узор на стекле.
Бесформенная льдина той же массы потребует на расплавление и испарение столько же энергии. А на образование внешней сложности листа растения расходуется энергия, ничтожно малая по сравнению с той, что законсервирована в органике.
Но как же все-таки быть с внешним сходством? Дело вот в чем. И листья папоротника, и морозные узоры обладают максимальной площадью поверхности при данном объеме. Для папоротника (и любого другого растения) это необходимо, потому как дыхание и ассимиляция углекислого газа идет через поверхность листьев. В тех случаях, когда нужно снизить расходы воды на испарение, растения, к примеру кактусы, обретают шарообразную форму с минимальной площадью поверхности. Но платить за это нужно снижением темпов ассимиляции СO2 и как следствие замедлением роста.
Водяные пары, кристаллизуясь на холодном стекле, также образуют структуру с максимальной поверхностью, потому что скорость потери свободной энергии при этом максимальна (кристаллы растут с поверхности). Так что аналогии между кристаллами и живыми организмами не имеют, так сказать, сущностного значения. Жидкость, которая выплеснута из сосуда в условиях невесомости, приобретает форму шара (минимум энергии поверхностного натяжения). Но вряд ли это может означать, что законы устройства космоса похожи на правила игры с шарами за бильярдным столом!
Справедливости ради следует отметить, что кристаллические формы не чужды жизни. Многим известны большие и абсолютно безобидные комары-долгоножки с длинными ломкими конечностями. Их личинки обитают во влажном грунте, питаясь перегнивающими растительными остатками. Среди них встречаются особи, окрашенных в голубой цвет с радужным отливом. Они кажутся вялыми, и они в действительности больны – заражены так называемым радужным вирусом. В гемолимфе таких личинок под микроскопом можно обнаружить кристаллы удивительной красоты, переливающиеся, как сапфиры.
Кристаллы эти сложены из частиц вируса – вирионов. Когда личинка гибнет, они попадут в почву, чтобы быть проглоченными личинками нового поколения комаров. Кстати, подобные кристаллы образуют многие вирусы, и не только вирусы насекомых. Но существенно, что это именно неактивная форма существования вируса, в отличие от активной, живой. В форме кристалла вирус не размножается, а только переживает таким образом свои «тяжелые времена». Известный физик Эрвин Шредингер назвал хромосому «апериодическим кристаллом». В действительности, ядерное вещество клетки в период деления упорядочено, и формально его можно назвать кристаллом. Но когда ядерное вещество (хроматин) «пакуется» в хромосому, оно, опять-таки, неактивно, и сама хромосома – только способ передачи хроматина от клетки к клетке.
Итак, для кристаллизации никакой внешней энергии не надо. Но для поддержания и воспроизведения собственного порядка жизни в следующем поколении организму необходимо поглощать энергию (в виде квантов света или неокисленных органических соединений, простых веществ, и выделять окисленные продукты жизнедеятельности и т. п.). Вот это и есть обмен веществ.
Однако зачем, для чего этот обмен? «Все течет», – сказал Гераклит Эфесский. Если дело обстоит так, то более всего «течет» живой организм. Он – поток, по которому непрерывно движутся энергия и вещества – элементы для воссоздания структур. В течении всей жизни идет непрерывная замена старых клеточных структур на вновь образующиеся. Так, клетки крови полностью заменяются спустя 4 месяца. В конечном счете, это также ремонтные работы, но организм заменяет не только клетки, получившие дефекты, а все.
Вот говорится, что нервные клетки не восстанавливаются. Это озночает, новых нервных клеток организм не порождает, они не размножаются – сколько было, столько есть. Да, не образуются абсолютно новые клетки. Но на протяжении всей жизни они постоянно перестраиваются. Это как глубокий капитальный ремонт и перепланировка дома. Дом старый, но он обновлен и в отличном состоянии! Мы только формально можем считать нейроны, с которыми мы заканчиваем жизнь, теми же самыми клетками, с которыми мы ее начали.
И еще одно выражение: специфическая структура. Что это такое? Из поколения в поколение организмы воспроизводят характерную для видов, к которым они принадлежат, упорядоченность. Делается это с почти совершенной точностью (слово «почти» крайне важно). Вот съел волк зайца. Разве ему необходимы органы зайца, его ткани, его белки и нуклеиновые кислоты – все то, что специфично для структуры «заяц», «заячья упорядоченность»? Разумеется нет!
