Развитие современной концепции

Переход от неживого к живому осуществился после того, как на базе предшествующих предбиологических структур воз­никли и развились зачатки двух основополагающих жизненных систем: системы обмена веществ (метаболизма) и системы воспроизводства живой клетки. Пока невозможно сказать, как конкретно происходило это развитие. В современной приро­де мы наблюдаем, конечный результат того качественного скач­ка, который привел к образованию живой клетки, и после­довавшего за этим процесса биологической эволюции.

Изучение указанных систем дало важнейший попутный ре­зультат: сформировалась фундаментальная для всего естество­знания идея единства состава и механизмов функционирования живой природы независимо от уровня организации составляю­щих ее структур.Эта идея, зародившаяся еще в XIX в., обре­ла вид законченной концепции биохимического единства жи­вого в 1920-х гг. благодаря трудам голландских микробиоло­гов А. Клюйвера и Г. Донкера. К настоящему времени эта концепция обоснована результатами всесторонних исследований, которые исчерпывающе демонстрируют единство всего живого по самым фундаментальным свойствам: схожесть химического состава, свойство хиральности живого, универсаль­ная роль аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве аккумулято­ра и переносчика биологически запасенной энергии; универ­сальность генетического кода и др.

61. За счет чего функционирует энергетика живого?

Все функции живых систем, требующие расходования энер­гии, должны обеспечиваться ею от некоторых внешних источ­ников. Ими являются органические вещества с запасенной в них химической энергией. Часть организмов синтезирует эти вещества внутри себя из неорганических веществ. Например, из углекислого газа и воды под действием солнечного света (такой процесс называется фотосинтезом)или в процессе окис­ления хемосинтез в некоторых бактериях). Эти организмы называют автотрофами. Большинство автотрофов — это зеле­ные растения, осуществляющие фотосинтез. Другая часть орга­низмов (например, все животные и человек), называемых гетеротрофами, приспособилась к потреблению энергии из го­товых органических веществ, синтезированных автотрофами.

Питательные органические вещества, поглощаемые гетеротрофами, обладают большей упорядоченностью (меньшей энтропией), чем выделяемые продукты обмена. Организмы гетеротрофов переносят упорядоченность (негэнтропию) из внешней среды в самих себя. Для автотрофов эта же цель до­стигается путем выполнения внутренней работы за счет энер­гии электромагнитного излучения солнца.

Таким образом, назначение метаболизма, то есть обмена веществ живой системы с внешней средой, состоит в поддержа­нии определенного уровня организации этой системы и ее час­тей.Эта цель достигается за счет отбора извне веществ и энер­гии, которые обеспечивают химический синтез необходимых организму соединений, а также вывод из живой системы все­го, что не может быть ею использовано. Метаболизм необхо­дим для противодействия увеличению энтропии, обусловленно­му необратимыми процессами в живой системе.

Между двумя типами организмов — авто- и гетеротрофами — существует пищевая (трофическая) связь. Живые системы об­разуют пищевые цепочки: энергия, накопленная при фотосинте зе растениями, передается через травоядных к хищникам; заключительным звеном пищевой цепочки являются микробы, перерабатывающие вещество отмерших организмов в неорганические вещества. В последующем эти молекулы вновь могут участвовать в образовании живых систем. В итоге в биосфер_е сформировался глобальный круговорот веществ, который обусловлен так называемыми биогеохимическими циклами. Основ­ными являются циклы обращения в биосфере воды, а также элементов, из которых состоят живые системы.

Первоисточником энергетического потока, проходящего сквозь все пищевые цепочки в биосфере, служит энергия сол­нечного электромагнитного излучения,попадающая на поверхность Земли в видимом диапазоне (свет). Финалом преобра­зований в пищевых цепочках является освобождение энергии в виде тепла при переработке микробами органических остат­ков. Вся высвободившаяся в процессе жизнедеятельности в биосфере энергия возвращается поверхностью Земли в миро­вое пространство главным образом в виде электромагнитного излучения инфракрасного диапазона.

В глобальном энергетическом балансе принципиально важ­но, что энтропия поступающего на Землю коротковолнового излучения меньше, чем энтропия длинноволнового излучения, переизлучаемого нашей планетой.За счет этой отрицательной разности энтропии на поверхности Земли возможно образо­вание и поддержание упорядоченных структур (как это про­исходит и во многих других природных системах). Вся био­сфера Земли представляет собой высокоорганизованную сис­тему, упорядоченность в которой поддерживается за счет отрицательного энтропийного баланса.