Элементарные основы жизнедеятельности

С этой точки зрения живые объекты представляют собой открытые системы (с точки зрения термодинамики или теории относительности) и закрытые с точки зрения кибернетики. Живые системы участвуют в обмене с окружающей средой. Такой обмен осуществляется с помощью источников и приходящей извне информации. Это обстоятельство может быть характеризовано, как динамическое состояние, при котором в каждый данный промежуток времени система получает от окружающей среды те же количества вещества и энергии, что и возвращает в нее (концентрация их внутри системы остается неизменной). Данное обстоятельство является одной из важнейших черт живых систем, которые отличают их от неживых систем, где все количества вещества и энергии в главном остаются неизменными. Живые имеют свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени вне зависимости от изменения среды. Необратимость эволюционного процесса является проявлением характерного отличия живого вещества в геологической истории планеты от различных ее вещественных тел и процессов [1, с. 25-33].

Действительно, процессы создающие живое естественное тело, необратимы во времени. Это - следствие особого структурного состояния материи пространства- времени. Она создается сложными биохимическими процессами. Понятие структуры в биосистеме охватывает вопреки распространенному среди ученых мнению, не только пространственную организацию строения, но и весь процесс функционирования «поведения» живой природы (систем, ее компонентов) которая в свою очередь зависит от прямых и качественных ее отношений и связей с наличными, непосредственно действующими на нее внешними условиями и событиями.

Имеется еще одна важнейшая особенность биоструктур - способность хранения, усиления слабых взаимодействий извне или со стороны небольших групп молекул и атомов, входящих в состав организма: размножение и усиление импульсов и информации. Здесь господствует исключительно своеобразное положение для больших систем: сравнительно ничтожные изменения всего в одной молекуле ДНК, приобретают способность к сохранению, вызывают изменения, распространяющиеся и усиливающиеся в разветвленных цепях реакций, охватывающие сложнейший многоклеточный организм в целом и даже весь вид этих организмов [2, с. 232-233].

Рассмотрим живую сущность с точки зрения современной биологии. Современная биология это, прежде всего, сложно дифференцированные науки. Вместе с тем наряду с дифференциацией в биологии идет также все более ускоряющими темпами и процесс интеграции научного знания. В этом плане генетика (которая возникла лишь в начале XX в.) в настоящее время разделилась на ряд таких частных направлений как цитогенетика, эволюционная генетика, генетика популяции и т.д. Развитие генетики и прежде всего хромосомной теории наследственности приводит к становлению молекулярной биологии, которая развивается как на основе интеграции идей и методов генетики, так и на основе химии, физики, математики. Единому процессу дифференциации и интеграции в отдельных биологических направлениях можно отнести также развитие генетической теории селекции животных и растений, возникшей на базе частной генетики отдельных видов (включая генетику количественных признаков и конкретных методов селекции хозяйственно полезных форм организмов). Развитие биологии можно характеризовать не только числом открытий, но также их актуальностью и научной значимостью. Исследование механизмов наследственности и индивидуального развития животных и растений открывает огромные возможности в решении очень главной и сложной проблемы - проблемы управления процессом формообразования живых организмов.

Отметим важную особенность развивающихся объектов, их имманентное свойство. Любые системы выступают как определенное единство энергетического потенциала системы-субстрата и пространственных характеристик системы - структуры. В этом плане, в биологическом познании это положение конкретизировалось, представив двухуровно сть органических систем. В биологии выявляется вещественный уровень - скрученные аминокислотные цепочки, белки и информационный уровень нуклеотидов, состоящий как бы из атомов кодирования вероятных будущих состояний вещественного уровня, те. имеющий потенциальную природу. Итак, современная биология характеризуется не клеточным, а молекулярным уровнем развития. Такая наука, как электробиология, в наши дни тоже перешла к изучению роли отдельных молекул в создании биопотенциалов. Изучение механизма подержания ионной концентрации является одной из важнейших задач биоэнергетики (раздел молекулярное биологии, изучающий механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов). Биоэнергетика, целью которой является изучение: откуда живая клетка получает энергию и на что ее тратит, имеет непосредственную связь с задачами электробиологии.