Все это в желудке волка превратится в смесь низкомолекулярных органических веществ – аминокислот, углеводов, нуклеотидов и т. п., общих для всей живой природы, неспецифичных. Часть из них организм волка окислит до углекислого газа и воды для того, чтобы (расходуя полученную энергию!) построить из оставшихся неспецифичных веществ свою, специфичным образом упорядоченную структуру «волк» – свои белки, свои клетки и ткани. Накормите волка смесью аминокислот, синтезированных химиком, и будет то же самое.
Так ли это относительно жизни как таковой, жизни вообще? Вопрос открыт. Но на Земле дела обстоят именно так. Земные организмы в чужой упорядоченности не нуждаются. Они изо всех сил, отчаянно борются с ней. Все знают о многочисленных медицинских попытках трансплантации животным и людям различных органов или тканей: сердца, легких, почек, поджелудочной железы и др. Возможно ли назвать эти попытки удачными? Результат всегда оказывался похожим: пересаженные органы имели стойкую тенденцию к отторжению.
Исключением были лишь органы, «однопорядковые» с пациентом, взятые у однояйцевого близнеца, – а это ведь «структурная» копия того же организма. Что до тканей, то их для пересадки врачи предпочитают брать от того же организма: к примеру, на пораженное ожогом место пересаживают кожу с ноги пострадавшего. Сохранить чужеродный пересаженный орган возможно, лишь подавив защитные иммунные системы образования антител. Но тогда пациент окажется беззащитным против любой инфекции! Это огромный, смертельный риск, и, так или иначе, дело в конце концов идет только о продолжении жизни, но не о продлении нормальной полноценной жизни.
Даже гормоны, так сказать, просто биоактивные вещества (то есть не только сложные биологические образования) видоспецифичны. Тут, конечно, есть зазор, есть различие по степени. К примеру, инсулин – единственное эффективное средство против диабета – отличается сравнительно малой видоспецифичностью, потому для лечения диабетиков можно использовать этот белок, выделенный из поджелудочных желез крупного рогатого скота. А вот гормон роста – соматотропин – видоспецифичен. Для лечения карликового роста у человека нужен именно человеческий соматотропин, который выделяется из гипофиза умершего человека (да, да, другого способа пока нет).
Кто-то заметит: есть сложные организмы, их структурная идентичность сложна, и, естественно, их структурная специфичность довольно требовательна. Но есть простые организмы, есть даже простейшие. Как же тогда? Казалось бы, у низших организмов отвращение к «чужому порядку» должно быть меньше. В действительности, у рыб и амфибий удаются пересадки органов между особями разных видов, и бычий соматотропин может стимулировать рост форели. Но все это искусственно создаваемые экспериментатором положения. А значит, не вполне «нормальное», неестественное течение жизни. В конце концов, говорится же: если зайца бить, он и спички научится зажигать. Вопрос только в том, будет ли это несчастное затравленное существо все еще зайцем? Скажем так: заяц, погибающий в волчьих зубах, гораздо больше заяц, более истинный, «правильный», чем заяц, который может зажигать спички!
Животные, питаясь другими животными или растениями, начинают с разрушения чужой упорядоченности. Пища в их желудках и кишечниках расщепляется до простых химических соединений, и по строению, к примеру, аминокислот глицина или фенилаланина невозможно сказать, получены ли они из белков бычьего мяса, гороха или же синтезированы искусственно умным химиком в очках. Из этих элементарных кирпичиков жизни организмы строят лишь им присущие структуры. Каждый организм характерен именно неповторимой, присущей только ему комбинацией белковых молекул. А уже на этой базе появляется комплекс всех признаков организма – на уровне клеток, тканей и органов.
У растений это выражается еще более резко. Вода, набор питательных солей, углекислый газ и свет – при этом наборе одинаковых факторов из одного семени вырастает роза, из другого – крапива, а из третьего – елка (и совсем не «елка Чернова» – помните?). Каждый раз – определенное растение с присущим ему набором свойств. Со своей упорядоченностью.
Итак, организм берет извне не упорядоченность, а энергию. За счет этой энергии он строит свою специфичную упорядоченность «по роду их» – так, кажется, говорится в Писании, пренебрегая чужой. Из куриного яйца – однородной массы желтка и белка – появляется цыпленок с головой, ногами, крыльями. И эта простая вещь, это чудо называется жизнью.
С.Минаков
ред. shtorm777.ru