В живых организмах, в клетках происходят разнообразные электрические процессы. Электрические явления играют важную роль в работе всех органов человека и животных: желудка, почек, желез и т.д. Более того, кого бы из представителей живой природы мы не взяли: мельчайшую бактерию или самого большого слона, их жизнедеятельность неразрывно связана с разнообразнейшими электрическими явлениями.

Разъясняя механизм поддержания ионной концентрации, отметим и следующее. В наружной клеточной мембране имеются различного рода белковые молекулы, некоторые из которых выполняют роль так называемых ионных насосов (закачивают ионы калия внутрь клетки и «изгоняют» ионы натрия за пределы клетки). Эти белки имеют два активных центра, один из которых может захватывать ион калия, а другой - натрия. Известно и «топливо», на котором они (белки) работают. Имеется в виду особое химическое соединение - аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). «Коэффициент полезного действия» такого «топлива» ионы с радиоактивными изотопами показали, что энергии распада одной молекулы АТФ достаточно для вытеснения наружу трех ионов натрия «закачивания» внутрь клетки двух ионов калия.

Так выглядит работа мембранных белков натрийкалиевого насоса. Анализируемое явления не встречается в физике, химии, оно представляется как результат биологической эволюции [4; 5, с. 925-927; 6, с. 93-98; 7, с. 156-157]. Такого рода система (с размером в одну молекулу) способна перекачать ионы через мембрану. Работа такой молекулы зависит и от регулирования поставки энергии, а также и от ситуации окружающей действительности.

Функционирование любого организма X, определяется эволюционной историей, и детальное описание процессов, протекающих в данном организме, необязательно полностью приложим и к другому организму. Все клетки индивидуального организма наследуют одну и ту же информацию, которая закодирована в ДНК. Несмотря на это, в процессе развития высшего организма из оплодотворенного яйца формируется множество разнообразных различного рода клеток. В основе такого процесса имеется выборочное использование генов - явление, носящее название регуляции генов. В различные моменты развития клетки (руководствуясь внешними сигналами), избирательно используется тот или иной набор генов и следует по тому или иному пути развития.

Структуру всех молекул, из которых состоит живая клетка, определяют гены. При этом в каждый момент времени любая клетка использует лишь часть генов для образования различных молекул. Таким образом, экспрессирующиеся гены включены. Другие не экспрессирующиеся считаются выключенными, или иными словами процесс экспрессии генов регулируется.

Сказанное имело своей целью пояснить, что от элементарной основы жизнедеятельности к организму идет непрерывная цепь прямых и обратных взаимодействий, соединяющих в единое целое все уровни организации (молекулярный, клеточный, органный, организменный). Развивающийся организм представляет собой определенные последовательности сложноорганизованных комбинированных актов (например, включение и выключение ген) состоящих из событий - состояний - процессов (носящий целостный характер). Эти акты - совокупность физико-химических реакций, проявляющих свойства саморегулирования и самовоспроизведения.

Живая клетка «представлена» не столько в качестве вещества, а сколько в качестве процесса, элементарной основой которой являются сотни нуклеидов, которые в свою очередь выступают в качестве элементарного объекта генетического материала. Так, ген обычно состоит из 1000 пар оснований (100 иатков) и входит в состав более длинной молекулы ДНК [8, с. 93-104; 9, с. 44-58].

Здесь мы встречаемся с новыми аспектами бытия, находящимися в прямой зависимости от отношений, мгновения, представляющие ее основные положения. На основе биологических явлений выявляются основные изменения и положения изучаемой реальности. Реальные явления вскрываются как неустойчивые находящиеся в не сложившимся состоянии - «волнении», а элементарная реальность тесно связывается с понятием состояние.

Различного рода изменения, имеющие место в живой клетке порой носят и индивидуальный характер. Ясно одно: в информационном плане клетка является наиболее сложным образованием, и процессуальный контекст идеи элементарности более адекватно отражает ее самоорганизующуюся динамику развития.

Размещено на Allbest.ru